Die Struktur des Atoms. Energieniveaus des Atoms. Protonen, Neutronen, Elektronen

Der Name "Atom" wird aus dem Griechischen als "unteilbar" übersetzt. Um uns herum - Feststoffe, Flüssigkeiten und Luft - sind Milliarden solcher Partikel aufgebaut.

Das Aussehen der Version über das Atom

Zum ersten Mal über Atome wurde es im V. Jahrhundert zuvor bekanntAD, als der griechische Philosoph Demokrit darauf hinwies, dass Materie darin besteht, winzige Teilchen zu bewegen. Aber dann gab es keine Möglichkeit, die Version ihrer Existenz zu überprüfen. Und obwohl niemand diese Teilchen sehen konnte, wurde die Idee diskutiert, denn nur so konnten Wissenschaftler die Prozesse erklären, die in der realen Welt stattfinden. Sie glaubten daher lange vor der Zeit, als sie diese Tatsache beweisen konnten, an die Existenz von Mikropartikeln.

Nur im XIX Jahrhundert. sie begannen, als die kleinsten Komponenten chemischer Elemente analysiert zu werden, die spezifische Eigenschaften von Atomen haben - die Fähigkeit, Verbindungen mit anderen in einer streng vorgeschriebenen Menge zu verbinden. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts glaubte man, dass Atome die kleinsten Teilchen der Materie sind, bis bewiesen wurde, dass sie aus noch kleineren Einheiten bestehen.

Was ist das chemische Element von?

Das Atom des chemischen Elements ist mikroskopischBau Ziegel der Materie. Der bestimmende Faktor dieses Mikropartikels ist die Molekülmasse des Atoms. Nur die Entdeckung des periodischen Gesetzes von Mendelejew begründete, dass ihre Arten verschiedene Formen einer einzigen Materie darstellen. Sie sind so klein, dass sie mit herkömmlichen Mikroskopen nicht gesehen werden können, nur die leistungsstärksten elektronischen Geräte. Zum Vergleich: Das Haar an der Hand des Mannes ist eine Million Mal breiter.

Die elektronische Struktur eines Atoms hat einen Kern bestehend ausvon Neutronen und Protonen ebenso wie von Elektronen, die auf permanenten Bahnen um das Zentrum herum rotieren, wie Planeten um ihre Sterne. Alle von ihnen sind durch eine elektromagnetische Kraft, eine der vier wichtigsten im Universum befestigt. Neutronen sind Teilchen mit einer neutralen Ladung, Protonen sind positiv und Elektronen negativ. Letztere werden von positiv geladenen Protonen angezogen, bleiben also im Orbit.

Die Struktur des Atoms

Im zentralen Teil befindet sich eine Kernfüllungder kleinste Teil des gesamten Atoms. Aber die Forschung zeigt, dass fast die gesamte Masse (99,9%) genau darin liegt. Jedes Atom enthält Protonen, Neutronen, Elektronen. Die Anzahl der rotierenden Elektronen ist gleich der positiven Zentralladung. Teilchen gleicher Ladung des Kerns Z, aber unterschiedlicher Atommasse A und Anzahl der Neutronen im Kern N heißen Isotope, aber mit demselben A und verschiedenen Z- und N-Isobaren. Elektron ist das kleinste Teilchen der Materie mit einer negativen elektrischen Ladung e = 1,6 · 10 - 19 Coulomb. Die Ionenladung bestimmt die Menge an verlorenen oder hinzugefügten Elektronen. Der Prozess der Metamorphose eines neutralen Atoms in ein geladenes Ion wird als Ionisierung bezeichnet.

Neue Version des atomaren Modells

Physiker haben entdeckt, dass viele andere Elementarteilchen datieren. Die elektronische Struktur des Atoms hat eine neue Version.

Es wird angenommen, dass Protonen und Neutronen, egal wiesie waren nicht klein, sie bestehen aus den kleinsten Teilchen, die Quarks genannt werden. Sie bilden ein neues Modell für den Aufbau eines Atoms. Da frühere Wissenschaftler Beweise für die Existenz des Vorgängermodells gesammelt haben, versuchen sie heute, die Existenz von Quarks nachzuweisen.

