Az "atom" elnevezést görögül "oszthatatlan"-ként fordítják. Körülöttünk minden – szilárd anyagok, folyadékok és levegő – több milliárd ilyen részecskéből épül fel.
Az atomról szóló verzió megjelenése
Az atomok először az ie 5. században váltak ismertté, amikor a görög filozófus, Démokritosz azt javasolta, hogy az anyag mozgó apró részecskékből áll. De akkor nem lehetett ellenőrizni létezésük verzióját. És bár senki sem láthatta ezeket a részecskéket, az ötletet megvitatták, mert a tudósok csak így tudták megmagyarázni a való világban zajló folyamatokat. Ezért már jóval azelőtt hittek a mikrorészecskék létezésében, hogy bebizonyíthatták volna ezt a tényt.
Csak a XIX. úgy kezdték elemezni őket, mint a kémiai elemek legkisebb alkotórészeit, amelyek az atomok sajátos tulajdonságaival rendelkeznek - szigorúan előírt mennyiségben képesek másokkal vegyületet alkotni. A 20. század elején úgy tartották, hogy az atomok az anyag legkisebb részecskéi, mígnem bebizonyosodott, hogy még kisebb egységekből állnak.
Miből áll egy kémiai elem?
Egy kémiai elem atomja az anyag mikroszkopikus építőköve. Az atom molekulatömege e mikrorészecske meghatározó jellemzőjévé vált. Csak Mengyelejev periodikus törvényének felfedezése támasztotta alá, hogy típusaik egyetlen anyag különféle formái. Olyan kicsik, hogy nem láthatóak hagyományos mikroszkóppal, csak a legerősebb elektronikus eszközökkel. Ehhez képest az emberi kéz hajszála milliószor szélesebb.
Az atomok elektronikus szerkezetének van egy magja, amely neutronokból és protonokból, valamint elektronokból áll, amelyek állandó pályán keringenek a középpont körül, mint a bolygók csillagaik körül. Mindegyiket elektromágneses erő tartja össze, amely a világegyetem négy fő erejének egyike. A neutronok semleges töltésű részecskék, a protonok pozitív töltéssel, az elektronok pedig negatív töltéssel. Ez utóbbiak vonzódnak a pozitív töltésű protonokhoz, ezért hajlamosak a pályán maradni.
Atomszerkezet
A középső részen van egy mag, amely a teljes atom minimális részét kitölti. De a tanulmányok azt mutatják, hogy szinte a teljes tömeg (99,9%) benne található. Minden atom tartalmaz protonokat, neutronokat, elektronokat. A benne forgó elektronok száma megegyezik a pozitív központi töltéssel. Az azonos Z magtöltésű, de eltérő A atomtömegű és az N atommagban lévő neutronszámú részecskéket izotópoknak, az azonos A-val és eltérő Z-vel és N-vel rendelkező részecskéket pedig izobároknak nevezzük. Az elektron az anyag legkisebb negatív részecskéjeelektromos töltés e=1,6 10-19 coulomb. Egy ion töltése határozza meg az elveszett vagy nyert elektronok számát. A semleges atom töltésű ionná történő átalakulását ionizációnak nevezzük.
Az atommodell új verziója
A fizikusok sok más elemi részecskét fedeztek fel a mai napig. Az atom elektronszerkezetének új változata van.
Úgy tartják, hogy a protonok és a neutronok, bármilyen kicsik is, a legkisebb részecskékből, az úgynevezett kvarkokból állnak. Új modellt alkotnak az atom felépítéséhez. Ahogy a tudósok korábban bizonyítékokat gyűjtöttek az előző modell létezésére, ma a kvarkok létezését próbálják bizonyítani.
RTM a jövő eszköze
A modern tudósok egy anyag atomi részecskéit láthatják a számítógép-monitoron, és egy speciális eszköz, az úgynevezett pásztázó alagútmikroszkóp (RTM) segítségével mozgathatják azokat a felszínen.
Ez egy számítógépes eszköz, amelynek hegye nagyon finoman mozog az anyag felülete közelében. Ahogy a csúcs mozog, az elektronok áthaladnak a csúcs és a felület közötti résen. Bár az anyag tökéletesen simának tűnik, valójában atomi szinten egyenetlen. A számítógép térképet készít az anyag felületéről, képet alkot a részecskéiről, és így a tudósok láthatják az atom tulajdonságait.
Radioaktív részecskék
A negatív töltésű ionok kellően nagy távolságra keringenek az atommag körül. Az atom szerkezete olyan, hogy egészvalóban semleges, és nincs elektromos töltése, mert minden részecskéje (protonok, neutronok, elektronok) egyensúlyban van.
A radioaktív atom könnyen hasítható elem. Középpontja sok protonból és neutronból áll. Az egyetlen kivétel a hidrogénatom diagramja, amelynek egyetlen protonja van. Az atommagot elektronfelhő veszi körül, a vonzásuk az, ami miatt a központ körül forognak. Az azonos töltésű protonok taszítják egymást.
Ez nem jelent problémát a legtöbb apró részecskének, amelyekben több is van. De néhányuk instabil, különösen a nagyok, például az urán, amelynek 92 protonja van. Néha a központja nem tud ellenállni egy ilyen terhelésnek. Radioaktívnak nevezik őket, mert magjukból több részecskét bocsátanak ki. Miután az instabil atommag megszabadult a protonoktól, a megmaradt protonok új lányt alkotnak. Az új atommagban lévő protonok számától függően lehet stabil, vagy tovább osztódhat. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg egy stabil gyermekmag nem marad.
Az atomok tulajdonságai
Az atomok fizikai és kémiai tulajdonságai természetesen egyik elemről a másikra változnak. Ezeket a következő fő paraméterek határozzák meg.
Atomtömeg. Mivel a mikrorészecskék fő helyét protonok és neutronok foglalják el, ezek összege határozza meg a számot, amelyet atomtömeg egységekben (amu) fejezünk ki. Képlet: A=Z + N.
Atomsugár. A sugár az elem elhelyezkedésétől függ a Mengyelejev-rendszerben, kémiaikötések, a szomszédos atomok száma és a kvantummechanikai hatás. A mag sugara százezerszer kisebb, mint magának az elemnek a sugara. Az atom szerkezete elveszíthet elektronokat, és pozitív ionná válhat, vagy hozzáadhat elektronokat, és negatív ionná válhat.
Mengyelejev periodikus rendszerében bármely kémiai elem elfoglalja a kijelölt helyét. A táblázatban az atom mérete felülről lefelé haladva növekszik, balról jobbra haladva pedig csökken. Ebből a legkisebb elem a hélium, a legnagyobb pedig a cézium.
Valency. Az atom külső elektronhéját vegyértékhéjnak nevezik, és a benne lévő elektronok a megfelelő nevet kapták - vegyértékelektronok. Számuk határozza meg, hogy egy atom hogyan kapcsolódik a többihez kémiai kötéssel. Az utolsó mikrorészecske létrehozásának módszerével megpróbálják kitölteni a külső vegyértékhéjukat.
A gravitáció, a vonzás az az erő, amely a bolygókat keringési pályán tartja, emiatt a kezükből kiszabaduló tárgyak a padlóra esnek. Az ember jobban észreveszi a gravitációt, de az elektromágneses hatás sokszor erősebb. Az az erő, amely vonzza (vagy taszítja) az atomban lévő töltött részecskéket, 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000-szer erősebb, mint a gravitáció. De van egy még erősebb erő az atommag középpontjában, amely össze tudja tartani a protonokat és a neutronokat.
Az atommagokban zajló reakciók energiát hoznak létre, mint az atomreaktorokban, ahol az atomok széthasadnak. Minél nehezebb az elem, annál több részecskéből épülnek fel az atomjai. Ha összeadjuk az elemben lévő protonok és neutronok teljes számát, akkor megtudjuktömeg. Például az urán, a természetben található legnehezebb elem, atomtömege 235 vagy 238.
Egy atom felosztása szintekre
Az atom energiaszintje az atommag körüli tér mérete, ahol az elektron mozgásban van. Összesen 7 pálya van, ami megfelel a periódusos rendszer periódusainak számának. Minél távolabb helyezkedik el az elektron az atommagtól, annál jelentősebb energiatartaléka van. A periódusszám az atommag körüli atompályák számát jelzi. Például a kálium a 4. periódus egyik eleme, ami azt jelenti, hogy az atomnak 4 energiaszintje van. Egy kémiai elem száma megfelel a töltésének és az atommag körüli elektronok számának.
Az atom energiaforrás
Valószínűleg a leghíresebb tudományos képletet Einstein német fizikus fedezte fel. Azt állítja, hogy a tömeg nem más, mint az energia egy formája. Ezen elmélet alapján lehetséges az anyagot energiává alakítani, és a képlettel kiszámítani, hogy mennyi nyerhető belőle. Ennek az átalakításnak az első gyakorlati eredménye az atombombák voltak, amelyeket először a Los Alamos-sivatagban (USA) teszteltek, majd felrobbantottak a japán városok felett. És bár a robbanóanyagnak csak egy hetede vált energiává, az atombomba pusztító ereje szörnyű volt.
Ahhoz, hogy a mag felszabadítsa az energiáját, össze kell esnie. Felosztásához kívülről egy neutronnal kell hatni. Ezután az atommag két másik, könnyebbre bomlik, miközben hatalmas energiafelszabadulást biztosít. A bomlás más neutronok felszabadulásához vezet,és tovább hasítanak más magokat. A folyamat láncreakcióvá alakul, ami hatalmas mennyiségű energiát eredményez.
A nukleáris reakció használatának előnyei és hátrányai a mi korunkban
A pusztító erőt, amely az anyag átalakulása során szabadul fel, az emberiség az atomerőművekben próbálja megszelídíteni. Itt a nukleáris reakció nem robbanás formájában megy végbe, hanem fokozatos hőleadásként.
Az atomenergia előállításának megvannak az előnyei és hátrányai. A tudósok szerint civilizációnk magas szinten tartása érdekében szükség van ennek a hatalmas energiaforrásnak a felhasználására. De azt is figyelembe kell venni, hogy a legmodernebb fejlesztések sem tudják garantálni az atomerőművek teljes biztonságát. Ráadásul az energiatermelés során keletkező radioaktív hulladékok, ha nem megfelelően tárolják, több tízezer évre hatással lehetnek utódainkra.
A csernobili atomerőmű balesete után egyre többen tartják nagyon veszélyesnek az emberiségre nézve az atomenergia előállítását. Az egyetlen ilyen biztonságos erőmű a Nap hatalmas atomenergiájával. A tudósok mindenféle napelem modellt fejlesztenek, és talán a közeljövőben az emberiség képes lesz biztonságos atomenergiával ellátni magát.
