Prootonite neutronite ja elektronide arvutus. Kas üksikud neutronid on ohtlikud? Valentssideme meetod

Aatom on keemilise elemendi väikseim osake, mis säilitab kogu selle Keemilised omadused. Aatom koosneb positiivse elektrilaenguga tuumast ja negatiivselt laetud elektronidest. Mis tahes keemilise elemendi tuuma laeng on võrdne Z ja e korrutisega, kus Z on selle elemendi seerianumber perioodilisuse tabelis keemilised elemendid, e - elementaarse elektrilaengu väärtus.

elektron on aine väikseim negatiivse elektrilaenguga osake e=1,6·10 -19 kuloni, võetuna elementaarelektrilaenguna. Tuuma ümber pöörlevad elektronid paiknevad elektronkihtides K, L, M jne. K on tuumale lähim kest. Aatomi suuruse määrab selle elektronkihi suurus. Aatom võib kaotada elektrone ja muutuda positiivseks iooniks või saada elektrone ja muutuda negatiivseks iooniks. Iooni laeng määrab kaotatud või saadud elektronide arvu. Neutraalse aatomi laetud iooniks muutmise protsessi nimetatakse ionisatsiooniks.

Aatomituum (keskosa aatom) koosneb elementaarsetest tuumaosakestest – prootonitest ja neutronitest. Tuuma raadius on ligikaudu sada tuhat korda väiksem kui aatomi raadius. Aatomituuma tihedus on äärmiselt kõrge. Prootonid- need on stabiilsed elementaarosakesed, millel on üks positiivne elektrilaeng ja mille mass on 1836 korda suurem kui elektroni mass. Prooton on kõige kergema elemendi, vesiniku, aatomi tuum. Prootonite arv tuumas on Z. Neutron- see on neutraalne (ei ole elektrilaengut) elementaarosake mille mass on väga lähedane prootoni massile. Kuna tuuma mass koosneb prootonite ja neutronite massist, siis on neutronite arv aatomi tuumas võrdne A - Z, kus A on antud isotoobi massiarv (vt.). Prootoneid ja neutroneid, mis moodustavad tuuma, nimetatakse nukleoniteks. Tuumas on nukleonid ühendatud spetsiaalsete tuumajõudude abil.

Aatomituum sisaldab tohutut energiavaru, mis vabaneb tuumareaktsioonide käigus. Tuumareaktsioonid tekivad siis, kui aatomituumad interakteeruvad elementaarosakeste või teiste elementide tuumadega. Tuumareaktsioonide tulemusena tekivad uued tuumad. Näiteks neutron võib muutuda prootoniks. Sel juhul paiskub tuumast välja beetaosake, st elektron.

Prootoni üleminekut tuumas neutroniks saab läbi viia kahel viisil: kas elektroni massiga võrdse massiga, kuid positiivse laenguga osake, mida nimetatakse positroniks (positroni lagunemine), emiteeritakse tuum ehk tuum haarab kinni ühe talle lähima K-kihi elektronidest (K -püüdmine).

Mõnikord on tekkinud tuumal energia ülejääk (on ergastatud olekus) ja normaalsesse olekusse minnes vabastab see vormis liigse energia elektromagnetiline kiirgus väga lühikese lainepikkusega - . Tuumareaktsioonide käigus vabanev energia kasutatakse praktiliselt ära erinevatest tööstusharudest tööstusele.

Aatom (kreeka keeles atomos – jagamatu) on keemilise elemendi väikseim osake, millel on oma keemilised omadused. Iga element koosneb teatud tüüpi aatomitest. Aatom koosneb tuumast, mis kannab positiivset elektrilaengut, ja negatiivselt laetud elektronidest (vt), mis moodustavad selle elektronkihi. Tuuma elektrilaengu suurus on võrdne Z-e, kus e on elementaarelektrilaeng, mille suurus on võrdne elektroni laenguga (4,8·10 -10 elektriühikut) ja Z on selle elemendi aatomnumber keemiliste elementide perioodilisustabel (vt.). Kuna ioniseerimata aatom on neutraalne, on selles sisalduvate elektronide arv samuti võrdne Z-ga. Tuuma koostis (vt Aatomituum) sisaldab nukleone, elementaarosakesi, mille mass on ligikaudu 1840 korda suurem kui elektroni mass. (võrdub 9,1 ± 10–28 g), positiivselt laetud prootonid (vt) ja laenguta neutronid (vt). Nukleonide arvu tuumas nimetatakse massiarvuks ja seda tähistatakse tähega A. Prootonite arv tuumas, mis on võrdne Z-ga, määrab aatomisse sisenevate elektronide arvu, elektronkestade struktuuri ja keemilise aine aatomi omadused. Neutronite arv tuumas on A-Z. Isotoobid on sama elemendi sordid, mille aatomid erinevad üksteisest massiarvult A, kuid neil on sama Z. Seega on sama elemendi erinevate isotoopide aatomite tuumades erinev number neutronid, millel on sama arv prootoneid. Isotoopide tähistamisel kirjutatakse elemendi sümboli kohale massiarv A, alla aga aatomnumber; Näiteks tähistatakse hapniku isotoope:

Aatomi mõõtmed on määratud elektronkihtide mõõtmetega ja need on kõigi Z jaoks suurusjärgus 10 -8 cm. Kuna aatomi kõigi elektronide mass on mitu tuhat korda väiksem kui tuuma mass , on aatomi mass võrdeline massiarvuga. Antud isotoobi aatomi suhteline mass määratakse süsiniku isotoobi C12 aatomi massi suhtes, võttes 12 ühikut, ja seda nimetatakse isotoobi massiks. Selgub, et see on lähedane vastava isotoobi massinumbrile. Keemilise elemendi aatomi suhteline kaal on isotoobi massi keskmine (arvestades antud elemendi isotoopide suhtelist arvukust) väärtus ja seda nimetatakse aatommassiks.

Aatom on mikroskoopiline süsteem ning selle ehitust ja omadusi saab selgitada vaid peamiselt 20. sajandi 20. aastatel loodud kvantteooria abil, mis on mõeldud nähtuste kirjeldamiseks aatomiskaalal. Katsed on näidanud, et mikroosakestel – elektronidel, prootonitel, aatomitel jne – on lisaks korpuskulaarsetele lainelised omadused, mis avalduvad difraktsioonis ja interferentsis. Kvantteoorias kasutatakse mikroobjektide oleku kirjeldamiseks teatud lainevälja, mida iseloomustab lainefunktsioon (Ψ-funktsioon). See funktsioon määrab ära mikroobjekti võimalike olekute tõenäosused, s.t. iseloomustab selle teatud omaduste võimalikke avaldumisvõimalusi. Funktsiooni Ψ ruumis ja ajas muutumise seadus (Schrodingeri võrrand), mis võimaldab seda funktsiooni leida, mängib kvantteoorias sama rolli kui Newtoni liikumisseadused klassikalises mehaanikas. Schrödingeri võrrandi lahendamine viib paljudel juhtudel süsteemi diskreetsete võimalike olekuteni. Nii saame näiteks aatomi puhul jada lainefunktsioonid erinevatele (kvanteeritud) energiaväärtustele vastavate elektronide jaoks. Kvantteooria meetoditega arvutatud aatomienergia tasemete süsteem on saanud spektroskoopias hiilgava kinnituse. Aatomi üleminek madalaimale energiatasemele E 0 vastavast põhiolekust ükskõik millisesse ergastatud olekusse E i toimub teatud osa energia E i - E 0 neeldumisel. Ergastatud aatom läheb vähem ergastatud või põhiolekusse, tavaliselt kiirgades footoni. Sel juhul on footoni energia hv võrdne aatomi energiate erinevusega kahes olekus: hv = E i - E k kus h Plancki konstant (6,62·10 -27 erg·sek), v on sagedus valgusest.

