Maddeler atomlardan oluşur. Atom, çok küçük boyut ve kütleye sahip bir madde parçacığıdır.. Bu, özelliklerinin taşıyıcısı olan bir kimyasal elementin en küçük parçasıdır.
"Atom" kelimesi Yunanca "bölünmez" anlamına gelen torod kelimesinden gelmektedir ve bu parçacık yüzyıllar boyunca bu şekilde kabul edilmiştir. Ancak, zaten 20. yüzyılın başında. atomun yapısı öğrenildi.
Basitleştirilmiş atom modeli. Kırmızı pozitif yüklü protonları, gri nötr nötronları ve mavi negatif yüklü elektronları temsil eder.
Bir atom oluşur atom çekirdeği Ve elektron kabuğu. Yüz yıl önce elektronların, tıpkı gezegenlerin güneşin etrafında döndüğü gibi, çekirdeğin etrafında döndüğüne inanılıyordu. Basitlik açısından bir atom genellikle bu şekilde tasvir edilir. Aslında elektronun şu anda bulunduğu noktayı belirlemek mümkün değildir. Elektron negatif yüklüdür ve çekirdek pozitif yüklüdür. Çekirdeğin kendisi de temel parçacıklardan (protonlar ve nötronlar) oluşur. Protonlar pozitif yüke sahipken, nötronlar elektriksel olarak nötrdür. Genellikle atom nötrdür. Çekirdekteki proton sayısı elektron sayısına eşit olduğunda bu doğrudur. Bir atomun dış yörüngesinde bir veya daha fazla ekstra elektron varsa, negatif yüklü bir iyon (anyon) haline gelir. Dış yörüngesindeki bir atomun bir veya daha fazla elektronu eksikse pozitif yüklü bir iyon (katyon) haline gelir. Çeşitli çözeltilerde bu tür çok sayıda iyon vardır.
Bir atomun kütlesinin %99'undan fazlası çekirdekte yoğunlaşmıştır. Elektronlar çok küçük bir kısmı oluşturur. Bir atomun kütlesi, karbon 12C'nin kararlı izotopunun bir atomunun kütlesinin 1/12'sine eşit atomik kütle birimleriyle ölçülür.
Proton sayıları aynı fakat nötron sayıları farklı olan atomlar vardır.
Bu tür atomlara denir izotoplar Aynı elementin (çeşitleri). Çekirdeğinde hiç nötron bulunmayan, yalnızca bir protona sahip olan tek kararlı atom vardır. Bir elektron çekirdeğin etrafında döner (daha doğrusu bir kabuk oluşturur). Bu hafif hidrojen veya protiumdur. Ayrıca ağır hidrojen - döteryum da var. Çekirdeğinde proton ve nötron olmak üzere iki parçacık bulunur. Ayrıca süper ağır hidrojen - trityum da var. Çekirdeğinde üç parçacık vardır; bir proton ve iki nötron. Ve tüm bu izotopların bir elektronu var. Döteryumun oluşturduğu suya ağır su denir.
Atomlar atomlar arası bağlar oluşturur ve molekülleri oluşturur. Moleküller bir tür atomdan oluşabileceği gibi birden fazla atomdan da oluşabilir.
Bir proton ve bir elektrondan oluşan hidrojen atomu H
Helyum atomu: çekirdeği iki proton ve iki nötrondan oluşur ve iki elektronla çevrilidir.
Atomların kancaları var mı?
Maddenin en küçük bölünmez parçacığı olarak atom kavramı, 2000 yıldan fazla bir süre önce Eski Hindistan ve Antik Yunan filozofları tarafından ortaya atıldı. Yunan filozofu Demokritos şöyle dedi: "Sonsuz bir boşlukta sonsuza kadar hareket eden atomlardan başka hiçbir şey yoktur." Bir maddenin özelliklerinin atomun şekli, kütlesi ve diğer özellikleri tarafından belirlendiğine inanıyordu. Demokritos'a göre ateş, ateşin atomlarının keskin olması nedeniyle yanar, katı cisimler ise atomlarının kaba ve birbirine sıkı bir şekilde bağlı olması nedeniyle yanar. Filozof Epikuros bunun olamayacağını, çünkü atomların kancalarının kopacağını yazmıştı. Ancak atomun gerçek yapısının keşfi hâlâ çok uzaktaydı.
Çoğumuz okulda fizik dersinde atom konusunu işledik. Eğer hala atomun neyden oluştuğunu unutuyorsanız veya bu konuyu yeni araştırmaya başlıyorsanız bu makale tam size göre.
Atom nedir
Bir atomun neyden oluştuğunu anlamak için önce onun ne olduğunu anlamanız gerekir. Okul fizik müfredatında genel olarak kabul edilen bir tez, atomun herhangi bir kimyasal elementin en küçük parçacığı olduğudur. Böylece atomlar bizi çevreleyen her şeyde bulunur. İster canlı ister cansız bir nesne, alt fizyolojik ve kimyasal katmanlarda atomlardan oluşur.
Atomlar bir molekülün parçasıdır. Bu inanışın aksine kuarklar gibi atomlardan daha küçük elementler de vardır. Kuarklar konusu ne okulda ne de üniversitelerde (özel durumlar dışında) tartışılmıyor. Kuark, iç yapısı olmayan kimyasal bir elementtir; yapısı atomdan çok daha hafiftir. Şu anda bilim 6 çeşit kuark biliyor.
Bir atom nelerden oluşur?
Çevremizdeki tüm nesneler, daha önce de söylediğimiz gibi, bir şeyden oluşur. Odada bir masa ve iki sandalye var. Her mobilya parçası da bazı malzemelerden yapılmıştır. Bu durumda ahşaptan yapılmıştır. Bir ağaç moleküllerden, bu moleküller de atomlardan yapılmıştır. Ve bu tür örnekler sonsuz sayıda verilebilir. Peki atomun kendisi neyden oluşur?
