Оглавление

Атом

Атомы и их строение
- Атомы состоят из ядра, окруженного электронами.
- Ядро состоит из протонов и нейтронов.
- Атомы различаются количеством протонов.
- Изотопы имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.
Размеры и масса атомов
- Атомы чрезвычайно малы, около 100 пикометров в поперечнике.
- Толщина человеческого волоса составляет около миллиона атомов углерода.
- Атомы меньше длины волны видимого света.
- Более 99,9994% массы атома находится в ядре.
Электрические заряды и взаимодействие
- Протоны имеют положительный заряд, нейтроны не имеют заряда.
- Электроны заряжены отрицательно и связаны с ядром.
- Атом электрически нейтрален, если число протонов и электронов равно.
- Ионы образуются при избытке или недостатке электронов.
Химические связи и соединения
- Атомы могут соединяться, образуя химические соединения.
- Химия изучает эти изменения.
История атомной теории
- Идея о неделимых частицах появилась в древних культурах.
- Джон Дальтон ввел термин “атом” в начале 19 века.
- Закон множественных пропорций Далтона показал, что элементы комбинируются в определенных соотношениях.
Открытие электрона и ядра
- Дж. Дж. Томсон открыл электроны в 1897 году.
- Томсон предположил, что атом состоит из электронов и положительного заряда.
- Эрнест Резерфорд открыл атомное ядро в 1911 году.
Модель Бора и квантование
- Нильс Бор предложил модель, где электроны вращаются вокруг ядра по конечным орбитам.
- Квантование объяснило стабильность орбит и дискретные спектры излучения.
Открытие протонов и нейтронов
- Уильям Праут заметил, что атомный вес кратен атомному весу водорода.
- Томсон обнаружил, что положительный заряд атома больше отрицательного заряда электрона.
- Генри Мозли обнаружил связь между частотой рентгеновского излучения и атомным номером.
Открытие протона
- В 1919 году Резерфорд обнаружил, что при бомбардировке азота альфа-частицами выделяются ионы водорода.
- В 1920 году он назвал ядро водорода протоном.
- Число протонов в атоме равно порядковому номеру элемента в периодической таблице Менделеева.
Открытие нейтрона
- В 1928 году Боте заметил, что бериллий при бомбардировке альфа-частицами испускает электрически нейтральное излучение.
- В 1932 году Чедвик обнаружил, что это излучение состоит из электрически нейтральных частиц, названных нейтронами.
Квантовая механика и принцип неопределенности
- В 1925 году Гейзенберг опубликовал первую последовательную математическую формулировку квантовой механики.
- В 1927 году Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, согласно которому невозможно точно измерить положение и импульс частицы одновременно.
Структура атома
- Атом состоит из электрона, протона и нейтрона.
- Электрон имеет отрицательный заряд и массу 9,11×10-31 кг.
- Протоны имеют положительный заряд и массу 1,6726×10-27 кг.
- Нейтроны не имеют электрического заряда и массу 1,6749×10-27 кг.
Ядро атома
- Протоны и нейтроны образуют атомное ядро, называемое нуклонами.
- Радиус ядра составляет 1.07A3 фемтометры, где A — общее число нуклонов.
- Нуклоны связаны остаточным сильным взаимодействием.
Стабильность ядра
- Атомы одного элемента имеют одинаковое количество протонов, но количество нейтронов может варьироваться.
- Количество нейтронов определяет стабильность ядра.
- Ядро может быть модифицировано бомбардировкой высокоэнергетическими частицами или фотонами.
Ядерный синтез и деление
- Ядерный синтез происходит при соединении атомных частиц в более тяжелое ядро.
- Ядерное деление — это распад ядра на два более мелких ядра.
- Разница между массами слитых частиц может быть испущена в виде энергии.
Слияние ядер и термоядерный синтез
- Слияние ядер с атомным номером ниже 26 и массовым числом ниже 60 является экзотермическим процессом.