Lisaks aatomispektritele võimaldas kvantteooria selgitada aatomite muid omadusi. Eelkõige valents, loodus keemiline side ja molekulide ehitus, loodi elementide perioodilise süsteemi teooria.

Ja looge ka elektrooniline valem. Selleks vajate ainult keemiliste elementide perioodilist süsteemi D.I. Mendelejev, mis on kohustuslik teatmematerjal.

Tabel D.I. Mendelejev jaguneb rühmadesse (asendatud vertikaalselt), mida on kokku kaheksa, aga ka horisontaalselt paiknevateks perioodideks. Igal neist on oma järg ja sugulane aatommass, mis on märgitud igas perioodilises tabelis. Kogus prootonid(p) ja elektronid (ē) langevad arvuliselt kokku elemendi aatomnumbriga. Numbri määramiseks neutronid(n) suhtelisest aatommassist (Ar) on vaja lahutada keemilise elemendi arv.

Näide nr 1: Arvutage kogus prootonid, elektronid ja neutronid keemilise elemendi nr 7 aatom. Keemiline element nr 7 on lämmastik (N). Kõigepealt määrake kogus prootonid(R). Kui seerianumber on 7, siis on see 7 prootonid. Arvestades, et see arv langeb kokku negatiivselt laetud osakeste arvuga, on seal ka 7 elektroni (ē). neutronid(n) suhtelisest aatommassist (Ar (N) = 14) lahutage lämmastiku aatomarv (nr 7). Seega 14 – 7 = 7. V üldine vaade kogu teave näeb välja selline: p = +7;ē = -7;n = 14-7 = 7.

Näide nr 2: Arvutage kogus prootonid, elektronid ja neutronid keemilise elemendi nr 20 aatom. Keemiline element nr 20 on kaltsium (Ca). Kõigepealt määrake kogus prootonid(R). Kui seerianumber on 20, siis on see 20 prootonid. Teades, et see arv langeb kokku negatiivselt laetud osakeste arvuga, on seal ka 20 elektroni (ē). neutronid(n) suhtelisest aatommassist (Ar (Ca) = 40) lahutage aatomarv (nr 20). Seetõttu 40 – 20 = 20. Üldiselt näeb kogu info välja selline: p = +20;ē = -20;n = 40-20 = 20.

Näide nr 3: Arvutage kogus prootonid, elektronid ja neutronid keemilise elemendi nr 33 aatom. Keemiline element nr 33 on arseen (As). Kõigepealt määrake kogus prootonid(R). Kui seerianumber on 33, siis on see 33. Arvestades, et see arv langeb kokku negatiivselt laetud osakeste arvuga, on seal ka 33 elektroni (ē). neutronid(n) suhtelisest aatommassist (Ar (As) = 75) lahutage lämmastiku aatomarv (nr 33). Seetõttu 75 – 33 = 42. Üldiselt näeb kogu teave välja selline: p = +33;ē = -33;n = 75 -33 = 42.

Märge

Tabelis D.I. näidatud suhteline aatommass. Mendelejev, on vaja ümardada lähima täisarvuni.

Allikad:

• vastuse moodustavad prootonid ja neutronid

Pange kolb kõrvale jahtuma. Poolteist kuni kaks minutit on piisav. Vastasel juhul moodustub lahustumatu sade.

Valage vesi üle seina, loputades sellega lehtrit. Loksutatakse kuni täieliku segunemiseni, vajadusel soojendades kolbi.

Pange vastuvõtja kokku ja kinnitage. Süstige vastuvõtjasse 10 ml 0,01 N. väävelhappe lahus. Kandke üks või kaks tilka metüülrotti. Pärast kõigi koostisosade ühendamist kinnitage veejoapump vastuvõtja külge.

Kümne minuti pärast lõpetage destilleerimine. Sulgege veekraan, avage vastuvõtja pistik ja peske jahutustoru otsast välja väävelhape. Asendage teise vastuvõtjaga, mille maht on 0,01 N. väävelhappe lahusega, tehke teine ​​destilleerimine.

Väljund: 1 ml 0,01 N. väävelhape või naatriumhüdroksiid vastab 0,14 mg-le.
Vastuvõtjasse pandud väävelhappe koguse ja tiitrimisel võetud naatriumhüdroksiidi koguse vahe, mis on toodetud 0,14 mg võrra, on võrdne jääklämmastiku kogusega 1 ml uuritavas veres. Lämmastiku koguse kuvamiseks -, peate korrutama 100-ga.

Valents on keemiliste elementide võime hoida teatud arvu teiste elementide aatomeid. Samal ajal on see antud aatomi poolt teiste aatomitega moodustatud sidemete arv. Valentsi määramine on üsna lihtne.

Juhised

Pange tähele, et mõne elemendi aatomite valents on konstantne, samas kui teiste elementide aatomite valentsus on muutuv, see tähendab, et need kipuvad muutuma. Näiteks on vesinik kõigis ühendites ühevalentne, kuna see moodustab ainult ühe. Hapnik on võimeline moodustama kahte sidet, olles samas kahevalentne. Kuid teil võib olla II, IV või VI. Kõik sõltub elemendist, millega see on ühendatud. Seega on väävel element, millel on muutuv valents.

Pange tähele, et vesinikuühendite molekulides on valentsi arvutamine väga lihtne. Vesinik on alati monovalentne ja see sellega seotud elemendi indikaator on võrdne vesinikuaatomite arvuga antud molekulis. Näiteks CaH2-s on kaltsium kahevalentne.

Pidage meeles valentsi määramise peamist reeglit: mis tahes elemendi aatomi valentsindeksi ja selle aatomite arvu korrutis mis tahes molekulis on teise elemendi aatomi valentsindeksi ja selle aatomite arvu korrutis. antud molekul.

Vaadake selle võrdsuse tähevalemit: V1 x K1 = V2 x K2, kus V on elementide aatomite valents ja K on aatomite arv molekulis. Selle abil on lihtne määrata mis tahes elemendi valentsiindeksit, kui ülejäänud andmed on teada.

Vaatleme vääveloksiidi molekuli SO2 näidet. Hapnik kõigis ühendites on kahevalentne, seetõttu, asendades väärtused proportsioonis: hapnik x hapnik = V väävel x Xers, saame: 2 x 2 = V väävel x 2. Siit Vväävel = 4/2 = 2. , on väävli valents selles molekulis võrdne 2-ga.

Video teemal

elektron- kõige kergem elektriliselt laetud osake, mis osaleb peaaegu kõigis elektrilistes nähtustes. Oma väikese massi tõttu on see kõige rohkem seotud kvantmehaanika arendamisega. Need kiired osakesed on leidnud laialdast rakendust kaasaegse teaduse ja tehnoloogia valdkonnas.

