מה זה אטום? »הגדרתו ומשמעותו

אטום הוא היחידה הקטנה ביותר של חלקיקים קיימים כחומר פשוט, יכולת להתערב שילוב כימי. לאורך מאות שנים הידע המוגבל שהיה על האטום היה רק ​​נושא להשערות והנחות, כך שלא ניתן היה להשיג נתונים קונקרטיים רק לאחר שנים רבות. במאות ה -18 וה -19, המדען האנגלי ג'ון דלטון הציע את קיומם של אטומים כיחידה קטנה ביותר, שכל החומר יורכב ממנה, והקצה להם מסה וייצג אותם כספירות מוצקות ובלתי ניתנות לחלוקה.

מה זה אטום

תוכן עניינים

זוהי יחידת החומר המינימלית, שממנה מורכבים מוצקים, נוזלים וגזים. האטומים מקובצים יחד, ביכולתם להיות מאותו סוג או שונה, ויוצרים מולקולות, אשר, בתורם, מהוות את החומר ממנו מורכבים הגופים הקיימים. עם זאת, מדענים קבעו כי רק 5% מהחומר ביקום מורכב מאטומים, שכן חומר אפל (שתופס יותר מ -20% מהיקום) מורכב מחלקיקים לא ידועים, כמו גם מאנרגיה אפלה (שתופס 70%).

שמו מקורו באטומוס הלטיני, שפירושו "בלתי ניתן לחלוקה", ומי שנתנו לו את המינוח הזה היו הפילוסופים היוונים דמוקריטוס (460-370 לפנה"ס) ואפיקורוס (341-270 לפנה"ס).

הפילוסופים הללו, שבלי להתנסות, בחיפוש אחר תשובה לשאלה ממה אנו מורכבים והסבר המציאות, הגיעו למסקנה שאי אפשר לחלק את החומר לאין סוף, שיהיה "עליון", שמשמעותו היא זה היה מגיע לגבול המינימלי של מה כל הדברים מורכבים. הם קראו ל"טופ "זה אטום, מכיוון שלא ניתן היה לחלק את החלקיק המינימלי הזה והיקום יהיה מורכב מכך. יש להוסיף כי מושג זה נשמר עד היום כאשר מדברים על מה זה אטום.

הוא מורכב מגרעין, שבו יש לפחות פרוטון אחד ומספר זהה של נויטרונים (שאיחודם נקרא "גרעין"), ולפחות 99.94% ממסתו נמצא בגרעין האמור. 0.06% הנותרים מורכבים מהאלקטרונים המקיפים את הגרעין. אם מספר האלקטרונים והפרוטונים זהה, האטום הוא ניטרלי מבחינה חשמלית; אם יש לו יותר אלקטרונים מאשר פרוטונים, המטען שלו יהיה שלילי והוא נקבע כאניון; ואם מספר הפרוטונים עולה על האלקטרונים, המטען שלהם יהיה חיובי ויקרא קטיון.

גודלו כל כך קטן (כעשרת אלפים מליון מטר) שאם היה מחולק חפץ מספר ניכר של פעמים, כבר לא יהיה שום חומר שהוא עשוי ממנו, אלא אטומי היסודות יישארו. בצירוף, הם יצרו את זה, ואלה כמעט בלתי נראים. עם זאת, לא לכל סוגי האטומים אותה צורה וגודל זהים, מכיוון שזה יהיה תלוי בכמה גורמים.

אלמנטים של אטום

לאטומים יש מרכיבים אחרים המרכיבים אותם הנקראים חלקיקים תת אטומיים, שאינם יכולים להתקיים באופן עצמאי, אלא אם כן בתנאים מיוחדים ומבוקרים. חלקיקים אלה הם: אלקטרונים בעלי מטען שלילי; פרוטונים, הטעונים באופן חיובי; ונויטרונים, שהמטען שלהם שווה, מה שהופך אותם לניטראליים חשמלית. פרוטונים ונויטרונים נמצאים בגרעין (במרכז) האטום ויוצרים מה שמכונה גרעין ואלקטרונים מקיפים את הגרעין.

