Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează toate proprietățile chimice. Un atom este format dintr-un nucleu, care are o sarcină electrică pozitivă și electroni încărcați negativ. Sarcina nucleului oricărui element chimic este egală cu produsul lui Z cu e, unde Z este numărul ordinal al elementului dat din tabelul periodic al elementelor chimice și e este valoarea sarcinii electrice elementare.
Electron este cea mai mică particulă de materie cu sarcină electrică negativă e = 1,6 · 10 -19 coulomb, luată ca sarcină electrică elementară. Electronii, care se rotesc în jurul nucleului, sunt localizați pe învelișurile de electroni K, L, M etc. K este învelișul cel mai apropiat de nucleu. Mărimea unui atom este determinată de mărimea învelișului său de electroni. Un atom poate pierde electroni și poate deveni un ion pozitiv sau poate atașa electroni și deveni un ion negativ. Sarcina unui ion determină numărul de electroni pierduți sau atașați. Procesul de transformare a unui atom neutru într-un ion încărcat se numește ionizare.
Nucleul atomic(partea centrală a atomului) constă din particule nucleare elementare - protoni și neutroni. Raza nucleului este de aproximativ o sută de mii de ori mai mică decât raza atomului. Densitatea nucleului atomic este extrem de mare. Protoni- Acestea sunt particule elementare stabile cu o singură sarcină electrică pozitivă și o masă de 1836 de ori mai mare decât masa unui electron. Protonul este nucleul celui mai ușor element, hidrogenul. Numărul de protoni din nucleu este Z. Neutroni este o particulă elementară neutră (fără sarcină electrică) cu o masă foarte apropiată de masa unui proton. Deoarece masa nucleului este suma masei protonilor și neutronilor, numărul de neutroni din nucleul unui atom este egal cu A - Z, unde A este numărul de masă al unui izotop dat (vezi). Protonul și neutronul care formează nucleul se numesc nucleoni. În nucleu, nucleonii sunt legați de forțe nucleare speciale.
Nucleul atomic conține o cantitate imensă de energie care este eliberată în timpul reacțiilor nucleare. Reacțiile nucleare apar atunci când nucleele atomice interacționează cu particulele elementare sau cu nucleele altor elemente. Ca rezultat al reacțiilor nucleare, se formează noi nuclei. De exemplu, un neutron se poate transforma într-un proton. În acest caz, o particulă beta, adică un electron, este ejectată din nucleu.
Tranziția în nucleul unui proton la un neutron poate fi efectuată în două moduri: fie o particulă cu o masă egală cu masa unui electron, dar cu o sarcină pozitivă, numită pozitron (desintegrarea pozitronilor), este emisă din nucleul sau nucleul captează unul dintre electronii din cel mai apropiat înveliș K (K - captura).
Uneori, nucleul format are un exces de energie (este într-o stare excitată) și, trecând într-o stare normală, eliberează excesul de energie sub formă de radiație electromagnetică cu o lungime de undă foarte scurtă -. Energia eliberată în timpul reacțiilor nucleare este utilizată practic în diverse industrii.
Un atom (greacă atomos - indivizibil) este cea mai mică particulă a unui element chimic care are proprietățile sale chimice. Fiecare element este format din atomi de un anumit fel. Compoziția unui atom include un nucleu care poartă o sarcină electrică pozitivă și electroni încărcați negativ (vezi), care formează învelișurile sale de electroni. Mărimea sarcinii electrice a nucleului este Ze, unde e este o sarcină electrică elementară egală ca mărime cu sarcina unui electron (4,8 · 10 -10 el. Unități), iar Z este numărul atomic al unui element dat în sistemul periodic al elementelor chimice (vezi .). Deoarece un atom unionizat este neutru, numărul de electroni incluși în el este, de asemenea, egal cu Z. Compoziția nucleului (vezi Nucleul atomic) include nucleoni, particule elementare cu o masă de aproximativ 1840 de ori mai mare decât masa unui electron (egal până la 9,1 10 - 28 g), protoni (vezi), încărcați pozitiv și neutroni fără sarcină (vezi). Numărul de nucleoni din nucleu se numește număr de masă și este notat cu litera A. Numărul de protoni din nucleu, egal cu Z, determină numărul de electroni care intră în atom, structura învelișurilor de electroni și substanța chimică. proprietățile atomului. Numărul de neutroni din nucleu este egal cu A-Z. Izotopii sunt varietăți ale aceluiași element, ale căror atomi diferă între ei ca număr de masă A, dar au același Z. Astfel, în nucleele atomilor diferiților izotopi ai unui element, există numere diferite de neutroni cu același numărul de protoni. La desemnarea izotopilor, numărul de masă A este scris deasupra simbolului elementului, iar numărul atomic este dedesubt; de exemplu, izotopii de oxigen sunt desemnați: 
Dimensiunile unui atom sunt determinate de mărimea învelișurilor de electroni și pentru tot Z sunt de ordinul a 10 -8 cm. Deoarece masa tuturor electronilor unui atom este de câteva mii de ori mai mică decât masa nucleului, masa unui atom este proporțională cu numărul de masă. Masa relativă a unui atom al unui izotop dat se determină în raport cu masa unui atom al izotopului de carbon C 12, luată ca 12 unități, și se numește masă izotopică. Se dovedește a fi aproape de numărul de masă al izotopului corespunzător. Greutatea relativă a unui atom al unui element chimic este valoarea medie (ținând cont de abundența relativă a izotopilor unui element dat) a greutății izotopice și se numește greutatea atomică (masă).
