Atom je najmanja jedinica čestica postojećih kao jednostavna tvar, biti u mogućnosti da se intervenira u kemijskoj kombinaciji. Kroz stoljeća, ograničeno znanje o atomu bilo je samo predmet nagađanja i pretpostavki, tako da su se konkretni podaci mogli dobiti tek mnogo godina kasnije. U 18. i 19. stoljeću engleski znanstvenik John Dalton predložio je postojanje atoma kao izuzetno male jedinice, od koje bi se sastojala sva materija, dodijelivši im masu i predstavljajući ih kao čvrste i nedjeljive sfere.
Što je atom
Sadržaj
To je minimalna jedinica materije od koje se sastoje krutine, tekućine i plinovi. Atomi su grupirani zajedno, da bi mogli biti istog tipa ili različiti, da tvore molekule, koje pak čine materiju od koje se sastoje tijela koja postoje. Međutim, znanstvenici su utvrdili da samo 5% materije u svemiru čine atomi, budući da se tamna tvar (koja zauzima više od 20% svemira) sastoji od nepoznatih čestica, kao i od tamne energije (koja zauzima 70%).
Ime mu potječe od latinskog atomus, što znači "nedjeljiv", a oni koji su mu dali ovu terminologiju bili su grčki filozofi Demokrit (460. - 370. pr. Kr.) I Epikur (341. - 270. pr. Kr.).
Ti su filozofi, koji su bez eksperimentiranja, u potrazi za odgovorom na pitanje od čega smo sastavljeni i objašnjenje stvarnosti, zaključili da je nemoguće beskonačno podijeliti materiju, da treba postojati "vrh", što je značilo da dosegla bi minimalnu granicu onoga od čega se sve sastoji. Nazvali su ovaj "vrh" atomom, jer se ta najmanja čestica više nije mogla dijeliti i svemir bi od toga bio sastavljen. Treba dodati da se taj koncept i danas čuva kada se govori o tome što je atom.
Sastoji se od jezgre, gdje postoji najmanje jedan proton i isto toliko neutrona (čija se unija naziva „nukleon), a najmanje 99,94% njegove mase nalazi se u spomenutoj jezgri. Preostalih 0,06% čine elektroni koji kruže oko jezgre. Ako je broj elektrona i protona jednak, atom je električki neutralan; ako ima više elektrona nego protona, naboj će mu biti negativan i određuje se kao anion; a ako broj protona premaši elektrone, njihov će naboj biti pozitivan i nazvat će se kationom.
Njegova je veličina toliko mala (približno deset milijarditih dijelova metra) da ako se objekt podijeli znatan broj puta, više ne bi bilo materijala od kojeg je sastavljen, već bi atomi elemenata ostali takvi, u kombinaciji su je formirali, a one su praktički nevidljive. Međutim, nemaju sve vrste atoma jednak oblik i veličinu, jer će to ovisiti o nekoliko čimbenika.
Elementi atoma
Atomi imaju i druge komponente koje ih čine nazvane subatomske čestice, koje ne mogu postojati neovisno, osim ako se ne nalaze u posebnim i kontroliranim uvjetima. Te su čestice: elektroni koji imaju negativan naboj; protoni, koji su pozitivno nabijeni; i neutrone, čiji je naboj jednak, što ih čini električki neutralnima. Protoni i neutroni nalaze se u jezgri (središtu) atoma, tvoreći ono što je poznato kao nukleon, a elektroni kruže oko jezgre.
Protoni
Ova se čestica nalazi u jezgri atoma, čineći dio nukleona, a naboj joj je pozitivan. Oni doprinose oko 50% mase atoma, a masa im je ekvivalentna 1836 puta većoj od mase elektrona. Međutim, oni imaju nešto manje mase od neutrona. Proton nije elementarna čestica, jer se sastoji od tri kvarka (što je vrsta fermiona, jedna od dvije postojeće elementarne čestice).
Broj protona u atomu presudan je za definiranje vrste elementa. Na primjer, atom ugljika ima šest protona, dok atom vodika ima samo jedan proton.
Elektroni
Oni su negativne čestice koje kruže oko jezgre atoma. Njegova je masa toliko malena da se smatra jednokratnom. Uobičajeno je broj elektrona u atomu jednak broju protona, pa se oba naboja međusobno poništavaju.
