Der Name "Atom" wird aus dem Griechischen mit "unteilbar" übersetzt. Alles um uns herum – Feststoffe, Flüssigkeiten und Luft – besteht aus Milliarden dieser Teilchen.
Das Erscheinen der Version über das Atom
Atome wurden erstmals im 5. Jahrhundert v. Chr. bekannt, als der griechische Philosoph Demokrit vorschlug, dass Materie aus sich bewegenden winzigen Teilchen besteht. Aber dann war es nicht möglich, die Version ihrer Existenz zu überprüfen. Und obwohl niemand diese Teilchen sehen konnte, wurde die Idee diskutiert, denn nur so könnten Wissenschaftler die in der realen Welt ablaufenden Prozesse erklären. Daher glaubten sie an die Existenz von Mikropartikeln, lange bevor sie diese Tatsache beweisen konnten.
Nur im 19. Jahrhundert. Sie wurden als die kleinsten Bestandteile chemischer Elemente analysiert, die die spezifischen Eigenschaften von Atomen hatten - die Fähigkeit, Verbindungen mit anderen in einer streng vorgeschriebenen Menge einzugehen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts glaubte man, Atome seien die kleinsten Teilchen der Materie, bis bewiesen wurde, dass sie aus noch kleineren Einheiten bestehen.
Woraus besteht ein chemisches Element?
Atom eines chemischen Elements ist ein mikroskopischer Baustein der Materie. Das Molekulargewicht des Atoms ist zum bestimmenden Merkmal dieses Mikropartikels geworden. Erst die Entdeckung von Mendeleevs periodischem Gesetz begründete, dass ihre Typen verschiedene Formen einer einzigen Materie sind. Sie sind so klein, dass sie mit gewöhnlichen Mikroskopen nicht gesehen werden können, nur mit den leistungsstärksten elektronischen Geräten. Im Vergleich dazu ist ein Haar auf einer menschlichen Hand millionenfach breiter.
Die elektronische Struktur eines Atoms hat einen Kern, bestehend aus Neutronen und Protonen sowie Elektronen, die sich auf konstanten Bahnen um das Zentrum drehen, wie Planeten um ihre Sterne. Sie alle werden durch elektromagnetische Kraft zusammengeh alten, eine der vier Hauptkräfte im Universum. Neutronen sind neutral geladene Teilchen, Protonen positiv und Elektronen negativ geladen. Letztere werden von positiv geladenen Protonen angezogen, sodass sie dazu neigen, in der Umlaufbahn zu bleiben.
Atomstruktur
Im zentralen Teil befindet sich ein Kern, der den kleinsten Teil des gesamten Atoms ausfüllt. Aber Studien zeigen, dass sich fast die gesamte Masse (99,9%) darin befindet. Jedes Atom enthält Protonen, Neutronen, Elektronen. Die Anzahl der darin rotierenden Elektronen ist gleich der positiven Zentralladung. Teilchen mit gleicher Kernladung Z, aber unterschiedlicher Atommasse A und Neutronenzahl im Kern N heißen Isotope, und mit gleichem A und unterschiedlichem Z und N heißen Isobaren. Elektron ist das kleinste Materieteilchen mit einem Negativelektrische Ladung e=1,6 · 10-19 Coulomb. Die Ladung eines Ions bestimmt die Anzahl der abgegebenen oder aufgenommenen Elektronen. Den Prozess der Umwandlung eines neutralen Atoms in ein geladenes Ion nennt man Ionisation.
Neue Version des Atommodells
Physiker haben bis heute viele weitere Elementarteilchen entdeckt. Die elektronische Struktur des Atoms hat eine neue Version.
Es wird angenommen, dass Protonen und Neutronen, egal wie klein sie sind, aus den kleinsten Teilchen bestehen, die Quarks genannt werden. Sie bilden ein neues Modell für den Aufbau des Atoms. Während Wissenschaftler früher Beweise für die Existenz des Vorgängermodells sammelten, versuchen sie heute, die Existenz von Quarks nachzuweisen.