Bir atom, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdekten oluşur. Protonlar pozitif yüklü parçacıklardır. Nötronlar, adından da anlaşılacağı gibi nötr yüklüdür; hiçbir ücreti yok. Bir atomun çekirdeğinin çevresinde elektronların (negatif yüklü parçacıklar) hareket ettiği bir alan (elektrik bulutu) vardır. Elektron ve proton sayıları birbirinden farklı olabilir. Kimyada bir maddeye ait olma sorunu incelendiğinde anahtar olan bu farktır.
Yukarıdaki parçacıkların sayısı farklı olan atoma iyon denir. Tahmin edebileceğiniz gibi bir iyon negatif veya pozitif olabilir. Elektron sayısı proton sayısından fazla ise negatiftir. Ve tam tersi, eğer proton sayısı daha fazlaysa iyon pozitif olacaktır.
Antik düşünürlerin ve bilim adamlarının hayal ettiği şekliyle atom
Atomla ilgili çok ilginç bazı varsayımlar var. Aşağıda bir liste bulunmaktadır:
- Demokritos'un hipotezi. Demokritos, bir maddenin özelliklerinin atomunun şekline bağlı olduğunu varsaydı. Dolayısıyla, eğer bir şey sıvı özelliğine sahipse, bu tam olarak bu sıvıyı oluşturan atomların pürüzsüz olmasından kaynaklanmaktadır. Demokritos'un mantığına göre suyun ve örneğin sütün atomları benzerdir.
- Gezegensel varsayımlar. 20. yüzyılda bazı bilim adamları atomun gezegenlere benzediğini öne sürdüler. Bu varsayımlardan biri şuydu: Satürn gezegeni gibi, atomun da çekirdeğin etrafında elektronların hareket ettiği halkalar vardır (çekirdek gezegenin kendisiyle, elektrik bulutu da Satürn'ün halkalarıyla karşılaştırılır). Kanıtlanmış teoriyle nesnel benzerliğe rağmen, bu versiyon çürütüldü. Bohr-Rutherford'un varsayımı da benzerdi ve daha sonra bu da çürütüldü.
Buna rağmen Rutherford'un atomun gerçek özünü anlama yolunda büyük bir adım attığını rahatlıkla söyleyebiliriz. Bir atomun, kendisi pozitif olan bir çekirdeğe benzediğini ve atomların onun etrafında hareket ettiğini söylerken haklıydı. Modelindeki tek kusur, atomun etrafındaki elektronların belirli bir yönde hareket etmemeleridir. Hareketleri kaotik. Bu kanıtlandı ve kuantum mekaniksel model adı altında bilime girdi.
Bir atom (Yunanca άτομοσ'dan - bölünmez), bir kimyasal elementin tüm kimyasal özelliklerini koruyan en küçük parçacığıdır. Bir atom, pozitif yüklü protonlardan ve elektriksel olarak nötr nötronlardan oluşan yoğun bir çekirdekten oluşur ve bu çekirdek, çok daha büyük bir negatif yüklü elektron bulutuyla çevrilidir. Proton sayısı elektron sayısıyla eşleştiğinde atom elektriksel olarak nötrdür, aksi takdirde belirli bir yüke sahip bir iyondur. Atomlar proton ve nötron sayısına göre sınıflandırılır: proton sayısı kimyasal elementi belirler ve nötron sayısı elementin nüklidini belirler.
Atomlar birbirleriyle bağ oluşturarak birleşerek molekülleri ve büyük katıları oluşturur.
İnsanlık, eski çağlardan beri maddenin en küçük parçacıklarının varlığından şüpheleniyordu, ancak atomların varlığı ancak 19. yüzyılın sonunda doğrulandı. Ancak atomların da, özelliklerini belirleyen karmaşık bir yapıya sahip olduğu hemen ortaya çıktı.
Maddenin bölünemeyen en küçük parçacığı olan atom kavramı ilk kez eski Yunan filozofları tarafından ortaya atılmıştır. 17. ve 18. yüzyıllarda kimyagerler kimyasalların küçük sayılarla ifade edilen belirli oranlarda reaksiyona girdiğini keşfettiler. Ayrıca kimyasal elementler adını verdikleri bazı basit maddeleri de izole ettiler. Bu keşifler bölünemez parçacıklar fikrinin yeniden canlanmasına yol açtı. Termodinamiğin ve istatistiksel fiziğin gelişimi, cisimlerin termal özelliklerinin bu tür parçacıkların hareketi ile açıklanabileceğini gösterdi. Sonunda atomların boyutları deneysel olarak belirlendi.
19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında fizikçiler, atom altı parçacıkların ilki olan elektronu ve bir süre sonra da atom çekirdeğini keşfettiler ve böylece atomun bölünmez olmadığını gösterdiler. Kuantum mekaniğinin gelişimi sadece atomların yapısını değil aynı zamanda özelliklerini de açıklamayı mümkün kıldı: optik spektrumlar, reaksiyonlara girme ve molekül oluşturma yeteneği, yani.
Atomun yapısının genel özellikleri
Atomun yapısına ilişkin modern fikirler kuantum mekaniğine dayanmaktadır.
Popüler düzeyde, atomun yapısı Bohr modelini temel alan dalga modeliyle sunulabilir ancak aynı zamanda kuantum mekaniğinden gelen ek bilgileri de hesaba katar.
Bu modele göre:
Atomlar temel parçacıklardan (protonlar, elektronlar ve nötronlar) oluşur. Bir atomun kütlesi esas olarak çekirdekte yoğunlaşmıştır, dolayısıyla hacminin çoğu nispeten boştur. Çekirdek elektronlarla çevrilidir. Elektron sayısı çekirdekteki proton sayısına eşittir; proton sayısı periyodik tablodaki elementin atom numarasını belirler. Nötr bir atomda elektronların toplam negatif yükü protonların pozitif yüküne eşittir. Aynı elementin farklı sayıda nötron içeren atomlarına izotop denir.
Atomun merkezinde proton ve nötronlardan oluşan küçük, pozitif yüklü bir çekirdek bulunur.
Bir atomun çekirdeği atomun kendisinden yaklaşık 10.000 kat daha küçüktür. Yani bir atomu Boryspil havaalanı boyutuna kadar büyütürseniz çekirdeğin boyutu masa tenisi topunun boyutundan daha küçük olacaktır.
