Nosaukums "atoms" ir tulkots no grieķu valodas kā "nedalāms". Viss ap mums - cietās vielas, šķidrumi un gaiss - ir veidots no miljardiem šo daļiņu.
Versijas par atomu izskats
Atomi pirmo reizi kļuva zināmi 5. gadsimtā pirms mūsu ēras, kad grieķu filozofs Demokrits ierosināja, ka matērija sastāv no kustīgām sīkām daļiņām. Taču toreiz nebija iespējams pārbaudīt versiju par to esamību. Un, lai gan neviens šīs daļiņas nevarēja redzēt, ideja tika apspriesta, jo tikai tā zinātnieki varēja izskaidrot procesus, kas notiek reālajā pasaulē. Tāpēc viņi ticēja mikrodaļiņu esamībai ilgi pirms viņi varēja pierādīt šo faktu.
Tikai 19. gs. tās sāka analizēt kā ķīmisko elementu mazākās sastāvdaļas, kurām piemīt atomu specifiskās īpašības - spēja stingri noteiktā daudzumā nonākt savienojumos ar citiem. 20. gadsimta sākumā tika uzskatīts, ka atomi ir matērijas mazākās daļiņas, līdz tika pierādīts, ka tās sastāv no vēl mazākām vienībām.
No kā sastāv ķīmiskais elements?
Ķīmiskā elementa atoms ir mikroskopisks matērijas būvmateriāls. Atoma molekulmasa ir kļuvusi par šīs mikrodaļiņas noteicošo iezīmi. Tikai Mendeļejeva periodiskā likuma atklāšana apstiprināja, ka to veidi ir vienas matērijas dažādas formas. Tie ir tik mazi, ka tos nevar redzēt, izmantojot parastos mikroskopus, tikai visspēcīgākās elektroniskās ierīces. Salīdzinājumam, mati uz cilvēka rokas ir miljons reižu platāki.
Atoma elektroniskajā struktūrā ir kodols, kas sastāv no neitroniem un protoniem, kā arī elektroniem, kas veic apgriezienus ap centru pastāvīgās orbītās, piemēram, planētas ap savām zvaigznēm. Tos visus kopā satur elektromagnētiskais spēks, viens no četriem galvenajiem spēkiem Visumā. Neitroni ir daļiņas ar neitrālu lādiņu, protoni ir apveltīti ar pozitīvu lādiņu, bet elektroni ar negatīvu. Pēdējos piesaista pozitīvi lādēti protoni, tāpēc tie mēdz palikt orbītā.
Atomu struktūra
Centrālajā daļā atrodas kodols, kas aizpilda visa atoma minimālo daļu. Bet pētījumi liecina, ka tajā atrodas gandrīz visa masa (99,9%). Katrs atoms satur protonus, neitronus, elektronus. Rotējošo elektronu skaits tajā ir vienāds ar pozitīvo centrālo lādiņu. Daļiņas ar vienādu kodollādiņu Z, bet atšķirīgu atommasu A un neitronu skaitu kodolā N sauc par izotopiem, bet ar vienādu A un atšķirīgu Z un N sauc par izobāriem. Elektrons ir mazākā matērijas daļiņa ar negatīvuelektriskais lādiņš e=1,6 10-19 kuloni. Jona lādiņš nosaka zaudēto vai iegūto elektronu skaitu. Neitrāla atoma metamorfozes procesu par lādētu jonu sauc par jonizāciju.
Jauna atoma modeļa versija
Fiziķi līdz šim ir atklājuši daudzas citas elementārdaļiņas. Atoma elektroniskajai struktūrai ir jauna versija.
Tiek uzskatīts, ka protoni un neitroni neatkarīgi no tā, cik mazi tie ir, sastāv no mazākajām daļiņām, ko sauc par kvarkiem. Tie veido jaunu atoma uzbūves modeli. Zinātnieki vāca pierādījumus par iepriekšējā modeļa esamību, un šodien viņi cenšas pierādīt kvarku esamību.