Un atom este un sistem microscopic, iar structura și proprietățile lui pot fi explicate doar cu ajutorul teoriei cuantice, creată în principal în anii 20 ai secolului XX și menită să descrie fenomene la scară atomică. Experimentele au arătat că microparticulele – electroni, protoni, atomi etc., în afară de cele corpusculare, au proprietăți de undă care se manifestă prin difracție și interferență. În teoria cuantică, pentru a descrie starea micro-obiectelor, se folosește un anumit câmp de undă, caracterizat printr-o funcție de undă (funcția Ψ). Această funcție determină probabilitățile stărilor posibile ale unui micro-obiect, adică caracterizează potențialul de manifestare a uneia sau alteia dintre proprietățile sale. Legea de variație a funcției Ψ în spațiu și timp (ecuația Schrödinger), care face posibilă găsirea acestei funcții, joacă același rol în teoria cuantică ca și legile mișcării lui Newton din mecanica clasică. Rezolvarea ecuației Schrödinger conduce în multe cazuri la stări posibile discrete ale sistemului. Deci, de exemplu, în cazul unui atom, se obțin un număr de funcții de undă pentru electroni, corespunzătoare unor valori diferite (cuantificate) ale energiei. Sistemul nivelurilor de energie ale atomului, calculat prin metodele teoriei cuantice, a primit o confirmare strălucitoare în spectroscopie. Tranziția unui atom de la starea fundamentală corespunzătoare celui mai scăzut nivel de energie E 0 la oricare dintre stările excitate E i are loc atunci când o anumită parte a energiei E i - E 0 este absorbită. Un atom excitat trece într-o stare mai puțin excitată sau fundamentală, de obicei cu emisia unui foton. În acest caz, energia fotonului hv este egală cu diferența dintre energiile atomului în două stări: hv = E i - E k unde h este constanta lui Planck (6,62 · 10 -27 erg · sec), v este frecvența de lumina.
Pe lângă spectrele atomice, teoria cuantică a făcut posibilă explicarea altor proprietăți ale atomilor. În special, au fost explicate valența, natura legăturii chimice și structura moleculelor, a fost creată teoria tabelului periodic al elementelor.
Introducere
Teoria existentă în prezent a structurii atomului nu oferă un răspuns la multe întrebări apărute în cursul diferitelor lucrări practice și experimentale. În special, natura fizică a rezistenței electrice nu a fost încă determinată. Căutarea supraconductivității la temperatură înaltă poate avea succes numai dacă cunoașteți esența rezistenței electrice. Cunoscând structura atomului, puteți înțelege esența rezistenței electrice. Luați în considerare structura atomului, ținând cont de proprietățile cunoscute ale sarcinilor și câmpurilor magnetice. Modelul planetar al atomului propus de Rutherford este cel mai apropiat de realitate și corespunde datelor experimentale. Cu toate acestea, acest model corespunde doar atomului de hidrogen.
CAPITOL UNUL
PROTON SI ELECTRON
1. HIDROGEN
Hidrogenul este cel mai mic dintre atomi, astfel încât atomul său trebuie să conțină o bază stabilă atât pentru atomul de hidrogen, cât și pentru restul atomilor. Atomul de hidrogen este un proton și un electron, în timp ce electronul se rotește în jurul protonului. Se crede că sarcinile unui electron și ale unui proton sunt sarcini unitare, adică minime. Conceptul de electron ca un inel vortex cu o rază variabilă a fost introdus de V.F.Mitkevich (L. 1). Lucrările ulterioare ale lui Wu și alți fizicieni au arătat că electronul se comportă ca un inel vortex rotativ, al cărui spin este îndreptat de-a lungul axei mișcării sale, adică faptul că electronul este un inel vortex a fost confirmat experimental. În repaus, electronul, rotindu-se în jurul axei sale, nu creează câmpuri magnetice. Numai când se mișcă electronul formează linii magnetice de forță.
Dacă sarcina unui proton este distribuită pe suprafață, atunci, rotindu-se cu protonul, acesta se va roti numai în jurul propriei axe. În acest caz, ca un electron, sarcina protonului nu va forma un câmp magnetic.
S-a stabilit experimental că protonul are un câmp magnetic. Pentru ca un proton să aibă un câmp magnetic, sarcina lui trebuie să fie sub forma unui punct pe suprafața sa. În acest caz, atunci când protonul se rotește, sarcina sa se va mișca într-un cerc, adică va avea o viteză liniară, care este necesară pentru a obține câmpul magnetic al protonului.
Pe lângă electron, există și un pozitron, care diferă de un electron doar prin faptul că sarcina lui este pozitivă, adică sarcina pozitronului este egală cu sarcina protonului atât ca semn, cât și ca mărime. Cu alte cuvinte, sarcina pozitivă a unui proton este un pozitron, dar un pozitron este o antiparticulă a unui electron și, prin urmare, un inel vortex care nu se poate răspândi pe întreaga suprafață a unui proton. Astfel, sarcina unui proton este un pozitron.
Când un electron cu sarcină negativă se mișcă, pozitronul protonului sub acțiunea forțelor Coulomb ar trebui să se afle pe suprafața protonului la o distanță minimă de electron (Fig. 1). Astfel, se formează o pereche de sarcini opuse, legate între ele prin forța maximă Coulomb. Tocmai pentru că sarcina unui proton este un pozitron, sarcina lui este egală cu un electron în valoare absolută. Când întreaga sarcină a protonului interacționează cu sarcina electronului, atunci nu există nicio sarcină „extra” a protonului, care ar crea forțe electrice de respingere între protoni.
