atomy jsou základní jednotky hmoty a definující struktura prvků. Termín „atom“ pochází z řeckého slova pro nedělitelné, protože se kdysi myslelo, že atomy jsou nejmenší věci ve vesmíru a nemohly být rozděleny. Nyní víme, že atomy jsou tvořeny třemi částicemi: protony, neutrony a elektrony — které se skládají z ještě menších částic, jako jsou kvarky.
Atomy byly vytvořeny po Velkém Třesku před 13,7 miliardami let., Jak horký, hustý nový vesmír ochladil, podmínky se staly vhodnými pro kvarky a elektrony. Kvarky se spojily, aby vytvořily protony a neutrony, a tyto částice se spojily do jader. To vše se podle cerna odehrálo během několika prvních minut existence vesmíru.
trvalo 380 000 let, než se vesmír dostatečně ochladil, aby zpomalil elektrony, aby je jádra mohla zachytit a vytvořit první atomy. Nejdříve atomy byly především vodík a helium, které jsou stále nejhojnější prvky ve vesmíru, podle Jefferson Lab., Gravitace nakonec způsobil mraky plynu splývají a vytvářejí hvězdy, a těžší atomy byly (a stále jsou), který jsem vytvořil v rámci hvězd a poslal po celém vesmíru, když explodovala hvězda (supernova).
Atomové částice
Protony a neutrony jsou těžší než elektrony a pobývat v jádru ve středu atomu. Elektrony jsou extrémně lehké a existují v oblaku obíhajícím kolem jádra. Elektronový mrak má podle národní laboratoře Los Alamos poloměr 10 000krát větší než jádro.,
protony a neutrony mají přibližně stejnou hmotnost. Jeden proton je však asi 1 835krát hmotnější než elektron. Atomy mají vždy stejný počet protonů a elektronů a počet protonů a neutronů je obvykle stejný. Přidání protonu do atomu vytváří nový prvek, při přidávání neutronu je izotop, nebo těžší verze, tohoto atomu.
Nucleus
jádro bylo objeveno v roce 1911 Ernestem Rutherfordem, fyzikem z Nového Zélandu., V roce 1920 Rutherford navrhl název proton pro kladně nabité částice atomu. On také teoretizoval, že tam byl neutrální částice uvnitř jádra, který James Chadwick, britský fyzik a student Rutherford je, byl schopen potvrdit v roce 1932.
prakticky veškerá hmotnost atomu spočívá v jeho jádru, podle Chemistry LibreTexts. Protony a neutrony, které tvoří jádro, mají přibližně stejnou hmotnost (proton je o něco menší) a mají stejnou hybnost úhlu nebo spin.,
jádro je drženo pohromadě silnou silou, jednou ze čtyř základních sil v přírodě. Tato síla mezi protony a neutrony překonává odpudivou elektrickou sílu, která by jinak protony oddělila, podle pravidel elektřiny. Některá atomová jádra jsou nestabilní, protože vazebná síla se liší pro různé atomy na základě velikosti jádra. Tyto atomy se pak rozpadnou na další prvky, jako je uhlík-14 rozpadající se na dusík-14.,
Protony
Protony jsou kladně nabité částice nacházejí uvnitř atomových jader. Rutherford je objevil v experimentech s katodovými trubicemi, které byly provedeny v letech 1911 až 1919. Protony jsou asi 99,86% tak masivní jako neutrony.
počet protonů v atomu je pro každý prvek jedinečný., Například atomy uhlíku mají šest protonů, atomy vodíku mají jeden a atomy kyslíku mají osm. Počet protonů v atomu se označuje jako atomové číslo tohoto prvku. Počet protonů také určuje chemické chování prvku. Prvky jsou uspořádány v periodické tabulce prvků v pořadí rostoucího atomového čísla.,
Tři kvarky tvoří každý proton — dva „up“ kvarky (každá s dvou třetin kladný náboj) a jeden „down“ kvark (s jedním-třetí záporný náboj) a jsou drženy pohromadě další subatomární částice zvané gluony, které jsou nehmotné.
Elektrony
Elektrony jsou malé v porovnání s protony a neutrony, více než 1800 krát menší než proton nebo neutron. Elektrony jsou podle Jeffersonovy laboratoře asi 0,054% hmotnější než neutrony.
Joseph John (J. J.) Thomson, britský fyzik, objevil elektron v roce 1897, podle Science History Institute., Původně známý jako „corpuscles,“ elektrony mají záporný náboj a jsou elektricky přitahovány k pozitivně nabitým protonům. Elektrony obklopují atomové jádro v drahách tzv. orbitaly, nápad, který byl vztáhl Erwin Schrödinger, Rakouský fyzik, v roce 1920. Dnes, tento model je známý jako kvantový model nebo elektron cloud model. Vnitřní orbitaly obklopující atom jsou sférické, ale vnější orbitaly jsou mnohem komplikovanější.
elektronová konfigurace atomu se týká umístění elektronů v typickém atomu., Pomocí elektronové konfigurace a principů fyziky mohou chemici předpovídat vlastnosti atomu, jako je stabilita, bod varu a vodivost, podle národní laboratoře Los Alamos.
