Pavadinimas „atomas“iš graikų kalbos išverstas kaip „nedalomas“. Viskas aplink mus – kietosios medžiagos, skysčiai ir oras – yra sukurta iš milijardų šių dalelių.
Versijos apie atomą pasirodymas
Atomai pirmą kartą tapo žinomi V amžiuje prieš Kristų, kai graikų filosofas Demokritas pasiūlė, kad medžiaga susideda iš judančių mažų dalelių. Tačiau tada nebuvo įmanoma patikrinti jų egzistavimo versijos. Ir nors šių dalelių niekas nematė, idėja buvo aptarta, nes tik taip mokslininkai galėjo paaiškinti realiame pasaulyje vykstančius procesus. Todėl jie tikėjo mikrodalelių egzistavimu daug anksčiau, nei galėjo įrodyti šį faktą.
Tik XIX a. jie buvo pradėti analizuoti kaip smulkiausios cheminių elementų sudedamosios dalys, turinčios specifines atomų savybes – galimybę griežtai nustatytu kiekiu susijungti su kitais junginiais. XX amžiaus pradžioje buvo manoma, kad atomai yra mažiausios materijos dalelės, kol nebuvo įrodyta, kad jie sudaryti iš dar mažesnių vienetų.
Iš ko sudarytas cheminis elementas?
Cheminio elemento atomas yra mikroskopinis materijos blokas. Atomo molekulinė masė tapo pagrindine šios mikrodalelės savybe. Tik Mendelejevo periodinio dėsnio atradimas patvirtino, kad jų rūšys yra įvairios vienos materijos formos. Jie yra tokie maži, kad jų neįmanoma pamatyti naudojant įprastus mikroskopus, tik galingiausius elektroninius prietaisus. Palyginimui, plaukas ant žmogaus rankos yra milijoną kartų platesnis.
Atomo elektroninėje struktūroje yra branduolys, sudarytas iš neutronų ir protonų, taip pat elektronų, kurie sukasi aplink centrą pastoviomis orbitomis, kaip planetos aplink savo žvaigždes. Visas jas kartu laiko elektromagnetinė jėga, viena iš keturių pagrindinių visatos jėgų. Neutronai yra dalelės, turinčios neutralų krūvį, protonai turi teigiamą krūvį, o elektronai - neigiamą. Pastaruosius traukia teigiamai įkrauti protonai, todėl jie linkę likti orbitoje.
Atomo struktūra
Centrinėje dalyje yra branduolys, kuris užpildo mažiausią viso atomo dalį. Tačiau tyrimai rodo, kad joje yra beveik visa masė (99,9%). Kiekviename atome yra protonų, neutronų, elektronų. Jame besisukančių elektronų skaičius lygus teigiamam centriniam krūviui. Dalelės, turinčios tą patį branduolinį krūvį Z, bet skirtingą atominę masę A ir neutronų skaičių branduolyje N, vadinamos izotopais, o turinčios tą patį A ir skirtingą Z bei N – izobarais. Elektronas yra mažiausia medžiagos dalelė, turinti neigiamąelektros krūvis e=1,6 10-19 kulonų. Jono krūvis lemia prarastų arba įgytų elektronų skaičių. Neutralaus atomo metamorfozės į įkrautą joną procesas vadinamas jonizacija.
Nauja atomo modelio versija
Fizikai iki šiol atrado daug kitų elementariųjų dalelių. Elektroninė atomo struktūra turi naują versiją.
Manoma, kad protonai ir neutronai, kad ir kokie maži jie būtų, susideda iš mažiausių dalelių, vadinamų kvarkais. Jie sudaro naują atomo konstrukcijos modelį. Kadangi anksčiau mokslininkai rinko įrodymus apie ankstesnio modelio egzistavimą, šiandien jie bando įrodyti kvarkų egzistavimą.
