Aatom on väikseim osake keemiline element säilitades kõik selle keemilised omadused. Aatom koosneb positiivselt laetud tuumast ja negatiivselt laetud elektronidest. Mis tahes keemilise elemendi tuuma laeng võrdub Z korrutisega e-ga, kus Z on selle elemendi järjekorranumber keemiliste elementide perioodilises süsteemis, e on elementaarelektrilaengu väärtus.
elektron- see on aine väikseim negatiivse elektrilaenguga osake e=1,6·10 -19 kuloni, võetuna elementaarelektrilaenguna. Tuuma ümber pöörlevad elektronid paiknevad elektronkihtidel 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 saada negatiivne ioon. Iooni laeng määrab kaotatud või saadud elektronide arvu. Neutraalse aatomi laetud iooniks muutmise protsessi nimetatakse ionisatsiooniks.
aatomituum(aatomi keskosa) koosneb elementaarsetest tuumaosakestest – prootonitest ja neutronitest. Tuuma raadius on umbes sada tuhat korda väiksem kui aatomi raadius. Tihedus aatomituumäärmiselt suur. Prootonid- see on stabiilne elementaarosakesed, millel on ühik positiivne elektrilaeng ja mass on 1836 korda suurem kui elektroni mass. Prooton on kõige kergema elemendi, vesiniku tuum. Prootonite arv tuumas on Z. Neutron on neutraalne (ilma elektrilaenguta) elementaarosake, mille mass on väga lähedane prootoni massile. Kuna tuuma mass on prootonite ja neutronite masside summa, siis on neutronite arv aatomi tuumas A - Z, kus A on antud isotoobi massiarv (vt.). Prootoneid ja neutroneid, mis moodustavad tuuma, nimetatakse nukleoniteks. Tuumas on nukleonid seotud spetsiaalsete tuumajõududega.
Aatomituumas on tohutu 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.
Üleminek prootoni tuumas neutroniks saab toimuda kahel viisil: kas elektroni massiga, kuid positiivse laenguga osake, mida nimetatakse positroniks (positroni lagunemine), emiteeritakse tuum ehk tuum püüab kinni ühe lähimast K-kestast elektronidest (K -püüdmine).
Mõnikord on moodustunud tuumal energia ülejääk (see on ergastatud olekus) ja muutub normaalne seisund, vabastab liigse energia väga lühikese lainepikkusega elektromagnetkiirguse kujul -. Tuumareaktsioonide käigus vabanevat energiat kasutatakse praktiliselt erinevates tööstusharudes.
Aatom (kreeka keeles atomos – jagamatu) on keemilise elemendi väikseim osake, millel on oma keemilised omadused. Iga element koosneb aatomitest teatud liiki. Aatomi struktuur sisaldab positiivset elektrilaengut kandvat tuuma ja negatiivselt laetud elektrone (vt), mis moodustavad selle elektroonilised kestad. Tuuma elektrilaengu väärtus võrdub Z-e, kus e on elementaarelektrilaeng, mis on suuruselt võrdne elektroni laenguga (4,8 10 -10 e.-st. ühikut) ja Z on aatomarv selle elemendi keemiliste elementide perioodilises süsteemis (vt .). Kuna ioniseerimata aatom on neutraalne, on ka temas sisalduvate elektronide arv võrdne Z-ga. Tuuma (vt. Aatomituum) koostis sisaldab nukleone, elementaarosakesi massiga ligikaudu 1840 korda suurem kui aatomi mass. elektron (võrdub 9,1 10 - 28 g), prootonid (vt), positiivselt laetud ja laenguta neutronid (vt). Nukleonide arvu tuumas nimetatakse massiarvuks ja seda tähistatakse tähega A. Prootonite arv tuumas, mis võrdub Z-ga, määrab aatomisse sisenevate elektronide arvu, elektronkestade struktuuri ja keemilise aine aatomi omadused. Neutronite arv tuumas on A-Z. Isotoopideks nimetatakse sama elemendi variante, mille aatomid erinevad üksteisest massiarvult A, kuid neil on sama Z. Seega on ühe elemendi erinevate isotoopide aatomite tuumades erinev number neutronid sama arvu prootonite jaoks. Isotoopide tähistamisel kirjutatakse elemendi tähise ülaossa massiarv A ja alla aatomnumber; Näiteks tähistatakse hapniku isotoope: 
Aatomi mõõtmed on määratud elektronkihtide mõõtmetega ja kõigi Z puhul on see umbes 10 -8 cm. Kuna aatomi kõigi elektronide mass on mitu tuhat korda väiksem tuuma massist, siis on ka aatomi mass. aatom on võrdeline massiarvuga. Antud isotoobi aatomi suhteline mass määratakse süsiniku isotoobi C 12 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 (massiks).
