Per molto tempo molte proprietà della materia sono rimaste un segreto per i ricercatori. Perché alcune sostanze conducono bene l'elettricità, mentre altre no? Perché il ferro si decompone gradualmente sotto l'influenza dell'atmosfera, mentre i metalli nobili si conservano perfettamente per migliaia di anni? Molte di queste domande hanno avuto risposta dopo che una persona è diventata consapevole della struttura dell'atomo: la sua struttura, il numero di elettroni in ogni strato di elettroni. Inoltre, padroneggiare anche le basi stesse della struttura dei nuclei atomici ha aperto una nuova era per il mondo.
Da quali elementi è costruito il mattone elementare di materia, come interagiscono tra loro, cosa possiamo imparare da questo?
La struttura dell'atomo secondo la scienza moderna
Attualmente, la maggior parte degli scienziati tende ad aderire al modello planetario della struttura della materia. Secondo questo modello, al centro di ogni atomo c'è un nucleo, minuscolo anche rispetto all'atomo (è decine di migliaia di volte più piccolo dell'interoatomo). Ma lo stesso non si può dire della massa del nucleo. Quasi tutta la massa di un atomo è concentrata nel nucleo. Il nucleo è caricato positivamente.
Gli elettroni ruotano attorno al nucleo in orbite diverse, non circolari, come nel caso dei pianeti del sistema solare, ma tridimensionali (sfere e volume otto). Il numero di elettroni in un atomo è numericamente uguale alla carica del nucleo. Ma è molto difficile considerare un elettrone come una particella che si muove lungo una sorta di traiettoria.
La sua orbita è minuscola e la velocità è quasi come quella di un raggio di luce, quindi è più corretto considerare l'elettrone insieme alla sua orbita come una specie di sfera carica negativamente.
Membri della famiglia nucleare
Tutti gli atomi sono costituiti da 3 elementi costitutivi: protoni, elettroni e neutroni.
Il protone è il principale materiale da costruzione del nucleo. Il suo peso è uguale a un'unità atomica (la massa di un atomo di idrogeno) o 1,67 ∙ 10-27 kg nel sistema SI. La particella è caricata positivamente, e la sua carica è considerata un'unità nel sistema delle cariche elettriche elementari.
Il neutrone è il gemello di massa del protone, ma non è caricato in alcun modo.
Le due particelle di cui sopra sono chiamate nuclidi.
Un elettrone è l'opposto di un protone in carica (la carica elementare è -1). Ma in termini di peso, l'elettrone ci ha deluso, la sua massa è solo 9, 12 ∙ 10-31 kg, che è quasi 2mila volte più leggera di un protone o di un neutrone.
Come è stato "visto"
Come potresti vedere la struttura dell'atomo, se anche i mezzi tecnici più moderni non lo consentonoe nel breve termine non permetterà di ottenere immagini delle sue particelle costituenti. Come facevano gli scienziati a conoscere il numero di protoni, neutroni ed elettroni nel nucleo e la loro posizione?
L'ipotesi sulla struttura planetaria degli atomi è stata fatta sulla base dei risultati del bombardamento di una sottile lamina metallica con varie particelle. La figura mostra chiaramente come le varie particelle elementari interagiscono con la materia.
Il numero di elettroni che sono passati attraverso il metallo negli esperimenti era uguale a zero. Questo si spiega semplicemente: gli elettroni caricati negativamente vengono respinti dai gusci elettronici del metallo, che hanno anche una carica negativa.
Il raggio di protoni (carica +) è passato attraverso la lamina, ma con "perdite". Alcuni sono stati respinti dai nuclei che si sono messi in mezzo (la probabilità di tali colpi è molto piccola), altri hanno deviato dalla traiettoria originale, volando troppo vicino a uno dei nuclei.
I Neutron sono diventati i più "efficaci" in termini di superamento del metal. Una particella a carica neutra è stata persa solo in caso di collisione diretta con il nucleo della sostanza, mentre il 99,99% dei neutroni è passato con successo attraverso lo spessore del metallo. A proposito, è stato possibile calcolare la dimensione dei nuclei di alcuni elementi chimici in base al numero di neutroni in ingresso e in uscita.
Sulla base dei dati ottenuti, è stata costruita la teoria attualmente dominante della struttura della materia, che spiega con successo la maggior parte dei problemi.
Cosa e quanto
Il numero di elettroni in un atomo dipende dal numero atomico. Ad esempio, un normale atomo di idrogeno hasolo un protone. Un singolo elettrone sta girando intorno a un'orbita. L'elemento successivo della tavola periodica, l'elio, è un po' più complicato. Il suo nucleo è costituito da due protoni e due neutroni e quindi ha una massa atomica di 4.
Con la crescita del numero di serie, la dimensione e la massa dell'atomo crescono. Il numero di serie di un elemento chimico nella tavola periodica corrisponde alla carica del nucleo (il numero di protoni in esso). Il numero di elettroni in un atomo è uguale al numero di protoni. Ad esempio, un atomo di piombo (numero atomico 82) ha 82 protoni nel suo nucleo. Ci sono 82 elettroni in orbita attorno al nucleo. Per calcolare il numero di neutroni in un nucleo basta sottrarre il numero di protoni dalla massa atomica:
207 – 82=125.
Perché ci sono sempre numeri uguali
Ogni sistema nel nostro universo lotta per la stabilità. Applicato all'atomo, questo si esprime nella sua neutralità. Se per un secondo immaginiamo che tutti gli atomi senza eccezioni nell'Universo abbiano una o l' altra carica di diverse grandezze con segni diversi, si può immaginare che tipo di caos verrebbe nel mondo.
Ma poiché il numero di protoni ed elettroni in un atomo è uguale, la carica totale di ogni "mattone" è zero.
Il numero di neutroni in un atomo è un valore indipendente. Inoltre, atomi dello stesso elemento chimico possono avere un numero diverso di queste particelle con carica zero. Esempio:
- 1 protone + 1 elettrone + 0 neutroni=idrogeno (massa atomica 1);
- 1 protone + 1 elettrone + 1 neutrone=deuterio (massa atomica 2);
- 1 protone + 1 elettrone + 2neutrone=trizio (massa atomica 3).
In questo caso, il numero di elettroni nell'atomo non cambia, l'atomo rimane neutro, la sua massa cambia. Tali variazioni degli elementi chimici sono chiamate isotopi.
Un atomo è sempre neutro
No, il numero di elettroni in un atomo non è sempre uguale al numero di protoni. Se uno o due elettroni non potessero essere "portati via" da un atomo per un po', non ci sarebbe la galvanizzazione. Un atomo, come qualsiasi materia, può essere influenzato.
Sotto l'influenza di un campo elettrico sufficientemente forte proveniente dallo strato esterno dell'atomo, uno o più elettroni possono "volare via". In questo caso, la particella della sostanza cessa di essere neutra e viene chiamata ione. Può muoversi in un mezzo gassoso o liquido, trasferendo una carica elettrica da un elettrodo all' altro. In questo modo, una carica elettrica viene immagazzinata nelle batterie e le pellicole più sottili di alcuni metalli vengono applicate alle superfici di altri (doratura, argentatura, cromatura, nichelatura, ecc.).
Il numero di elettroni è instabile anche nei metalli, conduttori di corrente elettrica. Gli elettroni degli strati esterni, per così dire, camminano da un atomo all' altro, trasferendo energia elettrica attraverso il conduttore.