Sõna ἤλεκτρον on kreeka keel. See andis elektronile nime. Seda tõlgitakse kui "merevaigust". Omal ajal viisid Kreeka loodusteadlased läbi erinevaid katseid, mis hõlmasid merevaigutükkide villa, mis seejärel hakkas meelitama erinevaid väikeseid esemeid. elektron om on nimetus, mis on antud negatiivselt laetud osakesele, mis on üks aine struktuuri moodustavatest põhiüksustest. elektron Aatomite kestad koosnevad elektronidest ning nende asend ja arv määravad aine keemilised omadused.Erinevate ainete aatomite elektronide arvu saate teada D.I koostatud keemiliste elementide tabelist. Mendelejev. Prootonite arv aatomi tuumas on alati võrdne elektronide arvuga, mis peaks olema antud aine aatomi elektronkihis. elektron Nad pöörlevad ümber tuuma suure kiirusega ja seetõttu ei "" tuuma peal. See on selgelt võrreldav Kuuga, mis ei lange, vaatamata sellele, et Maa teda tõmbab.Kaasaegsed elementaarosakeste füüsika kontseptsioonid viitavad struktuurituseta ja jagamatule. Nende osakeste liikumine pooljuhtides võimaldab hõlpsalt energiat üle kanda ja juhtida. Seda omadust kasutatakse laialdaselt elektroonikas, igapäevaelus, tööstuses ja kommunikatsioonis. Vaatamata sellele, et elektronide kiirus juhtides on väga väike, võib elektriväli levida valguse kiirusel. Tänu sellele luuakse kogu vooluringi vool koheselt. elektron Lisaks korpuskulaarsetele on neil ka lainelised omadused. Nad osalevad gravitatsioonilistes, nõrkades ja elektromagnetilistes vastasmõjudes. Elektroni stabiilsus tuleneb energia ja laengu jäävuse seadustest. See osake on laetud osakestest kergeim ega saa seetõttu millekski laguneda. Lagunemine kergemateks osakesteks laengu jäävuse seadusega ja osakestest raskemateks osakesteks on energia jäävuse seadusega keelatud. Laengu jäävuse seaduse täitmise täpsust saab hinnata selle järgi, et elektron ei kaota oma laengut vähemalt kümne aasta jooksul.

Video teemal

Aatomid on aine väikseimad osakesed.
Kui suurendada suurusele Maakera keskmise suurusega õun, siis muutuvad aatomid ainult õuna suuruseks. Vaatamata nii väikestele mõõtmetele koosneb aatom veelgi väiksematest füüsikalistest osakestest.
Aatomi ehitusega peaksite olema tuttav juba kooli füüsikakursusest. Ja tuletagem siiski meelde, et aatom sisaldab tuuma ja elektrone, mis pöörlevad ümber tuuma nii kiiresti, et muutuvad eristamatuks – moodustavad “elektronpilve” ehk aatomi elektronkihi.

Elektronid tavaliselt tähistatakse järgmiselt: e − . Elektronid e− väga kerged, peaaegu kaalutud, kuid neil on negatiivne elektrilaeng. See on võrdne -1. Elekter, mida me kõik kasutame, on juhtmetes jooksev elektronide voog.

Aatomituum, millesse on kontsentreeritud peaaegu kogu selle mass, koosneb kahte tüüpi osakestest - neutronitest ja prootonitest.

Neutronid tähistatakse järgmiselt: n 0 , A prootonid Niisiis: lk + .
Massi poolest on neutronid ja prootonid peaaegu samad - 1,675 10-24 g ja 1,673 10-24 g.
Tõsi, selliste väikeste osakeste massi grammides loendamine on väga ebamugav, seega väljendatakse seda süsinikuühikud, millest igaüks on võrdne 1,673 10–24 g.
Iga osakese kohta, mille me saame suhteline aatommass, võrdne aatomi massi (grammides) jagatisega süsinikuühiku massiga. Prootoni ja neutroni suhteline aatommass on võrdne 1-ga, kuid prootonite laeng on positiivne ja võrdne +1-ga, samas kui neutronitel puudub laeng.

. Mõistatused aatomi kohta

Aatomi saab osakestest "mõttes" kokku panna, nagu mänguasja või auto osadest laste ehituskomplekt. On vaja järgida ainult kahte olulist tingimust.

• Esimene tingimus: igal aatomitüübil on oma oma komplekt"detailid" - elementaarosakesed. Näiteks vesinikuaatomil on kindlasti tuum positiivse laenguga +1, mis tähendab, et sellel peab kindlasti olema üks prooton (ja mitte rohkem).
  Vesinikuaatom võib sisaldada ka neutroneid. Sellest lähemalt järgmises lõigus.
  Hapnikuaatomil (aatomnumber perioodilises tabelis on 8) on laetud tuum kaheksa positiivsed laengud (+8), mis tähendab, et prootoneid on kaheksa. Kuna hapnikuaatomi mass on 16 suhtelist ühikut, siis hapnikutuuma saamiseks lisame veel 8 neutronit.
• Teine tingimus on see, et iga aatom peaks olema elektriliselt neutraalne. Selleks peab tal olema piisavalt elektrone, et tasakaalustada tuuma laengut. Teisisõnu, elektronide arv aatomis võrdub prootonite arvuga selle tuumas, samuti selle elemendi seerianumber perioodilises tabelis.

Nimi "aatom" on kreeka keelest tõlgitud kui "jagamatu". Kõik meid ümbritsev – tahked ained, vedelikud ja õhk – on ehitatud miljarditest nendest osakestest.

Aatomi versiooni välimus

Aatomid said esmakordselt tuntuks 5. sajandil eKr, kui kreeka filosoof Demokritos tegi ettepaneku, et aine koosneb pisikestest liikuvatest osakestest. Kuid siis ei olnud võimalik nende olemasolu versiooni kontrollida. Ja kuigi keegi neid osakesi ei näinud, arutati seda ideed, sest ainult nii said teadlased reaalses maailmas toimuvaid protsesse selgitada. Seetõttu uskusid nad mikroosakeste olemasolu ammu enne aega, mil nad suutsid seda fakti tõestada.

Alles 19. sajandil. neid hakati analüüsima kui keemiliste elementide väikseimaid komponente, millel on aatomitele spetsiifilised omadused - võime sõlmida ühendeid teistega rangelt määratud koguses. 20. sajandi alguses usuti, et aatomid on aine kõige väiksemad osakesed, kuni tõestati, et need koosnevad veelgi väiksematest ühikutest.

Millest keemiline element koosneb?

Keemilise elemendi aatom on aine mikroskoopiline ehitusplokk. Selle mikroosakese määravaks tunnuseks oli aatomi molekulmass. Ainult avamine perioodiline seadus Mendelejev põhjendas, et nende tüübid esindavad ühe aine erinevaid vorme. Need on nii väikesed, et neid ei näe tavaliste mikroskoopidega, vaid kõige võimsamate elektroonikaseadmetega. Võrdluseks, karv inimese käel on miljon korda laiem.

Aatomi elektroonilisel struktuuril on tuum, mis koosneb neutronitest ja prootonitest, aga ka elektronidest, mis tiirlevad ümber keskpunkti pidevatel orbiitidel, nagu planeedid oma tähtede ümber. Neid kõiki hoiab koos elektromagnetiline jõud, üks neljast universumi peamisest. Neutronid on neutraalse laenguga osakesed, prootonitel on positiivne laeng ja elektronidel negatiivne laeng. Viimaseid tõmbavad positiivselt laetud prootonid, mistõttu kipuvad nad orbiidile jääma.