Aatom on mikroskoopiline süsteem, mille 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, st iseloomustab selle ühe või teise omaduse võimalikke avaldumisvõimalusi. Funktsiooni Ψ ruumis ja ajas varieerumisseadus (Schrödingeri võrrand), mis võimaldab seda funktsiooni leida, mängib kvantteoorias sama rolli nagu Newtoni liikumisseadused klassikalises mehaanikas. Schrödingeri võrrandi lahendus viib paljudel juhtudel diskreetsuseni võimalikud olekud süsteemid. Nii näiteks saadakse aatomi puhul elektronide lainefunktsioonide jada, mis vastab erinevatele (kvanteeritud) energiaväärtustele. Aatomi energiatasemete süsteem, mis on arvutatud kvantteooria meetoditega, on saanud spektroskoopias hiilgava kinnituse. Aatomi üleminek madalaimale energiatasemele E 0 vastavast põhiolekust ükskõik millisesse erutatud olekud E i tekib siis, kui teatud osa energiast E i - E 0 neeldub. Ergastatud aatom läheb vähem ergastatud või põhiolekusse, tavaliselt koos footoni emissiooniga. Sel juhul on footoni energia hv võrdne aatomi energiate vahega kahes olekus: hv= E i - E k kus h Plancki konstant (6,62·10 -27 erg·sek), v on sagedus valgusest.
Lisaks aatomispektritele on kvantteooria võimaldanud selgitada aatomite muid omadusi. Eelkõige selgitati valentsust, keemilise sideme olemust ja molekulide struktuuri, loodi teooria perioodiline süsteem elemendid.
Sissejuhatus
Praegune aatomi ehituse teooria ei anna vastust paljudele küsimustele, mis tekivad erinevate praktiliste ja eksperimentaalne töö. Eelkõige pole elektritakistuse füüsikalist olemust veel kindlaks tehtud. Kõrgtemperatuuri ülijuhtivuse otsimine saab olla edukas ainult siis, kui tunnete elektritakistuse olemust. Teades aatomi ehitust, saab aru elektritakistuse olemusest. Mõelge aatomi struktuurile, võttes arvesse laengute ja magnetväljade teadaolevaid omadusi. Rutherfordi pakutud aatomi planetaarmudel on reaalsusele kõige lähemal ja vastab katseandmetele. See mudel vastab aga ainult vesinikuaatomile.
ESIMENE PEATÜKK
PROOTON JA ELEKTRON
1. VESINIK
Vesinik on aatomitest väikseim, seega peab selle aatom sisaldama nii vesinikuaatomi kui ka ülejäänud aatomite stabiilset alust. Vesinikuaatom on prooton ja elektron, samal ajal kui elektron tiirleb prootoni ümber. Arvatakse, et elektroni ja prootoni laengud on ühiklaengud, st minimaalsed. Idee elektronist kui muutuva raadiusega keerisrõngast tutvustas VF Mitkevitš (L. 1). Hilisemad Wu ja mõnede teiste füüsikute tööd näitasid, et elektron käitub nagu pöörlev keerisrõngas, mille spinn on suunatud piki tema liikumistelge, st et elektron on keerisrõngas, sai katseliselt kinnitust. Puhkeolekus ümber oma telje pöörlev elektron magnetvälju ei tekita. Ainult liikumisel moodustab elektron magnetilisi jõujooni.
Kui prootoni laeng jaotub üle pinna, siis koos prootoniga pöörleb see ainult ümber oma telje. Sel juhul, nagu elektron, ei moodusta prootonilaeng magnetvälja.
Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et prootonil on magnetväli. Selleks, et prootonil oleks magnetväli, peab selle laeng olema selle pinnal laigu kujul. Sel juhul liigub prootoni pöörlemisel selle laeng ringi, st sellel on lineaarne kiirus, mis on vajalik prootoni magnetvälja saamiseks.
Lisaks elektronile on olemas ka positron, mis erineb elektronist vaid selle poolest, et tema laeng on positiivne ehk positroni laeng on nii märgilt kui ka suuruselt võrdne prootoni laenguga. Teisisõnu, prootoni positiivne laeng on positron, kuid positron on elektroni antiosake ja seetõttu on see keerisrõngas, mis ei saa levida üle kogu prootoni pinna. Seega on prootoni laeng positroniks.
Kui negatiivse laenguga elektron liigub, peab Coulombi jõudude toimel prootonpositron olema prootoni pinnal elektronist minimaalsel kaugusel (joonis 1). Seega moodustub vastandlaengute paar, mis on omavahel ühendatud maksimaalse Coulombi jõuga. Just seetõttu, et prootoni laeng on positron, on selle laeng absoluutväärtuses võrdne elektroniga. Kui kogu prootoni laeng interakteerub elektroni laenguga, siis ei teki prootoni "lisa" laengut, mis tekitaks prootonite vahel elektrilisi tõukejõude.
Kui elektron liigub ümber prootoni joonisel fig. 1, liigub positiivne laeng sellega sünkroonis Coulombi jõu toimel. Liikuvad laengud moodustuvad enda ümber magnetväljad(Joonis 1). Sel juhul moodustub elektroni ümber vastupäeva magnetväli ja positroni ümber päripäeva. Selle tulemusena moodustub laengute vahele kahest laengust koguväli, mis takistab elektroni "kukkumist" prootonile.
Kõigil joonistel on prootonid ja neutronid lihtsuse huvides kujutatud sfääridena. Tegelikult peaksid need olema eetri toroidsete keerismoodustiste kujul (L. 3).
Seega on vesinikuaatomil joonisel fig. 2 a). Aatomi magnetvälja kuju vastab torukujulisele magnetile, mille magnetiseerimine on mööda laengute pöörlemistelge (joon. 2). b).