Çekirdek, hacminin çoğunu kaplayan bir elektron bulutu ile çevrilidir. Bir elektron bulutunda, her biri için birkaç olası yörüngenin bulunduğu kabuklar ayırt edilebilir. Dolu yörüngeler, her kimyasal elementin elektronik konfigürasyon karakteristiğini oluşturur.
Her bir yörünge, üç kuantum sayısıyla karakterize edilen en fazla iki elektron içerebilir: temel, yörüngesel ve manyetik.
Yörüngedeki her elektronun dördüncü kuantum numarasının benzersiz bir değeri vardır: spin.
Orbitaller, bir elektronun tam olarak nerede bulunabileceğine ilişkin spesifik bir olasılık dağılımı ile belirlenir. Yörünge örnekleri ve sembolleri sağdaki şekilde gösterilmektedir. Bir yörüngenin “sınırı”, bir elektronun onun dışında olma olasılığının %90'dan az olduğu mesafe olarak kabul edilir.
Her kabuk kesin olarak tanımlanmış sayıda elektrondan fazlasını içeremez. Örneğin, çekirdeğe en yakın kabuk maksimum iki elektrona sahip olabilir; bir sonraki - 8, çekirdekten üçüncüsü - 18 vb.
Elektronlar bir atoma bağlandıklarında düşük enerjili bir yörüngeye düşerler. Atomlar arası bağların oluşumuna yalnızca dış kabuk elektronları katılabilir. Atomlar vazgeçip elektron kazanarak pozitif veya negatif yüklü iyonlar haline gelebilir. Bir elementin kimyasal özellikleri, çekirdeğin elektron verme veya elektron kazanma kolaylığına göre belirlenir. Bu hem elektron sayısına hem de dış kabuğun doluluk derecesine bağlıdır.
Atom Boyutu
Bir atomun büyüklüğü ölçülmesi zor bir miktardır çünkü merkezi çekirdek dağınık bir elektron bulutu ile çevrelenmiştir. Katı kristaller oluşturan atomlar için, kristal kafesin bitişik bölgeleri arasındaki mesafe, boyutlarının yaklaşık bir değeri olarak kullanılabilir. Atomlar için kristaller oluşmaz; teorik hesaplamalar dahil diğer değerlendirme teknikleri kullanılır. Örneğin, bir hidrojen atomunun boyutunun 1,2 × 10-10 m olduğu tahmin edilmektedir. Bu değer, bir protonun (hidrojen atomunun çekirdeği olan) boyutuyla karşılaştırılabilir: 0,87 × 10-15 m ve doğrulanabilir. Hidrojen atomunun çekirdeği atomun kendisinden 100.000 kat daha küçüktür. Diğer elementlerin atomları yaklaşık olarak aynı oranı korur. Bunun nedeni daha büyük, pozitif yüklü çekirdeğe sahip elementlerin elektronları daha güçlü çekmesidir.
Bir atomun boyutunun bir başka özelliği de van der Waals yarıçapıdır - başka bir atomun belirli bir atoma yaklaşabileceği mesafe. Moleküllerdeki atomlar arası mesafeler, kimyasal bağların uzunluğu veya kovalent yarıçap ile karakterize edilir.
Çekirdek
Atomun büyük kısmı, nükleonlardan oluşan çekirdekte yoğunlaşmıştır: nükleer etkileşim kuvvetleriyle birbirine bağlanan protonlar ve nötronlar.
Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısı atom numarasını ve atomun hangi elemente ait olduğunu belirler. Örneğin karbon atomları 6 proton içerir. Belirli bir atom numarasına sahip tüm atomlar aynı fiziksel özelliklere sahiptir ve aynı kimyasal özellikleri sergiler. Periyodik tablo elementleri artan atom numaralarına göre listeler.
Bir elementin atomundaki toplam proton ve nötron sayısı, onun atom kütlesini belirler, çünkü bir proton ve bir nötronun kütlesi yaklaşık 1 amu'dur. Çekirdekteki nötronlar, atomun hangi elemente ait olduğunu etkilemez, ancak bir kimyasal elementtir. Aynı sayıda proton ve farklı sayıda nötron içeren atomlara sahip olabilir. Bu tür atomlar aynı atom numarasına ancak farklı atom kütlelerine sahiptir ve elementin izotopları olarak adlandırılır. Bir izotopun adını yazarken, atom kütlesini ondan sonra yazın. Örneğin, karbon-14 izotopu 6 proton ve 8 nötron içerir, bu da atom kütlesinin toplamının 14 olmasını sağlar. Bir diğer popüler gösterim yöntemi, atom kütlesinin önüne element simgesinin önüne bir üst simge eklemektir. Örneğin karbon-14, 14C olarak adlandırılır.
Periyodik tabloda verilen bir elementin atom kütlesi, doğada bulunan izotopların kütlesinin ortalama değeridir. Ortalama alma, izotopun doğadaki bolluğuna göre yapılır.
Atom numarası arttıkça çekirdeğin pozitif yükü artar ve bunun sonucunda protonlar arasındaki Coulomb itmesi artar. Protonları bir arada tutmak için giderek daha fazla nötrona ihtiyaç duyuluyor. Ancak nötronların büyük bir kısmı kararsızdır ve bu durum çekirdeğin olası yüküne ve doğada var olan kimyasal elementlerin sayısına bir sınır getirir. Atom numaraları yüksek olan kimyasal elementlerin ömrü çok kısadır, yalnızca hafif elementlerin çekirdeklerinin iyonlarla bombardıman edilmesiyle oluşturulabilir ve yalnızca hızlandırıcıların kullanıldığı deneyler sırasında gözlemlenir. Şubat 2008 itibarıyla sentezlenen ağır kimyasal element ununoktiyumdur.
Kimyasal elementlerin birçok izotopu kararsızdır ve zamanla bozunur. Radyoelement testlerinin nesnelerin yaşını belirlemek için kullandığı bu olgu, arkeoloji ve paleontoloji açısından büyük önem taşımaktadır.
