Static Wikipedia February 2008 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu

Web Analytics
Cookie Policy Terms and Conditions Атом — Вікіпедія

Атом

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Атом (від грец. άτομοσ – неділимий)- найменша частинка хімічного елементу, яка зберігає всі його хімічні властивості.

Зміст

[ред.] Загальна характеристика будови атома

Сучасні уявлення про будову атома базуються на квантовій механіці.

На популярному рівні будову атома можна викласти у рамках хвильової моделі, яка базується на моделі Бора, але враховує також додаткові відомості з квантової механіки.

Відповідно до цієї моделі:

  • Атоми складаються із елементарних частинок (протонів, електронів, та нейтронів), хоча більша частина об'єму атома є порожньою. Ядро оточене електронами, кількість електронів дорівнює кількості протонів у ядрі, кількість протонів дорівнює порядковому номеру елементу в періодичній системі. Сумарний негативний заряд електронів дорівнює позитивному зарядові протонів. У нейтральному атомі ядро оточене такою ж кількістю електронів як і кількість протонів, що знаходиться в ядрі. Атоми одного елемента, що мають різну кількість нейтронів, називаються ізотопами.
  • В центрі атома знаходиться крихітне, позитивно заряджене ядро, що складається із протонів та нейтронів.
  • Більшу частину об'єму атома займають орбіталі що містять електрони у певній конфігурації.
    • Кожна орбіталь може містити до двох електронів, що характеризуються трьома квантовими числами: основним, орбітальним і магнітним.
    • Кожен електрон на орбіталі має унікальне значення четвертого квантового числа: спіну.
    • Орбіталі не є фізичним об'єктом, а є ймовірностями розподілу того, де саме два електрони із однаковими значеннями перших трьох квантових чисел можуть перебувати. "Границею" орбіталі вважається відстань, на котрій імовірність того що електрон може перебувати поза нею є меншою 90%.
  • Коли електрони приєднуються до атому, вони опускаються на орбіталь із найнижчою енергією. Лишень електони на зовнішній орбіталі можуть брати участь в утворенні атомних зв'язків. Атоми можуть віддавати і приєднувати електрони, стаючи негативно або позитивно зарядженими іонами. Хімічні властивості елемента визначаються тим, з якою легкістю ядро може віддавати або здобувати електрони. Це залежить як від числа електронів, зв'язаних з ядром, так і від сили заряду, що притягає їх.

[ред.] Розмір атома

Розмір атома є величиною, що важко піддається вимірюванню, оскільки орбіталі електронів із збільшенням відстані від ядра прямують до нуля. Для атомів, що утворюють тверді кристали, відстань між суміжними вузлами кристалічної решітки може слугувати наближеним значенням їх розміру. Для атомів що кристалів не формують, використовують інші техніки оцінки, включаючи теоретичні розрахунки. Наприклад, розмір атому водню оцінюють як 1.2×10-10 м). Порівняйте це значення із розміром протону (що є ядром атому водню: 0.87×10-15 м. Таким чином, ядро атому водню в 100,000 разів менше ніж сам атом. Атоми інших елементів зберігають приблизно те саме співвідношення в межах коефіцієнту поправки 2. Причиною цього є те, що елементи із більшим позитивно зарядженим ядром притягують електрони сильніше.

[ред.] Модель Бора

Модель атома Нільса Бора
Модель атома Нільса Бора

Модель Бора, це фізична модель що описує атом як маленьке позитивно заряджене ядро із негативно щарядженими електронами на орбітах на різних рівнях, що нагадує структуру сонячної системи. Завдяки своїй простоті, модель Бора досі широко використовується та викладається.

Її поява була спричинена нагальною потребою пояснити на початку 20-го століття результати експериментів Ернеста Резерфорда. Він встановив, що атом складається із ядра навколо котрого обертаються електрони. Незбагненним для тогочасних фізиків було те, чому електрони, що обертаються навколо ядра не падають по спіралі на нього. Справді, згідно з класичною теорією електромагнетизму електрон, який обертається навколо ядра повинен випромінювати електромагнітні хвилі (світло), що призведе до поступової втрати ним енергії та падіння на ядро. Тому яким чином атом може взагалі існувати? Більш того, дослідження електромагнітного спектру атомів показали, що електрони в атомі можуть випромінювати світло лишень певної частоти.