Neutrony
neutronu je existence byla domníval, Rutherford v roce 1920, a objevil Chadwick v roce 1932, podle Americké Fyzikální Společnosti. Neutrony byly nalezeny během experimentů, kdy byly atomy zastřeleny na tenký list berylia. Byly uvolněny subatomární částice bez náboje-neutron.,
neutrony jsou neprobádané částice nacházející se ve všech atomových jádrech (s výjimkou vodíku). Neutronová hmotnost je o něco větší než hmotnost protonu. Jako protony, neutrony jsou také vyrobeny z kvarků — jedna „až“ quark (s pozitivní 2/3 poplatek) a dvě „dolů“ kvarky (každý s negativním jednu třetinu poplatek).
Historie atomu
teorie atomu se datuje přinejmenším jako daleká záda jako 440 B. C. chcete-li Démokritos, řecký vědec a filozof. Democritus s největší pravděpodobností postavil svou teorii atomů na práci minulých filozofů, podle Andrewa G., Van Melsen, autor knihy „From Atomos to Atom: the History of the Concept Atom“ (Duquesne University Press, 1952).
Democritus‘ vysvětlení atomu začíná kamenem. Kamenný řez na polovinu dává dvě poloviny stejného kamene. Pokud by měl být kámen nepřetržitě řezán, v určitém okamžiku by existoval kus kamene dostatečně malý, aby již nemohl být řezán. Pojem „atom“ pochází z řeckého slova pro nedělitelná, které Démokritos k závěru, musí být bod, ve kterém je (hmoty) nemůže být rozdělena.,
Jeho vysvětlení obsažené myšlenky, že atomy existovat odděleně od sebe navzájem, že existuje nekonečné množství atomů, a že atomy jsou schopni se pohybovat, že se mohou spojit dohromady, aby vytvořily hmotu, ale ne sloučit, aby se stal nový atom, a že nemohou být rozděleny, podle Dnešní Vesmír. Nicméně, protože většina filozofů v době, kdy — zejména velmi vlivný Aristoteles věřil, že veškerá hmota byla vytvořena ze země, vzduchu, ohně a vody, Démokritovy atomové teorie bylo, dát stranou.,
John Dalton, Britský chemik, postavený na Démokritovy nápady v roce 1803 když vztáhl svou vlastní atomovou teorii, podle oddělení chemie na Purdue University. Daltonova teorie zahrnovala několik myšlenek od Democritus, jako jsou atomy jsou nedělitelné a nezničitelné a že různé atomy tvoří dohromady, aby vytvořily veškerou hmotu., Dalton dodatky k teorii zahrnuty následující myšlenky: Že všechny atomy určitého prvku jsou stejné, atomy jednoho prvku mají různé hmotnosti a vlastnosti než atomy jiného prvku,, že se atomy nemohou být vytvořeny, ani zničeny a že hmota je tvořena atomy kombinující v jednoduchých celých čísel.
Thomson, britský fyzik, který objevil elektron v roce 1897, dokázal, že atomy lze podle Nadace Chemical Heritage Foundation rozdělit., Byl schopen určit existenci elektronů studiem vlastností elektrického výboje v katodových trubkách. Podle Thomsonova papíru z roku 1897 byly paprsky vychýleny uvnitř trubice, což dokázalo, že ve vakuové trubici bylo něco záporně nabitého. V roce 1899 vydal Thomson popis své verze atomu, běžně známého jako “ plum pudding model.“Výňatek z tohoto článku se nachází na webu týmu Chem., Thomsonův model atomu zahrnoval velké množství elektronů zavěšených v něčem, co produkovalo kladný náboj, který dává atomu celkový neutrální náboj. Jeho model připomínal švestkový pudink, populární britský dezert,který měl rozinky zavěšené v kulaté dortové kouli.
další vědec dále modifikovat a rozvíjet atomovou model byl Rutherford, který studoval pod Thomson, podle oddělení chemie na Purdue University. V roce 1911 publikoval Rutherford svou verzi atomu, která zahrnovala kladně nabité jádro obíhající elektrony., Tento model vznikl, když Rutherford a jeho asistenti vypálili alfa částice na tenké listy zlata. Alfa částice se skládá ze dvou protonů a dvou neutronů, které jsou drženy pohromadě stejnou silnou jadernou silou, která váže jádro, podle Jeffersonovy laboratoře.
vědci si všimli, že malé procento alfa částice byly rozptýleny ve velmi velkém úhlu k původnímu směru pohybu, zatímco většina prošla skrz sotva rušen., Rutherford byl schopen přibližnou velikost jádra atomu zlata, zjišťují, že je třeba alespoň 10 000 krát menší než velikost celého atomu s mnohem atomu je prázdný prostor. Rutherfordův model atomu je stále základním modelem, který se dnes používá.,
Několik dalších vědců podporoval atomic model, včetně Niels Bohr (postavený na rutherfordova modelu zahrnout vlastnosti elektronů založené na vodíku, spektrum), Erwin Schrödinger (vyvinutý kvantový model atomu), Werner Heisenberg (prohlásil, že nikdo nemůže vědět, jak polohu a rychlost elektronu současně), a Murray Gell-Mann a George Zweig (nezávisle vyvinula teorii, že protony a neutrony jsou složeny z kvarků).