Veel 1820. aastal avastas Ampere voolude vastasmõju – paralleeljuhtide ligitõmbamise ühes suunas voolava vooluga. Hiljem tehti katseliselt kindlaks, et ühes suunas liikuvad samanimelised elektrilaengud tõmbuvad üksteise poole (L. 2).
Pihustusefekt annab tunnistust ka sellest, et laengud peaksid üksteisele lähenema, st olema üksteise poole tõmbunud. Pihustusefekt on tühjenemise isekokkutõmbumise mõju, kokkusurutavas juhtivas keskkonnas oleva elektrivoolukanali omadus vähendada oma ristlõiget voolu enda tekitatud magnetvälja mõjul (L. 4).
Sest elektrit- igasugune elektrilaengute järjestatud liikumine ruumis, siis elektronide ja prootonite positronite trajektoorid on voolukanalid, mis võivad laengute endi poolt tekitatud magnetvälja mõjul üksteisele läheneda.
Järelikult, kui kaks vesinikuaatomit ühendatakse molekuliks, ühinevad samanimelised laengud paarideks ja jätkavad pöörlemist samas suunas, kuid juba prootonite vahel, mis viib nende väljade ühinemiseni.
Elektronide ja prootonite lähenemine toimub hetkeni, mil sarnaste laengute tõukejõud saab võrdseks jõuga, mis tõmbab laenguid topeltmagnetväljast.
Joonisel fig. 3 a), b) ja sisse) vesinikuaatomite elektroni ja prootoni laengute vastastikmõju on näidatud nende ühendamisel vesiniku molekuliks.
Joonisel fig. 4 on kujutatud vesiniku molekuli magnetiliste jõujoontega, mille moodustavad kahe vesinikuaatomi väljade generaatorid. See tähendab, et vesiniku molekulil on üks kahevälja generaator ja kogu magnetvoog, mis on 2 korda suurem.
Uurisime, kuidas vesinik ühineb molekuliks, kuid vesiniku molekul ei reageeri teiste elementidega isegi hapnikuga segatuna.
Nüüd vaatleme, kuidas vesiniku molekul jaguneb aatomiteks (joonis 5). Kui vesiniku molekul interakteerub elektromagnetlaine elektron omandab lisaenergiat ja see viib elektronid orbiidi trajektooridele (joon. 5 G).
Tänapäeval on teada ülijuhid, mille elektritakistus on null. Need juhid koosnevad aatomitest ja võivad olla ülijuhid ainult siis, kui nende aatomid on ülijuhid, st ka prooton. Ülijuhi levitatsioon püsimagneti kohal on tuntud juba ammu, mis on tingitud selles oleva voolu induktsioonist püsimagneti poolt, mille magnetväli on suunatud püsimagneti välja poole. Kui ülijuhist välisväli eemaldada, kaob selles olev vool. Prootonite interaktsioon elektromagnetlainega viib selleni, et nende pindadel indutseeritakse pöörisvoolud. Kuna prootonid paiknevad kõrvuti, suunavad pöörisvoolud magnetvälju üksteise poole, mis suurendab voolusid ja nende välju seni, kuni vesiniku molekul laguneb aatomiteks (joon. 5). G).
Elektronide väljumine orbitaaltrajektooridele ja molekuli lõhkuvate voolude ilmumine toimub samaaegselt. Kui vesinikuaatomid lendavad üksteisest eemale, kaovad pöörisvoolud ja elektronid jäävad orbiidi trajektooridele.
Seega oleme teadaolevate füüsikaliste mõjude põhjal saanud vesinikuaatomi mudeli. Kus:
1. Aatomi positiivsete ja negatiivsete laengute eesmärk on saada magnetvälja jõujooni, mis klassikalisest füüsikast teadaolevalt tekivad ainult laengute liikumisel. Magnetvälja jõujooned määravad kõik aatomisisesed, aatomitevahelised ja molekulaarsed sidemed.
2. Prootoni kogu positiivne laeng – positron – interakteerub elektroni laenguga, loob elektronile maksimaalse Coulombi tõmbejõu ja laengute võrdsus absoluutväärtuses välistab prootonil naaberprootonite suhtes tõukejõu. .
3. Praktikas on vesinikuaatom prooton-elektron magnetgeneraator (PEMG), mis töötab ainult siis, kui prooton ja elektron on koos, st prooton-elektron paar peab alati koos olema.
4. Vesiniku molekuli moodustumisel elektronid siduda ja pöörata koos aatomite vahel, luua ühine magnetväli, mis hoiab neid paaris. Paarituvad ka prootonpositronid oma magnetväljade mõjul ja tõmbavad kokku prootoneid, moodustades vesiniku või mõne muu molekuli. Paaritud positiivsed laengud on molekulaarse sideme peamine määrav jõud, kuna positronid on otseselt seotud prootonitega ja on prootonitest lahutamatud.
5. Kõigi elementide molekulaarsidemed tekivad sarnaselt. Aatomite ühendamise teiste elementide molekulideks tagavad valentsprootonid koos oma elektronidega, st valentselektronid osalevad nii aatomite ühendamisel molekulideks kui ka molekulaarsidemete katkemisel. Seega tagab iga aatomite seose molekuliga igast aatomist molekulaarse sideme kohta üks prooton-elektron valentspaar (VPPE). EPES koosneb alati prootonist ja elektronist.
