Názov „atóm“je preložený z gréčtiny ako „nedeliteľný“. Všetko okolo nás – pevné látky, kvapaliny a vzduch – je postavené z miliárd týchto častíc.
Vzhľad verzie o atóme
Atómy sa prvýkrát stali známymi v 5. storočí pred naším letopočtom, keď grécky filozof Democritus navrhol, že hmota pozostáva z pohybujúcich sa malých častíc. Potom však nebolo možné overiť verziu ich existencie. A hoci nikto nemohol vidieť tieto častice, o tejto myšlienke sa diskutovalo, pretože jediný spôsob, ako vedci mohli vysvetliť procesy vyskytujúce sa v skutočnom svete. Preto verili v existenciu mikročastíc dávno predtým, ako mohli túto skutočnosť dokázať.
Len v 19. storočí. začali sa analyzovať ako najmenšie zložky chemických prvkov, ktoré majú špecifické vlastnosti atómov - schopnosť vstupovať do zlúčenín s inými v presne predpísanom množstve. Na začiatku 20. storočia sa verilo, že atómy sú najmenšie častice hmoty, kým sa nedokázalo, že sa skladajú z ešte menších jednotiek.
Z čoho je vyrobený chemický prvok?
Atóm chemického prvku je mikroskopickým stavebným kameňom hmoty. Molekulová hmotnosť atómu sa stala určujúcim znakom tejto mikročastice. Až objav Mendelejevovho periodického zákona potvrdil, že ich typy sú rôznymi formami jedinej hmoty. Sú také malé, že ich nie je možné vidieť pomocou bežných mikroskopov, iba tých najvýkonnejších elektronických zariadení. V porovnaní s tým je vlas na ľudskej ruke miliónkrát širší.
Elektrónová štruktúra atómu má jadro pozostávajúce z neutrónov a protónov, ako aj elektrónov, ktoré rotujú okolo stredu po konštantných obežných dráhach, ako planéty okolo svojich hviezd. Všetky sú držané pohromade elektromagnetickou silou, jednou zo štyroch hlavných síl vo vesmíre. Neutróny sú častice s neutrálnym nábojom, protóny sú nabité kladným nábojom a elektróny záporným nábojom. Tie sú priťahované kladne nabitými protónmi, takže majú tendenciu zostať na obežnej dráhe.
Štruktúra atómu
V centrálnej časti sa nachádza jadro, ktoré vypĺňa minimálnu časť celého atómu. Štúdie však ukazujú, že takmer celá hmota (99,9%) sa nachádza v ňom. Každý atóm obsahuje protóny, neutróny, elektróny. Počet rotujúcich elektrónov v ňom sa rovná kladnému centrálnemu náboju. Častice s rovnakým jadrovým nábojom Z, ale odlišnou atómovou hmotnosťou A a počtom neutrónov v jadre N sa nazývajú izotopy a častice s rovnakým A a rozdielnym Z a N sa nazývajú izobary. Elektrón je najmenšia častica hmoty so záporomelektrický náboj e=1,6 10-19 coulomb. Náboj iónu určuje počet stratených alebo získaných elektrónov. Proces metamorfózy neutrálneho atómu na nabitý ión sa nazýva ionizácia.
Nová verzia modelu atómu
Fyzici doteraz objavili mnoho ďalších elementárnych častíc. Elektronická štruktúra atómu má novú verziu.
Verí sa, že protóny a neutróny, bez ohľadu na to, aké malé sú, pozostávajú z najmenších častíc nazývaných kvarky. Predstavujú nový model konštrukcie atómu. Tak ako kedysi vedci zbierali dôkazy o existencii predchádzajúceho modelu, dnes sa snažia dokázať existenciu kvarkov.
RTM je zariadenie budúcnosti
Moderní vedci môžu vidieť atómové častice látky na monitore počítača a tiež ich pohybovať po povrchu pomocou špeciálneho nástroja nazývaného skenovací tunelový mikroskop (RTM).
Toto je počítačový nástroj s hrotom, ktorý sa veľmi jemne pohybuje blízko povrchu materiálu. Keď sa hrot pohybuje, elektróny sa pohybujú cez medzeru medzi hrotom a povrchom. Hoci materiál vyzerá dokonale hladko, v skutočnosti je na úrovni atómov nerovný. Počítač vytvorí mapu povrchu hmoty, vytvorí obraz jej častíc a vedci tak môžu vidieť vlastnosti atómu.
Rádioaktívne častice
Záporne nabité ióny obiehajú okolo jadra v dostatočne veľkej vzdialenosti. Štruktúra atómu je taká, že je celýje skutočne neutrálny a nemá žiadny elektrický náboj, pretože všetky jeho častice (protóny, neutróny, elektróny) sú v rovnováhe.
Rádioaktívny atóm je prvok, ktorý možno ľahko rozdeliť. Jeho centrum pozostáva z mnohých protónov a neutrónov. Jedinou výnimkou je diagram atómu vodíka, ktorý má jeden protón. Jadro je obklopené oblakom elektrónov, vďaka ich príťažlivosti sa otáčajú okolo stredu. Protóny s rovnakým nábojom sa navzájom odpudzujú.
Toto nie je problém pre väčšinu malých častíc, ktoré ich majú niekoľko. Niektoré z nich sú však nestabilné, najmä veľké ako urán, ktorý má 92 protónov. Niekedy jeho stred nevydrží takú záťaž. Nazývajú sa rádioaktívne, pretože zo svojho jadra vyžarujú niekoľko častíc. Keď sa nestabilné jadro zbaví protónov, zostávajúce protóny vytvoria novú dcéru. Môže byť stabilný v závislosti od počtu protónov v novom jadre, alebo sa môže ďalej deliť. Tento proces pokračuje, kým nezostane stabilné detské jadro.
