Atom je nejmenší jednotka částic stávajících jako jednoduchá látka, budou moci zasáhnout v chemické kombinaci. V průběhu staletí byly omezené znalosti o atomu předmětem pouze domněnek a předpokladů, takže konkrétní údaje nebylo možné získat až o mnoho let později. V 18. a 19. století anglický vědec John Dalton navrhl existenci atomů jako extrémně malé jednotky, z níž by byla složena veškerá hmota, a přidělil jim hmotu a představoval je jako pevné a nedělitelné sféry.
Co je to atom
Obsah
Je to minimální jednotka hmoty, z níž jsou složeny pevné látky, kapaliny a plyny. Atomy jsou seskupeny dohromady, přičemž mohou být stejného typu nebo různých, za vzniku molekul, které zase tvoří hmotu, z níž jsou složeny existující těla. Vědci však zjistili, že pouze 5% hmoty ve vesmíru je tvořeno atomy, protože temná hmota (která zabírá více než 20% vesmíru) je tvořena neznámými částicemi a temnou energií (který zaujímá 70%).
Jeho název pochází z latinského atomu, což znamená „nedělitelný“, a ti, kteří mu dali tuto terminologii, byli řečtí filozofové Democritus (460–370 př.
Tito filozofové, kteří, aniž by experimentovali, při hledání odpovědi na otázku, z čeho se skládáme, a vysvětlení reality, dospěli k závěru, že je nemožné nekonečně rozdělit hmotu, že by měl existovat „vrchol“, což znamenalo, že dosáhlo by minimální hranice toho, z čeho se skládají všechny věci. Nazvali tento „vrchol“ atomem, protože tato minimální částice již nemohla být rozdělena a z toho by byl složen vesmír. Je třeba dodat, že tento koncept je dodnes zachován, když se mluví o tom, co je atom.
Skládá se z jádra, kde je alespoň jeden proton a stejný počet neutronů (jejichž spojení se nazývá „nukleon“) a nejméně 99,94% jeho hmotnosti se nachází v uvedeném jádru. Zbývajících 0,06% je tvořeno elektrony, které obíhají kolem jádra. Pokud je počet elektronů a protonů stejný, atom je elektricky neutrální; pokud má více elektronů než protonů, bude jeho náboj záporný a bude stanoven jako anion; a pokud počet protonů přesáhne elektrony, jejich náboj bude kladný a bude se nazývat kation.
Jeho velikost je tak malá (přibližně deset miliardtin metru), že pokud by byl objekt značně mnohokrát rozdělen, už by zde nebyl žádný materiál, ze kterého byl složen, ale atomy prvků by zůstaly takovými, v kombinaci to vytvořili a ty jsou prakticky neviditelné. Avšak ne všechny typy atomů mají stejný tvar a velikost, jak to bude záviset na několika faktorech.
Prvky atomu
Atomy mají další složky, které je tvoří, nazývané subatomové částice, které nemohou existovat samostatně, pokud nejsou ve zvláštních a kontrolovaných podmínkách. Tyto částice jsou: elektrony, které mají záporný náboj; protony, které jsou kladně nabité; a neutrony, jejichž náboj je stejný, což je činí elektricky neutrálními. Protony a neutrony se nacházejí v jádru (středu) atomu a tvoří takzvaný nukleon a elektrony obíhají kolem jádra.
Protony
Tato částice se nachází v jádru atomu a tvoří část nukleonů a její náboj je kladný. Přispívají asi 50% hmotnosti atomu a jejich hmotnost odpovídá 1836násobku hmotnosti elektronu. Mají však o něco menší hmotnost než neutrony. Proton není elementární částice, protože se skládá ze tří kvarků (což je typ fermionu, jedné ze dvou existujících elementárních částic).
Počet protonů v atomu je rozhodující při definování typu prvku. Například atom uhlíku má šest protonů, zatímco atom vodíku jen jeden proton.
Elektrony
Jsou to negativní částice, které obíhají kolem jádra atomu. Jeho hmotnost je tak malá, že je považována za jednorázovou. Normálně je počet elektronů v atomu stejný jako u protonů, takže oba náboje se navzájem ruší.