6. Kui molekulaarne side on katkenud juhtiv roll elektron mängib, sest oma prootoni ümber orbitaaltrajektoorile sisenedes tõmbab ta prootonite vahel asuvast paarist prootonpositroni välja prootoni “ekvaatorini”, tagades sellega molekulaarsideme katkemise.
7. Vesiniku molekuli ja teiste elementide molekulide moodustumisel moodustub topelt-PEMG.
Aatomite suurused ja massid on väikesed. Aatomite raadius on 10 -10 m ja tuuma raadius 10 -15 m. Aatomi mass määratakse, jagades elemendi ühe mooli aatomite massi aatomite arvuga 1 moolis (NA = 6,02 10 23 mol -1). Aatomite mass varieerub vahemikus 10–27–10–25 kg. Aatomite massi väljendatakse tavaliselt aatommassi ühikutes (a.m.u.). A.u.m. Võetakse kasutusele 1/12 süsiniku isotoobi 12 C aatomi massist.
Aatomi peamised omadused on selle tuuma laeng (Z) ja massiarv (A). Elektronide arv aatomis on võrdne selle tuuma laenguga. Aatomite omadused määravad ära nende tuumade laeng, elektronide arv ja olek aatomis.
Tuuma põhiomadused ja struktuur (aatomituumade koostise teooria)
1. Kõikide elementide (v.a vesinik) aatomite tuumad koosnevad prootonitest ja neutronitest.
2. Prootonite arv tuumas määrab selle positiivse laengu väärtuse (Z). Z- keemilise elemendi seerianumber Mendelejevi perioodilises süsteemis.
3. Prootonite ja neutronite koguarv on selle massi väärtus, kuna aatomi mass on põhiliselt koondunud tuumasse (99,97% aatomi massist). tuumaosakesed- prootonid ja neutronid - on ühendatud ühise nimetuse alla nukleonid(ladina sõnast nucleus, mis tähendab "tuum"). Nukleonide koguarv vastab - massiarvule, s.o. ümardatuna lähima täisarvuni, selle aatommass A.
tuumad samaga Z, kuid erinev AGA helistas isotoobid. Kernelid, mis samal ajal AGA on erinevad Z, kutsutakse isobaarid. Kokku on teada umbes 300 keemiliste elementide stabiilset isotoopi ja üle 2000 loodusliku ja kunstlikult saadud radioaktiivse isotoobi.
4. Neutronite arv tuumas N võib leida massinumbri ( AGA) ja seerianumber ( Z):
5. Südamiku suurust iseloomustatakse südamiku raadius, millel on tuumapiiri hägustumise tõttu tinglik tähendus.
Tuumaaine tihedus on suurusjärgus 10 17 kg/m 3 ja on kõigi tuumade puhul konstantne. See ületab oluliselt kõige tihedamate tavaliste ainete tihedust.
Prooton-neutroniteooria võimaldas lahendada vastuolusid, mis tekkisid varem ideedes aatomituumade koostise ja selle seose kohta seerianumbri ja aatommassiga.
Tuuma sidumisenergia Selle määrab töö hulk, mis tuleb teha tuuma jagamiseks selle koostisosadeks olevateks nukleoniteks ilma neile kineetilist energiat andmata. Energia jäävuse seadusest tuleneb, et tuuma moodustumisel peab eralduma sama energia, mis tuleb ära kulutada tuuma jagunemisel selle moodustavateks nukleoniteks. Tuuma sidumisenergia on vahe kõigi tuuma moodustavate vabade nukleonide energia ja tuumas sisalduva energia vahel.
Tuuma moodustumisel selle mass väheneb: tuuma mass on väiksem kui selle koostisosade nukleonide masside summa. Tuuma massi vähenemine selle moodustumise ajal on seletatav sidumisenergia vabanemisega. Kui a Wсв on tuuma moodustumisel vabanenud energia väärtus, siis vastav mass Dm, võrdne
helistas massiviga ja iseloomustab kogumassi vähenemist tuuma moodustamisel selle moodustavatest nukleonitest. Üks aatommassiühik vastab aatomi energiaühik(a.u.e.): a.u.e.=931,5016 MeV.
Tuuma spetsiifiline sidumisenergia w Sidumisenergiat nukleoni kohta nimetatakse: w sv= 
. Väärtus w cw keskmine 8 MeV/nukleon. Nukleonide arvu suurenemisega tuumas spetsiifiline sidumisenergia väheneb.
Aatomituumade stabiilsuse kriteerium on prootonite ja neutronite arvu suhe stabiilses tuumas antud isobaaride korral. ( AGA= konst).
tuumajõud
1. Tuuma interaktsioon näitab, et on olemas spetsiaalsed tuumajõud, mida ei saa taandada ühelegi artiklis tuntud jõutüübile klassikaline füüsika(gravitatsiooniline ja elektromagnetiline).
2. Tuumajõud on lühimaajõud. Need esinevad ainult väga väikestel kaugustel nukleonide vahel tuumas suurusjärgus 10-15 m Pikkus (1,5-2,2) 10-15 on nn. tuumajõudude ulatus.
