Ime "atom" je prevedeno sa grčkog kao "nedeljiv". Sve oko nas - čvrste materije, tečnosti i vazduh - izgrađeno je od milijardi ovih čestica.
Izgled verzije o atomu
Atomi su prvi put postali poznati u 5. veku pre nove ere, kada je grčki filozof Demokrit sugerisao da se materija sastoji od pokretnih sitnih čestica. Ali tada nije bilo moguće provjeriti verziju njihovog postojanja. I iako niko nije mogao da vidi ove čestice, o toj ideji se raspravljalo, jer su naučnici jedino mogli da objasne procese koji se dešavaju u stvarnom svetu. Stoga su vjerovali u postojanje mikročestica mnogo prije nego što su mogli dokazati ovu činjenicu.
Samo u 19. veku. počeli su da se analiziraju kao najmanji sastojci hemijskih elemenata, koji imaju specifična svojstva atoma - sposobnost da ulaze u jedinjenja sa drugima u strogo propisanoj količini. Početkom 20. vijeka vjerovalo se da su atomi najmanje čestice materije, sve dok nije dokazano da su sastavljeni od još manjih jedinica.
Od čega je napravljen hemijski element?
Atom hemijskog elementa je mikroskopski građevni blok materije. Molekularna težina atoma postala je odlučujuća karakteristika ove mikročestice. Tek otkriće Mendeljejevljevog periodičnog zakona potvrdilo je da su njihovi tipovi različiti oblici jedne materije. Toliko su male da se ne mogu vidjeti običnim mikroskopom, već samo najmoćnijim elektronskim uređajima. Za poređenje, dlaka na ljudskoj ruci je milion puta šira.
Elektronska struktura atoma ima jezgro, koje se sastoji od neutrona i protona, kao i elektrona, koji se vrte oko centra u stalnim orbitama, poput planeta oko svojih zvijezda. Sve ih zajedno drži elektromagnetna sila, jedna od četiri glavne sile u svemiru. Neutroni su čestice neutralnog naboja, protoni su obdareni pozitivnim, a elektroni negativnim. Potonji privlače pozitivno nabijeni protoni, pa imaju tendenciju da ostanu u orbiti.
struktura atoma
U centralnom dijelu nalazi se jezgro koje ispunjava minimalni dio cijelog atoma. Ali studije pokazuju da se u njemu nalazi gotovo cijela masa (99,9%). Svaki atom sadrži protone, neutrone, elektrone. Broj rotirajućih elektrona u njemu jednak je pozitivnom centralnom naboju. Čestice sa istim nuklearnim nabojem Z, ali različitom atomskom masom A i brojem neutrona u jezgri N nazivaju se izotopi, a sa istim A i različitim Z i N nazivaju se izobare. Elektron je najmanja čestica materije sa negativomelektrični naboj e=1,6 10-19 kulona. Naboj jona određuje broj izgubljenih ili dobijenih elektrona. Proces metamorfoze neutralnog atoma u nabijeni ion naziva se jonizacija.
Nova verzija modela atom
Fizičari su do danas otkrili mnoge druge elementarne čestice. Elektronska struktura atoma ima novu verziju.
Vjeruje se da se protoni i neutroni, ma koliko mali bili, sastoje od najmanjih čestica zvanih kvarkovi. Oni predstavljaju novi model za konstrukciju atoma. Kako su naučnici nekada prikupljali dokaze za postojanje prethodnog modela, danas pokušavaju da dokažu postojanje kvarkova.
RTM je uređaj budućnosti
Savremeni naučnici mogu da vide atomske čestice supstance na kompjuterskom monitoru, kao i da ih pomeraju po površini pomoću specijalnog alata koji se zove skenirajući tunelski mikroskop (RTM).
Ovo je kompjuterizovani alat sa vrhom koji se veoma nežno kreće blizu površine materijala. Kako se vrh pomiče, elektroni se kreću kroz jaz između vrha i površine. Iako materijal izgleda savršeno glatko, zapravo je neravnomjeran na atomskom nivou. Kompjuter pravi mapu površine materije, stvarajući sliku njenih čestica, i tako naučnici mogu vidjeti svojstva atoma.
Radioaktivne čestice
Negativno nabijeni joni kruže oko jezgra na dovoljno velikoj udaljenosti. Struktura atoma je takva da je cjelinaje zaista neutralan i nema električni naboj jer su sve njegove čestice (protoni, neutroni, elektroni) u ravnoteži.
Radioaktivni atom je element koji se lako može podijeliti. Njegov centar se sastoji od mnogih protona i neutrona. Jedini izuzetak je dijagram atoma vodika, koji ima jedan jedini proton. Jezgro je okruženo oblakom elektrona, njihova privlačnost ih tjera da rotiraju oko centra. Protoni sa istim nabojem se odbijaju.
Ovo nije problem za većinu malih čestica koje imaju nekoliko njih. Ali neki od njih su nestabilni, posebno veliki kao što je uranijum, koji ima 92 protona. Ponekad njegov centar ne može izdržati takvo opterećenje. Nazivaju se radioaktivnim jer emituju nekoliko čestica iz svog jezgra. Nakon što se nestabilno jezgro oslobodi protona, preostali protoni formiraju novu kćer. Može biti stabilan ovisno o broju protona u novom jezgru, ili se može dalje dijeliti. Ovaj proces se nastavlja sve dok ne ostane stabilno podređeno jezgro.
Svojstva atoma
Fizička i hemijska svojstva atoma prirodno se mijenjaju iz jednog elementa u drugi. Oni su definisani sledećim glavnim parametrima.
Atomska masa. Pošto glavno mjesto mikročestica zauzimaju protoni i neutroni, njihov zbir određuje broj koji se izražava u jedinicama atomske mase (amu) Formula: A=Z + N.
Atomski radijus. Radijus zavisi od lokacije elementa u Mendeljejevom sistemu, hemijskomveze, broj susjednih atoma i kvantno mehaničko djelovanje. Poluprečnik jezgra je sto hiljada puta manji od poluprečnika samog elementa. Struktura atoma može izgubiti elektrone i postati pozitivan ion, ili dodati elektrone i postati negativni ion.
U periodičnom sistemu Mendeljejeva, svaki hemijski element zauzima mesto koje mu je dodeljeno. U tabeli, veličina atoma se povećava kako se krećete odozgo prema dolje i smanjuje se kako se krećete s lijeva na desno. Od ovoga, najmanji element je helijum, a najveći cezijum.
Valency. Vanjska elektronska ljuska atoma naziva se valentna ljuska, a elektroni u njoj dobili su odgovarajući naziv - valentni elektroni. Njihov broj određuje kako je atom povezan sa ostalima pomoću hemijske veze. Metodom stvaranja posljednje mikročestice pokušavaju da popune svoje vanjske valentne ljuske.
Gravitacija, privlačnost je sila koja drži planete u orbiti, zbog nje predmeti oslobođeni iz ruku padaju na pod. Osoba više primjećuje gravitaciju, ali je elektromagnetno djelovanje višestruko snažnije. Sila koja privlači (ili odbija) nabijene čestice u atomu je 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 puta snažnija od gravitacije u atomu. Ali postoji još jača sila u centru jezgra koja može držati protone i neutrone zajedno.
Reakcije u jezgrima stvaraju energiju kao u nuklearnim reaktorima gdje se atomi dijele. Što je element teži, to su njegovi atomi izgrađeni od više čestica. Ako zbrojimo ukupan broj protona i neutrona u elementu, saznaćemo tomasa. Na primjer, uran, najteži element pronađen u prirodi, ima atomsku masu od 235 ili 238.
Podjela atoma na nivoe
Energijski nivoi atoma su veličina prostora oko jezgra, gdje se elektron kreće. Ukupno ima 7 orbitala, što odgovara broju perioda u periodnom sistemu. Što je lokacija elektrona udaljenija od jezgra, to ima značajniju rezervu energije. Broj perioda označava broj atomskih orbitala oko njegovog jezgra. Na primjer, Kalijum je element 4. perioda, što znači da ima 4 energetska nivoa atoma. Broj hemijskog elementa odgovara njegovom naboju i broju elektrona oko jezgra.
Atom je izvor energije
Verovatno najpoznatiju naučnu formulu otkrio je nemački fizičar Ajnštajn. Ona tvrdi da masa nije ništa drugo do oblik energije. Na osnovu ove teorije moguće je pretvoriti materiju u energiju i po formuli izračunati koliko se može dobiti. Prvi praktični rezultat ove transformacije bile su atomske bombe, koje su prvo testirane u pustinji Los Alamos (SAD), a zatim eksplodirale nad japanskim gradovima. I iako se samo sedmina eksploziva pretvorila u energiju, razorna moć atomske bombe bila je strašna.
Da bi jezgro oslobodilo svoju energiju, mora se srušiti. Da bismo ga razdvojili, potrebno je djelovati neutronom izvana. Tada se jezgro raspada na dva druga, lakša, istovremeno osiguravajući ogromno oslobađanje energije. Propadanje dovodi do oslobađanja drugih neutrona,i nastavljaju da cijepaju druga jezgra. Proces se pretvara u lančanu reakciju, što rezultira ogromnom količinom energije.
Za i protiv upotrebe nuklearne reakcije u naše vrijeme
Destruktivnu silu, koja se oslobađa tokom transformacije materije, čovečanstvo pokušava da ukroti u nuklearnim elektranama. Ovdje se nuklearna reakcija ne odvija u obliku eksplozije, već kao postepeno oslobađanje topline.
Proizvodnja atomske energije ima svoje prednosti i nedostatke. Kako smatraju naučnici, da bismo održali našu civilizaciju na visokom nivou, potrebno je koristiti ovaj ogroman izvor energije. Ali također treba uzeti u obzir da ni najmoderniji razvoj ne može garantirati potpunu sigurnost nuklearnih elektrana. Osim toga, radioaktivni otpad proizveden tokom proizvodnje energije, ako se nepravilno skladišti, može uticati na naše potomke desetinama hiljada godina.
Nakon nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil, sve više ljudi smatra da je proizvodnja nuklearne energije veoma opasna za čovječanstvo. Jedina sigurna elektrana ove vrste je Sunce sa svojom ogromnom nuklearnom energijom. Naučnici razvijaju sve vrste modela solarnih ćelija, a možda će u bliskoj budućnosti čovečanstvo moći da sebi obezbedi sigurnu atomsku energiju.