Ці труднощі були подолані в моделі запропонованій Нільсом Бором в 1913, яка постулює що:

  • (1) Електрони можуть знаходитись лише на орбітах що мають дискретні квантовані енергії. Тобто можливими є не будь-які орбіти, а лише деякі специфічні. Точні значення енергій допустимих орбіт залежать від атому.
  • (2) Закони класичної механіки незастосовні коли електрони переходять із однієї допустимої орбіти на іншу.
  • (3) Коли електрон переходить із однієї орбіти на іншу, різниця в енергії випромінюється (або поглинається) єдиним квантом світла (фотоном), частота якого напряму залежить від енергетичної різниці між двома орбітами.
\nu={E \over h}
де ν це частота фотона, E - різниця енергій, а h константа пропорційності, також відома як стала Планка. Визначивши, що \hbar = h/(2 \pi) можна записати
E = \hbar \omega
де ω це кутова частота фотона.
  • (4) Допустимі орбіти залежать від квантованих значень кутового орбітального моменту L, що описується рівнянням
\mathbf{L} = n \cdot \hbar = n \cdot {h \over 2\pi}
де n = 1,2,3,… та називається квантовим числом кутового моменту.

Ці припущення дозволили пояснити результати тогочасних спостережень, наприклад, чому спектр складається із дискретних ліній. Припущення (4) стверджує що найменше значення n це 1. Відповідно, найменший допустимий радіус атома дорівнює 0.526 Å (0.0529 нм = 5.28 · 10-11 м). Це значення відоме як радіус Бора.

Іноді модель Бора називають напівкласичною, через те, що хоча вона включає деякі ідеї квантової механіки, вона не є повним квантовомеханічним описом атома водню. Проте модель Бора була значним кроком до створення такого опису.

При строгому квантовомеханічному описі атома водню рівні енергії знаходяться із розв'язку стаціонарного рівняння Шредінгера. Ці рівні характеризуються трьома зазначеними вище квантовими числами, формула для квантування кутового моменту інша, квантове число кутового моменту дорівнює нулю для сферичних s-орбіталей, одиниці для витягнутих гантелеподібних p-орбіталей і т.д. (дивись рисунок вгорі).

[ред.] Ізотопи

В загальному випадку атоми характеризуються атомним номером, що відповідає кількості протонів в атомному ядрі. Атомний номер визначає якому елементові належить атом. Наприклад, атоми вуглецю містять 6 протонів. Всі атоми із таким самим атомним номером посідають багато таких же фізичних характеристик та демонструють такі ж хімічні властивості. Елементи перелічені в періодичній таблиці в порядку зростання атомного номеру.

Атомна маса це загальна кількість протонів та нейтронів в атомі елементу, оскільки протон та нейтрон мають масу 1 amu. Нейтрони в ядрі не впливають на те, якому елементові належить атом, але хімічний елемент може мати атоми із однаковою кількістю протонів і різною кількістю нейтронів. Такі атоми мають однаковий атомний номер, але різну атомну масу, й називаються ізотопами елементу. Коли пишуть назву ізотопу, після неї пишуть атомну масу. Наприклад, вуглець-14 містить 6 протонів та 8 8 нейтронів, що в сумі складає атомну масу 14. Інший популярний метод нотації полягає в тому, що атомна маса позначається верхнім індексом перед символом елементу. Наприклад, вуглець-14 позначаєтся, як 14C.

Атомна маса елементу наведена в періодичній таблиці є усередненим значенням маси ізотопів що зустрічаються в природі. Усереднення проводиться відповідно до частоти, із якою вони зустрічаються в природі.

Чимало ізотопів хімічних елементів нестабільні й розпадаються з часом. Це явище використовується радіоелементним аналізом для визначення віку об'єктів, що має велике значення для архіології та палеонтології.

