Atomy są podstawowymi jednostkami materii i definiującymi strukturę pierwiastków. Termin „atom” pochodzi od greckiego słowa niepodzielny, ponieważ kiedyś uważano, że atomy są najmniejszymi rzeczami we wszechświecie i nie mogą być podzielone. Wiemy już, że atomy składają się z trzech cząstek: protonów, neutronów i elektronów — które składają się z jeszcze mniejszych cząstek, takich jak kwarki.

Atomy powstały po Wielkim Wybuchu 13,7 miliarda lat temu., Gdy gorący, gęsty nowy wszechświat ochłodził się, warunki stały się odpowiednie dla kwarków i elektronów. Kwarki połączyły się tworząc protony i neutrony, a te cząstki połączyły się w jądra. Wszystko to miało miejsce w ciągu pierwszych kilku minut istnienia wszechświata, według CERN.

minęło 380 000 lat, zanim wszechświat ochłodził się na tyle, aby spowolnić elektrony, aby jądra mogły je przechwycić, tworząc pierwsze Atomy. Najwcześniejszymi atomami były przede wszystkim wodór i hel, które nadal są najliczniejszymi pierwiastkami we wszechświecie, według Jeffersona Lab., Grawitacja ostatecznie spowodowała, że chmury gazu łączą się i tworzą gwiazdy, a cięższe Atomy były (i nadal są) tworzone wewnątrz gwiazd i wysyłane po całym wszechświecie, gdy gwiazda eksplodowała (supernowa).

cząstki atomowe

protony i neutrony są cięższe od elektronów i znajdują się w jądrze w centrum atomu. Elektrony są niezwykle lekkie i występują w obłoku orbitującym wokół jądra. Obłok elektronów ma promień 10 000 razy większy niż jądro, według Los Alamos National Laboratory.,

protony i neutrony mają mniej więcej taką samą masę. Jednak jeden proton jest około 1835 razy masywniejszy niż elektron. Atomy zawsze mają taką samą liczbę protonów i elektronów, a liczba protonów i neutronów jest zwykle taka sama. Dodanie protonu do atomu tworzy nowy pierwiastek, podczas gdy dodanie neutronu tworzy izotop lub cięższą wersję tego atomu.

jądro

jądro zostało odkryte w 1911 roku przez Ernesta Rutherforda, fizyka z Nowej Zelandii., W 1920 Rutherford zaproponował nazwę proton dla dodatnio naładowanych cząstek atomu. Teoretyzował również, że w jądrze znajduje się neutralna cząstka, co James Chadwick, brytyjski fizyk i uczeń Rutherforda, był w stanie potwierdzić w 1932 roku.

praktycznie cała masa atomu znajduje się w jego jądrze, zgodnie z chemią. Protony i neutrony, które tworzą jądro, mają w przybliżeniu taką samą masę (proton jest nieco mniejszy) i ten sam moment pędu lub spinu.,

jądro jest trzymane razem przez silną siłę, jedną z czterech podstawowych sił w przyrodzie. Siła ta pomiędzy protonami i neutronami pokonuje odpychającą siłę elektryczną, która w przeciwnym razie odpycha protony od siebie, zgodnie z zasadami elektryczności. Niektóre jądra atomowe są niestabilne, ponieważ siła wiązania różni się dla różnych atomów w zależności od wielkości jądra. Atomy te rozpadają się na inne pierwiastki, takie jak węgiel-14 rozpadający się na azot-14.,

Oto prosty rysunek struktury atomu. (Zdjęcie kredyt:)

protony

protony są dodatnio naładowanymi cząstkami znajdującymi się w jądrach atomowych. Rutherford odkrył je w eksperymentach z lampami elektronopromieniowymi, które były prowadzone w latach 1911-1919. Protony są około 99,86% tak masywne jak neutrony.

liczba protonów w atomie jest unikalna dla każdego elementu., Na przykład atomy węgla mają sześć protonów, atomy wodoru mają jeden, a atomy tlenu osiem. Liczba protonów w atomie jest określana jako liczba atomowa tego pierwiastka. Liczba protonów określa również chemiczne zachowanie pierwiastka. Pierwiastki są ułożone w układzie okresowym pierwiastków w kolejności rosnącej liczby atomowej.,

każdy proton składa się z trzech kwarków-dwóch kwarków ” w górę „(każdy z dwoma trzecimi dodatniego ładunku) i jednego kwarka” w dół ” (z jedną trzecią ujemnego ładunku)-i są one trzymane razem przez inne subatomowe cząstki zwane gluonami, które są bezmasowe.

elektrony

elektrony są małe w porównaniu do protonów i neutronów, ponad 1800 razy mniejsze niż protony lub neutrony. Według Jefferson Lab elektrony są o 0,054% masywniejsze od neutronów.

Joseph John (J. J.) Thomson, brytyjski fizyk, odkrył elektron w 1897 roku, według Science History Institute., Początkowo znane jako” ciałka”, elektrony mają ładunek ujemny i są elektrycznie przyciągane do dodatnio naładowanych protonów. Elektrony otaczają jądro atomowe w ścieżkach zwanych orbitalami, pomysł, który został wysunięty przez Erwina Schrödingera, austriackiego fizyka, w 1920 roku. dziś model ten jest znany jako model kwantowy lub model chmury elektronowej. Wewnętrzne orbitale otaczające atom są sferyczne, ale zewnętrzne orbitale są znacznie bardziej skomplikowane.

konfiguracja elektronowa atomu odnosi się do lokalizacji elektronów w typowym atomie., Korzystając z konfiguracji elektronowej i zasad fizyki, chemicy mogą przewidzieć właściwości atomu, takie jak stabilność, temperatura wrzenia i przewodność, zgodnie z Los Alamos National Laboratory.

