Durant molt de temps moltes propietats de la matèria van romandre en secret per als investigadors. Per què algunes substàncies condueixen bé l'electricitat, mentre que altres no? Per què el ferro es descompon gradualment sota la influència de l'atmosfera, mentre que els metalls nobles es conserven perfectament durant milers d'anys? Moltes d'aquestes preguntes es van respondre després que una persona va prendre consciència de l'estructura de l'àtom: la seva estructura, el nombre d'electrons a cada capa d'electrons. A més, dominar fins i tot els conceptes bàsics de l'estructura dels nuclis atòmics va obrir una nova era per al món.
De quins elements es construeix el maó elemental de la matèria, com interactuen entre ells, què podem aprendre d'això?
L'estructura de l'àtom des de la visió de la ciència moderna
Actualment, la majoria dels científics tendeixen a adherir-se al model planetari de l'estructura de la matèria. Segons aquest model, al centre de cada àtom hi ha un nucli, petit fins i tot en comparació amb l'àtom (és desenes de milers de vegades més petit que el conjunt).àtom). Però no es pot dir el mateix de la massa del nucli. Gairebé tota la massa d'un àtom es concentra al nucli. El nucli està carregat positivament.
Els electrons giren al voltant del nucli en òrbites diferents, no circulars, com és el cas dels planetes del sistema solar, sinó tridimensionals (esferes i volum vuit). El nombre d'electrons d'un àtom és numèricament igual a la càrrega del nucli. Però és molt difícil considerar un electró com una partícula que es mou al llarg d'algun tipus de trajectòria.
La seva òrbita és petita i la velocitat és gairebé com la d'un feix de llum, per la qual cosa és més correcte considerar l'electró juntament amb la seva òrbita com una mena d'esfera carregada negativament.
Membres de la família nuclear
Tots els àtoms estan formats per 3 elements constitutius: protons, electrons i neutrons.
El protó és el principal material de construcció del nucli. El seu pes és igual a una unitat atòmica (la massa d'un àtom d'hidrogen) o 1,67 ∙ 10-27 kg en el sistema SI. La partícula està carregada positivament i la seva càrrega es pren com a unitat en el sistema de càrregues elèctriques elementals.
El neutró és el bessó de massa del protó, però no està carregat de cap manera.
Les dues partícules anteriors s'anomenen nuclids.
Un electró és el contrari d'un protó amb càrrega (la càrrega elemental és -1). Però en termes de pes, l'electró ens decep, la seva massa és només 9, 12 ∙ 10-31 kg, que és gairebé 2 mil vegades més lleuger que un protó o un neutró.
Com es va "veure"
Com podríeu veure l'estructura de l'àtom, si fins i tot els mitjans tècnics més moderns no ho permeteni a curt termini no permetrà obtenir imatges de les seves partícules constitutives. Com sabien els científics el nombre de protons, neutrons i electrons al nucli i la seva ubicació?
La suposició sobre l'estructura planetària dels àtoms es va fer sobre la base dels resultats del bombardeig d'una fina làmina metàl·lica amb diverses partícules. La figura mostra clarament com diverses partícules elementals interaccionen amb la matèria.
El nombre d'electrons que van passar pel metall en els experiments era igual a zero. Això s'explica simplement: els electrons carregats negativament són repel·lits de les capes d'electrons del metall, que també tenen una càrrega negativa.
El feix de protons (càrrega +) va passar per la làmina, però amb "pèrdues". Alguns van ser repel·lits pels nuclis que es van interposar en el camí (la probabilitat d'aquests cops és molt petita), alguns es van desviar de la trajectòria original i van volar massa a prop d'un dels nuclis.
Els neutrons es van convertir en els més "eficaços" pel que fa a la superació del metall. Una partícula amb càrrega neutra es va perdre només en el cas d'una col·lisió directa amb el nucli de la substància, mentre que el 99,99% dels neutrons van passar amb èxit a través del gruix del metall. Per cert, va ser possible calcular la mida dels nuclis de certs elements químics en funció del nombre de neutrons a l'entrada i la sortida.
A partir de les dades obtingudes, es va construir la teoria dominant actualment de l'estructura de la matèria, que explica amb èxit la majoria dels problemes.
Què i quant
El nombre d'electrons en un àtom depèn del nombre atòmic. Per exemple, un àtom d'hidrogen normal ténomés un protó. Un sol electró gira en una òrbita. El següent element de la taula periòdica, l'heli, és una mica més complicat. El seu nucli està format per dos protons i dos neutrons i, per tant, té una massa atòmica de 4.
Amb el creixement del número de sèrie, la mida i la massa de l'àtom creixen. El número de sèrie d'un element químic de la taula periòdica correspon a la càrrega del nucli (el nombre de protons que hi ha). El nombre d'electrons en un àtom és igual al nombre de protons. Per exemple, un àtom de plom (número atòmic 82) té 82 protons al seu nucli. Hi ha 82 electrons en òrbita al voltant del nucli. Per calcular el nombre de neutrons d'un nucli, n'hi ha prou amb restar el nombre de protons de la massa atòmica:
207 – 82=125.
Per què sempre hi ha números iguals
Tots els sistemes del nostre univers s'esforcen per l'estabilitat. Aplicat a l'àtom, això s'expressa en la seva neutralitat. Si per un segon ens imaginem que tots els àtoms sense excepció de l'Univers tenen una càrrega o una altra de magnituds diferents amb signes diferents, es pot imaginar quin tipus de caos vindria al món.
Però com que el nombre de protons i electrons en un àtom és igual, la càrrega total de cada "maó" és zero.
El nombre de neutrons en un àtom és un valor independent. A més, els àtoms d'un mateix element químic poden tenir un nombre diferent d'aquestes partícules amb càrrega zero. Exemple:
- 1 protó + 1 electró + 0 neutrons=hidrogen (massa atòmica 1);
- 1 protó + 1 electró + 1 neutró=deuteri (massa atòmica 2);
- 1 protó + 1 electró + 2neutró=triti (massa atòmica 3).
En aquest cas, el nombre d'electrons de l'àtom no canvia, l'àtom roman neutral, la seva massa canvia. Aquestes variacions d'elements químics s'anomenen isòtops.
És un àtom sempre neutre
No, el nombre d'electrons d'un àtom no sempre és igual al nombre de protons. Si un o dos electrons no es poguessin "treure" d'un àtom durant un temps, no hi hauria tal cosa com la galvanització. Un àtom, com qualsevol matèria, es pot influir.
Sota la influència d'un camp elèctric prou fort de la capa externa de l'àtom, un o més electrons poden "volar". En aquest cas, la partícula de la substància deixa de ser neutra i s'anomena ió. Es pot moure en un medi gasós o líquid, transferint una càrrega elèctrica d'un elèctrode a un altre. D'aquesta manera, una càrrega elèctrica s'emmagatzema a les bateries i les pel·lícules més fines d'alguns metalls s'apliquen a les superfícies d' altres (daurat, platejat, cromat, niquelat, etc.).
El nombre d'electrons també és inestable en els metalls, conductors del corrent elèctric. Els electrons de les capes exteriors, per dir-ho, caminen d'àtom en àtom, transferint energia elèctrica a través del conductor.