- Для более тяжелых ядер термоядерный синтез становится эндотермическим.
- Термоядерный синтез не может поддерживать гидростатическое равновесие звезды.
Электронное облако и атомные орбитали
- Электроны притягиваются к протонам в ядре под действием электромагнитной силы.
- Электронное облако — это область внутри потенциальной ямы, где электроны образуют стоячие волны.
- Орбитали имеют дискретный набор и различаются по размеру, форме и ориентации.
- Каждая орбиталь соответствует определенному энергетическому уровню электрона.
Свойства атомов
- Атомы с одинаковым числом протонов принадлежат к одному химическому элементу.
- Изотопы имеют разное количество нейтронов, но одинаковое число протонов.
- На Земле встречается около 339 нуклидов, из которых 251 стабильны.
- Стабильность изотопов зависит от соотношения протонов и нейтронов и наличия “магических чисел”.
Масса и форма атомов
- Масса атома определяется количеством нуклонов (протонов и нейтронов).
- Атомная масса выражается в дальтонах и молях.
- Атомы не имеют четко выраженной границы, их размеры описываются атомным радиусом.
- Атомные радиусы зависят от расположения атома, типа химической связи и квантово-механических свойств.
- Атомы в тысячи раз меньше длин волн света и не видны в оптический микроскоп.
Размеры атомов
- Толщина человеческого волоса составляет около 1 миллиона атомов углерода
- В капле воды содержится около 2 секстиллионов атомов кислорода и вдвое больше атомов водорода
- Алмаз весом в один карат содержит около 10 секстиллионов атомов углерода
Радиоактивный распад
- Каждый элемент содержит изотопы с нестабильными ядрами
- Альфа-распад: ядро испускает альфа-частицу, новый элемент с более низким атомным номером
- Бета-распад: нейтрон превращается в протон или протон в нейтрон, испускаются бета-частицы
- Гамма-распад: изменение энергетического уровня ядра, испускание электромагнитного излучения
- Другие виды радиоактивного распада: выброс нейтронов, протонов, кластеров нуклонов
Магнитный момент
- Элементарные частицы обладают спином, измеряемым в единицах приведенной постоянной Планка
- В атоме электроны и ядро обладают магнитным моментом
- Ферромагнитные элементы имеют неспаренные электроны, создающие магнитный момент
- Парамагнитные материалы имеют магнитные моменты, выстраивающиеся в линию при наличии магнитного поля
- Ядро атома не имеет спина при четном числе нейтронов и протонов, но может иметь спин при нечетном числе
Уровни энергии
- Потенциальная энергия электрона в атоме отрицательна и достигает минимума внутри ядра
- Электрон может занимать только набор состояний, сосредоточенных в ядре
- Переход электрона между состояниями требует поглощения или испускания фотона
- Спектроскопические измерения позволяют определить состав и свойства вещества
Спектральные линии
- Атомы ведут себя подобно фильтру, поглощая и испуская фотоны
- Спектральные линии могут расщепляться из-за спин-орбитальной связи и эффекта Зеемана
- Присутствие внешнего электрического поля вызывает эффект Старка
- Вынужденное излучение фотона возможно при переходе электрона в более низкое энергетическое состояние
Физические свойства атомов
- Атомы излучают когерентный луч света в узком диапазоне частот.
- Валентность определяется количеством связей, которые атом может образовывать.
- Валентные электроны определяют связь с другими атомами.
Химические реакции и валентность
- Атомы склонны к химической реакции, заполняя или опустошая свои внешние оболочки.
- Элементы с одинаковым количеством валентных электронов образуют группы в периодической таблице Менделеева.
- Благородные газы имеют полностью заполненную внешнюю оболочку.
Состояния атомов
- Атомы могут находиться в различных состояниях вещества в зависимости от температуры и давления.
- При низких температурах атомы образуют конденсат Бозе-Эйнштейна.