פרוטונים

חלקיק זה נמצא בגרעין האטום, המהווה חלק מהגרעינים, והמטען שלו חיובי. הם תורמים כ -50% ממסת האטום, ומסתם שווה פי 1836 מזו של אלקטרון. עם זאת, יש להם מעט פחות מסת נויטרונים. הפרוטון אינו חלקיק אלמנטרי, מכיוון שהוא מורכב משלושה קווארקים (שהוא סוג של פרמיון, אחד משני החלקיקים האלמנטריים הקיימים).

מספר הפרוטונים באטום מכריע בהגדרת סוג היסוד. לדוגמא, אטום הפחמן כולל שישה פרוטונים, ואילו אטום מימן כולל רק פרוטון אחד.

אלקטרונים

הם החלקיקים השליליים שמקיפים את גרעין האטום. המסה שלו כל כך זעירה שהיא נחשבת חד פעמית. בדרך כלל, מספר האלקטרונים באטום זהה למספר הפרוטונים, כך ששני המטענים מבטלים זה את זה.

האלקטרונים של אטומים שונים מקושרים על ידי כוח הקולומב (אלקטרוסטטי), וכאשר הם משותפים ומחליפים אותם אטום אחד למשנהו, זה גורם לקשרים הכימיים. ישנם אלקטרונים שיכולים להיות חופשיים, מבלי להיות מחוברים לאטום כלשהו; ואלה המקושרים לאחד, יכולים להיות במסלולים בגדלים שונים (ככל שרדיוס המסלול גדול יותר, כך האנרגיה הכלולה בו גדולה יותר).

האלקטרון הוא חלקיק אלמנטרי, מכיוון שהוא סוג של פרמיון (לפטונים), והוא אינו מורכב מאף יסוד אחר.

נויטרונים

זהו החלקיק הנייטרלי התת אטומי של האטום, כלומר יש לו אותה כמות של מטען חיובי ושלילי. המסה שלו מעט גבוהה יותר מזו של פרוטונים, איתם היא יוצרת את גרעין האטום.

כמו פרוטונים, נויטרונים מורכבים משלושה קווארקים: שניים יורדים או מטה עם מטען -1/3 ואחד עולה או מעלה עם מטען +2/3, וכתוצאה מכך מטען כולל של אפס, מה שמעניק לו נייטרליות. נויטרון כשלעצמו אינו יכול להתקיים מחוץ לגרעין, שכן חייו הממוצעים מחוץ לגרעין הם כ -15 דקות.

כמות הנויטרונים באטום אינה קובעת את טיבו, אלא אם כן מדובר באיזוטופ.

איזוטופים

הם סוג של אטומים, שהרכבם הגרעיני אינו שווה; כלומר, יש לו מספר זהה של פרוטונים אך מספר שונה של נויטרונים. במקרה זה, האטומים המרכיבים את אותו יסוד יהיו שונים, ומובחנים על ידי מספר הנייטרונים שהם מכילים.

ישנם שני סוגים של איזוטופים:

• טבעי, נמצא בטבע, כמו אטום המימן, שיש בו שלושה (פרוטיום, דאוטריום וטריטיום); או אטום הפחמן, שיש בו גם שלושה (פחמן -12, פחמן -13 ופחמן -14; לכל אחד מהם שירותים שונים).
• מלאכותי, המיוצר בסביבות מבוקרות, בהן מופצצים חלקיקים תת אטומיים, היותם לא יציבים ורדיואקטיביים.

ישנם איזוטופים יציבים, אך יציבות זו היא יחסית, שכן למרות שהם רדיואקטיביים באותו אופן, תקופת ההתפרקות שלהם ארוכה בהשוואה לקיומו של כדור הארץ.

כיצד מגדירים את יסודות האטום

אטום יובחן או יוגדר על ידי מספר גורמים, כלומר:

• כמות הפרוטונים: השונות במספר זה יכולה לגרום ליסוד אחר, מכיוון שהוא קובע לאיזה יסוד כימי הוא שייך.
• כמות נויטרונים: מציין את האיזוטופ של היסוד.

