Maddenin birçok özelliği uzun süre araştırmacılar için bir sır olarak kaldı. Neden bazı maddeler elektriği iyi iletirken diğerleri iletmez? Asil metaller binlerce yıl boyunca mükemmel bir şekilde korunurken, demir neden atmosferin etkisi altında yavaş yavaş parçalanır? Bu soruların çoğu, bir kişi atomun yapısının farkına vardıktan sonra cevaplandı: yapısı, her elektron katmanındaki elektron sayısı. Üstelik, atom çekirdeğinin yapısının en temellerine bile hakim olmak, dünya için yeni bir çağ açtı.
Maddenin temel tuğlası hangi elementlerden inşa edilmiştir, birbirleriyle nasıl etkileşirler, bundan ne öğrenebiliriz?
Modern bilime göre atomun yapısı
Şu anda, çoğu bilim insanı maddenin yapısının gezegensel modeline bağlı kalma eğilimindedir. Bu modele göre, her atomun merkezinde, atomla karşılaştırıldığında bile küçücük bir çekirdek bulunur (bütününün onbinlerce katıdır).atom). Ancak çekirdeğin kütlesi için aynı şey söylenemez. Bir atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdekte toplanmıştır. Çekirdek pozitif yüklüdür.
Elektronlar, güneş sistemindeki gezegenlerde olduğu gibi dairesel değil, üç boyutlu (küreler ve hacim sekizleri) çekirdeğin etrafında farklı yörüngelerde dönerler. Bir atomdaki elektron sayısı, çekirdeğin yüküne sayısal olarak eşittir. Ancak bir elektronu bir tür yörünge boyunca hareket eden bir parçacık olarak düşünmek çok zordur.
Yörüngesi küçüktür ve hızı neredeyse bir ışık huzmesi gibidir, bu nedenle elektronu yörüngesiyle birlikte bir tür negatif yüklü küre olarak düşünmek daha doğru olur.
Çekirdek ailenin üyeleri
Tüm atomlar 3 bileşenden oluşur: protonlar, elektronlar ve nötronlar.
Proton, çekirdeğin ana yapı malzemesidir. Ağırlığı, SI sisteminde bir atomik birime (bir hidrojen atomunun kütlesi) veya 1,67 ∙ 10-27 kg'a eşittir. Parçacık pozitif yüklüdür ve yükü, temel elektrik yükleri sisteminde bir birim olarak alınır.
Nötron, protonun kütle ikizidir, ancak hiçbir şekilde yüklü değildir.
Yukarıdaki iki parçacığa nüklid denir.
Bir elektron, sorumlu bir protonun tersidir (temel yük -1'dir). Ancak ağırlık olarak elektron bizi hayal kırıklığına uğrattı, kütlesi sadece 9, 12 ∙ 10-31 kg, bu da bir proton veya nötrondan neredeyse 2 bin kat daha hafif.
Nasıl "görüldüğü"
En modern teknik araçlar bile izin vermiyorsa atomun yapısını nasıl görebilirsin?ve kısa vadede, kurucu parçacıklarının görüntülerinin elde edilmesine izin vermeyecektir. Bilim adamları çekirdekteki proton, nötron ve elektronların sayısını ve yerlerini nasıl bildiler?
Atomların gezegensel yapısı hakkındaki varsayım, ince bir metal folyonun çeşitli parçacıklarla bombardımanının sonuçlarına dayanarak yapıldı. Şekil, çeşitli temel parçacıkların madde ile nasıl etkileşime girdiğini açıkça göstermektedir.
Deneylerde metalden geçen elektron sayısı sıfıra eşitti. Bu basitçe açıklanır: Negatif yüklü elektronlar, metalin elektron kabuklarından itilir ve bunlar da negatif yüke sahiptir.
Proton ışını (yük +) folyodan geçti, ancak "kayıplarla". Bazıları yoluna çıkan çekirdekler tarafından püskürtüldü (bu tür isabetlerin olasılığı çok küçük), bazıları orijinal yörüngeden saptı ve çekirdeklerden birine çok yakın uçtu.