Când un electron se mișcă în jurul unui proton în direcția indicată în Fig. 1, sarcina pozitivă se mișcă sincron cu ea datorită forței Coulomb. Sarcinile în mișcare formează câmpuri magnetice în jurul lor (Fig. 1). În acest caz, în jurul electronului se formează un câmp magnetic în sens invers acelor de ceasornic și un câmp magnetic în sensul acelor de ceasornic în jurul pozitronului. Ca rezultat, între sarcini se formează un câmp total din două sarcini, ceea ce împiedică un electron să cadă pe un proton.
În toate figurile, protonii și neutronii sunt reprezentați ca bile pentru simplitate. În realitate, ele ar trebui să fie sub formă de formațiuni de vortex toroidal ale eterului (L. 3).
Astfel, atomul de hidrogen are forma conform Fig. 2 A). Forma câmpului magnetic la atom corespunde unui magnet toroidal cu magnetizare de-a lungul axei de rotație a sarcinilor (Fig. 2). b).
În 1820, Ampere a descoperit interacțiunea curenților - atracția conductorilor paraleli cu un curent care curge într-o singură direcție. Mai târziu, s-a determinat experimental că sarcinile electrice cu același nume, care se mișcă într-o direcție, sunt atrase unele de altele (L. 2).
Faptul că încărcăturile ar trebui să se apropie unul de celălalt, adică să se atragă unul pe altul, este evidențiat și de efectul de prindere. Efectul de strângere este efectul de autoconstricție a descărcării, proprietatea unui canal de curent electric într-un mediu conductor compresibil de a-și micșora secțiunea transversală sub acțiunea propriului câmp magnetic generat de curentul însuși (L. 4).
Întrucât curentul electric este orice mișcare ordonată a sarcinilor electrice în spațiu, traiectoriile electronilor și pozitronilor protonilor sunt canale de curent capabile să se apropie sub acțiunea unui câmp magnetic generat de sarcinile în sine.
În consecință, atunci când doi atomi de hidrogen se combină într-o moleculă, aceleași sarcini se vor combina în perechi și vor continua să se rotească în aceeași direcție, dar între protoni, ceea ce va duce la unificarea câmpurilor lor.
Convergența electronilor și protonilor are loc până în momentul în care forța de respingere a acelorași sarcini devine egală cu forța de tragere a sarcinilor din câmpul magnetic dublu.
În fig. 3 a), b),și v) arată interacțiunea sarcinilor unui electron și a unui proton al atomilor de hidrogen atunci când aceștia sunt combinați într-o moleculă de hidrogen.
În fig. 4 prezintă o moleculă de hidrogen cu linii de câmp magnetic generate de generatoarele de câmp a doi atomi de hidrogen. Adică, o moleculă de hidrogen are un generator de câmp dublu și un flux magnetic total care este de 2 ori mai mare.
Am examinat modul în care hidrogenul este combinat într-o moleculă, dar o moleculă de hidrogen nu reacționează cu alte elemente chiar și în amestec cu oxigenul.
Acum să luăm în considerare modul în care are loc separarea unei molecule de hidrogen în atomi (Fig. 5). Când o moleculă de hidrogen interacționează cu o undă electromagnetică, electronul dobândește energie suplimentară, iar aceasta aduce electronii pe traiectorii orbitale (Fig. 5). G).
Sunt cunoscuți astăzi supraconductori care au rezistență electrică zero. Acești conductori sunt formați din atomi și pot fi supraconductori numai dacă atomii lor sunt supraconductori, adică și protonul. Levitația unui supraconductor peste un magnet permanent este cunoscută de mult, datorită inducției unui curent de către un magnet permanent în acesta, al cărui câmp magnetic este îndreptat către câmpul unui magnet permanent. Când câmpul extern este îndepărtat din supraconductor, curentul din acesta dispare. Interacțiunea protonilor cu o undă electromagnetică duce la faptul că pe suprafețele lor sunt induși curenți turbionari. Deoarece protonii sunt localizați unul lângă altul, curenții turbionari direcționează câmpurile magnetice unul către celălalt, ceea ce mărește curenții și câmpurile lor până când molecula de hidrogen se sparge în atomi (Fig. 5). G).
Ieșirea electronilor pe traiectorii orbitale și apariția curenților care sparg molecula au loc concomitent. Când atomii de hidrogen zboară unul de celălalt, curenții turbionari dispar, iar electronii rămân pe traiectorii orbitale.
Astfel, pe baza efectelor fizice cunoscute, am obținut un model al atomului de hidrogen. în care:
1. Sarcinile pozitive și negative dintr-un atom servesc la obținerea liniilor de forță ale câmpurilor magnetice, care, după cum se știe din fizica clasică, se formează numai atunci când sarcinile se mișcă. Liniile de forță ale câmpurilor magnetice determină toate legăturile intra-atomice, interatomice și moleculare.
2. Întreaga sarcină pozitivă a protonului - pozitronul - interacționează cu sarcina electronului, creează forța de atracție Coulomb maximă pentru electron, iar egalitatea sarcinilor în valoare absolută exclude prezența forțelor de respingere pentru protonii vecini. pentru proton.
3. În practică, atomul de hidrogen este un generator magnetic proton-electron (PEMG), care funcționează numai atunci când protonul și electronul sunt împreună, adică perechea proton-electron trebuie să fie mereu împreună.