RTM yra ateities įrenginys
Šiuolaikiniai mokslininkai gali matyti atomines medžiagos daleles kompiuterio monitoriuje, taip pat perkelti jas per paviršių naudodami specialų įrankį, vadinamą skenuojančiu tuneliniu mikroskopu (RTM).
Tai kompiuterizuotas įrankis su antgaliu, kuris labai švelniai juda šalia medžiagos paviršiaus. Antgaliui judant, elektronai juda per tarpą tarp galo ir paviršiaus. Nors medžiaga atrodo visiškai lygi, ji iš tikrųjų yra netolygi atominiu lygmeniu. Kompiuteris sudaro materijos paviršiaus žemėlapį ir sukuria jos dalelių vaizdą, todėl mokslininkai gali matyti atomo savybes.
Radioaktyviosios dalelės
Neigiamai įkrauti jonai sukasi aplink branduolį pakankamai dideliu atstumu. Atomo sandara tokia, kad jis yra vientisasyra tikrai neutralus ir neturi elektros krūvio, nes visos jo dalelės (protonai, neutronai, elektronai) yra subalansuotos.
Radioaktyvus atomas yra elementas, kurį galima lengvai suskaidyti. Jo centrą sudaro daug protonų ir neutronų. Vienintelė išimtis yra vandenilio atomo diagrama, kuri turi vieną protoną. Branduolys yra apsuptas elektronų debesies, būtent jų trauka verčia juos suktis aplink centrą. Vienodo krūvio protonai atstumia vienas kitą.
Tai nėra problema daugeliui mažų dalelių, kurios turi keletą jų. Tačiau kai kurie iš jų yra nestabilūs, ypač dideli, pavyzdžiui, uranas, kuriame yra 92 protonai. Kartais jo centras negali atlaikyti tokios apkrovos. Jie vadinami radioaktyviais, nes iš savo šerdies išskiria keletą dalelių. Kai nestabilus branduolys atsikrato protonų, likę protonai sudaro naują dukterį. Jis gali būti stabilus, priklausomai nuo protonų skaičiaus naujajame branduolyje, arba gali dalytis toliau. Šis procesas tęsiamas tol, kol išlieka stabilus antrinis branduolys.
Atomų savybės
Fizikinės ir cheminės atomo savybės natūraliai keičiasi iš vieno elemento į kitą. Jie apibrėžiami šiais pagrindiniais parametrais.
Atominė masė. Kadangi pagrindinę mikrodalelių vietą užima protonai ir neutronai, jų suma lemia skaičių, kuris išreiškiamas atominės masės vienetais (amu) Formulė: A=Z + N.
Atominis spindulys. Spindulys priklauso nuo elemento vietos Mendelejevo sistemoje, cheminisryšiai, gretimų atomų skaičius ir kvantinis mechaninis veikimas. Šerdies spindulys yra šimtą tūkstančių kartų mažesnis už paties elemento spindulį. Atomo struktūra gali prarasti elektronus ir tapti teigiamu jonu arba pridėti elektronų ir tapti neigiamu jonu.
Mendelejevo periodinėje sistemoje bet kuris cheminis elementas užima jam paskirtą vietą. Lentelėje atomo dydis didėja judant iš viršaus į apačią ir mažėja judant iš kairės į dešinę. Iš to mažiausias elementas yra helis, o didžiausias – cezis.
Valencija. Išorinis atomo elektroninis apvalkalas vadinamas valentiniu apvalkalu, o jame esantys elektronai gavo atitinkamą pavadinimą – valentiniai elektronai. Jų skaičius lemia, kaip atomas yra sujungtas su kitais cheminiu ryšiu. Sukurdami paskutinę mikrodalelę, jie bando užpildyti savo išorinius valentinius apvalkalus.