Aatomi struktuur

Keskosas on tuum, mis täidab minimaalse osa kogu aatomist. Kuid uuringud näitavad, et peaaegu kogu mass (99,9%) asub selles. Iga aatom sisaldab prootoneid, neutroneid ja elektrone. Selles pöörlevate elektronide arv on võrdne positiivse kesklaenguga. Osakesi, millel on sama tuumalaeng Z, kuid erinev aatommass A ja neutronite arv tuumas N, nimetatakse isotoopideks ning sama A-ga ning erineva Z ja N osakesed isobaarideks. Elektron on minimaalne aineosake negatiivse elektrilaenguga e=1,6·10-19 kuloni. Iooni laeng määrab kaotatud või saadud elektronide arvu. Neutraalse aatomi moondumist laetud iooniks nimetatakse ionisatsiooniks.

Aatomi mudeli uus versioon

Füüsikud on nüüdseks avastanud palju muid elementaarosakesi. Aatomi elektroonilisel struktuuril on uus versioon.

Arvatakse, et prootonid ja neutronid, olenemata sellest, kui väikesed nad on, koosnevad kõige väiksematest osakestest, mida nimetatakse kvarkideks. Need moodustavad aatomi ehitamise uue mudeli. Nii nagu varem kogusid teadlased tõendeid eelmise mudeli olemasolu kohta, püüavad nad täna tõestada kvarkide olemasolu.

RTM – tuleviku seade

Kaasaegsed teadlased saavad arvutimonitoril näha aine aatomosakesi ja liigutada neid piki pinda, kasutades spetsiaalset instrumenti, mida nimetatakse skaneerivaks tunnelmikroskoobiks (RTM).

See arvutistatud tööriist, mille otsik liigub väga õrnalt materjali pinna lähedal. Otsa liikumisel liiguvad elektronid läbi tipu ja pinna vahelise pilu. Kuigi materjal tundub täiesti sile, on see aatomitasandil tegelikult kare. Arvuti koostab aine pinnast kaardi, luues selle osakestest pildi ja teadlased saavad seega näha aatomi omadusi.

Radioaktiivsed osakesed

Negatiivselt laetud ioonid tiirlevad ümber tuuma üsna suurel kaugusel. Aatomi ehitus on selline, et kogu see on tõeliselt neutraalne ja sellel puudub elektrilaeng, sest kõik selle osakesed (prootonid, neutronid, elektronid) on tasakaalus.

Radioaktiivne aatom on element, mida saab kergesti lõhestada. Selle keskpunkt koosneb paljudest prootonitest ja neutronitest. Ainus erand on vesinikuaatomi diagramm, millel on üks prooton. Tuum on ümbritsetud elektronide pilvega ja nende külgetõmbejõud paneb selle keskpunkti ümber pöörlema. Sama laenguga prootonid tõrjuvad üksteist.

See ei ole probleem enamiku väikeste osakeste puhul, millel on neid mitu. Kuid mõned neist on ebastabiilsed, eriti suuremad, näiteks uraan, millel on 92 prootonit. Mõnikord ei talu selle keskpunkt sellist koormust. Neid nimetatakse radioaktiivseteks, kuna nad eraldavad oma tuumast mitu osakest. Pärast seda, kui ebastabiilne tuum prootonitest vabaneb, moodustavad allesjäänud uue tütre. See võib olla stabiilne sõltuvalt prootonite arvust uues tuumas või jaguneda veelgi. See protsess jätkub, kuni jääb stabiilne tütartuum.

Aatomite omadused

Aatomi füüsikalis-keemilised omadused muutuvad loomulikult ühelt elemendilt teisele. Need määratakse järgmiste peamiste parameetritega.

Aatommass. Kuna mikroosakeste põhikoha hõivavad prootonid ja neutronid, määrab nende summa arvu, mis on väljendatud aatommassi ühikutes (amu) Valem: A = Z + N.

Aatomi raadius. Raadius sõltub elemendi asukohast perioodilises süsteemis, keemilisest sidemest, naaberaatomite arvust ja kvantmehaanilisest toimest. Südamiku raadius on sada tuhat korda väiksem kui elemendi enda raadius. Aatomi struktuur võib kaotada elektrone ja muutuda positiivseks iooniks või lisada elektrone ja muutuda negatiivseks iooniks.

Mendelejevis võtab iga keemiline element oma väljakujunenud koha. Tabelis suureneb aatomi suurus, kui liigute ülalt alla, ja väheneb, kui liigute vasakult paremale. Sellest tulenevalt on väikseim element heelium ja suurim tseesium.

Valents. Aatomi välist elektronkihti nimetatakse valentskihiks ja selles olevatele elektronidele antakse vastav nimi – valentselektronid. Nende arv määrab, kuidas aatom ühendub teistega keemilise sideme kaudu. Viimaste mikroosakeste loomiseks kasutatav meetod on nende välimiste valentskestade täitmine.

Gravitatsioon, külgetõmbejõud, on jõud, mis hoiab planeete orbiidil; selle tõttu kukuvad kätest vabanenud objektid põrandale. Inimene märkab gravitatsiooni rohkem, kuid elektromagnetiline efekt on kordades võimsam. Jõud, mis tõmbab (või tõrjub) laetud osakesi aatomis, on 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 korda võimsam kui gravitatsioon selles. Kuid tuuma keskmes on veelgi võimsam jõud, mis suudab prootoneid ja neutroneid koos hoida.

Reaktsioonid tuumades tekitavad energiat nagu tuumareaktorites, kus aatomid jagunevad. Mida raskem on element, seda suuremast arvust osakestest selle aatomid koosnevad. Kui volditud kokku prootoneid ja neutroneid elemendis, saame teada selle massi. Näiteks uraani, kõige raskema looduses leiduva elemendi aatommass on 235 või 238.

Aatomi jagamine tasemeteks

Aatom on ruumi hulk tuuma ümber, kus elektron liigub. Kokku on 7 orbitaali, mis vastavad perioodilisuse tabeli perioodide arvule. Mida kaugemal elektron tuumast on, seda suurem on tal energiavaru. Perioodi number näitab numbrit selle tuuma ümber. Näiteks kaalium on perioodi 4 element, mis tähendab, et sellel on 4 aatomienergia taset. Keemilise elemendi arv vastab selle laengule ja elektronide arvule tuuma ümber.

Aatom on energiaallikas

Ilmselt kuulsaima teadusliku valemi avastas saksa füüsik Einstein. Selles öeldakse, et mass pole midagi muud kui energia vorm. Selle teooria põhjal saate muuta aine energiaks ja arvutada valemi abil, kui palju seda saate. Selle ümberkujundamise esimene praktiline tulemus oli aatomipommid, mida katsetati esmalt Los Alamose kõrbes (USA) ja mis seejärel plahvatas Jaapani linnade kohal. Ja kuigi ainult seitsmendik lõhkeainest muutus energiaks, hävitavaks jõuks aatompomm oli kohutav.

Selleks, et tuum saaks oma energiat vabastada, peab see kokku kukkuma. Selle poolitamiseks on vaja väljastpoolt tegutseda neutroniga. Seejärel jaguneb tuum kaheks teiseks, kergemaks, pakkudes tohutut energia vabanemist. Lagunemine viib teiste neutronite vabanemiseni ja need jätkavad teiste tuumade lõhestamist. Protsess muutub ahelreaktsiooniks, mille tulemusena tekib tohutul hulgal energiat.

