Il nome "atomo" è tradotto dal greco come "indivisibile". Tutto ciò che ci circonda - solidi, liquidi e aria - è costituito da miliardi di queste particelle.
L'aspetto della versione sull'atomo
Gli atomi divennero noti per la prima volta nel V secolo aC, quando il filosofo greco Democrito suggerì che la materia consiste in minuscole particelle in movimento. Ma poi non è stato possibile verificare la versione della loro esistenza. E sebbene nessuno potesse vedere queste particelle, l'idea è stata discussa, perché l'unico modo in cui gli scienziati potevano spiegare i processi che si verificano nel mondo reale. Pertanto, credevano nell'esistenza delle microparticelle molto prima di poter provare questo fatto.
Solo nel 19° secolo. iniziarono ad essere analizzati come i più piccoli costituenti degli elementi chimici, con le proprietà specifiche degli atomi: la capacità di entrare in composti con altri in una quantità rigorosamente prescritta. All'inizio del 20° secolo si credeva che gli atomi fossero le particelle più piccole della materia, finché non fu dimostrato che erano costituiti da unità ancora più piccole.
Di cosa è fatto un elemento chimico?
L'atomo di un elemento chimico è un microscopico elemento costitutivo della materia. Il peso molecolare dell'atomo è diventato la caratteristica distintiva di questa microparticella. Solo la scoperta della legge periodica di Mendeleev ha dimostrato che i loro tipi sono varie forme di un'unica materia. Sono così piccoli che non possono essere visti usando i normali microscopi, solo i più potenti dispositivi elettronici. In confronto, un capello su una mano umana è un milione di volte più largo.
La struttura elettronica di un atomo ha un nucleo, costituito da neutroni e protoni, oltre che da elettroni, che compiono rivoluzioni attorno al centro in orbite costanti, come i pianeti attorno alle loro stelle. Tutti sono tenuti insieme dalla forza elettromagnetica, una delle quattro forze principali nell'universo. I neutroni sono particelle con carica neutra, i protoni sono dotati di carica positiva e gli elettroni con carica negativa. Questi ultimi sono attratti da protoni carichi positivamente, quindi tendono a rimanere in orbita.
Struttura dell'atomo
Nella parte centrale c'è un nucleo che riempie la parte minima dell'intero atomo. Ma gli studi mostrano che quasi l'intera massa (99,9%) si trova in essa. Ogni atomo contiene protoni, neutroni, elettroni. Il numero di elettroni rotanti al suo interno è uguale alla carica centrale positiva. Le particelle con la stessa carica nucleare Z, ma diversa massa atomica A e il numero di neutroni nel nucleo N sono dette isotopi, e con la stessa A e Z e N diversi sono dette isobare. L'elettrone è la più piccola particella di materia con un negativocarica elettrica e=1,6 10-19 coulomb. La carica di uno ione determina il numero di elettroni persi o guadagnati. Il processo di metamorfosi di un atomo neutro in uno ione carico è chiamato ionizzazione.
Nuova versione del modello Atom
I fisici hanno scoperto molte altre particelle elementari fino ad oggi. La struttura elettronica dell'atomo ha una nuova versione.
Si crede che protoni e neutroni, non importa quanto piccoli siano, siano costituiti dalle particelle più piccole chiamate quark. Costituiscono un nuovo modello per la costruzione dell'atomo. Come gli scienziati raccoglievano prove dell'esistenza del modello precedente, oggi stanno cercando di dimostrare l'esistenza dei quark.
RTM è il dispositivo del futuro
Gli scienziati moderni possono vedere le particelle atomiche di una sostanza sul monitor di un computer, oltre a spostarle sulla superficie utilizzando uno strumento speciale chiamato microscopio a scansione tunnel (RTM).
Questo è uno strumento computerizzato con una punta che si muove molto delicatamente vicino alla superficie del materiale. Quando la punta si muove, gli elettroni si muovono attraverso lo spazio tra la punta e la superficie. Sebbene il materiale appaia perfettamente liscio, in re altà è irregolare a livello atomico. Il computer crea una mappa della superficie della materia, creando un'immagine delle sue particelle, e così gli scienziati possono vedere le proprietà dell'atomo.
Particelle radioattive
Gli ioni caricati negativamente ruotano attorno al nucleo a una distanza sufficientemente grande. La struttura di un atomo è tale da essere interoè veramente neutro e non ha carica elettrica perché tutte le sue particelle (protoni, neutroni, elettroni) sono in equilibrio.
Un atomo radioattivo è un elemento che può essere facilmente diviso. Il suo centro è costituito da molti protoni e neutroni. L'unica eccezione è il diagramma dell'atomo di idrogeno, che ha un solo protone. Il nucleo è circondato da una nuvola di elettroni, è la loro attrazione che li fa ruotare attorno al centro. I protoni con la stessa carica si respingono.
Questo non è un problema per la maggior parte delle piccole particelle che ne hanno diverse. Ma alcuni di loro sono instabili, specialmente quelli grandi come l'uranio, che ha 92 protoni. A volte il suo centro non può sopportare un tale carico. Sono chiamati radioattivi perché emettono diverse particelle dal loro nucleo. Dopo che il nucleo instabile si è sbarazzato dei protoni, i protoni rimanenti formano una nuova figlia. Può essere stabile a seconda del numero di protoni nel nuovo nucleo, oppure può dividersi ulteriormente. Questo processo continua fino a quando rimane un nucleo figlio stabile.