RTM ir nākotnes ierīce
Mūsdienu zinātnieki datora monitorā var redzēt vielas atomu daļiņas, kā arī pārvietot tās pa virsmu, izmantojot īpašu rīku, ko sauc par skenējošo tunelēšanas mikroskopu (RTM).
Šis ir datorizēts rīks ar galu, kas ļoti maigi pārvietojas materiāla virsmas tuvumā. Galam kustoties, elektroni pārvietojas pa spraugu starp galu un virsmu. Lai gan materiāls izskatās perfekti gluds, patiesībā tas ir nelīdzens atomu līmenī. Dators veido matērijas virsmas karti, veidojot tās daļiņu attēlu, un tādējādi zinātnieki var redzēt atoma īpašības.
Radioaktīvās daļiņas
Negatīvi lādēti joni riņķo ap kodolu pietiekami lielā attālumā. Atoma struktūra ir tāda, ka tas ir veselsir patiesi neitrāls un tam nav elektriskā lādiņa, jo visas tā daļiņas (protoni, neitroni, elektroni) ir līdzsvarā.
Radioaktīvs atoms ir elements, ko var viegli sadalīt. Tās centrs sastāv no daudziem protoniem un neitroniem. Vienīgais izņēmums ir ūdeņraža atoma diagramma, kurā ir viens protons. Kodolu ieskauj elektronu mākonis, tieši to pievilcība liek tiem griezties ap centru. Protoni ar vienādu lādiņu atgrūž viens otru.
Šī problēma nav lielākajai daļai sīko daļiņu, kurām ir vairākas no tām. Bet daži no tiem ir nestabili, īpaši lieli, piemēram, urāns, kuram ir 92 protoni. Dažreiz viņa centrs nevar izturēt šādu slodzi. Tos sauc par radioaktīviem, jo tie no sava kodola izdala vairākas daļiņas. Pēc tam, kad nestabilais kodols ir atbrīvojies no protoniem, atlikušie protoni veido jaunu meitu. Tas var būt stabils atkarībā no protonu skaita jaunajā kodolā, vai arī tas var sadalīties tālāk. Šis process turpinās, līdz paliek stabils pakārtotais kodols.
Atomu īpašības
Atoma fizikālās un ķīmiskās īpašības dabiski mainās no viena elementa uz otru. Tos nosaka šādi galvenie parametri.
Atommasa. Tā kā mikrodaļiņu galveno vietu aizņem protoni un neitroni, to summa nosaka skaitli, ko izsaka atomu masas vienībās (amu) Formula: A=Z + N.
Atomu rādiuss. Rādiuss ir atkarīgs no elementa atrašanās vietas Mendeļejeva sistēmā, ķīmiskāsaites, blakus esošo atomu skaits un kvantu mehāniskā darbība. Kodola rādiuss ir simts tūkstošus reižu mazāks nekā paša elementa rādiuss. Atoma struktūra var zaudēt elektronus un kļūt par pozitīvu jonu vai pievienot elektronus un kļūt par negatīvu jonu.
Mendeļejeva periodiskajā sistēmā jebkurš ķīmiskais elements ieņem tam piešķirto vietu. Tabulā atoma izmērs palielinās, pārvietojoties no augšas uz leju, un samazinās, pārvietojoties no kreisās puses uz labo. No tā mazākais elements ir hēlijs un lielākais ir cēzijs.
Valency. Atoma ārējo elektronu apvalku sauc par valences apvalku, un tajā esošie elektroni ir saņēmuši atbilstošu nosaukumu - valences elektroni. To skaits nosaka, kā atoms ir savienots ar citiem ar ķīmiskās saites palīdzību. Ar pēdējās mikrodaļiņas radīšanas metodi viņi cenšas aizpildīt ārējās valences apvalkus.
Gravitācija, pievilcība ir spēks, kas notur planētas orbītā, jo tā dēļ no rokām atbrīvotie priekšmeti nokrīt uz grīdas. Cilvēks vairāk pamana gravitāciju, bet elektromagnētiskā darbība ir daudzkārt spēcīgāka. Spēks, kas piesaista (vai atgrūž) lādētās daļiņas atomā, ir 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 reižu spēcīgāks par gravitāciju tajā. Taču kodola centrā ir vēl spēcīgāks spēks, kas var saturēt kopā protonus un neitronus.