3. Tuumajõud avastavad laengu sõltumatus: kahe nukleoni vaheline tõmbejõud on sama sõltumata nukleonide laenguseisundist - prooton või nukleon. Tuumajõudude laengusõltumatust nähakse sidumisenergiate võrdluses peegeltuumad. See on tuuma nimi, milles sama koguarv nukleonid, kuid prootonite arv ühes on võrdne neutronite arvuga teises. Näiteks heeliumi tuumad 
raske vesinik triitium - .
4. Tuumajõududel on küllastumise omadus, mis väljendub selles, et tuumas olev nukleon interakteerub vaid piiratud arvu talle kõige lähemal asuvate naabernukleonidega. Sellepärast on tuumade sidumisenergia lineaarne sõltuvus nende massiarvudest (A). Tuumajõudude peaaegu täielik küllastumine saavutatakse a-osakeses, mis on väga stabiilne moodustis.
Radioaktiivsus, g - kiirgus, a ja b - lagunemine
1.radioaktiivsus nimetatakse ühe keemilise elemendi ebastabiilsete isotoopide muundumiseks teise elemendi isotoopideks, millega kaasneb elementaarosakeste, tuumade või kõvade röntgenikiirguste emissioon. looduslik radioaktiivsus nimetatakse radioaktiivsuseks, mida täheldatakse looduslikult esinevates ebastabiilsetes isotoopides. kunstlik radioaktiivsus nimetatakse tuumareaktsioonide tulemusena saadud isotoopide radioaktiivsuseks.
2. Tavaliselt kaasneb igat tüüpi radioaktiivsusega gammakiirguse emissioon – kõvad, lühikese lainepikkusega elektrilained. Gammakiirgus on radioaktiivsete transformatsioonide ergastatud produktide energia vähendamise peamine vorm. Radioaktiivset lagunemist läbivat tuuma nimetatakse emalik; tekkimas laps tuum osutub reeglina erutatuks ja selle üleminekuga põhiolekusse kaasneb g-footoni emissioon.
3. alfa lagunemine nimetatakse teatud keemiliste elementide tuumade emissiooniks a - osakesi. Alfa lagunemine on massinumbritega raskete tuumade omadus AGA>200 ja põhitasud Z>82. Selliste tuumade sees tekivad eraldiseisvad a-osakesed, millest igaüks koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist, s.o. moodustub elemendi aatom, mis nihutatakse D.I elementide perioodilise süsteemi tabelis. Mendelejev (PSE) kaks kambrit algsest radioaktiivsest elemendist vasakul massiarvuga alla 4 ühiku(Soddy-Faience'i reegel): 
4. Mõiste beeta-lagunemine tähistab kolme tüüpi tuumatransformatsioone: elektrooniline(b-) ja positron(b+) laguneb ja ka elektrooniline püüdmine.
b-lagunemine toimub valdavalt suhteliselt neutronirikastes tuumades. Sel juhul laguneb tuuma neutron nulllaengu ja massiga prootoniks, elektroniks ja antineutriinoks ().
B-lagunemise ajal isotoobi massiarv ei muutu, kuna prootonite ja neutronite koguarv säilib ning laeng suureneb 1 võrra. tekkiva keemilise elemendi aatom nihutatakse PSE poolt ühe raku võrra algelemendist paremale ja selle massiarv ei muutu(Soddy-Faience'i reegel):
b+-lagunemine toimub valdavalt suhteliselt prootonirikastes tuumades. Sel juhul laguneb tuuma prooton neutroniks, positroniks ja neutriinoks ().
.
B + - lagunemise ajal isotoobi massiarv ei muutu, kuna prootonite ja neutronite koguarv säilib ning laeng väheneb 1 võrra. tekkiva keemilise elemendi aatom nihutatakse PSE poolt ühe lahtri võrra algsest elemendist vasakule ja selle massiarv ei muutu(Soddy-Faience'i reegel):
5. Elektronide püüdmise korral seisneb transformatsioon tuumale lähimas kihis oleva ühe elektroni kadumises. Prooton, muutudes neutroniks, "püüab" elektroni justkui kinni; siit pärineb mõiste "elektrooniline püüdmine". Erinevalt b±-hõivest kaasneb elektroonilise pildistamisega iseloomulik röntgenikiirgus.
6. b - lagunemine toimub looduslikult radioaktiivsetes, samuti kunstlikult radioaktiivsetes tuumades; b+-lagunemine on tüüpiline ainult kunstliku radioaktiivsuse nähtusele.
7. g-kiirgus: ergastatuna kiirgab aatomi tuum väikese lainepikkusega elektromagnetkiirgust ja kõrgsagedus, millel on suurem jäikus ja läbitungiv jõud kui röntgenikiirgus. Selle tulemusena väheneb tuuma energia, samas kui tuuma massiarv ja laeng jäävad muutumatuks. Seetõttu ei täheldata keemilise elemendi muutumist teiseks ja aatomi tuum läheb vähem ergastatud olekusse.
Atom. Aatomi struktuuri idee. Elektronid, prootonid, neutronid
Atom - aine elementaarosake (keemiline element), mis koosneb teatud prootonite ja neutronite hulgast (aatomi tuum) ja elektronidest.