Tuumareaktsiooni kasutamise plussid ja miinused meie ajal

Inimkond püüab taltsutada hävitavat jõudu, mis vabaneb tuumaelektrijaamades aine muundumisel. Siin ei toimu tuumareaktsioon plahvatuse, vaid soojuse järkjärgulise vabanemisena.

Tuumaenergia tootmisel on oma plussid ja miinused. Teadlaste sõnul on meie tsivilisatsiooni säilitamiseks kõrge tase, on vaja seda tohutut energiaallikat kasutada. Aga arvestada tuleks ka sellega, et isegi kõige kaasaegsed arengud ei suuda tagada tuumaelektrijaamade täielikku ohutust. Lisaks võib tootmisprotsessi käigus saadav energia, kui seda õigesti ei salvestata, mõjutada meie järeltulijaid kümneid tuhandeid aastaid.

Pärast Tšernobõli tuumajaama avariid peavad üha enam inimesi tuumaenergia tootmist inimkonnale väga ohtlikuks. Ainus selline ohutu elektrijaam on Päike oma tohutu tuumaenergiaga. Teadlased töötavad välja igasuguseid mudeleid päikesepaneelid, ja võib-olla suudab inimkond lähitulevikus varustada end ohutu tuumaenergiaga.

Kõik looduse füüsilised kehad on ehitatud teatud tüüpi ainest, mida nimetatakse aineks. Ained jagunevad kahte põhirühma – liht- ja kompleksained.

Komplekssed ained on need ained, mida saab keemiliste reaktsioonide kaudu lagundada teisteks lihtsamateks aineteks. Erinevalt keerulistest ainetest on lihtsad ained, mida ei saa keemiliselt veel lihtsamateks aineteks lagundada.

Kompleksaine näiteks on vesi, mis poolt keemiline reaktsioon võib laguneda kaheks muuks lihtsamaks aineks – vesinikuks ja hapnikuks. Mis puudutab kahte viimast, siis neid ei saa enam keemiliselt lagundada lihtsamateks aineteks ja seetõttu on tegemist lihtainetega ehk teisisõnu keemilised elemendid.

19. sajandi esimesel poolel kehtis teaduses oletus, et keemilised elemendid on muutumatud ained, millel puudub omavahel ühine seos. Vene teadlane D. I. Mendelejev (1834 - 1907) paljastas aga 1869. aastal esimest korda keemiliste elementide seose, näidates, et igaühe kvalitatiivsed omadused sõltuvad selle kvantitatiivsetest omadustest - aatommassist.

Keemiliste elementide omadusi uurides märkas D.I. Mendelejev, et nende omadused korduvad perioodiliselt sõltuvalt nende aatommassist. Ta näitas seda perioodilisust tabeli kujul, mis lisati teadusesse "Mendelejevi elementide perioodilise tabeli" nime all.

Allpool on Mendelejevi kaasaegne keemiliste elementide perioodilisustabel.

Aatomid

Kaasaegsete teaduskontseptsioonide kohaselt koosneb iga keemiline element pisikeste materjali (materjali) osakeste kogumist, mida nimetatakse aatomiteks.

Aatom on keemilise elemendi väikseim osa, mida ei saa enam keemiliselt lagundada muudeks, väiksemateks ja lihtsamateks aineosakesteks.

Oma olemuselt erinevate keemiliste elementide aatomid erinevad üksteisest oma füüsikaliste ja keemiliste omaduste, struktuuri, suuruse, massi, aatommassi, sisemise energia ja mõnede muude omaduste poolest. Näiteks vesinikuaatom erineb oma omadustelt ja struktuurilt järsult hapnikuaatomist ning viimane uraani aatomist jne.

On kindlaks tehtud, et keemiliste elementide aatomid on äärmiselt väikesed. Kui eeldame tinglikult, et aatomitel on sfääriline kuju, siis peaks nende läbimõõt olema võrdne saja miljondiku sentimeetriga. Näiteks vesinikuaatomi - looduses väikseima aatomi - läbimõõt on võrdne saja miljondiku sentimeetriga (10–8 cm) ja suurimate aatomite, näiteks uraani aatomi läbimõõt ei ületa kolmsada miljondik sentimeetrit (3 10–8 cm). Järelikult on vesinikuaatom sama mitu korda väiksem kui ühe sentimeetrise raadiusega kuul, kui viimane on maakerast väiksem.

Vastavalt aatomite väga väikesele suurusele on ka nende mass väga väike. Näiteks vesinikuaatomi mass on m = 1,67 10 -24 g See tähendab, et üks gramm vesinikku sisaldab ligikaudu 6 10 23 aatomit.

Keemiliste elementide aatommasside kokkuleppeliseks mõõtühikuks on 1/16 hapnikuaatomi massist.Vastavalt sellele keemilise elemendi aatommassile kutsutakse abstraktset arvu, mis näitab, mitu korda kaalu antud keemilise elemendi osa on suurem kui 1/16 hapnikuaatomi massist.

D.I. Mendelejevi elementide perioodilisustabel näitab kõigi keemiliste elementide aatommassi (vt elemendi nime all olevat numbrit). Sellest tabelist näeme, et kõige kergem aatom on vesinikuaatom, mille aatommass on 1,008. Süsiniku aatommass on 12, hapniku 16 jne.

Mis puudutab raskemaid keemilisi elemente, siis nende aatommass ületab vesiniku aatommassi enam kui kakssada korda. Seega on elavhõbeda aatommass 200,6, raadium 226 jne. Mida suurem on keemilise elemendi arv elementide perioodilisuse tabelis, seda suurem on aatommass.

Suurem osa keemiliste elementide aatommassidest on väljendatud murdarvud. See on teatud määral seletatav asjaoluga, et sellised keemilised elemendid koosnevad mitut tüüpi aatomite kogumist, millel on erinev aatomi mass, kuid samad keemilised omadused.

Keemilisi elemente, millel on elementide perioodilisustabelis sama arv ja seetõttu on samad keemilised omadused, kuid erinev aatommass, nimetatakse isotoopideks.

Isotoope leidub enamikus keemilistes elementides, sellel on kaks isotoopi, kaltsium - neli, tsink - viis, tina - üksteist jne. Paljud isotoobid saadakse kunsti kaudu, mõned neist on praktilise tähtsusega.

Aine elementaarosakesed

Pikka aega arvati, et keemiliste elementide aatomid on aine jaguvuse piiriks, s.o nagu universumi elementaarsed “ehituskivid”. Kaasaegne teadus lükkas selle hüpoteesi ümber, kinnitades, et mis tahes keemilise elemendi aatom on isegi väiksemate aineosakeste kogum kui aatom ise.

Aine struktuuri elektroonilise teooria kohaselt on mis tahes keemilise elemendi aatom süsteem, mis koosneb kesktuumast, mille ümber pöörlevad elementaarosakesed, mida nimetatakse elektronideks. Aatomite tuumad koosnevad üldtunnustatud vaadete kohaselt elementaarsete aineosakeste - prootonite ja neutronite - kogumist.

Aatomite ehituse ning neis toimuvate füüsikaliste ja keemiliste protsesside mõistmiseks on vaja vähemalt põgusalt tutvuda aatomeid moodustavate elementaarosakeste põhiomadustega.

Määras selle elektron on aineosake, millel on väikseim looduses täheldatud negatiivne elektrilaeng.

Kui eeldame tinglikult, et elektron kui osake on sfäärilise kujuga, peaks elektroni läbimõõt olema 4 · 10 -13 cm, st see on kümneid tuhandeid kordi väiksem kui mis tahes aatomi läbimõõt.