4. Când se formează o moleculă de hidrogen, electronii se împerechează și se rotesc împreună între atomi, creând un câmp magnetic comun care le ține împreună. Pozitronii protoni se perechează și ei sub influența câmpurilor lor magnetice și adună împreună protoni, formând o moleculă de hidrogen sau orice altă moleculă. Sarcinile pozitive pereche sunt principala forță determinantă în legătura moleculară, deoarece pozitronii sunt direct asociați cu protoni și sunt inseparabili de protoni.
5. Legăturile moleculare ale tuturor elementelor apar într-un mod similar. Conexiunea atomilor în moleculele altor elemente este asigurată de protonii de valență cu electronii lor, adică electronii de valență sunt implicați atât în combinarea atomilor în molecule, cât și în ruperea legăturilor moleculare. Astfel, fiecare conexiune de atomi dintr-o moleculă este asigurată de o pereche de valență a unui proton cu un electron (VPPE) de la fiecare atom pentru o legătură moleculară. VPPE consta întotdeauna dintr-un proton și un electron.
6. Când legătura moleculară este ruptă, electronul joacă rolul principal, deoarece, intrând în traiectoria orbitală în jurul protonului său, trage pozitronul de proton din perechea dintre protoni către „ecuatorul” protonului, oferind astfel o ruperea legaturii moleculare.
7. În timpul formării unei molecule de hidrogen și a moleculelor altor elemente, se formează un PEMG dublu.
Dimensiunile și masele atomilor sunt mici. Raza atomilor este de 10 -10 m, iar raza nucleului este de 10 -15 m. Masa unui atom se determină prin împărțirea masei unui mol de atomi ai unui element la numărul de atomi pe mol ( NA = 6,02 · 10 23 mol -1). Masa atomilor variază între 10 -27 ~ 10 -25 kg. De obicei, masa atomilor este exprimată în unități de masă atomică (amu). Pentru amu Se acceptă 1/12 din masa atomului izotopului de carbon 12 C.
Principalele caracteristici ale unui atom sunt sarcina nucleului său (Z) și numărul de masă (A). Numărul de electroni dintr-un atom este egal cu sarcina nucleului său. Proprietățile atomilor sunt determinate de sarcina nucleelor lor, de numărul de electroni și de starea lor în atom.
Proprietățile de bază și structura nucleului (teoria compoziției nucleelor atomice)
1. Nucleele atomilor tuturor elementelor (cu excepția hidrogenului) sunt formate din protoni și neutroni.
2. Numărul de protoni din nucleu determină valoarea sarcinii sale pozitive (Z). Z- numărul de serie al unui element chimic din sistemul periodic al lui Mendeleev.
3. Numărul total de protoni și neutroni este valoarea masei sale, deoarece masa unui atom este concentrată în principal în nucleu (99, 97% din masa unui atom). Particulele nucleare - protoni și neutroni - sunt unite sub un nume comun nucleonii(de la cuvântul latin nucleus, care înseamnă „miez”). Numărul total de nucleoni corespunde numărului de masă, adică. masa sa atomică A.
Sâmburi cu același Z dar diferit A sunt numite izotopi... Sâmburi care, cu același A au diferite Z sunt numite izobare... În total, sunt cunoscuți aproximativ 300 de izotopi stabili ai elementelor chimice și peste 2000 de izotopi radioactivi naturali și obținuți artificial.
4. Numărul de neutroni din nucleu N poate fi găsit prin diferența dintre numărul de masă ( A) și numărul de serie ( Z):
5. Mărimea miezului se caracterizează prin raza miezului, care are o semnificație convențională datorită estompării limitei nucleului.
Densitatea materiei nucleare este, în ordinul mărimii, 10 17 kg/m 3 și este constantă pentru toate nucleele. Depășește cu mult densitatea celor mai dense substanțe obișnuite.
Teoria proton-neutron a făcut posibilă rezolvarea contradicțiilor anterioare în conceptele de compoziție a nucleelor atomice și relația acesteia cu numărul de serie și masa atomică.
Energia de legare a miezului este determinată de cantitatea de muncă care trebuie făcută pentru a împărți nucleul în nucleonii săi constituenți fără a le conferi energie cinetică. Din legea conservării energiei rezultă că în timpul formării unui nucleu trebuie eliberată aceeași energie care trebuie consumată în scindarea unui nucleu în nucleonii săi constitutivi. Energia de legare a unui nucleu este diferența dintre energia tuturor nucleonilor liberi care formează nucleul și energia lor din nucleu.
Când se formează un nucleu, masa acestuia scade: masa nucleului este mai mică decât suma maselor nucleonilor săi constitutivi. Scăderea masei nucleului în timpul formării acestuia se explică prin eliberarea energiei de legare. Dacă W sv este valoarea energiei eliberate în timpul formării nucleului, apoi masa corespunzătoare Dm, egală cu
numit defect de masă si caracterizeaza scaderea masei totale in timpul formarii unui nucleu din nucleonii sai constituenti. O unitate de masă atomică îi corespunde unitate de energie atomică(AU): AU = 931,5016 MeV.
Energia specifică de legare a nucleului w energia de legare per nucleon se numește: w sv = 
... Magnitudinea w s este în medie 8 MeV/nucleon. Pe măsură ce numărul de nucleoni din nucleu crește, energia de legare specifică scade.
Criteriul de stabilitate a nucleelor atomice este raportul dintre numărul de protoni și neutroni dintr-un nucleu stabil pentru izobarele date. ( A= const).