הכוח שבו מושכים פרוטונים אלקטרונים הוא אלקטרומגנטי; ואילו מי שמושך את הפרוטונים והניטרונים הוא הגרעיני, שעוצמתו גדולה יותר מהראשונה, שמדפה את הפרוטונים הטעונים חיובית זה מזה.

אם מספר הפרוטונים באטום גבוה, הכוח האלקטרומגנטי שדוחה אותם יהפוך חזק יותר מזה הגרעיני, קיימת סבירות שהגרעינים יגורשו מהגרעין וייצר התפרקות גרעינית, או מה שמכונה גם רדיואקטיביות.; כדי לגרום מאוחר יותר להתמרה גרעינית, שהיא המרה של יסוד אחד לאחר (אלכימיה).

מהו מודל אטומי

זוהי תוכנית המסייעת להגדיר מהו אטום, הרכבו, תפוצתו והתכונות שהוא מציג. מאז לידת המונח פותחו מודלים אטומיים שונים, שאפשרו לנו להבין טוב יותר את מבנה החומר.

המודלים האטומיים המייצגים ביותר הם:

מודל אטומי של בוהר

הפיזיקאי הדני נילס בוהר (1885-1962), לאחר לימודים אצל הפרופסור שלו, הכימאי והפיזיקאי ארנסט רתרפורד, קיבל השראה מהמודל של האחרון לחשוף את עצמו, תוך שהוא לוקח את אטום המימן כמדריך.

המודל האטומי של בוהר מורכב ממעין מערכת פלנטרית, בה הגרעין נמצא במרכז ואלקטרונים נעים סביבו כמו כוכבי לכת, במסלולים יציבים ומעגליים, שם הגדול יותר אוגר יותר אנרגיה. הוא כולל ספיגה ופליטה של ​​גזים, תורת הכימות של מקס פלאנק וההשפעה הפוטואלקטרית של

אלברט איינשטיין

אלקטרונים יכולים לקפוץ ממסלול אחד למשנהו: אם הוא עובר מאנרגיה נמוכה יותר לאנרגיה אחרת עם אנרגיה גבוהה יותר, זה יגדיל כמות אנרגיה לכל מסלול שהוא יגיע אליו; ההפך קורה כאשר הוא עובר מאנרגיה גבוהה יותר לנמוכה יותר, שם הוא לא רק פוחת, אלא גם מאבד אותו בצורה של קרינה כמו אור (פוטון).

עם זאת, למודל האטומי של בוהר היו פגמים, מכיוון שהוא לא היה תקף לסוגים אחרים של אטומים.

מודל אטומי דלתון

ג'ון דלטון (1766-1844), מתמטיקאי וכימאי, היה חלוץ בפרסום מודל אטומי בעל בסיס מדעי, בו הצהיר כי האטומים דומים לכדורי ביליארד, כלומר כדוריים.

המודל האטומי של דלתון קובע בגישתו (אותה כינה "תיאוריה אטומית") כי לא ניתן לחלק אטומים. הוא גם קובע כי האטומים של אותו יסוד הם בעלי איכויות זהות, כולל משקלם ומסתם; שלמרות שאפשר לשלב אותם, הם נותרים בלתי ניתנים לחלוקה ביחסים פשוטים; וכי ניתן לשלב אותם בפרופורציות שונות עם סוגים אחרים של אטומים ליצירת תרכובות שונות (איחוד של שני סוגים או יותר של אטומים).

מודל אטומי זה של דלתון לא היה עקבי, מכיוון שהוא לא הסביר את נוכחותם של חלקיקים תת-אטומיים, מכיוון שנוכחות האלקטרון והפרוטון לא הייתה ידועה. היא גם לא יכלה להסביר את תופעות הרדיואקטיביות או את זרם האלקטרונים (קרני קתודה); יתר על כן, הוא אינו לוקח בחשבון איזוטופים (אטומים של אותו יסוד עם מסה שונה).