[ред.] Енергія атома та її квантування

[ред.] Электронні оболонки складних атомів

[ред.] Квантові переходи в атомі

[ред.] Хімічні та фізичні властивості атома

Хімічні властивості атома визначаються в основному валентними електронами - електронами на зовнішній оболонці. Кількість електронів на зовнішній оболонці визначає валентність атома.

Атоми останнього стовбчика періодичної таблиці елементів мають повністю заповену зовнішню оболонку, а для перехода електрона на наступну оболонку потрібно надати атому дуже велику енергію. Тому ці атоми інертні, не схильні вступати в хімічні реакції. Інертні гази зріджуються й кристалізуються тільки при дуже низьких температурах.

Атоми першого стовбчика періодичної таблиці елементів мають на зовнішній оболонці один електрон, і є хімічно активними. Їхня валентність дорівнює 1. Характерним типом хімічного зв'язку для цих атомів у кристалізованому стані є металічний зв'язок.

Атоми другого стовбчика періодичної таблиці в основному стані мають на зовнішній оболонці 2 s-електрони. Їхня зовнішня оболонка заповнена, тому вони мали б бути інертними. Але для переходу із основного стану із конфігурацією електроної оболонки s2 у стан із конфігурацією s1p1 потрібно дуже мало енергії, тож ці атоми мають валентність 2, проте вони проявляють меншу активність.

Атоми третього стовбчика періодичної таблиці елементів мають у основному стані електронну конфігурацію s2p1. Вони можуть проявляти різну валентність: 1, 3, 5. Остання можливість виникає тоді, коли електронна оболонка атома доповнюється до 8 електронів і стає замкнутою.

Атоми четвертого стовбчика періодичної таблиці елементів здебільшого мають валентність 4 (наприклад, вуглекислий газ CO2), хоча можлива й валентність 2 (наприклад, чадний газ CO). До цього стовбчика належить вуглець - елемент, який утворює найрізноманітніші хімічні сполуки. Сполукам вуглецю присвячений особливий розділ хімії - органічна хімія. Інші елементи цього стовбчика - кремній, германій при звичайних умовах є твердотільними напівпровідниками.

Елементи п'ятого стовбчика мають валентність 3 або 5.

Елементи шостого стобчика періодичної таблиці в основному стані мають конфігурацію s2p4 і загальний спін 1. Тому вони двовалентні. Існує також можливість переходу атома в збуджений стан s2p3s' зі спіном 2, в якому валентність дорівнює 4 або 6.

Елементам сьомого стовбчика періодичної таблиці не вистачає одного електрона на зовнішній оболонці для того, щоб її заповнити. Вони здебільшого одновалентні. Проте можуть вступати в хімічні сполуки в збуджених станах, проявляючи валентності 3,5,7.

[ред.] Історія поняття атом

Поняття атом, як і саме слово, має давньогрецьке походження, хоча істиність гіпотези про існування атомів знайшла своє підтвердження лише в 20 сторіччі. Основною ідеєю, яка стояла за даним поняттям на протязі всіх сторічь, було уявлення про світ як про набір величезної кількості неподільних елементів, які є дуже простими за своєю структурою і існують від початку часів.

[ред.] Перші проповідники атомістичного вчення

Першим почав проповідувати атомістичне вчення в 5 ст. до н.е філософ Левкіпп. Потім естафету підхопив його учень Демокріт. Збереглися лише окремі фрагменти їх робіт, з яких стає зрозумілим, що вони виходили з невеликої кількості досить абстрактних фізичних гіпотез:

"Солодкість і гіркота, спека і холод смисл визначення, насправді ж [тільки] атоми і пустота".

За Демокрітом, вся природа складається з атомів, найдрібніших часток речовини, які спочивають чи рухаються в абсолютно пустому просторі. Всі атоми мають просту форму, а атомы одного сорту є тотожними; різноманіття природи відображає різноманіття форм атомів і різноманіття способів, в які атоми можуть зчіплювтись між собою. І Демокріт, і Левкіп вважали, що атоми, почавши рухатись, продовжують рухатись по законам природи.