neutrony

istnienie neutronu zostało teoretyzowane przez Rutherforda w 1920 roku i odkryte przez Chadwicka w 1932 roku, według Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. Neutrony zostały znalezione podczas eksperymentów, kiedy Atomy zostały wystrzelone w cienki arkusz berylu. Uwolniono cząstki subatomowe bez ładunku-neutron.,

neutrony są nierozładowanymi cząstkami znajdującymi się we wszystkich jądrach atomowych (z wyjątkiem wodoru). Masa neutronu jest nieco większa niż masy protonu. Podobnie jak protony, neutrony składają się również z kwarków — jednego kwarka „w górę” (z dodatnim ładunkiem 2/3) i dwóch kwarków „w dół” (każdy z ujemnym ładunkiem 1/3).

Historia atomu

teoria atomu datuje się co najmniej od 440 p. n. e.do Demokryta, greckiego naukowca i filozofa. Demokryt najprawdopodobniej zbudował swoją teorię atomów na dziełach dawnych filozofów, według Andrzeja G., Van Melsen, autor „From Atomos to Atom: the History of the Concept Atom” (Duquesne University Press, 1952).

Wyjaśnienie atomu zaczyna się od kamienia. Kamień przecięty na pół daje dwie połówki tego samego kamienia. Gdyby kamień miał być stale cięty, w pewnym momencie istniałby kawałek kamienia na tyle mały, że nie mógłby być już cięty. Termin „atom” pochodzi od greckiego słowa oznaczającego niepodzielny, co Demokratus uznał za punkt, w którym istota (każda forma materii) nie może być już podzielona.,

jego wyjaśnienie zawierało idee, że atomy istnieją oddzielnie od siebie, że istnieje nieskończona ilość atomów, że atomy są w stanie się poruszać, że mogą łączyć się ze sobą, tworząc materię, ale nie łączą się, aby stać się nowym atomem, i że nie można ich podzielić, zgodnie z dzisiejszym wszechświatem. Ponieważ jednak większość ówczesnych filozofów — zwłaszcza wpływowy Arystoteles-uważała, że cała materia powstała z ziemi, powietrza, ognia i wody, teoria atomowa Demokryta została odłożona na bok.,

John Dalton, Brytyjski chemik, zbudowany na ideach Demokrata w 1803 roku, kiedy przedstawił swoją własną teorię atomową, zgodnie z Wydziałem Chemii na Purdue University. Teoria Daltona zawierała kilka idei z Demokryta, takich jak atomy są niepodzielne i niezniszczalne i że różne Atomy tworzą razem, tworząc całą materię., Dodatki Daltona do teorii zawierały następujące idee: że wszystkie atomy pewnego pierwiastka są identyczne, że atomy jednego pierwiastka będą miały inne masy i właściwości niż Atomy innego pierwiastka, że atomy nie mogą być tworzone lub niszczone, a Materia jest tworzona przez atomy łączące się w proste liczby całkowite.

Thomson, brytyjski fizyk, który odkrył elektron w 1897 roku, udowodnił, że atomy można podzielić według Chemical Heritage Foundation., Był w stanie określić istnienie elektronów, badając właściwości wyładowań elektrycznych w lampach elektronopromieniowych. Według pracy Thomsona z 1897 r. promienie były odchylane wewnątrz rury, co udowodniło, że w rurze próżniowej było coś, co było ujemnie naładowane. W 1899 roku Thomson opublikował opis swojej wersji atomu, powszechnie znanej jako ” model puddingu śliwkowego.”Fragment tej pracy Znajduje się na stronie zespołu Chem., Model Thomsona atomu zawierał dużą liczbę elektronów zawieszonych w czymś, co wytwarzało ładunek dodatni, dając ATOM ogólny ładunek neutralny. Jego model przypominał pudding śliwkowy, popularny brytyjski deser z rodzynkami zawieszonymi w okrągłej kulce przypominającej ciasto.

kolejnym naukowcem, który zmodyfikował i rozwinął model atomowy był Rutherford, który studiował pod kierunkiem Thomsona, zgodnie z Wydziałem Chemii na Purdue University. W 1911 Rutherford opublikował swoją wersję atomu, która zawierała dodatnio naładowane jądro orbitowane przez elektrony., Model ten powstał, gdy Rutherford i jego asystenci wystrzelili cząstki alfa w cienkie arkusze złota. Cząstka Alfa składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów, trzymanych razem przez tę samą silną siłę jądrową, która wiąże jądro, zgodnie z laboratorium Jeffersona.

naukowcy zauważyli, że niewielki procent cząstek alfa był rozproszony pod bardzo dużymi kątami do pierwotnego kierunku ruchu, podczas gdy większość przechodziła przez prawie niezrównoważony., Rutherford był w stanie zbliżyć rozmiar jądra atomu złota, stwierdzając, że jest co najmniej 10,000 razy mniejszy niż rozmiar całego atomu, przy czym znaczna część atomu jest pusta. Model Rutherforda atomu jest nadal podstawowym modelem, który jest używany do dziś.,

kilku innych naukowców rozwinęło model atomowy, w tym Niels Bohr (zbudowany na modelu Rutherforda, aby uwzględnić właściwości elektronów w oparciu o widmo wodoru), Erwin Schrödinger (opracował kwantowy model atomu), Werner Heisenberg (stwierdził, że nie można poznać zarówno położenia, jak i prędkości elektronu jednocześnie), Murray Gell-Mann i George Zweig (niezależnie opracował teorię, że protony i neutrony składały się z kwarków).