Elektroni različitih atoma povezani su Coulomb-ovom silom (elektrostatičkom) i kad se dijele i izmjenjuju s jednog atoma na drugi, uzrokuje kemijske veze. Postoje elektroni koji mogu biti slobodni, bez vezivanja za bilo koji atom; a oni koji su povezani s jednim, mogu imati orbite različitih veličina (što je veći radijus orbite, to je veća energija sadržana u njemu).
Elektron je elementarna čestica, budući da je vrsta fermiona (leptoni) i ne sastoji ga nijedan drugi element.
Neutroni
To je subatomska neutralna čestica atoma, odnosno ima jednaku količinu pozitivnog i negativnog naboja. Njegova je masa nešto veća od mase protona s kojima tvori jezgru atoma.
Poput protona, neutroni se sastoje od tri kvarka: dva silazna ili donja s napunjenjem -1/3 i jedan uzlazni ili naviše s nabojem +2/3, što rezultira ukupnim nabojem od nule, što mu daje neutralnost. Neutron sam po sebi ne može postojati izvan jezgre, jer je njegov prosječni život izvan jezgre oko 15 minuta.
Količina neutrona u atomu ne određuje njegovu prirodu, osim ako nije izotop.
Izotopi
Oni su vrsta atoma, čiji nuklearni sastav nije pravedan; odnosno ima isti broj protona, ali različit broj neutrona. U tom će slučaju atomi koji čine isti element biti različiti, diferencirani prema broju neutrona koje sadrže.
Postoje dvije vrste izotopa:
- Prirodno, nalazi se u prirodi, kao u slučaju atoma vodika koji ih ima tri (protium, deuterij i tritij); ili atom ugljika, koji također ima tri (ugljik-12, ugljik-13 i ugljik-14; svaki s različitim korisnostima).
- Umjetne, koje se proizvode u kontroliranim okruženjima, u kojima se bombardiraju subatomske čestice, koje su nestabilne i radioaktivne.
Postoje stabilni izotopi, ali navedena stabilnost je relativna, jer iako su radioaktivni na isti način, njihovo je razdoblje raspada dugo u usporedbi s postojanjem planeta.
Kako su definirani elementi atoma
Atom će diferencirati ili definirati nekoliko čimbenika, i to:
- Količina protona: varijacija ovog broja može rezultirati različitim elementom jer određuje kojem kemijskom elementu pripada.
- Količina neutrona: specificira izotop elementa.
Sila kojom protoni privlače elektrone je elektromagnetska; dok je onaj koji privlači protone i neutrone nuklearni, čiji je intenzitet veći od prvog, koji međusobno odbija pozitivno nabijene protone.
Ako je broj protona u atomu velik, elektromagnetska sila koja ih odbija postat će jača od nuklearne, postoji vjerojatnost da će nukleoni biti izbačeni iz jezgre, što će dovesti do raspada nuklearne jezgre ili onoga što je također poznato kao radioaktivnost; da bi kasnije rezultirao nuklearnom transmutacijom, što je pretvaranje jednog elementa u drugi (alkemija).
Što je atomski model
To je shema koja pomaže definirati što je atom, njegov sastav, njegovu distribuciju i karakteristike koje predstavlja. Od rođenja tog pojma razvijeni su različiti atomski modeli, koji su nam omogućili da bolje razumijemo strukturiranje materije.
Najreprezentativniji atomski modeli su:
Bohrov atomski model
Danski fizičar Niels Bohr (1885.-1962.), Nakon studija sa svojim profesorom, kemičarem i također fizičarom Ernestom Rutherfordom, bio je nadahnut potonjim modelom da izloži vlastiti, uzimajući atom vodika kao vodilju.
Bohrov atomski model sastoji se od svojevrsnog planetarnog sustava, u kojem je jezgra u središtu, a elektroni se kreću oko nje poput planeta, u stabilnim i kružnim orbitama, gdje veći pohranjuje više energije. Uključuje apsorpciju i emisiju plinova, Max Planckovu teoriju kvantizacije i fotoelektrični učinak
Albert Einstein
Elektroni mogu skakati s jedne orbite na drugu: ako prijeđe iz jedne niže energije u drugu više energije, povećat će kvant energije za svaku orbitu koju dosegne; Suprotno se događa kada prelazi iz više u nižu energiju, gdje se ne samo smanjuje, već je i gubi u obliku zračenja poput svjetlosti (fotona).
Međutim, Bohrov atomski model imao je nedostataka, jer nije bio primjenjiv na druge vrste atoma.