Elektronil, nagu igal teisel materjaliosakel, on mass. Elektroni "puhkemass", s.o mass, mis tal on suhtelises puhkeseisundis, on võrdne m o = 9,1 10 -28 g.

Elektroni üliväike "puhkemass" näitab, et elektroni inertsed omadused on äärmiselt nõrgad, mis tähendab, et elektron võib muutuva elektrijõu mõjul ruumis võnkuda sagedusega palju miljardeid tsükleid per kohta. teiseks.

Elektroni mass on nii väike, et ühe grammi elektronide saamiseks oleks vaja võtta 1027 ühikut. Omada sellest vähemalt füüsilist ettekujutust on kolossaalne suur number, toome näite. Kui ühe grammi elektrone saaks paigutada sirgjooneliselt üksteise lähedale, moodustaksid nad nelja miljardi kilomeetri pikkuse ahela.

Elektroni, nagu iga teise materjali mikroosakese, mass sõltub selle liikumise kiirusest. Suhtelises puhkeseisundis oleval elektronil on "puhkusmass", mis on mehaanilise iseloomuga, nagu iga füüsilise keha mass. Mis puutub elektroni "liikumismassi", mis suureneb selle liikumiskiiruse suurenedes, siis see on elektromagnetilise päritoluga. See on tingitud elektromagnetvälja olemasolust liikuvas elektronis kui teatud tüüpi aines, millel on mass ja elektromagnetiline energia.

Mida kiiremini elektron liigub, seda enam avalduvad tema elektromagnetvälja inertsiaalsed omadused ja järelikult ka viimase mass ja vastavalt ka elektromagnetenergia. Kuna elektron oma elektromagnetväljaga moodustab ühtse, orgaaniliselt ühendatud materjalisüsteemi, on loomulik, et elektroni elektromagnetvälja liikumismassi saab otseselt omistada elektronile endale.

Elektronil on lisaks osakese omadustele ka lainelised omadused. Kogemused on näidanud, et elektronide voog, nagu valgusvoog, levib lainetaolise liikumise kujul. Elektronivoolu lainelise liikumise olemust ruumis kinnitavad elektronlainete interferentsi ja difraktsiooni nähtused.

Elektronide häired- see on elektrooniliste testamentide üksteise peale asetamise nähtus ja elektronide difraktsioon- see on nähtus, kus elektronlained painduvad ümber kitsa pilu servade, mida läbib elektronvoog. Järelikult pole elektron lihtsalt osake, vaid “osakeste laine”, mille pikkus sõltub elektroni massist ja kiirusest.

On kindlaks tehtud, et elektron sooritab lisaks translatsioonilisele liikumisele ka pöörlevat liikumist ümber oma telje. Seda tüüpi elektronide liikumist nimetatakse "spinniks" (alates Ingliskeelne sõna"spin" - spindel). Sellise liikumise tulemusena omandab elektron lisaks elektrilaengust tulenevatele elektrilistele omadustele ka magnetilisi omadusi, mis meenutavad selles osas elementaarmagnetit.

Prooton on aineosake, mille positiivne elektrilaeng on absoluutväärtuselt võrdne elektroni elektrilaenguga.

Prootoni mass on 1,67 · 10-24 g, st see on ligikaudu 1840 korda suurem elektroni "puhkemassist".

Erinevalt elektronist ja prootonist, neutronil puudub elektrilaeng, st see on elektriliselt neutraalne aine "elementaarosake". Neutroni mass on peaaegu võrdne prootoni massiga.

Elektronid, prootonid ja neutronid, olles osa aatomitest, interakteeruvad üksteisega. Eelkõige tõmbuvad elektronid ja prootonid vastastikku vastastikku vastassuunaliste elektrilaengutega osakestena. Samal ajal tõrjutakse elektronist pärit elektron ja prootonist prooton samade elektrilaengutega osakestena.

Kõigi nende elektriliselt laetud osakeste vastastikmõju toimub nende elektriväljade kaudu. Need väljad esindavad erilist ainetüüpi, mis koosneb elementaarmaterjali osakeste kogumist, mida nimetatakse footoniteks. Igal footonil on talle omane rangelt määratletud kogus energiat (energiakvant).

Elektriliselt laetud materjaliosakeste interaktsioon toimub footonite vahetamise teel üksteisega. Tavaliselt nimetatakse elektriliselt laetud osakeste vastastikmõju jõudu elektriline jõud.

Ka aatomituumades leiduvad neutronid ja prootonid interakteeruvad omavahel. Kuid see interaktsioon ei toimu enam elektrivälja kaudu, kuna neutron on elektriliselt neutraalne aineosake, vaid nn tuumavälja kaudu.

See väli on ka eritüüpi aine, mis koosneb elementaarmaterjali osakeste kogumist, mida nimetatakse mesoniteks. Neutronite ja prootonite interaktsioon toimub mesonite vahetamise teel. Neutronite ja prootonite vahelist jõudu nimetatakse tuumajõuks.

Tuumajõud ületavad suuruselt oluliselt aatomi tuumas olevate prootonite vastastikuse tõrjumise elektrilisi jõude. See toob kaasa asjaolu, et nad ei suuda mitte ainult ületada prootonite vastastikuse tõrjumise jõude aatomite tuumades, vaid ka luua prootonite ja neutronite kombinatsioonist väga tugevaid tuumasüsteeme.

Iga aatomi tuuma stabiilsus sõltub kahe vastuolulise jõu – tuuma (prootonite ja neutronite vastastikune külgetõmbejõud) ja elektrilise (prootonite vastastikune tõukejõud) – vahelisest suhtest.

Aatomite tuumades mõjuvad võimsad tuumajõud aitavad kaasa neutronite ja prootonite muutumisele üksteiseks. Need neutronite ja prootonite vastastikused muundumised toimuvad kergemate elementaarosakeste, näiteks mesonite, vabanemise või neeldumise tulemusena.

Osakesi, mida oleme käsitlenud, nimetatakse elementaarseteks, kuna need ei koosne muude, lihtsamate aineosakeste kogumist. Kuid samal ajal ei tohi me unustada, et nad on võimelised üksteiseks muutuma, tekkides üksteise arvelt. Nii et need osakesed on mõned keerulised koosseisud st nende elementaarsus on tinglik.

Aatomite keemiline struktuur

Selle struktuuri lihtsaim aatom on vesinikuaatom. See koosneb ainult kahe elementaarosakese kogust - prootonist ja elektronist. Prooton vesinikuaatomi süsteemis täidab keskse tuuma rolli, mille ümber elektron teatud orbiidil pöörleb. Joonisel fig. Joonisel 1 on skemaatiliselt kujutatud vesinikuaatomi mudel.

Riis. 1. Vesiniku aatomi ehituse skeem

See mudel on tegelikkuse ligikaudne ülevaade. Fakt on see, et elektroni kui “osakeste laine” ruumala ei ole väliskeskkonnast järsult piiritletud. See tähendab, et me ei peaks rääkima mingist täpsest elektroni lineaarsest orbiidist, vaid mingist elektronpilvest. Sel juhul hõivab elektron kõige sagedamini mõne keskjoon pilv, mis on üks selle võimalikest orbiitidest aatomis.

Peab ütlema, et elektroni enda orbiit ei ole aatomis rangelt muutumatu ja liikumatu – ka see läbib elektroni massi muutumise tõttu mõningast pöörlevat liikumist. Järelikult on elektroni liikumine aatomis suhteliselt keeruline. Kuna vesinikuaatomi tuumal (prootonil) ja selle ümber pöörleval elektronil on vastupidised elektrilaengud, tõmbuvad nad vastastikku külge.