Vlastnosti atómov
Fyzikálne a chemické vlastnosti atómu sa prirodzene menia z jedného prvku na druhý. Sú definované nasledujúcimi hlavnými parametrami.
Atómová hmotnosť. Keďže hlavné miesto mikročastíc zaberajú protóny a neutróny, ich súčet určuje počet, ktorý je vyjadrený v jednotkách atómovej hmotnosti (amu) Vzorec: A=Z + N.
Atómový polomer. Polomer závisí od umiestnenia prvku v systéme Mendeleev, chemikálieväzby, počet susedných atómov a kvantovo mechanické pôsobenie. Polomer jadra je stotisíckrát menší ako polomer samotného prvku. Štruktúra atómu môže stratiť elektróny a stať sa pozitívnym iónom alebo pridať elektróny a stať sa negatívnym iónom.
V periodickom systéme Mendelejeva má každý chemický prvok svoje pridelené miesto. V tabuľke sa veľkosť atómu zväčšuje pri pohybe zhora nadol a zmenšuje sa pri pohybe zľava doprava. Z toho najmenší prvok je hélium a najväčší cézium.
Valencia. Vonkajší elektrónový obal atómu sa nazýva valenčný obal a elektróny v ňom dostali zodpovedajúci názov - valenčné elektróny. Ich počet určuje, ako je atóm spojený s ostatnými pomocou chemickej väzby. Metódou vytvorenia poslednej mikročastice sa snažia naplniť svoje vonkajšie valenčné obaly.
Gravitácia, príťažlivosť je sila, ktorá drží planéty na obežnej dráhe, pretože predmety uvoľnené z rúk padajú na podlahu. Človek viac vníma gravitáciu, ale elektromagnetické pôsobenie je mnohonásobne silnejšie. Sila, ktorá priťahuje (alebo odpudzuje) nabité častice v atóme, je 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000-krát silnejšia ako gravitácia v atóme. Ale v strede jadra je ešte silnejšia sila, ktorá dokáže udržať protóny a neutróny pohromade.
Reakcie v jadrách vytvárajú energiu ako v jadrových reaktoroch, kde dochádza k štiepeniu atómov. Čím je prvok ťažší, tým viac častíc sú jeho atómy postavené. Ak spočítame celkový počet protónov a neutrónov v prvku, zistíme hoomša. Napríklad urán, najťažší prvok v prírode, má atómovú hmotnosť 235 alebo 238.
Rozdelenie atómu na úrovne
Úrovne energie atómu zodpovedajú veľkosti priestoru okolo jadra, kde sa elektrón pohybuje. Celkovo existuje 7 orbitálov, čo zodpovedá počtu periód v periodickej tabuľke. Čím je poloha elektrónu od jadra vzdialenejšia, tým má väčšiu rezervu energie. Číslo periódy udáva počet atómových orbitálov okolo jej jadra. Napríklad Draslík je prvkom 4. periódy, čo znamená, že má 4 energetické úrovne atómu. Počet chemického prvku zodpovedá jeho náboju a počtu elektrónov okolo jadra.
Atóm je zdrojom energie
Pravdepodobne najznámejší vedecký vzorec objavil nemecký fyzik Einstein. Tvrdí, že hmotnosť nie je nič iné ako forma energie. Na základe tejto teórie je možné premeniť hmotu na energiu a podľa vzorca vypočítať, koľko z nej možno získať. Prvým praktickým výsledkom tejto transformácie boli atómové bomby, ktoré boli najskôr testované v púšti Los Alamos (USA), a potom vybuchli nad japonskými mestami. A hoci sa len sedmina výbušniny premenila na energiu, ničivá sila atómovej bomby bola strašná.
Aby jadro mohlo uvoľniť svoju energiu, musí sa zrútiť. Na jeho rozdelenie je potrebné pôsobiť zvonku neutrónom. Potom sa jadro rozpadne na dve ďalšie, ľahšie, pričom sa uvoľní obrovské množstvo energie. Rozpad vedie k uvoľneniu ďalších neutrónov,a pokračujú v štiepení ďalších jadier. Proces sa zmení na reťazovú reakciu, ktorej výsledkom je obrovské množstvo energie.
Výhody a nevýhody využívania jadrovej reakcie v našej dobe
Deštruktívna sila, ktorá sa uvoľňuje pri premene hmoty, sa ľudstvo snaží skrotiť v jadrových elektrárňach. Tu jadrová reakcia neprebieha vo forme výbuchu, ale ako postupné uvoľňovanie tepla.
Produkcia atómovej energie má svoje klady aj zápory. Na udržanie našej civilizácie na vysokej úrovni je podľa vedcov potrebné využívať tento obrovský zdroj energie. Treba však vziať do úvahy aj to, že ani najmodernejší vývoj nemôže zaručiť úplnú bezpečnosť jadrových elektrární. Navyše, rádioaktívny odpad, ktorý vzniká pri výrobe energie, môže pri nesprávnom skladovaní ovplyvniť našich potomkov na desiatky tisíc rokov.
Po havárii v jadrovej elektrárni v Černobyle stále viac ľudí považuje výrobu jadrovej energie za veľmi nebezpečnú pre ľudstvo. Jedinou bezpečnou elektrárňou tohto druhu je Slnko s obrovskou jadrovou energiou. Vedci vyvíjajú všetky druhy modelov solárnych článkov a možno v blízkej budúcnosti si ľudstvo bude schopné zabezpečiť bezpečnú atómovú energiu.