Идентификация атомов
- Атомы можно визуализировать с помощью сканирующего туннельного микроскопа.
- Масс-спектрометры измеряют отношение массы ионов к заряду.
- Методы испарения атомов включают атомно-эмиссионную спектроскопию и масс-спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой.
Происхождение и текущее состояние атомов
- Барионная материя составляет около 4% от общей плотности энергии Вселенной.
- Звезды образуются из плотных облаков в межзвездном пространстве.
- Высокая температура внутри звезд делает атомы полностью ионизированными.
Образование атомов
- Электроны существуют во Вселенной с ранних стадий Большого взрыва.
- Атомные ядра образуются в реакциях нуклеосинтеза.
- Атомы стали доминировать над заряженными частицами через 380 000 лет после Большого взрыва.
Земля и атомы
- Большинство атомов Земли присутствовали в туманности, из которой сформировалась Солнечная система.
- Остальные атомы являются результатом радиоактивного распада.
- На Земле есть несколько следовых атомов, которые не были в начале.
Генерирование углерода-14
- Углерод-14 постоянно генерируется космическими лучами в атмосфере.
- Некоторые атомы на Земле созданы искусственно.
Трансурановые элементы
- Из трансурановых элементов на Земле встречаются только плутоний и нептуний.
- Срок радиоактивного существования трансурановых элементов короче возраста Земли.
- Природные месторождения плутония и нептуния образуются в результате захвата нейтронов в урановой руде.
Атомы на Земле
- Земля содержит приблизительно 1,33×1050 атомов.
- 99% атмосферы связано в виде молекул, включая углекислый газ и кислород.
- На поверхности Земли атомы соединяются, образуя различные соединения.
Сверхтяжелые элементы
- Все нуклиды с атомными номерами выше 82 являются радиоактивными.
- Ни один нуклид с атомным номером выше 92 не существует на Земле.
- Может существовать “остров стабильности” с атомными номерами от 110 до 114.
Экзотическая материя
- Каждой частице вещества соответствует частица антивещества.
- В природе не обнаружено ни одного атома антивещества.
- В 1996 году синтезирован антивещественный аналог атома водорода.
- Другие экзотические атомы созданы путем замены протонов, нейтронов или электронов.
Дополнительные ресурсы
- Физический портал
- Портал по химии
- История квантовой механики
- Бесконечная делимость
- Краткий курс химии
- Движение
- Хронология атомной и субатомной физики
- Ядерная модель
- Радионуклид
- Записи
- Рекомендации
- Библиография
- Дальнейшее чтение
- Внешние ссылки
- Определения из Викисловаря
- Средства массовой информации из общего пользования
- Цитаты из викицитатника
- Тексты из Викиисточника
- Учебники из викиучебников
- Ресурсы из Викиверситета
- Атомы в движении – Фейнмановские лекции по физике

Атом – Arc.Ask3.Ru

Атом

Атомы и их строение

Размеры и масса атомов

Электрические заряды и взаимодействие

Химические связи и соединения

История атомной теории

Открытие электрона и ядра

Модель Бора и квантование

Открытие протонов и нейтронов

Открытие протона

Открытие нейтрона

Квантовая механика и принцип неопределенности

Структура атома

Ядро атома

Стабильность ядра

Ядерный синтез и деление

Слияние ядер и термоядерный синтез

Электронное облако и атомные орбитали

Свойства атомов

Масса и форма атомов

Размеры атомов

Радиоактивный распад

Магнитный момент

Уровни энергии

Спектральные линии

Физические свойства атомов

Химические реакции и валентность

Состояния атомов

Идентификация атомов

Происхождение и текущее состояние атомов

Образование атомов

Земля и атомы

Генерирование углерода-14

Трансурановые элементы

Атомы на Земле

Сверхтяжелые элементы

Экзотическая материя

Дополнительные ресурсы

Полный текст статьи:

Атом – Arc.Ask3.Ru

Похожие статьи:

Оставьте комментарий Отменить ответ