Samal ajal arendab aatomi tuuma ümber pöörlev elektron tsentrifugaaljõudu, mis kipub seda tuumast eemaldama. Järelikult on aatomi tuuma ja elektroni vastastikuse tõmbejõu elektriline jõud ja elektronile mõjuv tsentrifugaaljõud vastuolulised jõud.

Tasakaaluseisundis hõivab nende elektron aatomi teatud orbiidil suhteliselt stabiilse positsiooni. Kuna elektroni mass on väga väike, peab aatomi tuuma külgetõmbejõu tasakaalustamiseks see pöörlema ​​tohutu kiirusega, mis võrdub ligikaudu 6 10 15 pööretega sekundis. See tähendab, et vesinikuaatomi süsteemis olev elektron liigub nagu iga teine ​​aatom mööda oma orbiiti lineaarkiirusega üle tuhande kilomeetri sekundis.

Normaalsetes tingimustes pöörleb elektron omalaadses aatomis tuumale lähimal orbiidil. Samal ajal on sellel minimaalne võimalik energiakogus. Kui elektron liigub ühel või teisel põhjusel näiteks mõne muu aatomisüsteemi tunginud aineosakeste mõjul aatomist kaugemal asuvale orbiidile, siis on tal juba veidi suurem energiahulk.

Elektron jääb sellele uuele orbiidile aga ebaoluliselt lühikeseks ajaks, misjärel pöörleb uuesti aatomituumale lähimale orbiidile. Selle käigu ajal annab see oma üleliigse energia välja elektrilise magnetkiirguse kvanti – kiirgusenergia kujul (joonis 2).

Riis. 2. Kaugelt orbiidilt aatomituumale lähemal asuvale liikudes kiirgab elektron kiirgusenergia kvant

Mida rohkem energiat elektron väljast saab, seda kaugemale orbiidile ta aatomi tuumast liigub ja seda suurem hulk elektromagnetenergiat kiirgab, kui ta pöörleb tuumale lähimale orbiidile.

Mõõtes energiahulka, mille elektron kiirgab erinevatelt orbiitidelt aatomi tuumale kõige lähemal asuvale liikudes, suudeti kindlaks teha, et elektron on vesinikuaatomi süsteemis nagu iga teise aatomi süsteemis. , ei saa liikuda ühelegi suvalisele orbiidile, vaid rangelt määratletud orbiidile vastavalt energiale, mille ta saab välise jõu mõjul. Orbiite, mida elektron võib aatomis hõivata, nimetatakse lubatud orbiitideks.

Kuna vesinikuaatomi tuuma positiivne laeng (prootonlaeng) ja elektroni negatiivne laeng on arvuliselt võrdsed, on nende kogulaeng võrdne nulliga. See tähendab, et vesinikuaatom on normaalses olekus elektriliselt neutraalne osake.

See kehtib kõigi keemiliste elementide aatomite kohta: mis tahes keemilise elemendi aatom normaalses olekus on elektriliselt neutraalne osake, mis on tingitud tema positiivsete ja negatiivsete laengute arvulisest võrdsusest.

Kuna vesinikuaatomi tuum sisaldab ainult ühte "elementaarosakest" - prootonit, on selle tuuma nn massiarv võrdne ühega. Mis tahes keemilise elemendi aatomi tuuma massiarvuks nimetatakse koguarv prootonid ja neutronid, millest see tuum koosneb.

Looduslik vesinik koosneb peamiselt aatomite kogumist, mille massiarv on üks. Kuid see sisaldab ka teist tüüpi vesinikuaatomeid, mille massiarv on kaks. Selle raske vesiniku aatomite tuumad, mida nimetatakse deuteroniteks, koosnevad kahest osakesest - prootonist ja neutronist. Seda vesiniku isotoopi nimetatakse deuteeriumiks.

Looduslik vesinik sisaldab väga väikeses koguses deuteeriumi. Iga kuue tuhande kerge vesiniku aatomi kohta (massiarv ühega) on ainult üks deuteeriumiaatom (raske vesinik). On veel üks vesiniku isotoop – üliraske vesinik, mida nimetatakse triitiumiks. Selle vesiniku isotoobi aatomi tuumades on kolm osakest: prooton ja kaks neutronit, mis on omavahel seotud tuumajõududega. Triitiumi aatomi tuuma massiarv on kolm, st triitiumi aatom on kolm korda raskem kui kerge vesinikuaatom.

Kuigi vesiniku isotoopide aatomitel on erinevad massid kuid siiski on neil samad keemilised omadused.Näiteks kerge vesinik, astudes hapnikuga keemilisele vastasmõjule, moodustab sellega kompleksse aine – vee. Samamoodi vesiniku isotoop deuteerium ühineb hapnikuga, moodustades vee, mida erinevalt tavalisest veest nimetatakse raskeks veeks. Rasket vett kasutatakse laialdaselt tuumaenergia (tuuma) tootmise protsessis.

Järelikult ei sõltu aatomite keemilised omadused nende tuumade massist, vaid ainult aatomi elektronkihi struktuurist. Kuna kergetel vesiniku-, deuteeriumi- ja triitiumiaatomitel on sama arv elektrone (üks iga aatomi kohta), on neil isotoopidel samad keemilised omadused.

Pole juhus, et keemiline element vesinik on elementide perioodilisuse tabeli esimesel numbril. Fakt on see, et elementide perioodilisuse tabeli mis tahes elemendi arvu ja selle elemendi aatomi tuuma laengu väärtuse vahel on teatav seos. Selle saab sõnastada järgmiselt: mis tahes keemilise elemendi seerianumber elementide perioodilises tabelis on arvuliselt võrdne selle elemendi tuuma positiivse laenguga ja järelikult selle ümber pöörlevate elektronide arvuga.

Kuna vesinik on elementide perioodilisuse tabeli esimesel arvul, tähendab see, et selle aatomi tuuma positiivne laeng on võrdne ühega ja üks elektron pöörleb ümber tuuma.

Keemiline element heelium on elementide perioodilises tabelis teisel kohal. See tähendab, et selle tuuma positiivne elektrilaeng on võrdne kahe ühikuga, st selle tuum peab sisaldama kahte prootonit ja aatomi elektronkiht peab sisaldama kahte elektroodi.

Looduslik heelium koosneb kahest isotoobist – raskest ja kergest heeliumist. Raske heeliumi massiarv on neli. See tähendab, et raske heeliumi aatomi tuum peab lisaks ülalmainitud kahele prootonile sisaldama veel kahte neutronit. Mis puudutab kerget heeliumi, siis selle massiarv on kolm, st selle tuum peab lisaks kahele prootonile sisaldama veel ühte neutroni.

On kindlaks tehtud, et looduslikus heeliumis on kerge heeliumi aatomite arv ligikaudu miljondik rasketest heeliumiaatomitest. Joonisel fig. Joonisel 3 on kujutatud heeliumi aatomi skemaatiline mudel.

Riis. 3. Heeliumi aatomi ehituse skeem

Keemiliste elementide aatomite struktuuri edasine keerukus tuleneb prootonite ja neutronite arvu suurenemisest nende aatomite tuumades ja samal ajal ka tuumade ümber pöörlevate elektronide arvu suurenemise tõttu (joonis 4). ). Kasu lõikama perioodiline süsteem elemendid, on lihtne määrata elektronide, prootonite ja neutronite arvu, mis moodustavad erinevatest aatomitest.