Elektrony různých atomů jsou spojeny Coulombovou silou (elektrostatickou) a při sdílení a výměně z jednoho atomu na druhý způsobují chemické vazby. Existují elektrony, které mohou být volné, aniž by byly připojeny k jakémukoli atomu; a ty, které jsou spojeny s jedním, mohou mít oběžné dráhy různých velikostí (čím větší je poloměr oběžné dráhy, tím větší je energie v ní obsažená).
Elektron je elementární částice, protože se jedná o typ fermionu (leptony) a není tvořen žádným jiným prvkem.
Neutrony
Je to subatomární neutrální částice atomu, to znamená, že má stejné množství kladného a záporného náboje. Jeho hmotnost je o něco vyšší než hmotnost protonů, s nimiž tvoří jádro atomu.
Stejně jako protony jsou neutrony složeny ze tří kvarků: dvou sestupných nebo sestupných s nábojem -1/3 a jednoho vzestupného nebo vzestupného s nábojem +2/3, což má za následek celkový náboj nula, což mu dává neutralitu. Neutron sám o sobě nemůže existovat mimo jádro, protože jeho průměrný život mimo jádro je asi 15 minut.
Množství neutronů v atomu neurčuje jeho povahu, pokud se nejedná o izotop.
Izotopy
Jsou typem atomů, jejichž jaderné složení není spravedlivé; to znamená, že má stejný počet protonů, ale jiný počet neutronů. V tomto případě se atomy, které tvoří stejný prvek, budou lišit podle počtu neutronů, které obsahují.
Existují dva typy izotopů:
- Přírodní, vyskytující se v přírodě, jako v případě atomu vodíku, který má tři (protium, deuterium a tritium); nebo atom uhlíku, který má také tři (uhlík-12, uhlík-13 a uhlík-14; každý s různými funkcemi).
- Umělé, které se vyrábějí v kontrolovaných prostředích, ve kterých jsou bombardovány subatomární částice, jsou nestabilní a radioaktivní.
Existují stabilní izotopy, ale uvedená stabilita je relativní, protože i když jsou radioaktivní stejným způsobem, jejich doba rozpadu je dlouhá ve srovnání s existencí planety.
Jak jsou definovány prvky atomu
Atom bude diferencován nebo definován několika faktory, jmenovitě:
- Množství protonů: odchylka v tomto počtu může mít za následek další odlišný prvek, protože určuje, ke kterému chemickému prvku patří.
- Počet neutronů: specifikuje izotop prvku.
Síla, kterou protony přitahují elektrony, je elektromagnetická; zatímco ten, který přitahuje protony a neutrony, je ten jaderný, jehož intenzita je větší než první, což od sebe odpuzuje kladně nabité protony.
Pokud je počet protonů v atomu vysoký, elektromagnetická síla, která je odpuzuje, bude silnější než jaderná, existuje pravděpodobnost, že nukleony budou vyloučeny z jádra, což způsobí jaderný rozpad, nebo to, co je také známé jako radioaktivita; později vést k nukleární transmutaci, což je přeměna jednoho prvku na jiný (alchymie).
Co je to atomový model
Jedná se o schéma, které pomáhá definovat, co je atom, jeho složení, distribuce a vlastnosti, které představuje. Od narození termínu byly vyvinuty různé atomové modely, které nám umožnily lépe porozumět strukturování hmoty.
Nejreprezentativnější atomové modely jsou:
Bohrův atomový model
Dánský fyzik Niels Bohr (1885-1962) se po studiích se svým profesorem, chemikem a také fyzikem Ernestem Rutherfordem nechal inspirovat tímto modelem, aby odhalil svůj vlastní, přičemž vodík bral jako vodítko.
Bohrův atomový model se skládá z jakési planetární soustavy, ve které je jádro ve středu a elektrony se kolem něj pohybují jako planety, na stabilních a kruhových drahách, kde větší ukládá více energie. Zahrnuje absorpci a emise plynů, kvantovací teorii Maxe Plancka a fotoelektrický efekt
Albert Einstein
Elektrony mohou skákat z jedné oběžné dráhy na druhou: pokud jde z jedné z nižší energie na druhou s vyšší energií, zvýší to kvantum energie pro každou oběžnou dráhu, kterou dosáhne; Opak se děje, když přechází z vyšší na nižší energii, kde nejen klesá, ale také ji ztrácí ve formě záření, jako je světlo (foton).
Bohrův atomový model však měl nedostatky, protože nebyl použitelný pro jiné typy atomů.