Gravitacija, trauka yra jėga, kuri palaiko planetas orbitoje, nes iš rankų paleisti objektai krenta ant grindų. Žmogus labiau pastebi gravitaciją, tačiau elektromagnetinis veikimas daug kartų galingesnis. Jėga, kuri pritraukia (arba atstumia) įkrautas daleles atome, yra 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 kartų galingesnė už jame esančią gravitaciją. Tačiau branduolio centre yra dar stipresnė jėga, galinti kartu laikyti protonus ir neutronus.
Reakcijos branduoliuose sukuria energiją kaip branduoliniuose reaktoriuose, kur atomai suskaidomi. Kuo elementas sunkesnis, tuo daugiau dalelių yra sudaryti jo atomai. Jei susumuojame bendrą protonų ir neutronų skaičių elemente, tai sužinosimemasė. Pavyzdžiui, urano, sunkiausio gamtoje randamo elemento, atominė masė yra 235 arba 238.
Atomo padalijimas į lygius
Atomo energijos lygiai yra erdvės aplink branduolį, kurioje juda elektronas, dydis. Iš viso yra 7 orbitalės, atitinkančios periodinės lentelės periodų skaičių. Kuo toliau nuo branduolio yra elektronas, tuo jis turi didesnę energijos atsargą. Periodinis skaičius rodo atominių orbitų skaičių aplink jo branduolį. Pavyzdžiui, kalis yra 4-ojo periodo elementas, o tai reiškia, kad jis turi 4 atomo energijos lygius. Cheminio elemento skaičius atitinka jo krūvį ir elektronų skaičių aplink branduolį.
Atomas yra energijos š altinis
Turbūt garsiausią mokslinę formulę atrado vokiečių fizikas Einšteinas. Ji teigia, kad masė yra ne kas kita, kaip energijos forma. Remiantis šia teorija, galima materiją paversti energija ir pagal formulę apskaičiuoti, kiek jos galima gauti. Pirmasis praktinis šios transformacijos rezultatas buvo atominės bombos, kurios pirmą kartą buvo išbandytos Los Alamos dykumoje (JAV), o paskui sprogo virš Japonijos miestų. Ir nors tik septintoji sprogmens dalis virto energija, atominės bombos naikinamoji galia buvo siaubinga.
Kad šerdis išlaisvintų savo energiją, ji turi subyrėti. Norint jį suskaidyti, reikia veikti su neutronu iš išorės. Tada branduolys skyla į du kitus, lengvesnius, tuo pačiu užtikrindamas didžiulį energijos išsiskyrimą. Skilimas sukelia kitų neutronų išsiskyrimą,ir jie toliau skaido kitus branduolius. Procesas virsta grandinine reakcija, dėl kurios gaunamas didžiulis energijos kiekis.
Branduolinės reakcijos naudojimo mūsų laikais privalumai ir trūkumai
Gaidomąją jėgą, kuri išsiskiria transformuojantis medžiagai, žmonija bando prisijaukinti atominėse elektrinėse. Čia branduolinė reakcija vyksta ne kaip sprogimas, o kaip laipsniškas šilumos išsiskyrimas.
Atominės energijos gamyba turi privalumų ir trūkumų. Pasak mokslininkų, norint išlaikyti mūsų civilizaciją aukštame lygyje, būtina naudoti šį didžiulį energijos š altinį. Tačiau taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad net moderniausi pokyčiai negali užtikrinti visiškos atominių elektrinių saugos. Be to, radioaktyviosios atliekos, susidarančios gaminant energiją, jei jos yra netinkamai laikomos, gali turėti įtakos mūsų palikuonims dešimtis tūkstančių metų.
Po avarijos Černobylio atominėje elektrinėje vis daugiau žmonių mano, kad branduolinės energijos gamyba yra labai pavojinga žmonijai. Vienintelė saugi tokio tipo elektrinė yra Saulė su savo didžiule branduoline energija. Mokslininkai kuria įvairiausius saulės elementų modelius ir galbūt netolimoje ateityje žmonija galės aprūpinti save saugia atomine energija.