Riis. 4. Aatomituumade ehituse skeemid: 1 - heelium, 2 - süsinik, 3 - hapnik

Keemilise elemendi aatomarv võrdub aatomi tuumas paiknevate prootonite arvuga ja samal ajal ümber tuuma pöörlevate elektronide arvuga. Mis puutub aatommassi, siis see on ligikaudu võrdne aatomi massiarvuga, st tuumas ühendatud prootonite ja neutronite arvuga. Seega, lahutades elemendi aatommassist arvu, mis on võrdne elemendi aatomnumbriga, saab määrata, mitu neutronit antud tuumas sisaldub.

On kindlaks tehtud, et kergete keemiliste elementide tuumad, mis sisaldavad võrdses koguses prootoneid ja neutroneid, eristuvad väga suure tugevusega, kuna tuumajõud on neis suhteliselt suured. Näiteks raske heeliumi aatomi tuum on äärmiselt tugev, kuna koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist, mis on omavahel ühendatud võimsate tuumajõudude poolt.

Raskemate keemiliste elementide aatomite tuumad sisaldavad ebavõrdselt palju prootoneid ja neutroneid, mistõttu on nende side tuumas nõrgem kui kergete keemiliste elementide tuumades. Nende elementide tuumad saab suhteliselt kergesti lõhestada, kui neid pommitatakse aatomi "mürskudega" (neutronid, heeliumi tuumad jne).

Mis puudutab kõige raskemaid keemilisi elemente, eriti radioaktiivseid, siis nende tuumad on nii nõrgad, et lagunevad spontaanselt oma koostisosadeks. Näiteks 88 prootoni ja 138 neutroni kombinatsioonist koosneva radioaktiivse elemendi raadiumi aatomid lagunevad spontaanselt, muutudes radioaktiivse elemendi radooni aatomiteks. Viimaste aatomid lagunevad omakorda oma koostisosadeks, muutudes teiste elementide aatomiteks.

Olles põgusalt tutvunud keemiliste elementide aatomite tuumade komponentidega, vaatleme aatomite elektrooniliste kestade struktuuri. Nagu teada, saavad elektronid aatomituumade ümber pöörlema ​​ainult rangelt määratletud orbiitidel. Veelgi enam, nad on iga aatomi elektronkihis nii rühmitatud, et saab eristada üksikuid elektronide kihte.

Iga kiht võib sisaldada teatud arvu elektrone, mis ei ületa rangelt määratletud arvu. Näiteks võib aatomi tuumale kõige lähemal asuvas esimeses elektronikihis olla maksimaalselt kaks elektroni, teises - mitte rohkem kui kaheksa elektroni jne.

Nendel aatomitel, mille välised elektronkihid on täielikult täidetud, on kõige stabiilsem elektronkiht. See tähendab, et see aatom hoiab kindlalt kõik oma elektronid ja ei pea väljastpoolt lisakogust vastu võtma. Näiteks heeliumi aatomil on kaks elektroni, mis täidavad täielikult esimese elektronikihi, ja neoonaatomil on kümme elektroni, millest kaks esimest täidavad täielikult esimese elektronkihi ja ülejäänud - teine ​​(joonis 5).

Riis. 5. Neoonaatomi ehituse skeem

Järelikult on heeliumi ja neooni aatomitel täiesti stabiilsed elektroonilised kestad ja nad ei püüa neid kuidagi kvantitatiivselt muuta. Sellised elemendid on keemiliselt inertsed, see tähendab, et nad ei interakteeru keemiliselt teiste elementidega.

Enamikul keemilistel elementidel on aga aatomeid, mille välised elektronkihid ei ole täielikult elektronidega täidetud. Näiteks kaaliumiaatomil on üheksateist elektroni, millest kaheksateist täidavad täielikult esimesed kolm kihti ja üheksateistkümnes elektron on üksi järgmises, täitmata elektronikihis. Neljanda elektronkihi nõrk täitumine elektronidega viib selleni, et aatomi tuum hoiab väga nõrgalt kinni kõige välimise elektroni, üheksateistkümnenda elektroni ja seetõttu saab viimast kergesti aatomist välja rebida. .

Või näiteks hapnikuaatomil on kaheksa elektroni, millest kaks täidavad täielikult esimese kihi ja ülejäänud kuus asuvad teises kihis. Seega on hapnikuaatomi teise elektronikihi täielikuks ehitamiseks vaja ainult kahte elektroni. Seetõttu ei hoia hapnikuaatom mitte ainult kindlalt oma kuut elektroni teises kihis, vaid tal on ka võime meelitada kahte elektroni, mis tal puuduvad teise elektronkihi täitmiseks. Ta saavutab selle läbi keemiline ühend elementide aatomitega, mille välised elektronid on oma tuumadega nõrgalt seotud.

Keemilised elemendid, mille aatomite välised elektronkihid ei ole täielikult elektronidega täidetud, on reeglina keemiliselt aktiivsed, see tähendab, et nad astuvad kergesti keemilistesse interaktsioonidesse.

Niisiis on elektronid keemiliste elementide aatomites paigutatud rangelt määratletud järjekorras ja kõik muutused nende ruumilises paigutuses või koguses aatomi elektronkihis põhjustavad muutusi. füüsilised ja keemilised omadused viimane.

Elektronide ja prootonite arvu võrdsus aatomisüsteemis on põhjus, miks selle kogu elektrilaeng on null. Kui rikutakse elektronide ja prootonite arvu võrdsust aatomisüsteemis, muutub aatom elektriliselt laetud süsteemiks.

Iooniks nimetatakse aatomit, mille süsteemis on vastandlike elektrilaengute tasakaal häiritud seetõttu, et ta on kaotanud osa oma elektronidest või, vastupidi, omandanud neid liigse koguse.

Vastupidi, kui aatom saab mõned täiendavad elektronid, muutub see negatiivseks iooniks. Näiteks klooriaatom, mis on saanud ühe lisaelektroni, muutub ühekordselt laetud negatiivseks klooriiooniks Cl -. Kaks täiendavat elektroni saanud hapnikuaatom muutub kahekordse laenguga negatiivseks hapnikuiooniks O jne.

Iooniks muutunud aatom muutub suhtes väliskeskkond elektriliselt laetud süsteem. See tähendab, et aatomil hakkas tekkima elektriväli, millega koos ta moodustab ühtse materiaalse süsteemi ja selle välja kaudu teostab elektrilist interaktsiooni teiste elektriliselt laetud aineosakestega – ioonide, elektronide, positiivselt laetud aatomituumadega jne.

Erinevalt ioonidest vastastikku üksteise külge tõmbumine on põhjus, miks nad keemiliselt ühinevad, moodustades keerukamaid aineosakesi - molekule.

Kokkuvõtteks tuleb märkida, et aatomi mõõtmed on väga suured võrreldes nende materjaliosakeste mõõtmetega, millest nad koosnevad. Kõige keerulisema aatomi tuum koos kõigi elektronidega hõivab miljardindiku aatomi mahust. Lihtne arvutus näitab, et kui see õnnestus kuupmeeter plaatina nii tihedalt kokku suruda, et aatomisisesed ja aatomitevahelised ruumid kaovad, siis saadakse ligikaudu ühe kuupmillimeetri ruumala.