Forțele nucleare
1. Interacțiunea nucleară indică faptul că există speciale forte nucleare, nereductibil la niciunul dintre tipurile de forțe cunoscute în fizica clasică (gravitaționale și electromagnetice).
2. Forțele nucleare sunt forțe cu rază scurtă de acțiune. Se manifestă doar la distanțe foarte mici între nucleonii din nucleu de ordinul a 10-15 m. Lungimea (1,5ј2,2) 10-15 m se numește gama de forţe nucleare.
3. Forțele nucleare descoperă incarca independenta: atractia dintre doi nucleoni este aceeasi indiferent de starea de sarcina a nucleonilor - proton sau nucleon. Independența de sarcină a forțelor nucleare este văzută dintr-o comparație a energiilor de legare în miezuri de oglindă... Acesta este numele nucleelor în care numărul total de nucleoni este același, dar numărul de protoni dintr-unul este egal cu numărul de neutroni din celălalt. De exemplu, nucleele de heliu 
tritiu hidrogen greu -.
4. Forțele nucleare posedă proprietatea de saturație, care se manifestă prin faptul că un nucleon dintr-un nucleu interacționează doar cu un număr limitat de nucleoni vecini cei mai apropiați de acesta. De aceea există o dependență liniară a energiilor de legare ale nucleelor de numărul lor de masă (A). Saturația aproape completă a forțelor nucleare este atinsă în particula a, care este o formațiune foarte stabilă.
Radioactivitate, radiații g, a și b - dezintegrare
1.Radioactivitate se numește transformarea izotopilor instabili ai unui element chimic în izotopi ai altui element, însoțită de emisia de particule elementare, nuclee sau raze X dure. Radioactivitate naturală numită radioactivitate observată în izotopii instabili naturali. Radioactivitate artificială se numește radioactivitatea izotopilor obținuți ca urmare a reacțiilor nucleare.
2. De obicei, toate tipurile de radioactivitate sunt însoțite de emisia de radiații gamma - radiații de unde electrice dure, cu lungime de undă scurtă. Radiația gamma este principala formă de scădere a energiei produșilor excitați ai transformărilor radioactive. Nucleul care suferă dezintegrare radioactivă se numește maternă; în curs de dezvoltare filială nucleul, de regulă, se dovedește a fi excitat, iar tranziția sa la starea fundamentală este însoțită de emisia unui foton g.
3... Dezintegrarea alfa se numeste emisie de catre nuclei a unor elemente chimice a - particule. Dezintegrarea alfa este o proprietate a nucleelor grele cu numere de masă A> 200 și încărcături nucleare Z> 82. În interiorul unor astfel de nuclee se formează particule a separate, fiecare constând din doi protoni și doi neutroni, adică. un atom al unui element deplasat în tabelul tabelului periodic al elementelor din D.I. Mendeleev (PSE) două celule la stânga elementului radioactiv original cu un număr de masă mai mic de 4 unități(Regula Soddy-Faience): 
4. Termenul dezintegrare beta denotă trei tipuri de transformări nucleare: electronic(grup pozitronice(b +) se degradează și captura electronică.
dezintegrarea b- apare predominant în nuclee relativ bogate în neutroni. În acest caz, neutronul nucleului se descompune într-un proton, un electron și un antineutrin () cu sarcină și masă zero.
În dezintegrarea b, numărul de masă al izotopului nu se modifică, deoarece numărul total de protoni și neutroni este conservat, iar sarcina crește cu 1. Prin urmare, atomul elementului chimic format este deplasat de PSE cu o celulă la dreapta elementului inițial, iar numărul său de masă nu se modifică(Regula Soddy-Faience):
dezintegrarea b + - are loc predominant în nucleele care sunt relativ bogate în protoni. În acest caz, protonul nucleului se descompune într-un neutron, un pozitron și un neutrin ().
.
Cu dezintegrarea b + -, numărul de masă al izotopului nu se modifică, deoarece numărul total de protoni și neutroni este conservat, iar sarcina scade cu 1. Prin urmare, atomul elementului chimic format este deplasat de PSE cu o celulă la stânga elementului original, iar numărul său de masă nu se modifică(Regula Soddy-Faience):
5. În cazul captării electronilor, transformarea constă în dispariția unuia dintre electronii din stratul cel mai apropiat de nucleu. Un proton, transformându-se într-un neutron, „captează” un electron, parcă; de aici a apărut termenul de „captură electronică”. Captura electronică, spre deosebire de captarea b ±, este însoțită de raze X caracteristice.
6. b - dezintegrarea are loc în nuclee radioactive în mod natural, precum și în nuclee radioactive artificial; dezintegrarea b + - este caracteristică doar pentru fenomenul de radioactivitate artificială.
7.g-radiație: atunci când este excitat, nucleul unui atom emite radiații electromagnetice cu o lungime de undă scurtă și frecvență înaltă, care este mai rigidă și mai pătrunzătoare decât radiația cu raze X. Ca urmare, energia nucleului scade, în timp ce numărul de masă și sarcina nucleului nu rămân scăzute. Prin urmare, nu se observă transformarea unui element chimic în altul, iar nucleul atomic trece într-o stare mai puțin excitată.
Atom. Conceptul structurii atomului. Electroni, protoni, neutroni
Atom - o particulă elementară a unei substanțe (element chimic), constând dintr-un anumit set de protoni și neutroni (nucleul unui atom) și electroni.
