Ime "atom" je iz grščine prevedeno kot "nedeljiv". Vse okoli nas – trdne snovi, tekočine in zrak – je zgrajeno iz milijard teh delcev.
Izgled različice o atomu
Atomi so prvič postali znani v 5. stoletju pred našim štetjem, ko je grški filozof Demokrit predlagal, da je snov sestavljena iz gibljivih drobnih delcev. Toda takrat ni bilo mogoče preveriti različice njihovega obstoja. In čeprav teh delcev nihče ni mogel videti, so o ideji razpravljali, saj bi lahko znanstveniki le tako razložili procese, ki se dogajajo v resničnem svetu. Zato so verjeli v obstoj mikrodelcev že dolgo, preden so lahko dokazali to dejstvo.
Šele v 19. stoletju. začeli so jih analizirati kot najmanjše sestavine kemičnih elementov, ki imajo specifične lastnosti atomov - sposobnost vstopanja v spojine z drugimi v strogo predpisani količini. Na začetku 20. stoletja je veljalo, da so atomi najmanjši delci snovi, dokler ni bilo dokazano, da so sestavljeni iz še manjših enot.
Iz česa je sestavljen kemični element?
Atom kemičnega elementa je mikroskopski gradnik snovi. Molekulska masa atoma je postala odločilna značilnost tega mikrodelca. Šele odkritje Mendelejevega periodičnega zakona je potrdilo, da so njihove vrste različne oblike ene same snovi. So tako majhni, da jih ni mogoče videti z običajnimi mikroskopi, le z najmočnejšimi elektronskimi napravami. Za primerjavo, las na človeški roki je milijonkrat širši.
Elektronska struktura atoma ima jedro, sestavljeno iz nevtronov in protonov ter elektronov, ki se vrtijo okoli središča v stalnih orbitah, kot planeti okoli svojih zvezd. Vse skupaj drži elektromagnetna sila, ena od štirih glavnih sil v vesolju. Nevtroni so delci z nevtralnim nabojem, protoni so obdarjeni s pozitivnim nabojem, elektroni pa z negativnim. Slednje privlačijo pozitivno nabiti protoni, zato se nagibajo k temu, da ostanejo v orbiti.
struktura atoma
V osrednjem delu je jedro, ki zapolnjuje minimalni del celotnega atoma. Toda študije kažejo, da se v njem nahaja skoraj celotna masa (99,9%). Vsak atom vsebuje protone, nevtrone, elektrone. Število vrtečih se elektronov v njej je enako pozitivnemu osrednjemu naboju. Delce z enakim jedrskim nabojem Z, vendar različno atomsko maso A in številom nevtronov v jedru N imenujemo izotopi, z enakim A in različnimi Z in N pa izobare. Elektron je najmanjši delec snovi z negativomelektrični naboj e=1,6 10-19 kulonov. Naboj iona določa število izgubljenih ali pridobljenih elektronov. Proces metamorfoze nevtralnega atoma v nabit ion se imenuje ionizacija.
Nova različica modela atom
Fiziki so do danes odkrili veliko drugih elementarnih delcev. Elektronska struktura atoma ima novo različico.
Meni je, da so protoni in nevtroni, ne glede na to, kako majhni so, sestavljeni iz najmanjših delcev, imenovanih kvarki. Predstavljajo nov model za konstrukcijo atoma. Ker so znanstveniki nekoč zbirali dokaze za obstoj prejšnjega modela, danes poskušajo dokazati obstoj kvarkov.
RTM je naprava prihodnosti
Sodobni znanstveniki lahko vidijo atomske delce snovi na računalniškem monitorju in jih premikajo po površini s posebnim orodjem, imenovanim skenirni tunelski mikroskop (RTM).
To je računalniško orodje s konico, ki se zelo nežno premika blizu površine materiala. Ko se konica premika, se elektroni premikajo skozi vrzel med konico in površino. Čeprav je material videti popolnoma gladek, je dejansko neenakomeren na atomski ravni. Računalnik naredi zemljevid površine snovi in ustvari sliko njenih delcev in tako lahko znanstveniki vidijo lastnosti atoma.
radioaktivni delci
Negativno nabiti ioni krožijo okoli jedra na dovolj veliki razdalji. Struktura atoma je taka, da je celje resnično nevtralen in nima električnega naboja, ker so vsi njegovi delci (protoni, nevtroni, elektroni) v ravnovesju.
Radioaktivni atom je element, ki ga je mogoče zlahka razdeliti. Njegovo središče je sestavljeno iz številnih protonov in nevtronov. Edina izjema je diagram vodikovega atoma, ki ima en sam proton. Jedro je obdano z oblakom elektronov, zaradi njihove privlačnosti se vrtijo okoli središča. Protoni z enakim nabojem se odbijajo.
To ni problem za večino majhnih delcev, ki jih imajo več. Toda nekateri od njih so nestabilni, zlasti veliki, kot je uran, ki ima 92 protonov. Včasih njegov center ne zdrži takšne obremenitve. Imenujejo jih radioaktivni, ker iz svojega jedra oddajajo več delcev. Ko se nestabilno jedro znebi protonov, preostali protoni tvorijo novo hčer. Lahko je stabilen, odvisno od števila protonov v novem jedru, ali pa se še naprej deli. Ta postopek se nadaljuje, dokler ne ostane stabilno podrejeno jedro.
