Viele Eigenschaften der Materie blieben Forschern lange Zeit ein Geheimnis. Warum leiten manche Stoffe Strom gut und andere nicht? Warum zerfällt Eisen nach und nach unter dem Einfluss der Atmosphäre, während Edelmetalle über Jahrtausende perfekt erh alten bleiben? Viele dieser Fragen wurden beantwortet, nachdem sich eine Person der Struktur des Atoms bewusst wurde: seiner Struktur, der Anzahl der Elektronen in jeder Elektronenschicht. Darüber hinaus eröffnete die Beherrschung selbst der Grundlagen der Struktur von Atomkernen eine neue Ära für die Welt.
Aus welchen Elementen ist der elementare Baustein der Materie aufgebaut, wie interagieren sie miteinander, was können wir daraus lernen?
Die Struktur des Atoms aus Sicht der modernen Wissenschaft
Gegenwärtig tendieren die meisten Wissenschaftler dazu, am planetaren Modell der Struktur der Materie festzuh alten. Nach diesem Modell befindet sich im Zentrum jedes Atoms ein Kern, der sogar im Vergleich zum Atom winzig ist (er ist zehntausendmal kleiner als das GanzeAtom). Aber das gleiche kann nicht über die Masse des Kerns gesagt werden. Fast die gesamte Masse eines Atoms ist im Kern konzentriert. Der Kern ist positiv geladen.
Elektronen rotieren auf verschiedenen Bahnen um den Kern, nicht kreisförmig, wie bei den Planeten des Sonnensystems, sondern dreidimensional (Kugeln und Volumenachten). Die Anzahl der Elektronen in einem Atom ist zahlenmäßig gleich der Ladung des Kerns. Aber es ist sehr schwierig, ein Elektron als ein Teilchen zu betrachten, das sich entlang einer Art Bahn bewegt.
Seine Umlaufbahn ist winzig und die Geschwindigkeit fast der eines Lichtstrahls, daher ist es richtiger, das Elektron zusammen mit seiner Umlaufbahn als eine Art negativ geladene Kugel zu betrachten.
Mitglieder der Kernfamilie
Alle Atome bestehen aus 3 Bestandteilen: Protonen, Elektronen und Neutronen.
Proton ist der Hauptbaustoff des Atomkerns. Sein Gewicht entspricht einer atomaren Einheit (der Masse eines Wasserstoffatoms) oder 1,67 ∙ 10-27 kg im SI-System. Das Teilchen ist positiv geladen, und seine Ladung wird als Einheit in das System der elektrischen Elementarladungen aufgenommen.
Das Neutron ist der Massenzwilling des Protons, aber in keiner Weise geladen.
Die beiden obigen Teilchen nennt man Nuklide.
Ein Elektron ist das Gegenteil eines geladenen Protons (die Elementarladung ist −1). Aber in Bezug auf das Gewicht hat uns das Elektron im Stich gelassen, seine Masse beträgt nur 9, 12 ∙ 10-31 kg, was fast 2.000 mal leichter ist als ein Proton oder Neutron.
Wie es "gesehen" wurde
Wie könntest du die Struktur des Atoms sehen, wenn selbst die modernsten technischen Mittel es nicht zulassenund wird es kurzfristig nicht ermöglichen, Bilder seiner konstituierenden Partikel zu erh alten. Woher wussten Wissenschaftler die Anzahl der Protonen, Neutronen und Elektronen im Kern und ihre Position?
Die Vermutung über die planetare Struktur der Atome wurde aufgrund der Ergebnisse des Beschusses einer dünnen Metallfolie mit verschiedenen Partikeln getroffen. Die Abbildung zeigt deutlich, wie verschiedene Elementarteilchen mit Materie wechselwirken.
Die Anzahl der Elektronen, die in den Experimenten durch das Metall gingen, war gleich Null. Das ist einfach erklärt: Negativ geladene Elektronen werden von den ebenfalls negativ geladenen Elektronenhüllen des Metalls abgestoßen.
Der Protonenstrahl (Ladung +) ging durch die Folie, aber mit "Verlusten". Einige wurden von den Kernen abgestoßen, die sich in den Weg stellten (die Wahrscheinlichkeit solcher Treffer ist sehr gering), andere wichen von der ursprünglichen Flugbahn ab und flogen zu nahe an einen der Kerne heran.