Bohr modeli
Bohr modeli, hidrojen atomunun optik spektrumunu doğru bir şekilde tanımlayabilen ilk fiziksel modeldir. Kuantum mekaniğinin kesin yöntemlerinin geliştirilmesinden sonra, Bohr'un modeli yalnızca tarihsel bir öneme sahiptir, ancak basitliği nedeniyle hala yaygın olarak öğretilmekte ve atomun yapısının niteliksel olarak anlaşılması için kullanılmaktadır.
Bohr'un modeli, atomu, güneş sisteminin yapısını hatırlatan, farklı seviyelerde yörüngede dönen negatif yüklü elektronlara sahip küçük, pozitif yüklü bir çekirdek olarak tanımlayan Rutherford'un gezegen modeline dayanmaktadır. Rutherford, alfa parçacıklarının metal folyo tarafından saçılması üzerine yaptığı deneylerin sonuçlarını açıklamak için bir gezegen modeli önerdi. Gezegen modeline göre atom, etrafında elektronların döndüğü ağır bir çekirdekten oluşur. Ancak bir çekirdeğin etrafında dönen elektronların nasıl spiral şeklinde onun üzerine düşmediği o zamanın fizikçileri için anlaşılmazdı. Nitekim klasik elektromanyetizma teorisine göre, bir çekirdeğin etrafında dönen bir elektronun, elektromanyetik dalgalar (ışık) yayması gerekir. Bu dalgalar, giderek enerji kaybına yol açacak ve çekirdeğin üzerine düşecektir. Peki bir atom nasıl var olabilir? Dahası, atomların elektromanyetik spektrumu üzerine yapılan çalışmalar, bir atomdaki elektronların yalnızca belirli bir frekansta ışık yayabildiğini göstermiştir.
Bu zorlukların üstesinden Niels Bohr'un 1913'te önerdiği ve şunu ileri süren modelde gelindi:
Elektronlar yalnızca ayrık kuantize enerjilere sahip yörüngelerde bulunabilir. Yani tüm yörüngeler mümkün değildir, yalnızca belirli olanlar mümkündür. İzin verilen yörüngelerin kesin enerjileri atoma bağlıdır.
Elektronlar izin verilen bir yörüngeden diğerine hareket ettiğinde klasik mekaniğin yasaları geçerli değildir.
Bir elektron bir yörüngeden diğerine hareket ettiğinde, enerji farkı, frekansı doğrudan iki yörünge arasındaki enerji farkına bağlı olan tek bir kuantum ışık (foton) tarafından yayılır (veya emilir).
burada ν fotonun frekansı, E enerji farkı ve h ise Planck sabiti olarak da bilinen orantı sabitidir.
Ne yazılabileceği belirlendikten sonra
burada ω fotonun açısal frekansıdır.
İzin verilen yörüngeler, denklemle tanımlanan açısal yörünge momentumu L'nin nicelenmiş değerlerine bağlıdır.
burada n = 1,2,3,...
ve açısal momentum kuantum sayısı olarak adlandırılır.
Bu varsayımlar, o zamanın gözlemlerinin sonuçlarını, örneğin spektrumun neden ayrık çizgilerden oluştuğunu açıklamayı mümkün kıldı. Varsayım (4), n'nin en küçük değerinin 1 olduğunu belirtmektedir. Buna göre kabul edilebilir en küçük atom yarıçapı 0,526 Å'dur (0,0529 nm = 5,28 10-11 m). Bu değer Bohr yarıçapı olarak bilinir.
Bohr'un modeli bazen Yarıklasik model olarak da adlandırılır çünkü kuantum mekaniğinden bazı fikirleri içermesine rağmen hidrojen atomunun tam bir kuantum mekaniksel tanımı değildir. Ancak Bohr'un modeli böyle bir tanımlamanın oluşturulmasına yönelik önemli bir adımdı.
Hidrojen atomunun kesin kuantum mekaniksel tanımında, enerji seviyeleri sabit Schrödinger denkleminin çözümünden bulunur. Bu seviyeler yukarıda belirtilen üç kuantum sayısıyla karakterize edilir, açısal momentumu niceleme formülü farklıdır, küresel s-orbitaller için açısal momentumun kuantum sayısı sıfırdır, uzun dambıl şeklindeki p-orbitaller için birliktir, vb. (yukarıdaki resme bakın).
Atom enerjisi ve kuantizasyonu
Bir atomun sahip olabileceği enerji değerleri kuantum mekaniği prensiplerine göre hesaplanır ve yorumlanır. Bu durumda elektronların çekirdekle ve elektronların birbirleriyle elektrostatik etkileşimi, elektron dönüşleri, özdeş parçacıklar prensibi gibi faktörler dikkate alınır. Kuantum mekaniğinde bir atomun bulunduğu durum, Schrödinger denkleminin çözümünden bulunabilen bir dalga fonksiyonuyla tanımlanır. Her biri belirli bir enerji değerine sahip olan belirli bir durum kümesi vardır. Enerjisi en düşük olan duruma temel durum denir. Diğer durumlara heyecanlı denir. Atom sınırlı bir süre için uyarılmış durumdadır, er ya da geç bir miktar elektromanyetik alan (foton) yayar ve temel duruma geçer. Bir atom uzun süre temel durumda kalabilir. Heyecanlanmak için kendisine yalnızca dış ortamdan gelebilecek dış enerjiye ihtiyacı vardır. Bir atom, yalnızca durumları arasındaki enerji farkına karşılık gelen belirli frekanslarda ışık yayar veya soğurur.
Bir atomun olası durumları, spin, yörünge açısal momentum kuantum numarası ve toplam açısal momentum kuantum numarası gibi kuantum sayılarıyla indekslenir. Sınıflandırmaları hakkında daha fazla bilgiyi elektronik terimler makalesinde okuyabilirsiniz.
Karmaşık atomların elektronik kabukları
Karmaşık atomlarda onlarca, çok ağır elementlerde ise yüzlerce elektron bulunur. Özdeş parçacıklar ilkesine göre atomların elektronik durumları tüm elektronlardan oluşur ve her birinin nerede bulunduğunu belirlemek imkansızdır. Ancak tek elektron yaklaşımı olarak adlandırılan yaklaşımda, bireysel elektronların belirli enerji durumlarından söz edebiliriz.