RTM ist das Gerät der Zukunft
Moderne Wissenschaftler können Atompartikel einer Substanz auf einem Computermonitor sehen und sie mit einem speziellen Werkzeug namens Rastertunnelmikroskop (RTM) über die Oberfläche bewegen.
Dies ist ein computergesteuertes Werkzeug mit einer Spitze, die sich sehr sanft nahe der Materialoberfläche bewegt. Wenn sich die Spitze bewegt, bewegen sich Elektronen durch den Sp alt zwischen der Spitze und der Oberfläche. Obwohl das Material perfekt glatt aussieht, ist es tatsächlich auf atomarer Ebene uneben. Der Computer erstellt eine Karte der Oberfläche der Materie, erstellt ein Bild ihrer Teilchen, und so können Wissenschaftler die Eigenschaften des Atoms erkennen.
Radioaktive Teilchen
Negativ geladene Ionen kreisen in ausreichend großem Abstand um den Kern. Die Struktur eines Atoms ist so, dass es ganz istist wirklich neutral und hat keine elektrische Ladung, weil alle seine Teilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen) im Gleichgewicht sind.
Ein radioaktives Atom ist ein Element, das leicht gesp alten werden kann. Sein Zentrum besteht aus vielen Protonen und Neutronen. Die einzige Ausnahme ist das Diagramm des Wasserstoffatoms, das ein einziges Proton hat. Der Kern ist von einer Elektronenwolke umgeben, deren Anziehungskraft sie um das Zentrum rotieren lässt. Protonen gleicher Ladung stoßen sich ab.
Dies ist kein Problem für die meisten kleinen Partikel, die mehrere davon haben. Aber einige von ihnen sind instabil, besonders große wie Uran, das 92 Protonen hat. Manchmal kann sein Zentrum einer solchen Belastung nicht standh alten. Sie werden radioaktiv genannt, weil sie mehrere Teilchen aus ihrem Kern emittieren. Nachdem der instabile Kern die Protonen losgeworden ist, bilden die verbleibenden Protonen eine neue Tochter. Es kann je nach Anzahl der Protonen im neuen Kern stabil sein oder sich weiter teilen. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis ein stabiler Kindkern übrig bleibt.
Eigenschaften von Atomen
Physikalische und chemische Eigenschaften eines Atoms ändern sich auf natürliche Weise von einem Element zum anderen. Sie werden durch die folgenden Hauptparameter definiert.
Atommasse. Da die Hauptstelle der Mikropartikel von Protonen und Neutronen eingenommen wird, bestimmt deren Summe die Anzahl, die in atomaren Masseneinheiten (amu) ausgedrückt wird. Formel: A=Z + N.
Atomradius. Der Radius hängt von der Position des Elements im Mendeleev-System ab, chemischBindungen, Anzahl benachbarter Atome und quantenmechanische Wirkung. Der Radius des Kerns ist hunderttausendmal kleiner als der Radius des Elements selbst. Die Struktur eines Atoms kann Elektronen abgeben und zu einem positiven Ion werden oder Elektronen hinzufügen und zu einem negativen Ion werden.
Im Periodensystem von Mendeleev nimmt jedes chemische Element seinen zugewiesenen Platz ein. In der Tabelle nimmt die Größe eines Atoms zu, wenn Sie sich von oben nach unten bewegen, und ab, wenn Sie sich von links nach rechts bewegen. Dabei ist das kleinste Element Helium und das größte Cäsium.
Wertigkeit. Die äußere Elektronenhülle eines Atoms wird als Valenzhülle bezeichnet, und die Elektronen darin haben den entsprechenden Namen erh alten - Valenzelektronen. Ihre Anzahl bestimmt, wie ein Atom durch eine chemische Bindung mit den anderen verbunden ist. Durch die Methode der Erzeugung des letzten Mikropartikels versuchen sie, ihre äußere Valenzhülle zu füllen.