Aatomi tuum koosneb prootonitest (p+) ja neutronitest (n0).Prootonite arv N(p+) võrdne tuumalaenguga(Z) ja elemendi järjekorranumber elementide loomulikus jadas (ja perioodilises elementide süsteemis). Neutronite arvu N(n0), mida tähistatakse lihtsalt tähega N, ja prootonite arvu Z summat nimetatakse massinumbriks ja tähistatakse tähega A. Aatomi elektronkiht koosneb elektronidest, mis liiguvad ümber tuuma(e-). Elektronide arv N(e-) neutraalse aatomi elektronkihis on prootonite arv Z selle keskmes.
Aatomi kaasaegse kvantmehaanilise mudeli idee. Elektronide oleku iseloomustus aatomis kvantarvude komplekti abil, nende tõlgendus ja lubatud väärtused
Atom - mikrokosmos, milles toimivad kvantmehaanika seadused.
Elektronide liikumise laineprotsessi tuuma ümber asuvas aatomis kirjeldatakse lainefunktsiooni psi (ψ) abil, millel peaks olema kolm kvantimisparameetrit (3 vabadusastet).
füüsiline tähendus – kolmemõõtmeline amplituud el. lained.
n on peamine kvantarv, char. energiline. tase aatomis.
l - külg (orbitaal c.h.) l = 0 ... n-1, iseloomustab energeetilist. aatomi alamtasandid ja aatomiorbitaali kuju.
m l – magnetiline c.ch.
ms on pöörlemisarv. Kasutage Sest igal elektronil on oma impulss
Energiatasemete ja alamtasandite elektronidega täitmise jada mitmeelektronilistes aatomites. Pauli põhimõte. Gundi reegel. Energia miinimumi põhimõte.
Jne. Gunda: täitmine toimub järjestikku nii, et spinniarvude summa (liikumishetk) on maksimaalne.
Pauli põhimõte: aatomis ei saa olla 2 elektroni, millel on kõik 4 kvanti. Numbrid oleksid samad
Xn– max arv el. energia jaoks ur.
Alates 3. perioodist täheldatakse viivitusefekti, mis on seletatav põhimõttega kõige vähem energiat: aatomi elektronkihi moodustumine toimub nii, et email. hõivavad energeetiliselt soodsa positsiooni, kui tuumaga seondumise energia on maksimaalselt võimalik ja elektroni omaenergia minimaalne võimalik.
Jne. Klitševski- energeetiliselt on kõige kasulikumad need lollid, kassis. kvantarvude n ja l summa kipub min.
Ionisatsioonienergia ja elektronide afiinsusenergia. Nende muutumise olemus d.I. Mendelejevi perioodilise süsteemi perioodide ja rühmade kaupa. Metallid ja mittemetallid.
Aatomi ionisatsioonienergia- Energiat, mis kulub elektroni eraldumiseks ergastamata aatomist, nimetatakse esimeseks ionisatsioonienergiaks (potentsiaaliks).
elektronide afiinsus- Elektroni neutraalse aatomi külge kinnitumise energeetilist efekti nimetatakse elektronide afiinsuseks (E).
Ionisatsioonienergia suureneb perioodidel alates leelismetallidest kuni väärisgaasideni ja väheneb rühmadena ülalt alla.
Põhialarühmade elementide jaoks elektronide afiinsus suureneb perioodidel vasakult paremale ja väheneb rühmadena ülalt alla.
Keemiliste elementide elektronegatiivsus. D.I. Mendelejevi perioodilise süsteemi perioodide ja rühmade elektronegatiivsuse muutuse olemus. Oksüdatsiooniastme mõiste.
Elektronegatiivsus- aatomi võime chem.el. meelitada sidemesse elektrone
Hindamismeetodid:
EO \u003d I + E (kJ / mol) - pool ionisatsioonienergiate ja afiinsuse summast (Malikeni järgi)
Paulingi suhteline skaala
Kasutades suhtarvu skaalat e.o. ja e.o. F= 4 kasvava tuumalaengu perioodil e.o. suurendama ja suumi sisse. sv.
Rühmas kaasneb tuumalaengu suurenemisega e.o. ja võimendus täidetud. St in
Oksüdatsiooniaste (oksüdatsiooniarv) on elektroonilise ühendi aatomi kujuteldav laeng, mis määratakse eeldusel, et ühend koosneb ioonidest
S.o. lihtained =0
С.о hapnik = -2 (v.a peroksiidid H2O2(-1) ja fluoriga ühendid)
S.o. vesinik ja leelismetallid = +1
Negatiivne S.o. neil on ainult nemeth ja ainult üks
Mis tahes ioonis on kõigi s.d algebraline summa. = iooni laeng ja neutraalsetes molekulides = 0
Kui keemiline ühend koosneb metast ja nemetist, siis meth +, nemeth -
Kui keemiline ühend koosneb 2-st, siis negatiivne s.d. on oma kassiga > e.o.
