Атом

будова атомаАтом - це найменша частинка хімічного елемента, яка зберігає всі його хімічні властивості. Атом складається з ядра, що має позитивний електричний заряд, і негативно заряджених електронів. Заряд ядра будь-якого хімічного елемента дорівнює добутку Z e, де Z - порядковий номер елемента в періодичній системі хімічних елементів, е - величина елементарного електричного заряду.
Електрон - найдрібніша частинка речовини з негативним електричним зарядом е=1,6·10-19 кулона, прийнятим за елементарний електричний заряд. Електрони, обертаючись навколо ядра, розташовуються на електронних оболонках К, L, М і т. д. До - оболонка, найближча до ядра. Розмір атома визначається розміром його електронної оболонки. Атом може втрачати електрони і ставати позитивним іоном або приєднувати електрони і стає негативним іоном. Заряд іона визначає число втрачених або приєднаних електронів. Процес перетворення нейтрального атома в заряджений іон називається іонізацією.
Атомне ядро (центральна частина атома складається з елементарних ядерних частинок - протонів і нейтронів. Радіус ядра приблизно в сто тисяч разів менше радіуса атома. Щільність атомного ядра надзвичайно велика. Протони - стабільні елементарні частинки, що мають одиничний позитивний електричний заряд і масу, в 1836 разів більшу, ніж маса електрона. Протон являє собою ядро атома найлегшого елемента - водню. Число протонів у ядрі дорівнює Z. Нейтрон - нейтральна (не має електричного заряду) елементарна частинка з масою, дуже близькою до маси протона. Оскільки маса ядра складається з маси протонів і нейтронів, то число нейтронів в ядрі атома дорівнює А - Z, де А - масове число даного ізотопу (див. Періодична система хімічних елементів). Протон і нейтрон, що входять до складу ядра, називаються нуклонами. Нуклони В ядрі пов'язані особливими ядерними силами.
В атомному ядрі є величезний запас енергії, яка вивільняється при ядерних реакціях. Ядерні реакції виникають при взаємодії атомних ядер з елементарними частинками або з ядрами інших елементів. В результаті ядерних реакцій утворюються нові ядра. Наприклад, нейтрон може переходити в протон. У цьому випадку з ядра викидається бета-частинка, тобто електрон.
Перехід в ядрі протона в нейтрон може здійснюватися двома шляхами: або з ядра випускається частинка з масою, рівною масі електрона, але з позитивним зарядом, звана позитронів (позитронний розпад), або ядро захоплює один з електронів з найближчої до нього До-оболонки (К-захоплення).
Іноді утворилося ядро володіє надлишком енергії (перебуває у збудженому стані) і, переходячи в нормальний стан, виділяє зайву енергію у вигляді електромагнітного випромінювання з дуже малою довжиною хвилі - гамма-випромінювання. Енергія, що виділяється при ядерних реакціях, практично використовується в різних галузях промисловості.

Атом (грец. atomos - неподільний) найменша частинка хімічного елемента, що володіє його хімічними властивостями. Кожен елемент складається з атомів певного виду. До складу атома входять ядро несе позитивний електричний заряд, і негативно заряджені електрони (див.), що утворюють його електронні оболонки. Величина електричного заряду ядра дорівнює Z-e, де е - елементарний електричний заряд, рівний по величині заряду електрона (4,8·10-10 ел.-ст. од.), Z - атомний номер елемента в періодичній системі хімічних елементів (див.). Так як неіонізоване атом нейтральний, то число електронів, що входять у нього, також одно Z. До складу ядра (див. атомне Ядро) входять нуклони, елементарні частинки з масою, приблизно в 1840 разів більшою від маси електрона (дорівнює 9,1·10-28 р), протони (див.), заряджені позитивно, і не мають заряду нейтрони (див.). Число нуклонів у ядрі називається масовим числом і позначається буквою А. Кількість протонів у ядрі дорівнює Z, визначає число входять в атом електронів, будову електронних оболонок і хімічні властивості атома. Кількість нейтронів у ядрі дорівнює А-Z. Ізотопами називаються різновиди одного і того ж елемента, А. яких відрізняються один від одного масовим числом А, але мають однакові Z. Таким чином, в ядрах А. різних ізотопів одного елемента є різне число нейтронів при однаковому числі протонів. При позначенні ізотопів масове число А записується зверху від символу елемента, а атомний номер внизу; наприклад, ізотопи кисню позначаються:
Розміри атома визначаються розмірами електронних оболонок і становлять для всіх Z величину порядку 10-8 див. Оскільки маса всіх електронів А. в кілька тисяч разів менше маси ядра, маса А. пропорційна масовому числу. Відносна маса атома даного ізотопу визначається по відношенню до маси А. ізотопу вуглецю З12, прийнятої за 12 одиниць, і називається ізотопної масою. Вона виявляється близькою до масового числа відповідного ізотопу. Відносний вагу А. хімічного елемента являє собою середнє (з урахуванням відносної поширеності ізотопів даного елементу) значення ізотопного ваги і називається атомною вагою (масою).
Атом є мікроскопічною системою, і його будова і властивості можуть бути пояснені лише за допомогою квантової теорії, створеної в основному в 20-е роки 20 століття і призначена для опису явищ атомного масштабу. Досліди показали, що мікрочастинки - електрони, протони, атоми і т. д.,- крім корпускулярних, володіють хвильовими властивостями, що проявляються у дифракції та інтерференції. У квантовій теорії для опису стану мікрооб'єктів використовується деякий хвильове поле, що характеризується хвильовою функцією (Ψ-функція). Ця функція визначає ймовірності можливих станів микрообъекта, тобто характеризує потенційні можливості прояву тих чи інших його властивостей. Закон зміни функції Ψ в просторі і часі (рівняння Шредінгера), що дозволяє знайти цю функцію, відіграє у квантовій теорії ту ж роль, що в класичній механіці закони руху Ньютона. Рішення рівняння Шредінгера в багатьох випадках призводить до дискретним можливим станам системи. Так, наприклад, у випадку атома виходить ряд хвильових функцій електронів, відповідних різним (квантованим) значень енергії. Система енергетичних рівнів А., розрахована методами квантової теорії, отримала блискуче підтвердження в спектроскопії. Перехід атома з основного стану, відповідного найнижчого енергетичного рівня Е0, у яке-небудь із збуджених станів Ei відбувається при поглинанні певної порції енергії Еi - Е0. Збуджений А. переходить у менш збуджений або основний стан зазвичай з випусканням фотона. При цьому енергія фотона hv дорівнює різниці енергій атома в двох станах: hv= Ei- Еk де h - постійна Планка (6,62·10-27 ерг·с), v - частота світла.
Крім атомних спектрів, квантова теорія дозволила пояснити і інші властивості А. зокрема, були пояснені валентність, природа хімічного зв'язку і будова молекул, створена теорія періодичної системи елементів.