RTM - das Gerät der Zukunft

Moderne Wissenschaftler können auf dem Monitor sehenComputer, atomare Teilchen der Materie, und auch um sie über die Oberfläche zu bewegen, mit einem speziellen Werkzeug namens Rastertunnelmikroskop (RTM).

Das computerisiert Werkzeug mit einer Spitze, die sehr istbewegt sich sanft nahe der Oberfläche des Materials. Wenn sich die Spitze bewegt, bewegen sich Elektronen durch die Lücke zwischen der Spitze und der Oberfläche. Obwohl das Material völlig glatt aussieht, ist es auf atomarer Ebene sogar uneben. Der Computer erstellt eine Karte der Oberfläche der Substanz, die ein Bild seiner Partikel erzeugt, und Wissenschaftler können so die Eigenschaften des Atoms erkennen.

Radioaktive Partikel

Negativ geladene Ionen zirkulieren um den Kern herumin einer ausreichend großen Entfernung. Die Struktur des Atoms ist so, dass das Ganze wirklich neutral ist und keine elektrische Ladung hat, weil alle seine Teilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen) im Gleichgewicht sind.

Ein radioaktives Atom ist ein Element, das sein kanneinfach zu teilen. Sein Zentrum besteht aus vielen Protonen und Neutronen. Die Ausnahme ist nur ein Diagramm des Wasserstoffatoms, das ein einzelnes Proton hat. Der Kern ist von einer Wolke aus Elektronen umgeben, deren Anziehung ihn um das Zentrum rotieren lässt. Protonen stoßen sich mit derselben Ladung ab.

Dies ist kein Problem für die meisten kleinen Teilchen,in denen es mehrere gibt. Aber einige von ihnen sind instabil, besonders für große, wie Uran mit 92 Protonen. Manchmal steht sein Zentrum einer solchen Belastung nicht. Sie werden radioaktiv genannt, weil sie mehrere Teilchen aus ihrem Kern werfen. Nachdem der instabile Kern die Protonen losgeworden ist, bildet der Rest eine neue Tochter. Es kann abhängig von der Anzahl der Protonen in einem neuen Kern stabil sein und kann weiter unterteilt werden. Dieser Prozess dauert so lange, bis ein stabiler Kindkern vorliegt.

Eigenschaften von Atomen

Die physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Atoms variieren natürlich von Element zu Element. Sie werden durch die folgenden Grundparameter bestimmt.

Atomare Masse. Da der Hauptort des Mikropartikels von Protonen und Neutronen besetzt ist, wird deren Summe durch die Zahl in atomaren Masseneinheiten (amu) bestimmt: Formel: A = Z + N.

Atomradius. Der Radius hängt von der Position des Elements im Mendelejew-System, der chemischen Bindung, der Anzahl benachbarter Atome und dem quantenmechanischen Effekt ab. Der Radius des Kerns ist hunderttausendmal kleiner als der Radius des Elements selbst. Die Struktur eines Atoms kann Elektronen verlieren und sich in ein positives Ion umwandeln oder Elektronen hinzufügen und ein negatives Ion werden.

Im Periodensystem von Mendelejewdas chemische Element nimmt seinen Platz ein. In der Tabelle nimmt die Größe des Atoms von oben nach unten zu und von links nach rechts ab. Danach ist das kleinste Element Helium und das größte Element ist Cäsium.

Valenz. Die äußere Elektronenhülle eines Atoms wird Valenz genannt, und die Elektronen in ihm werden entsprechend Valenzelektronen genannt. Ihre Anzahl bestimmt, wie sich ein Atom durch chemische Bindung mit dem Rest verbindet. Die Methode zur Herstellung der letzteren Mikropartikel versucht, ihre äußeren Valenzschalen zu füllen.