Lastnosti atomov
Fizikalne in kemijske lastnosti atoma se naravno spreminjajo iz enega elementa v drugega. Opredeljujejo jih naslednji glavni parametri.
Atomska masa. Ker glavno mesto mikrodelcev zasedajo protoni in nevtroni, njihova vsota določa število, ki je izraženo v atomskih masnih enotah (amu) Formula: A=Z + N.
Atomski polmer. Polmer je odvisen od lokacije elementa v sistemu Mendelejev, kemičnivezi, število sosednjih atomov in kvantno mehansko delovanje. Polmer jedra je sto tisočkrat manjši od polmera samega elementa. Struktura atoma lahko izgubi elektrone in postane pozitiven ion ali doda elektrone in postane negativni ion.
V periodičnem sistemu Mendelejeva vsak kemični element zasede določeno mesto. V tabeli se velikost atoma povečuje, ko se premikate od zgoraj navzdol, in zmanjšuje, ko se premikate od leve proti desni. Od tega je najmanjši element helij, največji pa cezij.
Valenca. Zunanja elektronska lupina atoma se imenuje valenčna lupina, elektroni v njej pa so prejeli ustrezno ime - valenčni elektroni. Njihovo število določa, kako je atom povezan z drugimi s pomočjo kemične vezi. Z metodo ustvarjanja zadnjega mikrodelca poskušajo zapolniti svoje zunanje valenčne lupine.
Gravitacija, privlačnost je sila, ki drži planete v orbiti, zaradi nje predmeti, izpuščeni iz rok, padejo na tla. Človek bolj opazi gravitacijo, vendar je elektromagnetno delovanje večkrat močnejše. Sila, ki privlači (ali odbija) nabite delce v atomu, je 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 krat močnejša od gravitacije v atomu. Toda v središču jedra je še močnejša sila, ki lahko drži protone in nevtrone skupaj.
Reakcije v jedrih ustvarjajo energijo kot v jedrskih reaktorjih, kjer se atomi delijo. Težji kot je element, iz več delcev so zgrajeni njegovi atomi. Če seštejemo skupno število protonov in nevtronov v elementu, ga ugotovimomaso. Na primer, uran, najtežji element v naravi, ima atomsko maso 235 ali 238.
Delitev atoma na ravni
Energijske ravni atoma so velikost prostora okoli jedra, kjer se giblje elektron. Skupno je 7 orbital, kar ustreza številu obdobij v periodnem sistemu. Bolj kot je elektron oddaljen od jedra, večjo rezervo energije ima. Številka obdobja označuje število atomskih orbital okoli njegovega jedra. Na primer, kalij je element 4. obdobja, kar pomeni, da ima 4 energijske ravni atoma. Število kemičnega elementa ustreza njegovemu naboju in številu elektronov okoli jedra.
Atom je vir energije
Verjetno najbolj znano znanstveno formulo je odkril nemški fizik Einstein. Trdi, da masa ni nič drugega kot oblika energije. Na podlagi te teorije je mogoče snov spremeniti v energijo in po formuli izračunati, koliko je lahko dobimo. Prvi praktični rezultat te preobrazbe so bile atomske bombe, ki so bile najprej testirane v puščavi Los Alamos (ZDA), nato pa eksplodirale nad japonskimi mesti. In čeprav se je le sedma eksploziva spremenila v energijo, je bila uničujoča moč atomske bombe strašna.
Da bi jedro sprostilo svojo energijo, se mora zrušiti. Da ga razdelimo, je treba delovati z nevtronom od zunaj. Nato se jedro razpade na dva druga, lažja, hkrati pa zagotavlja ogromno sproščanja energije. Razpad vodi do sproščanja drugih nevtronov,in še naprej delijo druga jedra. Proces se spremeni v verižno reakcijo, ki povzroči ogromno energije.
Prednosti in slabosti uporabe jedrske reakcije v našem času
Uničevalno silo, ki se sprošča pri preoblikovanju snovi, človeštvo poskuša ukrotiti v jedrskih elektrarnah. Tu jedrska reakcija ne poteka v obliki eksplozije, ampak kot postopno sproščanje toplote.
Proizvodnja atomske energije ima svoje prednosti in slabosti. Po mnenju znanstvenikov je za ohranitev naše civilizacije na visoki ravni nujno uporabiti ta ogromen vir energije. Vendar je treba upoštevati tudi, da tudi najsodobnejši razvoj ne more zagotoviti popolne varnosti jedrskih elektrarn. Poleg tega lahko radioaktivni odpadki, ki nastanejo med proizvodnjo energije, če jih nepravilno skladiščimo, vplivajo na naše potomce več deset tisoč let.
Po nesreči v jedrski elektrarni Černobil vse več ljudi meni, da je proizvodnja jedrske energije zelo nevarna za človeštvo. Edina varna tovrstna elektrarna je Sonce s svojo ogromno jedrsko energijo. Znanstveniki razvijajo vse vrste modelov sončnih celic in morda si bo človeštvo v bližnji prihodnosti lahko zagotovilo varno atomsko energijo.