Schwerkraft, Anziehungskraft ist die Kraft, die die Planeten in der Umlaufbahn hält, weil Gegenstände, die von den Händen losgelassen werden, zu Boden fallen. Eine Person nimmt die Schwerkraft stärker wahr, aber die elektromagnetische Wirkung ist um ein Vielfaches stärker. Die Kraft, die geladene Teilchen in einem Atom anzieht (oder abstößt), ist darin 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000-mal stärker als die Schwerkraft. Aber im Zentrum des Kerns gibt es eine noch stärkere Kraft, die Protonen und Neutronen zusammenh alten kann.
Reaktionen in Kernen erzeugen Energie wie in Kernreaktoren, wo Atome gesp alten werden. Je schwerer das Element, desto mehr Teilchen bestehen aus seinen Atomen. Wenn wir die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen in einem Element zusammenzählen, finden wir es herausMasse. Zum Beispiel hat Uran, das schwerste in der Natur vorkommende Element, eine Atommasse von 235 oder 238.
Ein Atom in Ebenen unterteilen
Die Energieniveaus eines Atoms sind die Größe des Raums um den Atomkern herum, in dem sich das Elektron bewegt. Es gibt insgesamt 7 Orbitale, entsprechend der Anzahl der Perioden im Periodensystem. Je weiter das Elektron vom Kern entfernt ist, desto größer ist seine Energiereserve. Die Periodenzahl gibt die Anzahl der Atomorbitale um seinen Kern an. Beispielsweise ist Kalium ein Element der 4. Periode, was bedeutet, dass es 4 Energieniveaus des Atoms hat. Die Nummer eines chemischen Elements entspricht seiner Ladung und der Anzahl der Elektronen um den Atomkern.
Atom ist eine Energiequelle
Die wohl berühmteste wissenschaftliche Formel wurde vom deutschen Physiker Einstein entdeckt. Sie behauptet, Masse sei nichts anderes als eine Form von Energie. Basierend auf dieser Theorie ist es möglich, Materie in Energie umzuwandeln und anhand der Formel zu berechnen, wie viel davon gewonnen werden 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 ein Siebtel des Sprengstoffs in Energie umgewandelt wurde, war die Zerstörungskraft der Atombombe schrecklich.
Damit der Kern seine Energie freisetzen kann, muss er zusammenbrechen. Um es zu sp alten, muss man von außen mit einem Neutron einwirken. Dann zerfällt der Kern in zwei weitere, leichtere, während er eine enorme Energiefreisetzung liefert. Zerfall führt zur Freisetzung weiterer Neutronen,und sie fahren fort, andere Kerne zu sp alten. Der Prozess wird zu einer Kettenreaktion, die eine enorme Energiemenge zur Folge hat.
Vor- und Nachteile der Kernreaktion in unserer Zeit
Zerstörerische Kraft, die bei der Umwandlung von Materie freigesetzt wird, versucht die Menschheit in Atomkraftwerken zu bändigen. Hier findet die Kernreaktion nicht in Form einer Explosion statt, sondern als allmähliche Freisetzung von Wärme.
Die Erzeugung von Atomenergie hat ihre Vor- und Nachteile. Laut Wissenschaftlern ist es notwendig, diese riesige Energiequelle zu nutzen, um unsere Zivilisation auf einem hohen Niveau zu h alten. Zu berücksichtigen ist aber auch, dass selbst modernste Entwicklungen die absolute Sicherheit von Kernkraftwerken nicht gewährleisten können. Darüber hinaus können radioaktive Abfälle, die bei der Energieerzeugung entstehen, bei unsachgemäßer Lagerung unsere Nachkommen für Zehntausende von Jahren beeinträchtigen.
Nach dem Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl h alten immer mehr Menschen die Gewinnung von Kernenergie für sehr gefährlich für die Menschheit. Das einzig sichere Kraftwerk dieser Art ist die Sonne mit ihrer gew altigen Kernenergie. Wissenschaftler entwickeln alle möglichen Modelle von Solarzellen, und vielleicht wird die Menschheit in naher Zukunft in der Lage sein, sich selbst mit sicherer Atomenergie zu versorgen.