Nucleul unui atom este format din protoni (p +) și neutroni (n0).Numărul de protoni N (p +) egal cu sarcina nucleului(Z) și numărul ordinal al elementuluiîn seria naturală a elementelor (și în tabelul periodic al elementelor). Suma numărului de neutroni N (n0), notată simplu cu litera N și a numărului de protoni Z, se numește număr de masă și se notează cu litera A. Învelișul de electroni a unui atom este format din electroni care se mișcă în jurul nucleului(e-). Numărul de electroni N (e-) în învelișul de electroni a unui atom neutru este numărul de protoni Z în centrul său.
Conceptul modelului modern mecanic cuantic al atomului. Caracterizarea stării electronilor dintr-un atom folosind un set de numere cuantice, interpretarea acestora și valorile admise
Atom - un microcosmos în care operează legile mecanicii cuantice.
Procesul ondulatoriu al mișcării unui electron dintr-un atom în jurul unui nucleu este descris folosind funcția de undă psi (ψ), care trebuie să aibă trei parametri de cuantizare (3 grade de libertate).
Simțul fizic - amplitudine tridimensională el. valuri.
n este numărul cuantic principal, char. energic nivel în atom.
l - latura (eficiența orbitală) l = 0 ... n-1, caracterizează energia. subnivelurile atomului și forma orbitalului atomic.
m l - c.ch magnetic ml = -l ... + l, caracterizează orientarea elementului în lm.
ms este numărul de rotire. Isp. pentru că fiecare electron are propriul său moment de mișcare
Secvența de umplere a nivelurilor și subnivelurilor de energie cu electroni în atomi cu mulți electroni. principiul lui Pauli. regula lui Gund. Principiul energiei minime.
NS. Gunda: umplerea are loc secvenţial, astfel încât suma numerelor de spin (momentul mişcării) este maximă.
principiul Pauli: un atom nu poate avea 2 el., care au toate cele 4 cuante. Cifrele ar fi aceleași
NSn- numărul maxim de e-mail pe energ. lvl.
Începând din a 3-a perioadă se observă un efect de întârziere, care se explică prin principiul energiei minime: formarea învelișului de electroni a unui atom are loc în așa fel încât el. ocupa o pozitie favorabila din punct de vedere energetic cand energia de legare cu nucleul este maxima posibila, iar energia proprie a electronului este minima posibila.
NS. Klicevski- cele mai benefice din punct de vedere energetic sunt cei care au pisica. suma numerelor cuantice n și l tinde spre min.
Energia de ionizare și energia de afinitate electronică. Natura modificării lor pe perioade și grupuri ale sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev. Metale și nemetale.
Energia de ionizare a unui atom- Energia necesară pentru a detașa un electron dintr-un atom neexcitat se numește prima energie de ionizare (potențial).
Afinitatea electronică- Efectul energetic al atașării unui electron la un atom neutru se numește afinitate electronică (E).
Energia de ionizare creșteîn perioade de la metale alcaline la gaze nobile si scadeîn grupuri de sus în jos.
Pentru elementele subgrupurilor principale afinitatea electronică creșteîn perioade de la stânga la dreapta si scadeîn grupuri de sus în jos.
Electronegativitatea elementelor chimice. Natura modificărilor electronegativității pe perioade și grupuri ale sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev. Conceptul de stare de oxidare.
Electronegativitatea- capacitatea elementului chimic atomic. împreună pentru a atrage electroni la sine
Metode de evaluare:
EO = I + E (kJ / mol) - jumătate de sumă a energiilor de ionizare și a afinității (conform lui Maliken)
Scala relativă Pauling
Folosind scala relativă e.o si luand e.o. F = 4 în perioada cu o creștere a sarcinii nucleului e.o. crește. și măriți duza. Insula Sfântă.
În grup, o creștere a sarcinii nucleare este însoțită de o scădere a EO. iar întărirea întâlnită. Sf. in
Stare de oxidare (număr de oxidare)- sarcina imaginară a unui atom dintr-un compus electronic, care este determinată din ipoteza că compusul este format din ioni
Asa de. substanțe simple = 0
Со oxigen = -2 (cu excepția peroxizilor H2O2 (-1) și compușilor cu fluor)
Asa de. hidrogen și metale alcaline = +1
Negativ S.o. au doar amorțit și doar unul
În orice ion, suma algebrică a tuturor s.o. = sarcina ionului, iar în molecule neutre = 0
Dacă compusul chimic este compus din metan și este nemetal, atunci metam +, este nemetal -
Dacă compusul chimic este compus din 2 nemet, atunci otnits s.o. are cel cu pisica> e.o.
Legea periodică a lui DI Mendeleev și sistemul periodic de elemente. Perioade, grupuri și subgrupe ale sistemului periodic. Legătura sistemului periodic cu structura atomilor. Familii electronice de elemente.
formularea periodică a legii este acesta:
„Proprietățile elementelor chimice (adică proprietățile și forma compușilor formați de acestea) depind periodic de sarcina nucleară a atomilor elementelor chimice”.
Tabelul periodic al lui Mendeleev este format din 8 grupe și 7 perioade.
Coloanele verticale ale unui tabel se numesc grupuri... Elementele din fiecare grup au proprietăți chimice și fizice similare. Acest lucru se datorează faptului că elementele unui grup au configurații electronice similare ale stratului exterior, numărul de electroni pe care este egal cu numărul grupului. în care grupul este împărțit în subgrupe principale și secundare.
Principal subgrupurile includ elemente în care electronii de valență sunt localizați pe subnivelurile exterioare ns și np. Interior subgrupurile includ elemente în care electronii de valență sunt localizați pe subnivelul exterior ns și subnivelul interior (n - 1) d (sau (n - 2) subnivelul f).