Nötronlar, metalin üstesinden gelme açısından en "etkili" oldu. Nötr yüklü bir parçacık, yalnızca maddenin çekirdeğiyle doğrudan çarpışma durumunda kaybolurken, nötronların %99,99'u metalin kalınlığından başarıyla geçti. Bu arada, giriş ve çıkıştaki nötron sayısına bağlı olarak belirli kimyasal elementlerin çekirdeklerinin boyutunu hesaplamak mümkün oldu.
Elde edilen verilere dayanarak, çoğu konuyu başarıyla açıklayan maddenin yapısına ilişkin şu anda baskın olan teori inşa edildi.
Ne ve ne kadar
Bir atomdaki elektron sayısı atom numarasına bağlıdır. Örneğin, sıradan bir hidrojen atomununsadece bir proton. Tek bir elektron yörüngede dönüyor. Periyodik tablonun bir sonraki elementi olan helyum biraz daha karmaşıktır. Çekirdeği iki proton ve iki nötrondan oluşur ve dolayısıyla atom kütlesi 4'tür.
Seri numarasının büyümesiyle birlikte atomun boyutu ve kütlesi de büyür. Periyodik tablodaki bir kimyasal elementin seri numarası, çekirdeğin yüküne (içindeki proton sayısı) karşılık gelir. Bir atomdaki elektron sayısı proton sayısına eşittir. Örneğin, bir kurşun atomun (atom numarası 82) çekirdeğinde 82 proton vardır. Çekirdeğin etrafında yörüngede 82 elektron vardır. Bir çekirdekteki nötron sayısını hesaplamak için atom kütlesinden proton sayısını çıkarmak yeterlidir:
207 – 82=125.
Neden her zaman eşit sayılar vardır
Evrenimizdeki her sistem istikrar için çabalar. Atoma uygulandığında, bu nötralitesinde ifade edilir. Evrendeki istisnasız tüm atomların farklı büyüklüklerde ve farklı işaretlere sahip şu veya bu yüke sahip olduğunu bir an için hayal edersek, dünyada ne tür bir kaos olacağını hayal edebiliriz.
Fakat bir atomdaki proton ve elektron sayısı eşit olduğundan, her bir "tuğlanın" toplam yükü sıfırdır.
Bir atomdaki nötron sayısı bağımsız bir değerdir. Ayrıca, aynı kimyasal elementin atomları, sıfır yüklü bu parçacıklardan farklı sayıda içerebilir. Örnek:
- 1 proton + 1 elektron + 0 nötron=hidrojen (atomik kütle 1);
- 1 proton + 1 elektron + 1 nötron=döteryum (atomik kütle 2);
- 1 proton + 1 elektron + 2nötron=trityum (atomik kütle 3).
Bu durumda atomdaki elektron sayısı değişmez, atom nötr kalır, kütlesi değişir. Kimyasal elementlerin bu tür varyasyonlarına izotop denir.
Bir atom her zaman nötr müdür
Hayır, bir atomdaki elektron sayısı her zaman proton sayısına eşit değildir. Bir veya iki elektron bir süre bir atomdan “alınamaz” olsaydı, galvanizleme diye bir şey olmazdı. Her madde gibi bir atom da etkilenebilir.
Atomun dış katmanından gelen yeterince güçlü bir elektrik alanının etkisi altında, bir veya daha fazla elektron "uçup gidebilir". Bu durumda, maddenin parçacığı nötr olmaktan çıkar ve iyon olarak adlandırılır. Gaz veya sıvı bir ortamda hareket edebilir, bir elektrik yükünü bir elektrottan diğerine aktarabilir. Bu sayede pillerde bir elektrik yükü depolanır ve bazı metallerin en ince filmleri diğerlerinin yüzeylerine (altın kaplama, gümüş kaplama, krom kaplama, nikel kaplama vb.) uygulanır.
Elektron sayısı metallerde de kararsızdır - elektrik akımı iletkenleri. Dış katmanların elektronları adeta atomdan atoma yürür ve iletken aracılığıyla elektrik enerjisini aktarır.