מודל אטומי של רתרפורד

שגדל על ידי הפיזיקאי והכימאי ארנסט רתרפורד (1871-1937), מודל זה הוא אנלוגיה למערכת השמש. המודל האטומי של רתרפורד קובע כי האחוז הגבוה ביותר של מסת האטום וחלקו החיובי נמצאים בגרעין שלו (במרכזו); והחלק או האלקטרונים השליליים, סובבים סביבו במסלולים אליפטיים או מעגליים, עם ואקום ביניהם. לפיכך, הוא הפך למודל הראשון שהפריד בין האטום לגרעין וקליפה.

הפיזיקאי ביצע ניסויים, בהם חישב את זווית הפיזור של החלקיקים כשהם פוגעים בנייר כסף, והבחין שחלקם קופצים בזוויות לא מתואמות, ובאמצעותם הגיע למסקנה שהגרעין שלהם חייב להיות קטן אך בעל צפיפות רבה. בזכות רתרפורד, שהיה תלמידו של ג'יי ג'יי ג'יי תומסון, הייתה גם התפיסה הראשונה בדבר נוכחותם של נויטרונים. הישג נוסף היה העלאת שאלות כיצד מטענים חיוביים בגרעין יכולים להישאר יחד בנפח כה קטן, מה שהוביל מאוחר יותר לגילוי אחד מהאינטראקציות הבסיסיות: הכוח הגרעיני החזק.

המודל האטומי של רתרפורד לא היה עקבי, מכיוון שהוא סותר את חוקי מקסוול בנושא אלקטרומגנטיות; וגם לא הסביר את התופעות של קרינת אנרגיה במעבר של אלקטרון ממצב אנרגיה גבוהה לנמוך.

המודל האטומי של תומסון

הוא נחשף על ידי המדען והזוכה בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1906, ג'וזף ג'ון תומסון (1856-1940). המודל האטומי של תומסון מתאר את האטום כמסה כדורית טעונה חיובית עם אלקטרונים מוכנסים לתוכו, כמו פודינג צימוקים. מספר האלקטרונים במודל זה הספיק לנטרול המטען החיובי, והתפלגות המסה החיובית והאלקטרונים הייתה אקראית.

הוא התנסה בקרני קתודה: בצינור ואקום העביר קרני זרם עם שתי לוחות, והפיק שדה חשמלי שהסיט אותן. כך הוא קבע שחשמל מורכב מחלקיק אחר; גילוי קיומם של אלקטרונים.

עם זאת, המודל האטומי של תומסון היה קצר, מעולם לא קיבל הסכמה אקדמית. תיאורו של המבנה הפנימי של האטום היה שגוי, כמו גם חלוקת המטענים, לא התחשבו בקיומם של נויטרונים ולא היה ידוע על פרוטונים. זה גם לא מסביר את סדירות הטבלה המחזורית של היסודות.

למרות זאת, מחקריהם שימשו בסיס לגילויים מאוחרים יותר, שכן ממודל זה היה ידוע על קיומם של חלקיקים תת אטומיים.

מסה אטומית

מיוצג באות A, המסה הכוללת של הפרוטונים והנייטרונים הכלולים באטום נקראת מסה אטומית, מבלי לקחת בחשבון את האלקטרונים, מכיוון שמסתם קטנה כל כך עד שניתן להשליך אותה.

איזוטופים הם וריאציות של אטומים מאותו יסוד עם אותו מספר פרוטונים, אך מספר שונה של נויטרונים, כך שהמסה האטומית שלהם תהיה שונה גם כשהם דומים מאוד.

מספר אטומי

הוא מיוצג על ידי האות Z, ומתייחס למספר הפרוטונים הכלולים באטום, שהוא אותו מספר אלקטרונים בו. הטבלה המחזורית של מנדלב של אלמנטים משנת 1869, מסודרת מהקטן לגדול ביותר על פי מספר אטומי.