Reakcijas kodolos rada enerģiju līdzīgi kā kodolreaktoros, kur atomi tiek sadalīti. Jo smagāks elements, jo vairāk daļiņu ir tā atomi. Ja mēs saskaitām kopējo protonu un neitronu skaitu elementā, mēs to uzzināsimmasa. Piemēram, urānam, smagākajam dabā sastopamajam elementam, ir 235 vai 238 atomu masa.
Atoma sadalīšana līmeņos
Atoma enerģijas līmeņi ir telpas lielums ap kodolu, kur elektrons kustas. Kopumā ir 7 orbitāles, kas atbilst periodu skaitam periodiskajā tabulā. Jo tālāk elektrons atrodas no kodola, jo lielāka ir tā enerģijas rezerve. Perioda skaitlis norāda atomu orbitāļu skaitu ap tā kodolu. Piemēram, kālijs ir 4. perioda elements, kas nozīmē, ka tam ir 4 atoma enerģijas līmeņi. Ķīmiskā elementa skaits atbilst tā lādiņam un elektronu skaitam ap kodolu.
Atoms ir enerģijas avots
Iespējams, slavenāko zinātnisko formulu atklāja vācu fiziķis Einšteins. Viņa apgalvo, ka masa nav nekas cits kā enerģijas veids. Pamatojoties uz šo teoriju, ir iespējams pārvērst matēriju enerģijā un pēc formulas aprēķināt, cik daudz no tās var iegūt. Pirmais praktiskais šīs transformācijas rezultāts bija atombumbas, kuras vispirms tika izmēģinātas Losalamos tuksnesī (ASV), bet pēc tam eksplodēja virs Japānas pilsētām. Un, lai gan tikai septītā daļa no sprāgstvielas pārvērtās enerģijā, atombumbas iznīcinošais spēks bija briesmīgs.
Lai kodols atbrīvotu savu enerģiju, tam jāsabrūk. Lai to sadalītu, ir jādarbojas ar neitronu no ārpuses. Tad kodols sadalās divos citos, vieglākos, vienlaikus nodrošinot milzīgu enerģijas izdalīšanos. Sabrukšana izraisa citu neitronu izdalīšanos,un tie turpina šķelt citus kodolus. Process pārvēršas ķēdes reakcijā, kā rezultātā tiek iegūts milzīgs enerģijas daudzums.
Kodolreakcijas izmantošanas plusi un mīnusi mūsu laikos
Iznīcinošo spēku, kas izdalās matērijas transformācijas laikā, cilvēce cenšas pieradināt atomelektrostacijās. Šeit kodolreakcija nenotiek sprādziena veidā, bet gan kā pakāpeniska siltuma izdalīšanās.
Atomenerģijas ražošanai ir savi plusi un mīnusi. Pēc zinātnieku domām, lai uzturētu mūsu civilizāciju augstā līmenī, ir nepieciešams izmantot šo milzīgo enerģijas avotu. Taču jāņem vērā arī tas, ka pat vismodernākās izstrādes nevar garantēt pilnīgu atomelektrostaciju drošību. Turklāt radioaktīvie atkritumi, kas rodas enerģijas ražošanas laikā, ja tie tiek uzglabāti nepareizi, var ietekmēt mūsu pēcnācējus desmitiem tūkstošu gadu.
Pēc avārijas Černobiļas atomelektrostacijā arvien vairāk cilvēku uzskata, ka kodolenerģijas ražošana ir ļoti bīstama cilvēcei. Vienīgā drošā šāda veida spēkstacija ir Saule ar milzīgo kodolenerģiju. Zinātnieki izstrādā visdažādākos saules bateriju modeļus, un, iespējams, tuvākajā nākotnē cilvēce spēs sevi nodrošināt ar drošu atomenerģiju.