Toate elementele din tabelul periodic, în funcție de subnivel(s-, p-, d- sau f-) electronii de valență se clasifică în: s- elemente (elemente ale subgrupului principal al grupelor I și II), elemente p- (elemente ale subgrupurilor principale ale grupelor III-VII) , elemente d- (subgrupuri laterale elemente), elemente f (lantanide, actinide).
Rândurile orizontale ale tabelului se numesc perioade.... Elementele din perioade diferă unele de altele, dar au în comun faptul că ultimii electroni sunt la același nivel de energie (numărul cuantic principal n este același).
Numele „atom” este tradus din greacă ca „indivizibil”. Totul din jurul nostru - solide, lichide și aer - este construit din miliarde de aceste particule.
Apariția versiunii despre atom
Pentru prima dată, atomii au devenit cunoscuți în secolul al V-lea î.Hr., când filozoful grec Democrit a sugerat că materia constă din particule minuscule în mișcare. Dar apoi nu a existat nicio modalitate de a verifica versiunea existenței lor. Și, deși nimeni nu putea vedea aceste particule, ideea a fost discutată, deoarece acesta era singurul mod în care oamenii de știință puteau explica procesele care au loc în lumea reală. Prin urmare, ei au crezut în existența microparticulelor cu mult înainte de momentul în care au putut dovedi acest fapt.
Abia în secolul al XIX-lea. au început să fie analizați ca cei mai mici constituenți ai elementelor chimice care au proprietăți specifice ale atomilor - capacitatea de a intra în compuși cu alții într-o cantitate strict prescrisă. La începutul secolului al XX-lea, se credea că atomii sunt cele mai mici particule de materie, până când s-a dovedit că sunt formați din unități și mai mici.
În ce constă un element chimic?
Atomul unui element chimic este un bloc microscopic al materiei. Caracteristica definitorie a acestei microparticule este greutatea moleculară a atomului. Numai descoperirea legii periodice a lui Mendeleev a demonstrat că tipurile lor sunt diferite forme ale unei singure materii. Sunt atât de mici încât nu pot fi văzute folosind microscoape obișnuite, doar cele mai puternice dispozitive electronice. Pentru comparație, un păr de pe o mână umană este de un milion de ori mai lat.
Structura electronică a atomului are un nucleu format din neutroni și protoni, precum și electroni, care se învârt în jurul centrului pe orbite constante, precum planetele în jurul stelelor lor. Toate sunt ținute împreună de o forță electromagnetică, una dintre cele patru principale din univers. Neutronii sunt particule cu sarcină neutră, protonii sunt pozitivi și electronii negativi. Aceștia din urmă sunt atrași de protonii încărcați pozitiv, așa că tind să rămână pe orbită.
Structura atomului
În partea centrală există un nucleu care umple partea minimă a întregului atom. Dar studiile arată că aproape toată masa (99,9%) se află în ea. Fiecare atom conține protoni, neutroni, electroni. Numărul de electroni rotativi din el este egal cu sarcina centrală pozitivă. Particulele cu aceeași sarcină nucleară Z, dar cu masă atomică A diferită și cu numărul de neutroni din nucleul N se numesc izotopi și cu același A și Z și N - izobare diferite. Un electron este cea mai mică particulă a unei substanțe cu sarcină electrică negativă e = 1,6 · 10-19 coulomb. Sarcina unui ion determină numărul de electroni pierduți sau adăugați. Procesul de metamorfoză a unui atom neutru într-un ion încărcat se numește ionizare.
Noua versiune a modelului atomic
Fizicienii au descoperit multe alte particule elementare până în prezent. Structura electronică a atomului are o nouă versiune.
Se crede că protonii și neutronii, oricât de mici ar fi, constau din cele mai mici particule numite quarci. Ele constituie un nou model de construcție a atomului. Deoarece oamenii de știință obișnuiau să strângă dovezi pentru existența modelului anterior, astăzi încearcă să demonstreze existența quarcilor.
RTM - dispozitivul viitorului
Oamenii de știință moderni pot vedea particule atomice de materie pe un monitor de computer și, de asemenea, le pot deplasa de-a lungul suprafeței folosind un instrument special numit microscop de scanare tunel (RTM).
Acest computerizat o unealtă cu vârf care se mișcă foarte atent lângă suprafața materialului. Pe măsură ce vârful se mișcă, electronii se deplasează prin golul dintre vârf și suprafață. Deși materialul arată perfect neted, este de fapt dur la nivel atomic. Calculatorul realizează o hartă a suprafeței unei substanțe, creând o imagine a particulelor acesteia și astfel oamenii de știință pot vedea proprietățile atomului.
Particule radioactive
Ionii încărcați negativ circulă în jurul nucleului la o distanță destul de mare. Structura atomului este de așa natură încât întregul este cu adevărat neutru și nu are sarcină electrică, deoarece toate particulele sale (protoni, neutroni, electroni) sunt în echilibru.
Un atom radioactiv este un element care poate fi fisionat cu ușurință. Centrul său este format din mulți protoni și neutroni. Singura excepție este diagrama atomului de hidrogen, care are un singur proton. Nucleul este înconjurat de un nor de electroni, atracția lor este cea care îl face să se rotească în jurul centrului. Protonii cu aceeași sarcină se resping reciproc.