Daltonov atomski model
John Dalton (1766.-1844.), Matematičar i kemičar, pionir je objavljivanja atomskog modela sa znanstvenom podlogom, u kojem je izjavio da su atomi slični biljarskim kuglicama, odnosno sferični.
Daltonov atomski model utvrđuje u svom pristupu (koji je nazvao "atomska teorija") da se atomi ne mogu dijeliti. Također utvrđuje da su atomi istog elementa identičnih svojstava, uključujući njihovu težinu i masu; da iako se mogu kombinirati, ostaju nedjeljivi s jednostavnim vezama; te da se mogu kombinirati u različitim omjerima s drugim vrstama atoma kako bi stvorili razne spojeve (spoj dviju ili više vrsta atoma).
Ovaj atomski model Daltona bio je nedosljedan, jer nije objasnio prisutnost subatomskih čestica, jer je prisutnost elektrona i protona bila nepoznata. Niti bi mogao objasniti pojave radioaktivnosti ili struje elektrona (katodne zrake); nadalje, ne uzima u obzir izotope (atome istog elementa s različitom masom).
Rutherfordov atomski model
Ovaj model odgojio je fizičar i kemičar Ernest Rutherford (1871.-1937.), A ovaj je model analogija Sunčevom sustavu. Rutherfordov atomski model utvrđuje da se najveći postotak mase atoma i njegov pozitivni dio nalaze u njegovoj jezgri (središtu); a negativni dio ili elektroni vrte se oko njega u eliptičnim ili kružnim orbitama, s vakuumom između njih. Dakle, postao je prvi model koji je atom razdvojio na jezgru i ljusku.
Fizičar je izveo eksperimente u kojima je izračunao kut raspršenja čestica kada su pogodile zlatnu foliju i primijetio da su se neke poskakivale pod neskladnim kutovima, zaključujući da njihova jezgra mora biti mala, ali velike gustoće. Zahvaljujući Rutherfordu, koji je bio student JJ Thomsona, također se imala prva predodžba o prisutnosti neutrona. Još jedno postignuće bilo je postavljanje pitanja o tome kako pozitivni naboji u jezgri mogu ostati zajedno u tako malom volumenu, što je kasnije dovelo do otkrića jedne od temeljnih interakcija: jake nuklearne sile.
Rutherfordov atomski model bio je nedosljedan, jer je bio u suprotnosti s Maxwellovim zakonima o elektromagnetizmu; niti objasnio pojave energetskog zračenja pri prijelazu elektrona iz visokog u niskoenergetsko stanje.
Thomsonov atomski model
Izložio ga je znanstvenik i dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1906. Joseph John Thomson (1856.-1940.). Thomson-ov atomski model opisuje atom kao pozitivno nabijenu sfernu masu s umetnutim elektronima, poput pudinga od grožđica. Broj elektrona u ovom modelu bio je dovoljan da neutralizira pozitivni naboj, a raspodjela pozitivne mase i elektrona bila je slučajna.
Eksperimentirao je s katodnim zrakama: u vakuumskoj je cijevi prolazio strujne zrake s dvije ploče, stvarajući električno polje koje ih je odbijalo. Tako je utvrdio da je električna energija sastavljena od druge čestice; otkrivajući postojanje elektrona.
Međutim, Thomsonov je atomski model bio kratak, nikad nije imao akademsko prihvaćanje. Njegov opis unutarnje građe atoma bio je netočan, kao i raspodjela naboja, nije uzimao u obzir postojanje neutrona i nije bio poznat za protone. Niti objašnjava pravilnost Periodnog sustava elemenata.
Unatoč tome, njihova su istraživanja poslužila kao osnova za kasnija otkrića, budući da se iz ovog modela znalo za postojanje subatomskih čestica.
Atomska masa
Predstavljena slovom A, ukupna masa protona i neutrona sadržanih u atomu naziva se atomska masa, ne uzimajući u obzir elektrone, budući da je njihova masa toliko mala da se može odbaciti.
Izotopi su varijacije atoma istog elementa s istim brojem protona, ali različitim brojem neutrona, pa će njihova atomska masa biti različita čak i kad su vrlo slični.
Atomski broj
Predstavljen je slovom Z, a odnosi se na broj protona sadržanih u atomu, što je jednak broj elektrona u njemu. Mendelejevljev periodni sustav elemenata iz 1869. poredan je od najmanje do najvećeg prema atomskom broju.