Daltonův atomový model
John Dalton (1766-1844), matematik a chemik, byl průkopníkem publikace atomového modelu s vědeckým základem, ve kterém uvedl, že atomy jsou podobné kulečníkovým koulím, tedy sférickým.
Daltonův atomový model ve svém přístupu (který nazýval „atomová teorie“) stanoví, že atomy nelze rozdělit. Rovněž stanoví, že atomy stejného prvku mají stejnou kvalitu, včetně jejich hmotnosti a hmotnosti; že i když je lze kombinovat, zůstávají nedělitelné jednoduchými vztahy; a že je lze kombinovat v různých poměrech s jinými typy atomů za vzniku různých sloučenin (spojení dvou nebo více typů atomů).
Tento daltonský atomový model byl nekonzistentní, protože nevysvětlil přítomnost subatomárních částic, protože přítomnost elektronu a protonu nebyla známa. Nemohlo to ani vysvětlit jevy radioaktivity nebo proud elektronů (katodové paprsky); dále nebere v úvahu izotopy (atomy stejného prvku s různou hmotností).
Rutherfordův atomový model
Tento model, který vychoval fyzik a chemik Ernest Rutherford (1871-1937), je obdobou sluneční soustavy. Rutherfordův atomový model stanoví, že nejvyšší procento hmotnosti atomu a jeho kladné části se nachází v jeho jádru (uprostřed); a záporná část nebo elektrony se točí kolem eliptických nebo kruhových drah a mezi nimi je vakuum. Stal se tak prvním modelem, který rozdělil atom na jádro a obal.
Fyzik provedl experimenty, ve kterých vypočítal úhel rozptylu částic, když narazily na zlatou fólii, a všiml si, že některé se odrazily v nepřiměřených úhlech a dospěly k závěru, že jejich jádro musí být malé, ale velké hustoty. Díky Rutherfordovi, který byl studentem JJ Thomsona, byla také první představa o přítomnosti neutronů. Dalším úspěchem bylo vyvolání otázek o tom, jak by kladné náboje v jádře mohly zůstat pohromadě v tak malém objemu, což později vedlo k objevu jedné ze základních interakcí: silné jaderné síly.
Rutherfordův atomový model byl nekonzistentní, protože odporoval Maxwellovým zákonům o elektromagnetismu; ani nevysvětlilo jevy energetického záření při přechodu elektronu z vysokoenergetického do nízkoenergetického stavu.
Thomsonův atomový model
Byl odhalen vědcem a nositelem Nobelovy ceny za fyziku za rok 1906 Josephem Johnem Thomsonem (1856-1940). Thomsonův atomový model popisuje atom jako kladně nabitou sférickou hmotu s vloženými elektrony, jako pudink s rozinkami. Počet elektronů v tomto modelu byl dostatečný k neutralizaci kladného náboje a distribuce kladné hmoty a elektronů byla náhodná.
Experimentoval s katodovými paprsky: ve vakuové trubici prošel proudovými paprsky se dvěma deskami a vytvořil elektrické pole, které je odklonilo. Tak určil, že elektřina byla složena z jiné částice; objevení existence elektronů.
Thomsonův atomový model však byl krátký, nikdy neměl akademický souhlas. Jeho popis vnitřní struktury atomu byl nesprávný, stejně jako rozložení nábojů, nezohledňoval existenci neutronů a nebylo známo o protonech. Nevysvětluje to ani pravidelnost Periodické tabulky prvků.
Navzdory tomu jejich studie sloužily jako základ pro pozdější objevy, protože z tohoto modelu bylo známo o existenci subatomárních částic.
Atomová hmotnost
Reprezentovaná písmenem A, celková hmotnost protonů a neutronů obsažených v atomu se nazývá atomová hmotnost, aniž by se braly v úvahu elektrony, protože jejich hmotnost je tak malá, že ji lze vyřadit.
Izotopy jsou variace atomů stejného prvku se stejným počtem protonů, ale odlišným počtem neutronů, takže jejich atomová hmotnost bude odlišná, i když jsou velmi podobné.
Protonové číslo
Představuje to písmeno Z a označuje počet protonů obsažených v atomu, což je stejný počet elektronů v něm. Mendělejevova periodická tabulka prvků z roku 1869 je řazena od nejmenšího k největšímu podle atomového čísla.