Aceasta nu este o problemă pentru majoritatea particulelor mici care au mai mult de una. Dar unele dintre ele sunt instabile, mai ales cele mari, cum ar fi uraniul, care are 92 de protoni. Uneori, centrul său nu poate rezista la o astfel de încărcare. Ele sunt numite radioactive deoarece ejectează mai multe particule din miezul lor. După ce nucleul instabil a scăpat de protoni, cei rămași formează o nouă fiică. Poate fi stabil în funcție de numărul de protoni din noul nucleu sau poate fi fisiune în continuare. Acest proces continuă până când rămâne un nucleu copil stabil.
Proprietățile atomilor
Proprietățile fizico-chimice ale atomului se modifică în mod natural de la un element la altul. Ele sunt determinate de următorii parametri principali.
Masă atomică. Deoarece locul principal al microparticulelor este ocupat de protoni și neutroni, suma acestora determină numărul, care este exprimat în unități de masă atomică (amu) Formula: A = Z + N.
Raza atomică. Raza depinde de locația elementului în sistemul Mendeleev, legătura chimică, numărul de atomi învecinați și acțiunea mecanică cuantică. Raza nucleului este de o sută de mii de ori mai mică decât raza elementului în sine. Structura unui atom poate fi desprinsă de electroni și poate deveni un ion pozitiv sau poate adăuga electroni și deveni un ion negativ.
În Mendeleev, orice element chimic ia locul atribuit. În tabel, dimensiunea unui atom crește pe măsură ce vă deplasați de sus în jos și scade pe măsură ce vă deplasați de la stânga la dreapta. În consecință, cel mai mic element este heliul, iar cel mai mare este cesiul.
Valenţă. Învelișul exterior de electroni a unui atom se numește valență, iar electronii din el au primit numele corespunzător - electroni de valență. Numărul lor determină modul în care atomul este legat de restul printr-o legătură chimică. Microparticulele încearcă să-și umple învelișurile exterioare de valență cu metoda de creare a acesteia din urmă.
Gravitația, atracția - aceasta este forța care menține planetele pe orbită, din cauza ei, obiectele eliberate din mâini cad pe podea. O persoană observă mai mult gravitația, dar efectul electromagnetic este de multe ori mai puternic. Forța care atrage (sau respinge) particulele încărcate dintr-un atom este de 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de ori mai puternică decât gravitația din acesta. Dar există o forță și mai puternică în centrul nucleului, capabilă să țină împreună protoni și neutroni.
Reacțiile din nuclee creează energie ca în reactoarele nucleare, unde atomii sunt fisionați. Cu cât un element este mai greu, cu atât mai multe particule sunt folosite pentru a-și construi atomii. Dacă adunăm numărul total de protoni și neutroni dintr-un element, aflăm masa acestuia. De exemplu, Uranus, cel mai greu element găsit în natură, are o masă atomică de 235 sau 238.
Împărțirea unui atom în niveluri
Un atom este cantitatea de spațiu din jurul unui nucleu în care un electron este în mișcare. Există 7 orbitali în total, corespunzător numărului de perioade din tabelul periodic. Cu cât locația electronului este mai îndepărtată de nucleu, cu atât o rezervă de energie mai semnificativă deține. Numărul perioadei indică numărul din jurul miezului său. De exemplu, potasiul este un element din perioada a 4-a, ceea ce înseamnă că are 4 niveluri de energie ale atomului. Numărul unui element chimic corespunde sarcinii sale și numărului de electroni din jurul nucleului.
Atomul este o sursă de energie
Probabil cea mai faimoasă formulă științifică a fost descoperită de fizicianul german Einstein. Ea susține că masa nu este altceva decât o formă de energie. Pe baza acestei teorii, puteți transforma materia în energie și puteți calcula prin formula cât puteți obține. Primul rezultat practic al acestei transformări au fost bombele atomice, care au fost testate mai întâi în deșertul Los Alamos (SUA), apoi au explodat deasupra orașelor japoneze. Și deși doar o șapte parte din exploziv a fost transformată în energie, puterea distructivă a bombei atomice a fost teribilă.
Pentru ca miezul să-și elibereze energia, acesta trebuie să se prăbușească. Pentru a-l împărți, este necesar să acționeze ca un neutron din exterior. Apoi nucleul se împarte în alte două, mai ușoare, oferind în același timp o explozie uriașă de energie. Dezintegrarea duce la eliberarea altor neutroni, iar aceștia continuă să fisiune alte nuclee. Procesul se transformă într-o reacție în lanț, creând ca rezultat o cantitate uriașă de energie.
Avantaje și dezavantaje ale utilizării unei reacții nucleare astăzi
Forța distructivă care este eliberată în timpul transformării materiei, omenirea încearcă să o îmblânzească la centralele nucleare. Aici, reacția nucleară nu are loc sub forma unei explozii, ci ca o eliberare treptată de căldură.
Generarea de energie nucleară are avantaje și dezavantaje. Potrivit oamenilor de știință, pentru a ne menține civilizația la un nivel înalt, este necesar să folosim această uriașă sursă de energie. Dar trebuie avut în vedere faptul că nici cele mai moderne dezvoltări nu pot garanta siguranța completă a centralelor nucleare. În plus, energia obținută din procesul de producție, dacă nu este stocată corespunzător, poate afecta descendenții noștri timp de zeci de mii de ani.
După accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl, tot mai mulți oameni consideră producția de energie atomică foarte periculoasă pentru umanitate. Singura centrală sigură de acest fel este Soarele, cu puterea sa nucleară enormă. Oamenii de știință dezvoltă tot felul de modele de panouri solare și, probabil, în viitorul apropiat, omenirea va putea să se asigure cu energie atomică sigură.
Se încarcă ...