Bu fikirlere göre atomun elektronları tarafından doldurulan belirli bir dizi yörünge vardır. Bu yörüngeler belirli bir elektronik konfigürasyon oluşturur. Her yörünge ikiden fazla elektron içeremez (Pauli dışlama ilkesi). Yörüngeler, her biri yalnızca belirli sayıda sabit sayıda yörüngeye (1, 4, 10 vb.) sahip olabilen kabuklar halinde gruplandırılır. Orbitaller iç ve dış olarak ikiye ayrılır. Bir atomun temel durumunda iç kabukları tamamen elektronlarla doludur.
İç yörüngelerde elektronlar çekirdeğe çok yakındır ve ona güçlü bir şekilde bağlanır. Bir elektronu iç yörüngeden çıkarmak için ona birkaç bin elektron volta kadar yüksek enerji sağlamanız gerekir. İç kabuktaki bir elektron bu enerjiyi ancak bir X-ışını kuantumunu soğurarak elde edebilir. Atomların iç kabuklarının enerjileri her kimyasal element için ayrıdır ve bu nedenle bir atom, X-ışını absorpsiyon spektrumu ile tanımlanabilir. Bu durum X-ışını analizinde kullanılır.
Dış kabukta elektronlar çekirdekten uzakta bulunur. Kimyasal bağların oluşumunda rol oynayanlar bu elektronlardır, bu nedenle dış kabuğa değerlik, dış kabuktaki elektronlara da değerlik elektronları denir.
Atomdaki kuantum geçişleri
Atomların farklı halleri arasındaki geçişler, çoğunlukla elektromanyetik alan olmak üzere harici bir etkinin neden olduğu mümkündür. Atomik durumların kuantizasyonu nedeniyle, ışık kuantumunun enerjisi iyonizasyon enerjisini aşmıyorsa atomların optik spektrumları ayrı çizgilerden oluşur. Yüksek frekanslarda atomların optik spektrumları sürekli hale gelir. Bir atomun ışıkla uyarılma olasılığı, frekanstaki daha fazla artışla azalır, ancak X-ışını aralığında her kimyasal elementin belirli frekanslarında keskin bir şekilde artar.
Uyarılmış atomlar, emilimin gerçekleştiği frekanslarla aynı frekanslarda ışık kuantumu yayar.
Atomların farklı durumları arasındaki geçişler, hızlı yüklü parçacıklarla olan etkileşimlerden de kaynaklanabilir.
Atomun kimyasal ve fiziksel özellikleri
Bir atomun kimyasal özellikleri esas olarak değerlik elektronları (dış kabuktaki elektronlar) tarafından belirlenir. Dış kabuktaki elektronların sayısı bir atomun değerini belirler.
Periyodik element tablosunun son sütununda yer alan atomların dış kabukları tamamen doldurulmuştur ve elektronun bir sonraki kabuğa geçebilmesi için atoma çok yüksek enerji sağlanması gerekir. Bu nedenle bu atomlar inerttir ve kimyasal reaksiyonlara girme eğiliminde değildir. İnert gazlar yalnızca çok düşük sıcaklıklarda incelir ve kristalleşir.
Periyodik element tablosunun ilk sütununda yer alan atomların dış kabuklarında bir elektron bulunur ve kimyasal olarak aktiftirler. Değerleri 1'dir. Kristalize haldeki bu atomlar için karakteristik kimyasal bağ türü metalik bir bağdır.
Periyodik tablonun ikinci sütununda temel durumdaki atomların dış kabuklarında 2 s elektron bulunur. Dış kabukları dolu olduğundan hareketsiz olmaları gerekir. Ancak elektron kabuğu konfigürasyonu s2 olan temel durumdan s1p1 konfigürasyonu olan duruma geçmek için çok az enerji gerekir, dolayısıyla bu atomların değerliği 2'dir ancak daha az aktivite gösterirler.
Periyodik element tablosunun üçüncü sütunundaki atomlar temel hallerinde s2p1 elektron konfigürasyonuna sahiptir. Farklı değerler sergileyebilirler: 1, 3, 5. Son olasılık, bir atomun elektron kabuğunun 8 elektronla desteklenip kapanması durumunda ortaya çıkar.
Periyodik element tablosunun dördüncü sütunundaki atomların değerliği 4'tür (örneğin karbondioksit CO2), ancak 2 değerliği de mümkündür (örneğin karbon monoksit CO). Bu sütunun önünde çok çeşitli kimyasal bileşikler oluşturan bir element olan karbon yer alır. Kimyanın özel bir dalı karbon bileşiklerine ayrılmıştır - organik kimya. Bu sütundaki diğer elementler silikondur ve germanyum normal koşullar altında katı halli bir yarı iletkendir.
Beşinci sütundaki elementlerin değerliği 3 veya 5'tir.
Periyodik tablonun altıncı sütunundaki elementler temel hallerinde s2p4 konfigürasyonuna ve genel spinleri 1'e sahiptirler. Bu nedenle iki değerliklidirler. Ayrıca bir atomun, değerliğinin 4 veya 6 olduğu spin 2 ile s2p3s" uyarılmış durumuna geçme olasılığı da vardır.
Periyodik tablonun yedinci sütunundaki elementlerin dış kabuklarında onu dolduracak bir elektron eksiktir. Çoğunlukla tek değerliklidirler. Bununla birlikte, uyarılmış hallerde kimyasal bileşiklere girebilirler ve 3,5,7 değerlikleri sergilerler.
Geçiş elemanları genellikle d kabuğu tamamen dolmadan dış s kabuğunu doldurur. Bu nedenle çoğunlukla 1 veya 2 değerliğe sahiptirler, ancak bazı durumlarda d-elektronlarından biri kimyasal bağ oluşumuna katılır ve değerliği üçe eşit olur.
Kimyasal bileşikler oluştuğunda atomik yörüngeler değişir, deforme olur ve moleküler yörüngeler haline gelir. Bu durumda, yörüngelerin hibridizasyon süreci meydana gelir - belirli bir baz toplamı olarak yeni yörüngelerin oluşumu.