DImendelejevi perioodiline seadus ja perioodiline elementide süsteem. Perioodisüsteemi perioodid, rühmad ja alarühmad. Perioodilise süsteemi seos aatomite struktuuriga. Elektroonilised elementide perekonnad.
sõnastus perioodiline seadus on:
"keemiliste elementide omadused (st nendest moodustuvate ühendite omadused ja vorm) on perioodilises sõltuvuses keemiliste elementide aatomite tuuma laengust."
Mendelejevi perioodilisustabel koosneb 8 rühmast ja 7 perioodist.
Tabeli vertikaalseid veerge nimetatakse rühmadeks. Iga rühma elementidel on sarnased keemilised ja füüsikalised omadused. Seda seletatakse asjaoluga, et ühe rühma elementidel on sarnased väliskihi elektroonilised konfiguratsioonid, millel olevate elektronide arv on võrdne rühma numbriga. Kus Rühm jaguneb põhi- ja sekundaarseteks alarühmadeks.
Mainile alarühmadesse kuuluvad elemendid, mille valentselektronid paiknevad välistel ns- ja np-alatasanditel. Kõrvaltoimed alamrühmadesse kuuluvad elemendid, mille valentselektronid paiknevad välisel ns-alatasandil ja sisemisel (n - 1) d-alamtasandil (või (n - 2) f-alatasandil).
Kõik perioodilisustabeli elemendid, olenevalt sellest, millisel alamtasemel(s-, p-, d- või f-) on valentselektronid klassifitseeritakse: s-elemendid (I ja II põhirühma elemendid), p-elemendid (III põhirühma elemendid) VII rühm), d-elemendid (külgalarühmade elemendid), f-elemendid (lantaniidid, aktiniidid).
Tabeli horisontaalseid ridu nimetatakse perioodideks.. Perioodides olevad elemendid erinevad üksteisest, kuid ühist on see, et viimased elektronid on samal energiatasemel (peamine kvantarv n on sama).
Nimi "aatom" on kreeka keelest tõlgitud kui "jagamatu". Kõik meid ümbritsev – tahked ained, vedelikud ja õhk – on ehitatud miljarditest nendest osakestest.
Aatomi versiooni välimus
Esimest korda said aatomid tuntuks 5. sajandil eKr, kui kreeka filosoof Demokritos väitis, et aine koosneb liikuvatest pisikestest osakestest. Siis aga 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 koostisosi, millel on aatomitele iseloomulikud omadused – võime sõlmida teistega ühendeid rangelt ettenähtud koguses. 20. sajandi alguses usuti, et aatomid on aine kõige väiksemad osakesed, kuni tõestati, et need koosnevad veelgi väiksematest ühikutest.
Millest koosneb keemiline element?
Keemilise elemendi aatom on aine mikroskoopiline ehitusplokk. Selle mikroosakese määravaks tunnuseks oli molekulmass aatom. Ainult Mendelejevi perioodilise seaduse avastamine kinnitas, et nende tüübid on ühe aine erinevad vormid. Need on nii väikesed, et neid ei saa tavaliste mikroskoopidega näha, vaid kõige võimsamad. elektroonilised seadmed. Võrdluseks, juuksekarv inimese käel on miljon korda laiem.
Aatomi elektroonilisel struktuuril on tuum, mis koosneb neutronitest ja prootonitest, aga ka elektronidest, mis teevad pöördeid ümber keskpunkti pidevatel orbiitidel, nagu planeedid oma tähtede ümber. Neid kõiki hoiab koos elektromagnetiline jõud, üks neljast universumi põhijõust. Neutronid on neutraalse laenguga osakesed, prootonid on varustatud positiivse ja elektronid negatiivse laenguga. 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, elektrone. Pöörlevate elektronide arv selles on võrdne positiivse kesklaenguga. Osakesi, millel on sama tuumalaeng Z, kuid erinev aatommass A ja neutronite arv tuumas N, nimetatakse isotoopideks ning sama A ja erineva Z ja N -isobaarideks. Elektron on aine väikseim negatiivse elektrilaenguga osake 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 tänaseks 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 teadlased kogusid tõendeid eelmise mudeli olemasolu kohta, püüavad nad täna tõestada kvarkide olemasolu.
RTM – tuleviku seade
Kaasaegsed teadlased saavad arvutimonitoril näha aine aatomosakesi, samuti liigutada neid üle pinna, kasutades selleks spetsiaalset tööriista, mida nimetatakse skaneerivaks tunnelmikroskoobiks (RTM).
seda arvutistatud tööriist, mille otsik liigub väga õrnalt materjali pinna lähedal. Otsa liikumisel liiguvad elektronid läbi tipu ja pinna vahelise pilu. Kuigi materjal näeb välja täiesti sile, on see tegelikult aatomitasandil ebaühtlane. Arvuti koostab mateeria pinnast kaardi, luues selle osakestest pildi ja nii saavad teadlased näha aatomi omadusi.
radioaktiivsed osakesed
Negatiivselt laetud ioonid tiirlevad ümber tuuma piisavalt suurel kaugusel. Aatomi ehitus on selline, et see on tervikuna 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. Tuuma ümbritseb elektronide pilv, nende külgetõmme paneb nad ümber keskpunkti pöörlema. Sama laenguga prootonid tõrjuvad üksteist.