Найбільш важким для давніх греків було питання про фізичну реальність основних понять атомізму. В якому розумінні можна було говорити про реальність пустоти, якщо вона, не маючи матерії, не може мати ніяких фізичних властивостей? Ідеї Левкіпа та Демокрита не могли служити задовільною основою теорії речовини в фізичному плані, оскільки не пояснювали, ні з чого складаються атоми, ні чому атоми неділимі.

Через покоління після Демокрита, Платон запропонував своє рішення цієї проблеми: «найдрібніші частки належать не царству матерії, а царству геометрії; вони являють собою різні тілесні геометричні фігури, обмежені плоскими трикутниками».

[ред.] Поняття атома в індійській філософії

Через тисячу років абстрактні міркування давніх греків проникли в Індію і були сприйняті деякими школами індійської філософії. Але тоді як західна філософія вважала, що атомістична теорія повинна стати конкретною і об'єктивною основою теорії матеріального світу, індійська філософія завжди сприймала об'єктивний матеріальний світ як іллюзію. Коли атомізм з'явився в Індії, то він прийняв форму теорії, згідно якої реальність в світі має процес, а не субстанція, і що ми присутні в світі як ланки процесу, а не як згустки речовини.

Тобто і Платон, і індійські філософи вважали приблизно так: якщо природа складається з дрібних, але таких, що мають кінцеві розміри часток, то чому їх не можна розділити, хоча б в уяві, на ще дрібніші часточки, які б стали предметом подальшого розгляду?

[ред.] Атомістична теорія в римській науці

Римський поет Лукрецій (96 – 55 рок до н.е.) був одним з небагатьох римлян, які проявляли інтерес до чистої науки. В своїй поемі Про природу речей (De rerum natura) він детально вибудовав факти, які свідчать на користь атомістичної теорії. Наприклад, вітер, який дує з великою силою, хоча ніхто не може його бачити, напевне складається з часток, замалих щоб їх розгледіти. Ми можемо відчувати речі на відстані по запаху, звуку і теплу, які поширюються, залишаючись невидимими.

Лукрецій пов'язує властивості речей з всластивостями їх складових, тобто атомів: атоми рідини малі і мають округлу форму, тому рідина тече так легко і просочується через пористу речовину, тоді як атоми твердих речовин мають крючки, якими вони зчеплені між собою. Так само і різноманітні смакові відчуття і звуки різної гучності складаються з атомів відповідних форм – від простих і гармонійних до звивистих та нерегулярних.

Але вчення Лукреція були засуджені церквою, оскільки він дав досить матеріалістичну їх інтерпретацію: наприклад, уявлення про те, що Бог, запустивши один раз атомний механізм, більш не втручається в його роботу, чи те, що душа помирає разом з тілом.

[ред.] Перші теорії про будову атома

Одна з перших теорій про будову атома, яка має вже сучасні обриси була описана Галілеєм (1564–1642). Згідно його теорії речовина складається з часток, які не перебувають в стані спокою, а під впливом тепла рухаються у всі сторони; тепло – є нічим іншим аніж рухом часток. Структура часток є складною, і якщо позбавити будь-яку частку її матеріальної оболонки, то зсередини бризне світло. Галілей був першим, хто, хоча і в фантастичній формі, представив будову атома.

[ред.] Наукові основи

В 19 столітті Джон Дальтон одержав свідчення існування атомів, але припускав, що вони неподільні. Ернест Резерфорд показав експериментально, що атом складається з ядра, оточеного негативно зарядженими частками - електронами.

[ред.] Джерела

  • Білий М.У. (1973). Атомна фізика, Київ: Вища школа.
  • Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. (1974). Теоретическая физика. т. ІІІ. Квантовая механика. Нерелятивистская теория., Москва: Наука..



Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.
Static Wikipedia 2008 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu -

Static Wikipedia 2007 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu -

Static Wikipedia 2006 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu