Името "атом" се превежда от гръцки като "неделим". Всичко около нас - твърди тела, течности и въздух - е изградено от милиарди от тези частици.
Появата на версията за атома
Атомите за първи път стават известни през 5-ти век пр.н.е., когато гръцкият философ Демокрит предполага, че материята се състои от движещи се малки частици. Но тогава не беше възможно да се провери версията за тяхното съществуване. И въпреки че никой не можеше да види тези частици, идеята беше обсъдена, защото единственият начин учените можеха да обяснят процесите, протичащи в реалния свят. Следователно те вярваха в съществуването на микрочастици много преди да успеят да докажат този факт.
Само през 19-ти век. те започват да се анализират като най-малките съставни части на химичните елементи, притежаващи специфичните свойства на атомите – способността да влизат в съединения с други в строго предписано количество. В началото на 20-ти век се смяташе, че атомите са най-малките частици на материята, докато не беше доказано, че са съставени от още по-малки единици.
От какво е направен химически елемент?
Атомът на химичен елемент е микроскопичен градивен елемент на материята. Молекулното тегло на атома се превърна в определящата характеристика на тази микрочастица. Единствено откриването на периодичния закон на Менделеев доказа, че техните видове са различни форми на една материя. Те са толкова малки, че не могат да се видят с обикновени микроскопи, а само с най-мощните електронни устройства. За сравнение, косъмът на човешката ръка е милион пъти по-широк.
Електронната структура на атома има ядро, състоящо се от неутрони и протони, както и електрони, които правят обороти около центъра в постоянни орбити, подобно на планетите около своите звезди. Всички те се държат заедно от електромагнитна сила, една от четирите основни сили във Вселената. Неутроните са частици с неутрален заряд, протоните са надарени с положителен заряд, а електроните с отрицателен. Последните са привлечени от положително заредени протони, така че са склонни да останат в орбита.
Атомна структура
В централната част има ядро, което запълва минималната част от целия атом. Но проучванията показват, че почти цялата маса (99,9%) се намира в него. Всеки атом съдържа протони, неутрони, електрони. Броят на въртящите се електрони в него е равен на положителния централен заряд. Частици със същия ядрен заряд Z, но различна атомна маса A и брой неутрони в ядрото N се наричат изотопи, а със същия A и различни Z и N се наричат изобари. Електронът е най-малката частица материя с негативелектрически заряд e=1,6 10-19 кулон. Зарядът на един йон определя броя на загубените или получени електрони. Процесът на метаморфоза на неутрален атом в зареден йон се нарича йонизация.
Нова версия на модела на атома
Физиците са открили много други елементарни частици досега. Електронната структура на атома има нова версия.
Смята се, че протоните и неутроните, без значение колко малки са те, се състоят от най-малките частици, наречени кварки. Те представляват нов модел за изграждане на атома. Тъй като учените събираха доказателства за съществуването на предишния модел, днес те се опитват да докажат съществуването на кварки.
RTM е устройството на бъдещето
Съвременните учени могат да видят атомни частици от вещество на компютърен монитор, както и да ги преместват по повърхността с помощта на специален инструмент, наречен сканиращ тунелен микроскоп (RTM).
Това е компютъризиран инструмент с накрайник, който се движи много внимателно близо до повърхността на материала. Докато върхът се движи, електроните се движат през пролуката между върха и повърхността. Въпреки че материалът изглежда идеално гладък, той всъщност е неравномерен на атомно ниво. Компютърът прави карта на повърхността на материята, създавайки изображение на нейните частици и по този начин учените могат да видят свойствата на атома.
Радиоактивни частици
Отрицателно заредените йони обикалят около ядрото на достатъчно голямо разстояние. Структурата на атома е такава, че той е цяле наистина неутрален и няма електрически заряд, защото всичките му частици (протони, неутрони, електрони) са в баланс.
Радиоактивният атом е елемент, който може лесно да бъде разделен. Неговият център се състои от много протони и неутрони. Единственото изключение е диаграмата на водородния атом, който има един единствен протон. Ядрото е заобиколено от облак от електрони, тяхното привличане ги кара да се въртят около центъра. Протоните с еднакъв заряд се отблъскват един друг.
Това не е проблем за повечето малки частици, които имат няколко от тях. Но някои от тях са нестабилни, особено големите като урана, който има 92 протона. Понякога центърът му не издържа на такова натоварване. Те се наричат радиоактивни, защото излъчват няколко частици от ядрото си. След като нестабилното ядро се отърве от протоните, останалите протони образуват нова дъщеря. То може да бъде стабилно в зависимост от броя на протоните в новото ядро или може да се раздели допълнително. Този процес продължава, докато остане стабилно дъщерно ядро.
Свойства на атомите
Физичните и химичните свойства на атома се променят естествено от един елемент в друг. Те се определят от следните основни параметри.
Атомна маса. Тъй като основното място на микрочастиците е заето от протони и неутрони, тяхната сума определя броя, който се изразява в атомни масови единици (amu) Формула: A=Z + N.
Атомен радиус. Радиусът зависи от местоположението на елемента в системата на Менделеев, химвръзки, брой съседни атоми и квантово механично действие. Радиусът на ядрото е сто хиляди пъти по-малък от радиуса на самия елемент. Структурата на атома може да загуби електрони и да стане положителен йон, или да добави електрони и да стане отрицателен йон.
В периодичната система на Менделеев всеки химичен елемент заема определеното му място. В таблицата размерът на атома се увеличава, когато се движите отгоре надолу и намалява, когато се движите отляво надясно. От това най-малкият елемент е хелий, а най-големият е цезий.
Валентност. Външната електронна обвивка на атома се нарича валентна обвивка, а електроните в нея са получили съответното име - валентни електрони. Техният брой определя как един атом е свързан с останалите посредством химическа връзка. Чрез метода на създаване на последната микрочастица те се опитват да запълнят външните си валентни обвивки.
Гравитация, привличането е силата, която държи планетите в орбита, поради нея предмети, освободени от ръцете, падат на пода. Човек забелязва повече гравитацията, но електромагнитното действие е в пъти по-мощно. Силата, която привлича (или отблъсква) заредените частици в атома е 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 пъти по-мощна от гравитацията в него. Но има още по-силна сила в центъра на ядрото, която може да държи протони и неутрони заедно.
Реакциите в ядрата създават енергия като в ядрени реактори, където атомите се разделят. Колкото по-тежък е елементът, толкова повече частици са изградени от неговите атоми. Ако съберем общия брой протони и неутрони в даден елемент, ще го откриеммаса Например, уранът, най-тежкият елемент, открит в природата, има атомна маса от 235 или 238.
Разделяне на атом на нива
Енергийните нива на атома са размерите на пространството около ядрото, където електронът е в движение. Има общо 7 орбитали, съответстващи на броя на периодите в периодичната таблица. Колкото по-отдалечено е местоположението на електрона от ядрото, толкова по-значителен е енергиен резерв той. Номерът на периода показва броя на атомните орбитали около ядрото му. Например, калият е елемент от 4-ти период, което означава, че има 4 енергийни нива на атома. Номерът на химичния елемент съответства на неговия заряд и броя на електроните около ядрото.
Атомът е източник на енергия
Вероятно най-известната научна формула е открита от немския физик Айнщайн. Тя твърди, че масата не е нищо друго освен форма на енергия. Въз основа на тази теория е възможно материята да се превърне в енергия и да се изчисли по формулата колко от нея може да се получи. Първият практически резултат от тази трансформация бяха атомни бомби, които първо бяха изпитани в пустинята Лос Аламос (САЩ), а след това експлодираха над японските градове. И въпреки че само една седма от експлозива се превърна в енергия, разрушителната сила на атомната бомба беше ужасна.
За да може ядрото да освободи своята енергия, то трябва да се срине. За да го разделите, е необходимо да се действа с неутрон отвън. Тогава ядрото се разпада на две други, по-леки, като същевременно осигурява огромно освобождаване на енергия. Разпадът води до освобождаване на други неутрони,и те продължават да разделят други ядра. Процесът се превръща във верижна реакция, която води до огромно количество енергия.
Плюсове и минуси на използването на ядрена реакция в наше време
Разрушителна сила, която се освобождава по време на трансформацията на материята, човечеството се опитва да укроти в атомните електроцентрали. Тук ядрената реакция не протича под формата на експлозия, а като постепенно отделяне на топлина.
Производството на атомна енергия има своите плюсове и минуси. Според учените, за да поддържаме нашата цивилизация на високо ниво, е необходимо да използваме този огромен източник на енергия. Но също така трябва да се има предвид, че дори най-модерните разработки не могат да гарантират пълната безопасност на атомните електроцентрали. Освен това радиоактивните отпадъци, произведени по време на производството на енергия, ако се съхраняват неправилно, могат да засегнат нашите потомци в продължение на десетки хиляди години.
След аварията в атомната електроцентрала в Чернобил все повече хора смятат производството на ядрена енергия за много опасно за човечеството. Единствената безопасна електроцентрала от този вид е Слънцето с неговата огромна ядрена енергия. Учените разработват всякакви модели на слънчеви клетки и може би в близко бъдеще човечеството ще може да си осигури безопасна атомна енергия.