See ei ole probleem enamiku väikeste osakeste puhul, millel on rohkem kui üks. Kuid mõned neist on ebastabiilsed, eriti suured, nagu uraan, millel on 92 prootonit. Mõnikord ei talu tema keskus sellist koormust. Neid nimetatakse radioaktiivseteks, kuna nad eraldavad oma tuumast mitu osakest. Pärast seda, kui ebastabiilne tuum on prootonitest vabanenud, moodustavad ülejäänud prootonid uue tütre. See võib olla stabiilne sõltuvalt prootonite arvust uues tuumas või jaguneda veelgi. See protsess jätkub seni, kuni jääb stabiilne lapsetuum.
aatomite omadused
Aatomi füüsikalised ja keemilised omadused muutuvad loomulikult ühelt elemendilt teisele. Need on määratletud järgmiste põhiparameetritega.
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 Mendelejevi 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 talle määratud koha. Tabelis suureneb aatomi suurus, kui liigute ülalt alla, ja väheneb, kui liigute vasakult paremale. Sellest on väikseim element heelium ja suurim tseesium.
Valents. Aatomi välist elektronkihti nimetatakse valentskihiks ja selles olevad elektronid on saanud vastava nimetuse – valentselektronid. Nende arv määrab, kuidas aatom on keemilise sideme abil teistega ühendatud. Viimaste mikroosakeste loomise meetodil püüavad nad täita oma väliseid valentskestasid.
Gravitatsioon, külgetõmme on jõud, mis hoiab planeete orbiidil, kuna selle tõttu kukuvad kätest vabanenud objektid põrandale. Inimene märkab gravitatsiooni rohkem, kuid elektromagnetiline toime on kordades võimsam. Jõud, mis tõmbab (või tõrjub) laetud osakesi aatomis, on 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 korda võimsam kui gravitatsioon selles. Kuid tuuma keskel on veelgi rohkem võimas jõud, mis on võimeline prootoneid ja neutroneid koos hoidma.
Reaktsioonid tuumades tekitavad energiat nagu tuumareaktorites, kus aatomid jagunevad. Mida raskem on element, seda rohkematest osakestest koosnevad selle aatomid. Kui liita kokku prootoneid ja neutroneid elemendis, saame teada selle massi. Näiteks on Uraanil, mis on looduses leiduv raskeim element aatommass 235 või 238.
Aatomi jagunemine tasemeteks
Aatom on ruumi hulk tuuma ümber, kus elektron liigub. Kokku on 7 orbitaali, mis vastavad perioodilisuse tabeli perioodide arvule. Mida kaugemal elektron asub tuumast, seda olulisem on tal energiavaru. Perioodi number näitab numbrit selle tuuma ümber. Näiteks kaalium on 4. perioodi element, mis tähendab, et sellel on 4 aatomi energiataset. Keemilise elemendi arv vastab selle laengule ja elektronide arvule tuuma ümber.
Aatom – energiaallikas
Ilmselt kuulsaima teadusliku valemi avastas saksa füüsik Einstein. Ta väidab, et mass pole midagi muud kui energia vorm. Selle teooria põhjal on võimalik muuta aine energiaks ja arvutada valemiga, kui palju seda on võimalik saada. Selle ümberkujundamise esimene praktiline tulemus oli aatomipommid, mida katsetati esmalt Los Alamose kõrbes (USA) ja mis seejärel plahvatas Jaapani linnade kohal. Ja kuigi alles seitsmes osa plahvatusohtlik muutus energiaks, oli aatomipommi hävitav jõud kohutav.
Selleks, et tuum saaks oma energiat vabastada, peab see kokku kukkuma. Selle poolitamiseks on vaja tegutseda väljastpoolt tuleva neutroniga. Seejärel laguneb tuum kaheks teiseks, kergemaks, pakkudes samal ajal tohutut energia vabanemist. Lagunemine viib teiste neutronite vabanemiseni ja need jätkavad teiste tuumade lõhestamist. Protsess muutub ahelreaktsioon, mille tulemuseks on suur summa energiat.
Tuumareaktsiooni kasutamise plussid ja miinused meie ajal
Hävitavat jõudu, mis vabaneb mateeria muundumisel, püüab inimkond taltsutada tuumaelektrijaamad. Siin ei toimu tuumareaktsioon plahvatuse, vaid soojuse järkjärgulise vabanemisena.
Tootmine aatomienergia on oma plussid ja miinused. Teadlaste sõnul selleks, et hoida meie tsivilisatsiooni kõrge tase, on vaja seda tohutut energiaallikat kasutada. Aga arvestada tuleks ka sellega, et isegi kõige kaasaegsed arengud ei saa tagada täielikku turvalisust tuumaelektrijaamad. Lisaks võib tootmisprotsessi käigus saadav energia, kui seda õigesti ei salvestata, mõjutada meie järeltulijaid kümneid tuhandeid aastaid.
Pärast õnnetust Tšernobõli tuumaelektrijaamas kõik rohkem inimesi peab aatomienergia tootmist inimkonnale väga ohtlikuks. Ainus selline ohutu elektrijaam on Päike oma tohutu tuumaenergiaga. Teadlased töötavad välja kõikvõimalikke päikesepatareide mudeleid ja võib-olla suudab inimkond lähitulevikus end varustada ohutu aatomienergiaga.
Laadimine...