Gravitation, Anziehung ist die Kraft, die hältPlaneten im Orbit, deshalb fallen von den Händen gelöste Objekte zu Boden. Eine Person bemerken mehr Schwerkraft, aber die elektromagnetische Wirkung ist um ein Vielfaches stärker. Die Kraft, die geladene Teilchen in einem Atom anzieht (oder abstößt), ist 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 mal stärker als die Schwerkraft darin. Aber in der Mitte des Kerns gibt es eine noch stärkere Kraft, die Protonen und Neutronen zusammenhalten kann.

Reaktionen in Kernen erzeugen Energie sowohl im Kern als auch im KernReaktoren, in denen die Atome gespalten sind. Je schwerer das Element ist, desto mehr seiner Atome sind aus mehr Partikeln aufgebaut. Wenn wir die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen in dem Element addieren, kennen wir seine Masse. Zum Beispiel hat Uranus, das schwerste in der Natur verfügbare Element, eine Atommasse von 235 oder 238.

Spaltung eines Atoms in Niveaus

Die Energieniveaus eines Atoms sind die GrößenordnungRaum um den Kern, wo das Elektron in Bewegung ist. Insgesamt gibt es 7 Orbitale entsprechend der Periodenzahl im Periodensystem. Je entfernter die Position des Elektrons aus dem Kern ist, desto signifikanter ist seine Energiereserve. Die Periodennummer gibt die Anzahl der Atomorbitale um ihren Kern an. Zum Beispiel ist Kalium ein Element der 4. Periode, daher hat es 4 Energieniveaus des Atoms. Die Zahl eines chemischen Elements entspricht seiner Ladung und der Anzahl der Elektronen um den Kern herum.

Atom - die Energiequelle

Wahrscheinlich die berühmteste wissenschaftliche FormelEs wurde von dem deutschen Physiker Einstein entdeckt. Sie argumentiert, dass die Masse nichts anderes als eine Form von Energie ist. Basierend auf dieser Theorie können Sie Materie in Energie umwandeln und anhand der Formel berechnen, wie viel sie erhalten kann. Das erste praktische Ergebnis dieser Transformation waren Atombomben, die zuerst in der Wüste von Los Alamos (USA) getestet wurden und dann über japanischen Städten explodierten. Und obwohl nur der siebte Teil des Sprengstoffs in Energie umgewandelt wurde, war die zerstörerische Kraft der Atombombe furchtbar.

Damit der Zellkern seine Energie freisetzen kannmuss zerstört werden. Um es zu teilen, ist es notwendig, auf das Neutronenaußen zu wirken. Dann zerfällt der Kern in zwei andere, leichtere und sorgt für eine enorme Energiefreisetzung. Der Zerfall führt zur Freisetzung anderer Neutronen und sie spalten weiterhin andere Kerne. Der Prozess wird zu einer Kettenreaktion, was zu einer enormen Menge an Energie führt.

Vor- und Nachteile der Nutzung der Kernreaktion in unserer Zeit

Die zerstörerische Kraft, die bei der Umwandlung der Materie freigesetzt wird, versucht die Menschheit Atomkraftwerke zu zähmen. Hier findet die Kernreaktion nicht in Form einer Explosion statt, sondern als allmähliche Rückführung von Wärme.

Die Produktion von Kernenergie hat ihre Vorteile undNachteile Um die Zivilisation auf einem hohen Niveau zu halten, ist es nach Ansicht der Wissenschaftler notwendig, diese riesige Energiequelle zu nutzen. Es sollte jedoch auch berücksichtigt werden, dass selbst die fortgeschrittensten Entwicklungen die vollständige Sicherheit von Kernkraftwerken nicht garantieren können. Darüber hinaus können radioaktive Abfälle, die im Falle einer unsachgemäßen Lagerung bei der Energiegewinnung aufgenommen werden, unsere Nachkommen für Zehntausende von Jahren beeinflussen.

Nach dem Unfall von Tschernobyl, mehr und mehrDie Menschen halten die Produktion von Kernenergie für sehr gefährlich für die Menschheit. Das einzige sichere Kraftpaket dieser Art ist die Sonne mit ihrer enormen Kernenergie. Wissenschaftler entwickeln alle möglichen Modelle von Solarzellen, und vielleicht kann sich die Menschheit in naher Zukunft mit sicherer Kernenergie versorgen.