Atom kavramının tarihi
Daha fazla ayrıntı atomizm makalesinde
Atom kavramı, kelimenin kendisi gibi, eski Yunan kökenlidir, ancak atomların varlığına ilişkin hipotezin doğruluğu ancak 20. yüzyılda doğrulanmıştır. Yüzyıllar boyunca bu kavramın arkasında duran ana fikir, dünyanın, yapısı çok basit olan ve zamanın başlangıcından beri var olan çok sayıda bölünmez unsurdan oluşan bir dizi olduğu fikriydi.
Atomistik doktrinin ilk vaizleri
Atomistik öğretileri ilk vaaz eden, MÖ 5. yüzyılda filozof Leucippus'du. Daha sonra öğrencisi Demokritos asayı eline aldı. Çalışmalarının yalnızca izole edilmiş parçaları hayatta kaldı ve bunlardan, az sayıda oldukça soyut fiziksel hipotezden yola çıktıkları açıkça görülüyor:
"Tatlılık ve acılık, sıcak ve soğuk tanımın anlamıdır, fakat gerçekte [yalnızca] atomlar ve boşluktur."
Demokritos'a göre doğanın tamamı, tamamen boş uzayda duran veya hareket eden maddenin en küçük parçacıkları olan atomlardan oluşur. Bütün atomların basit bir biçimi vardır ve aynı türdeki atomlar aynıdır; Doğanın çeşitliliği, atom şekillerinin çeşitliliğini ve atomların birbirine yapışma yollarının çeşitliliğini yansıtır. Hem Demokritos hem de Leukipus, hareket etmeye başlayan atomların doğa kanunlarına göre hareket etmeye devam ettiğine inanıyordu.
Antik Yunanlılar için en zor soru atomizmin temel kavramlarının fiziksel gerçekliğiydi. Maddesi olmadığı halde herhangi bir fiziksel özelliği olamayacaksa boşluğun gerçekliğinden ne anlamda bahsedebiliriz? Leukipus ve Demokritos'un fikirleri, atomların neyden oluştuğunu ve atomların neden bölünemez olduğunu açıklamadıkları için fiziksel düzlemdeki madde teorisi için tatmin edici bir temel oluşturamadı.
Demokritos'tan bir nesil sonra Platon bu soruna çözümünü önerdi: “En küçük parçacıklar maddenin krallığına değil, geometrinin krallığına aittir; düz üçgenlerle sınırlandırılmış çeşitli katı geometrik şekilleri temsil ediyorlar.
Hint felsefesinde atom kavramı
Bin yıl sonra, eski Yunanlıların soyut akıl yürütmesi Hindistan'a nüfuz etti ve bazı Hint felsefesi okulları tarafından benimsendi. Ancak Batı felsefesi atom teorisinin maddi dünya teorisi için somut ve nesnel bir temel haline gelmesi gerektiğine inanıyorsa, Hint felsefesi de maddi dünyayı her zaman bir yanılsama olarak algılamıştır. Hindistan'da atomculuk ortaya çıktığında, dünyadaki gerçekliğin maddeden değil süreçten oluştuğu ve dünyada madde yığınları olarak değil, bir sürecin bağlantıları olarak mevcut olduğumuz teorisi biçimini aldı.
Yani, hem Platon hem de Hintli filozoflar şöyle bir şey düşündüler: Eğer doğa küçük ama sonlu büyüklükteki paylaşımlardan oluşuyorsa, o zaman neden bunlar en azından hayal gücünde daha da küçük parçacıklara bölünemiyor? daha fazla düşünülmesi gereken bir şey var mı?
Roma biliminde atomistik teori
Romalı şair Lucretius (MÖ 96 - 55), saf bilime ilgi gösteren birkaç Romalıdan biriydi. Nesnelerin Doğası Üzerine (De rerum natura) adlı şiirinde atom teorisini destekleyen gerçekleri ayrıntılı olarak ortaya koydu. Örneğin, hiç kimse göremese de büyük bir kuvvetle esen bir rüzgar, muhtemelen görülmesi çok zor olan parçacıklardan oluşmuştur. Görünmez kalarak seyahat eden koku, ses ve ısı yoluyla uzaktaki şeyleri hissedebiliriz.
Lucretius, şeylerin özelliklerini, onları oluşturan bileşenlerin özellikleriyle birleştirir; Atomlar: Sıvının atomları küçük ve yuvarlak şekillidir, bu nedenle sıvı bu kadar kolay akar ve gözenekli bir maddeden sızar, katıların atomları ise onları bir arada tutan kancalara sahiptir. Benzer şekilde, farklı tat duyuları ve farklı hacimlerdeki sesler, basit ve uyumlu olanlardan dolambaçlı ve düzensiz olanlara kadar karşılık gelen şekillerdeki atomlardan oluşur.
Ancak Lucretius'un öğretileri kilise tarafından kınandı çünkü onlara oldukça materyalist bir yorum getirmişti: örneğin, Tanrı'nın bir atom mekanizmasını harekete geçirdikten sonra artık onun çalışmasına müdahale etmediği ya da ruhun onunla birlikte öldüğü fikri. vücut.
Atomun yapısına ilişkin ilk teoriler
Zaten modern hatları olan atomun yapısına ilişkin ilk teorilerden biri Galileo (1564-1642) tarafından açıklanmıştır. Onun teorisine göre madde, hareketsiz olmayan, ısının etkisi altında her yöne hareket eden parçacıklardan oluşur; ısı parçacıkların hareketinden başka bir şey değildir. Parçacıkların yapısı karmaşıktır ve maddi kabuğunun herhangi bir kısmını mahrum bırakırsanız, ışık içeriden sıçrayacaktır. Galileo, fantastik bir biçimde de olsa atomun yapısını ortaya koyan ilk kişiydi.
Bilimsel Temeller
19. yüzyılda John Dalton atomların varlığına dair kanıtlar elde etti ancak onların bölünmez olduğunu varsaydı. Ernest Rutherford deneysel olarak bir atomun negatif yüklü parçacıklar (elektronlar) ile çevrelenmiş bir çekirdekten oluştuğunu gösterdi.
Yalıtılmış bir birim olarak bir atom, pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yük taşıyan elektronlardan oluşur. Atomun yapısı budur.
Merkezinde daha küçük parçacıklardan (protonlar ve nötronlar) oluşan bir çekirdek var. Tüm atomun yarıçapına göre çekirdeğin yarıçapı yaklaşık yüz bin kat daha küçüktür. Çekirdek yoğunluğu son derece yüksektir.
Pozitif yüklü kararlı bir çekirdek protondur. Nötron, elektrik yükü olmayan, kütlesi yaklaşık olarak protonun kütlesine eşit olan temel bir parçacıktır. Çekirdeğin kütlesi, sırasıyla, çekirdekteki toplamı bir nükleon olarak kısaltılan toplam proton ve nötron kütlesinden oluşur. Çekirdekteki bu nükleonlar, bir atomdaki proton sayısı, atom kabuğunda belirlenen proton sayısına eşit olup, sonuç olarak atomun kimyasal özelliklerinin temelini oluşturur.
Maddenin en küçük parçacığı olan elektron, kendi içinde temel bir negatif elektrik akımı taşır ve gezegenlerin Güneş etrafında dönmesine benzer şekilde sürekli olarak çekirdeğin etrafında belirli yörüngelerde döner. Böylece atomun nelerden oluştuğu sorusuna şu cevap verilebilir: Pozitif, negatif ve nötr yüklü temel parçacıklardan.
Şu model vardır: Bir atomun boyutu, elektron kabuğunun boyutuna veya yörünge yüksekliğine bağlıdır. Atomun neden oluştuğu sorusunun cevabı kapsamında, bir atoma hem elektron eklenebileceğini hem de atomdan çıkarılabileceğini açıklığa kavuşturabiliriz. Bu durum atomu pozitif iyona veya buna göre negatif iyona dönüştürür. Ve temel bir kimyasal parçacığın dönüşüm sürecine iyonlaşma denir.
Nükleer reaksiyonlar sırasında açığa çıkabilecek büyük miktarda enerji yoğunlaşmıştır. Bu tür reaksiyonlar, kural olarak, atom çekirdekleri diğer temel parçacıklarla veya diğer kimyasal elementlerin çekirdekleriyle çarpıştığında meydana gelir. Sonuç olarak yeni çekirdekler oluşabiliyor. Örneğin, bir reaksiyon, bir nötronun bir protona geçişini gerçekleştirebilirken, bir beta parçacığı, aksi halde bir elektron, bir atomun çekirdeğinden çıkarılır.
Bir atomun merkezinde protondan nötrona niteliksel geçiş iki şekilde gerçekleştirilebilir. İlk durumda, çekirdekten, elektronun kütlesine eşit kütleye sahip, ancak pozitif yüklü, pozitron adı verilen (pozitron bozunması adı verilen) bir parçacık ortaya çıkar. İkinci seçenek, K-yörüngesinden (K-yakalama) kendisine en yakın elektronlardan birinin atomunun çekirdeği tarafından yakalanmasını içerir. Atomun yapısına bağlı olarak kimyasal elementler bu şekilde birinden diğerine değişir.
Oluşan çekirdeğin enerjisinin fazla olduğu, yani uyarılmış olduğu durumlar vardır. Doğal duruma geçiş durumunda, çekirdek, çok kısa dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyonun bir kısmı şeklinde aşırı enerji açığa çıkarır - gama radyasyonu bu şekilde oluşur. Nükleer reaksiyonlar sırasında açığa çıkan enerji, birçok bilim ve endüstri dalında pratik uygulama alanı bulmaktadır.
ATOM(Yunanca atomos'tan - bölünmez), bir kimyasalın en küçük parçacığı. element, kutsaldır. Her kimya. Bir element belirli atomlardan oluşan bir koleksiyona karşılık gelir. Örneğin aynı veya farklı elementlerin atomları birbirine bağlanarak daha karmaşık parçacıklar oluşturur. . Her çeşit kimyasal. fark nedeniyle içeri-içeri (katı, sıvı ve gaz). Atomların birbirleriyle kombinasyonları. Atomlar serbestçe de var olabilirler. durumu (içinde , ). Atomun kimyasal oluşturma yeteneği de dahil olmak üzere atomun özellikleri. bağlantı, yapısının özelliklerine göre belirlenir.
Atomun yapısının genel özellikleri. Bir atom, negatif yüklü bulutlarla çevrelenmiş pozitif yüklü bir çekirdekten oluşur. Bir bütün olarak atomun boyutları, elektron bulutunun boyutları tarafından belirlenir ve atom çekirdeğinin boyutlarıyla karşılaştırıldığında büyüktür (bir atomun doğrusal boyutları ~ 10~8 cm, çekirdeği ~ 10" -10" 13cm). Bir atomun elektron bulutunun kesin olarak tanımlanmış sınırları yoktur, dolayısıyla atomun boyutu anlamına gelir. dereceler koşulludur ve bunların belirlenmesi yöntemlerine bağlıdır (bkz.). Bir atomun çekirdeği, nükleer kuvvetler tarafından bir arada tutulan Z ve N'den oluşur (bkz.). Olumlu şarj ve negatif. ücret aynı abs'dir. büyüklüğü ve eşittir e = 1,60*10 -19 C; elektrik gücü yoktur. şarj. Nükleer yük +Ze - temel. Belirli bir kimyasala ait olduğunu belirleyen bir atomun özelliği. eleman. periyodik element Periyodik sistem () çekirdekteki sayıya eşittir.
Elektriksel olarak nötr bir atomda buluttaki sayı çekirdekteki sayıya eşittir. Ancak belirli koşullar altında sırasıyla dönerek kaybedebilir veya ekleyebilir. olumlu ya da inkar et. ör. Li + , Li 2+ veya O - , O 2- . Belirli bir elementin atomlarından bahsederken hem nötr atomları hem de o elementi kastediyoruz.
Bir atomun kütlesi, çekirdeğinin kütlesiyle belirlenir; kütle (9,109*10 -28 g), kütleden veya (1,67*10 -24 g) yaklaşık 1840 kat daha azdır, dolayısıyla atomun kütlesine katkısı önemsizdir. Toplam sayı ve A=Z+N denir. .
ve nükleer yük sırasıyla gösterilir. öğe sembolünün solundaki üst simge ve alt simge, ör. 23 11 Hayır. Belirli bir N değerine sahip bir elementin atom tipine denir. . Aynı elementin aynı Z ve farklı N'ye sahip atomlarına denir. bu eleman. Kütle farkının kimyası üzerinde çok az etkisi vardır. ve fiziksel Aziz Vah. En önemlisi akrabalığın büyük olmasından dolayı farklılıklar () gözlenmektedir. sıradan bir atomun (), D ve T'nin kütlelerindeki farklılıklar. Atom kütlelerinin kesin değerleri yöntemlerle belirlenir. 
Tek elektronlu bir atomun durağan durumu dört kuantum sayısıyla benzersiz bir şekilde karakterize edilir: n, l, ml ve ms. Bir atomun enerjisi yalnızca n'ye bağlıdır ve belirli bir n'ye sahip bir seviye, l, m l, m s değerlerinde farklılık gösteren bir dizi duruma karşılık gelir. Verilen n ve l'li durumlar genellikle 1s, 2s, 2p, 3s vb. olarak gösterilir; burada sayılar l değerlerini gösterir ve Latince s, p, d, f ve sonraki harfler değerlere karşılık gelir d = 0, 1, 2 , 3, ... Aralık sayısı. verilen p ve d durumları 2(2l+1) m l ve m s değerlerinin kombinasyonlarının sayısına eşittir. Toplam dalgıç sayısı. verilen n'nin eşit olduğu durumlar
, yani n = 1, 2, 3, ... değerlerine sahip seviyeler 2, 8, 18, ..., 2n 2 ayrışmasına karşılık gelir. . Yalnızca birinin karşılık geldiği seviyeye (bir dalga fonksiyonu) denir. dejenere olmayan. Bir seviye iki veya daha fazlasına karşılık geliyorsa buna denir. dejenere (bkz.). Bir atomda enerji seviyeleri l ve ml değerlerinde dejeneredir; ms'deki dejenerasyon yalnızca etkileşim dikkate alınmazsa yaklaşık olarak meydana gelir. döndürme mıknatısı manyetik an Elektrikteki yörünge hareketinin neden olduğu alan. nükleer alan (bkz.). Bu, Coulomb etkileşimiyle karşılaştırıldığında küçük, göreceli bir etkidir ancak temelde önemlidir, çünkü ek yol açar sözde şeklinde kendini gösteren enerji seviyelerinin bölünmesi. ince yapı. 
Verilen n, l ve ml için, dalga fonksiyonunun modülünün karesi atomdaki elektron bulutunun ortalama dağılımını belirler. Fark atomlar dağılım açısından birbirlerinden önemli ölçüde farklılık gösterir (Şekil 2). Dolayısıyla, l = 0'da (s-durumları) atomun merkezinde sıfırdan farklıdır ve yöne bağlı değildir (yani küresel simetrik), diğer durumlar için atomun merkezinde sıfıra eşittir ve yöne bağlıdır.
Çok elektronlu atomlarda karşılıklı elektrostatik nedeniyle. itme, çekirdekle olan bağlantılarını önemli ölçüde azaltır. Örneğin, He + 'dan ayrılma enerjisi 54,4 eV'dir; nötr bir He atomunda çok daha azdır - 24,6 eV. Daha ağır atomlar için bağ haricidir. çekirdeği daha da zayıf. Çok elektronlu atomlarda özgüllük önemli bir rol oynar. 
Birbirinden ayırt edilemezlik ve itaat etmeleri ile bağlantılı olan Krom'a göre, dört kuantum sayısıyla karakterize edilen her birinde birden fazla olamaz. Çok elektronlu bir atom için, bir bütün olarak yalnızca atomun tamamı hakkında konuşmak mantıklıdır. Ancak yaklaşık olarak sözde. Tek elektron yaklaşımında, her bir elektron durumu (karşılık gelen fonksiyon tarafından tanımlanan belirli bir yörünge), ayrı ayrı ele alınabilir ve dört kuantum sayısı n, l, ml ve m s'den oluşan bir dizi ile karakterize edilebilir. Verilen n ve l durumundaki 2(2l+ 1) koleksiyonu bir elektron kabuğu (alt seviye, alt kabuk olarak da adlandırılır) oluşturur; tüm bu durumlar doluysa kabuk çağrılır. doldurulmuş (kapalı). Aynı n'ye sahip ancak farklı l'ye sahip 2n2 durumdan oluşan bir küme, elektronik bir katman (düzey, kabuk olarak da adlandırılır) oluşturur. n = 1, 2, 3, 4, ... için katmanlar K, L, M, N, ... sembolleriyle gösterilir. Tamamen doldurulduğunda kabuk ve katmanlardaki sayılar tabloda verilmiştir:
İç yapı Çok daha sıkı bağlanan atomların kabukları (bağlanma enerjisi 10 2 -10 4 eV), yalnızca etkileşim sırasında kendini gösterir. hızlı parçacıklara ve yüksek enerjili fotonlara sahip atomlar. Bu tür etkileşimler X-ışını spektrumunun doğasını ve parçacıkların (,) atomlar üzerindeki saçılımını belirler (bkz.). Bir atomun kütlesi onun fiziksel özelliklerini belirler. kutsal, bir dürtü gibi, kinetik. enerji. Mekanik ve ilgili mag'dan. ve elektrik Atom çekirdeğinin momentleri bazı incelikli fiziksel faktörlere bağlıdır. etkiler (kendisiyle ilişkili atomun kırılma indeksinin kendisine bağımlılığını belirleyen radyasyon frekansına bağlıdır. Bir atomun optik özellikleri ile elektriksel özellikleri arasındaki yakın bağlantı özellikle optik spektrumlarda açıkça ortaya çıkar.
===
İspanyol makale için literatür "ATOM": Karapetyants M.X., Drakin S.I., Structure, 3. baskı, M., 1978; Shloliekiy E.V., Atomik fizik, 7. baskı, cilt 1-2, M., 1984. M.A. Elyashevich.
Sayfa "ATOM" materyallere göre hazırlanmıştır.