Proprietà degli atomi
Le proprietà fisiche e chimiche di un atomo cambiano naturalmente da un elemento all' altro. Sono definiti dai seguenti parametri principali.
Massa atomica. Poiché il posto principale delle microparticelle è occupato da protoni e neutroni, la loro somma determina il numero, che è espresso in unità di massa atomica (amu) Formula: A=Z + N.
Raggio atomico. Il raggio dipende dalla posizione dell'elemento nel sistema Mendeleev, chimicolegami, numero di atomi vicini e azione quantomeccanica. Il raggio del nucleo è centomila volte inferiore al raggio dell'elemento stesso. La struttura di un atomo può perdere elettroni e diventare uno ione positivo, oppure aggiungere elettroni e diventare uno ione negativo.
Nel sistema periodico di Mendeleev, qualsiasi elemento chimico prende il posto assegnato. Nella tabella, la dimensione di un atomo aumenta man mano che ci si sposta dall' alto verso il basso e diminuisce man mano che ci si sposta da sinistra a destra. Da questo, l'elemento più piccolo è l'elio e il più grande è il cesio.
Valenza. Il guscio elettronico esterno di un atomo è chiamato guscio di valenza e gli elettroni in esso contenuti hanno ricevuto il nome corrispondente: elettroni di valenza. Il loro numero determina come un atomo è collegato agli altri per mezzo di un legame chimico. Con il metodo di creazione dell'ultima microparticella, cercano di riempire i loro gusci di valenza esterni.
Gravità, l'attrazione è la forza che tiene i pianeti in orbita, perché gli oggetti rilasciati dalle mani cadono a terra. Una persona nota di più la gravità, ma l'azione elettromagnetica è molte volte più potente. La forza che attrae (o respinge) le particelle cariche in un atomo è 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 di volte più potente della gravità in esso. Ma c'è una forza ancora più forte al centro del nucleo che può tenere insieme protoni e neutroni.
Le reazioni nei nuclei creano energia come nei reattori nucleari dove gli atomi sono divisi. Più pesante è l'elemento, più particelle sono costituite dai suoi atomi. Se sommiamo il numero totale di protoni e neutroni in un elemento, lo scopriamomassa. Ad esempio, l'uranio, l'elemento più pesante che si trova in natura, ha una massa atomica di 235 o 238.
Divisione di un atomo in livelli
I livelli di energia di un atomo sono la dimensione dello spazio attorno al nucleo, dove l'elettrone è in movimento. Ci sono 7 orbitali in totale, corrispondenti al numero di periodi nella tavola periodica. Più è distante la posizione dell'elettrone dal nucleo, maggiore è la riserva di energia che ha. Il numero del periodo indica il numero di orbitali atomici attorno al suo nucleo. Ad esempio, il potassio è un elemento del 4° periodo, il che significa che ha 4 livelli di energia dell'atomo. Il numero di un elemento chimico corrisponde alla sua carica e al numero di elettroni attorno al nucleo.
L'atomo è una fonte di energia
Probabilmente la formula scientifica più famosa è stata scoperta dal fisico tedesco Einstein. Afferma che la massa non è altro che una forma di energia. Sulla base di questa teoria, è possibile trasformare la materia in energia e calcolare con la formula quanto di essa può essere ottenuta. Il primo risultato pratico di questa trasformazione furono le bombe atomiche, che furono prima testate nel deserto di Los Alamos (USA) e poi esplose sulle città giapponesi. E anche se solo un settimo dell'esplosivo si è trasformato in energia, il potere distruttivo della bomba atomica è stato terribile.
Affinché il nucleo rilasci la sua energia, deve collassare. Per dividerlo, è necessario agire con un neutrone dall'esterno. Quindi il nucleo si rompe in altri due, più leggeri, fornendo un enorme rilascio di energia. Il decadimento porta al rilascio di altri neutroni,e continuano a dividere altri nuclei. Il processo si trasforma in una reazione a catena, che si traduce in un'enorme quantità di energia.
Pro e contro dell'uso della reazione nucleare ai nostri giorni
Forza distruttiva, che viene rilasciata durante la trasformazione della materia, l'umanità sta cercando di domare le centrali nucleari. Qui la reazione nucleare non avviene sotto forma di esplosione, ma come rilascio graduale di calore.
La produzione di energia atomica ha i suoi pro e contro. Secondo gli scienziati, per mantenere la nostra civiltà ad un livello elevato, è necessario utilizzare questa enorme fonte di energia. Ma va anche tenuto conto del fatto che anche gli sviluppi più moderni non possono garantire la completa sicurezza delle centrali nucleari. Inoltre, i rifiuti radioattivi prodotti durante la produzione di energia, se immagazzinati in modo improprio, possono influenzare i nostri discendenti per decine di migliaia di anni.
Dopo l'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl, sempre più persone considerano la produzione di energia nucleare molto pericolosa per l'umanità. L'unica centrale elettrica sicura di questo tipo è il Sole con la sua enorme energia nucleare. Gli scienziati stanno sviluppando tutti i tipi di modelli di celle solari e forse nel prossimo futuro l'umanità sarà in grado di dotarsi di energia atomica sicura.