Neutronen wurden am "effektivsten" in Bezug auf die Überwindung von Metall. Nur bei einer direkten Kollision mit dem Kern der Substanz ging ein neutral geladenes Teilchen verloren, während 99,99 % der Neutronen die Dicke des Metalls erfolgreich passierten. Übrigens war es möglich, die Größe der Kerne bestimmter chemischer Elemente anhand der Anzahl der Neutronen am Ein- und Ausgang zu berechnen.
Auf der Grundlage der gewonnenen Daten wurde die derzeit vorherrschende Theorie der Struktur der Materie aufgebaut, die die meisten Probleme erfolgreich erklärt.
Was und wie viel
Die Anzahl der Elektronen in einem Atom hängt von der Ordnungszahl ab. Zum Beispiel hat ein gewöhnliches Wasserstoffatomnur ein Proton. Ein einzelnes Elektron kreist auf einer Umlaufbahn. Das nächste Element des Periodensystems, Helium, ist etwas komplizierter. Sein Kern besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen und hat somit die Atommasse 4.
Mit dem Wachstum der Seriennummer wachsen Größe und Masse des Atoms. Die Seriennummer eines chemischen Elements im Periodensystem entspricht der Ladung des Kerns (der Anzahl der darin enth altenen Protonen). Die Anzahl der Elektronen in einem Atom ist gleich der Anzahl der Protonen. Beispielsweise hat ein Bleiatom (Ordnungszahl 82) 82 Protonen in seinem Kern. Um den Atomkern kreisen 82 Elektronen. Um die Anzahl der Neutronen in einem Kern zu berechnen, reicht es aus, die Anzahl der Protonen von der Atommasse abzuziehen:
207 – 82=125.
Warum gibt es immer gleiche Zahlen
Jedes System in unserem Universum strebt nach Stabilität. Übertragen auf das Atom drückt sich dies in seiner Neutralität aus. Wenn wir uns für eine Sekunde vorstellen, dass alle Atome im Universum ausnahmslos die eine oder andere Ladung unterschiedlicher Größe mit unterschiedlichen Vorzeichen haben, kann man sich vorstellen, was für ein Chaos in der Welt ausbrechen würde.
Aber da die Anzahl der Protonen und Elektronen in einem Atom gleich ist, ist die Gesamtladung jedes "Steins" null.
Die Anzahl der Neutronen in einem Atom ist eine unabhängige Größe. Darüber hinaus können Atome desselben chemischen Elements eine unterschiedliche Anzahl dieser Teilchen mit Nullladung haben. Beispiel:
- 1 Proton + 1 Elektron + 0 Neutronen=Wasserstoff (Atommasse 1);
- 1 Proton + 1 Elektron + 1 Neutron=Deuterium (Atommasse 2);
- 1 Proton + 1 Elektron + 2Neutron=Tritium (Atommasse 3).
In diesem Fall ändert sich die Anzahl der Elektronen im Atom nicht, das Atom bleibt neutral, seine Masse ändert sich. Solche Variationen chemischer Elemente werden Isotope genannt.
Ist ein Atom immer neutral
Nein, die Anzahl der Elektronen in einem Atom ist nicht immer gleich der Anzahl der Protonen. Wenn einem Atom ein oder zwei Elektronen für eine Weile nicht „weggenommen“werden könnten, gäbe es so etwas wie Galvanisierung nicht. Ein Atom kann wie jede Materie beeinflusst werden.
Unter dem Einfluss eines ausreichend starken elektrischen Feldes aus der äußeren Schicht des Atoms können ein oder mehrere Elektronen "wegfliegen". In diesem Fall ist das Teilchen der Substanz nicht mehr neutral und wird als Ion bezeichnet. Es kann sich in einem gasförmigen oder flüssigen Medium bewegen und eine elektrische Ladung von einer Elektrode zur anderen übertragen. Auf diese Weise wird eine elektrische Ladung in Batterien gespeichert, und die dünnsten Schichten einiger Metalle werden auf die Oberflächen anderer aufgebracht (Vergoldung, Versilberung, Verchromung, Vernickelung usw.).
Auch in Metallen - Leitern des elektrischen Stroms - ist die Zahl der Elektronen instabil. Die Elektronen der äußeren Schichten wandern sozusagen von Atom zu Atom und übertragen elektrische Energie durch den Leiter.
