Cele 3 parti ale unui atom (si caracteristicile lor)

Nu rata

Toata materia din Univers este formata din atomi , care alcatuiesc unul dintre cele mai joase niveluri de organizare a materiei. De fapt, tot ceea ce este mai mic nu mai respecta legile fizicii traditionale, pe masura ce intram in lumea particulelor subatomice si chiar in celebra Teorie a Corzilor, ipoteza care sustine ca natura fundamentala a materiei sunt fire unidimensionale in vibratie.

Oricum ar fi, multa vreme s-a crezut ca atomii sunt unitatea indivizibila a materiei. Si asta, in ciuda faptului ca s-a demonstrat ca, intr-adevar, atomii sunt formati din structuri mai mici, ne-a ajutat sa intelegem natura Cosmosului la scara sa cea mai mica.

Dar cat de mic? Foarte mult. Atat de mult incat un singur graunte de nisip ar putea incapea mai mult de 2 milioane de atomi. Aceste unitati compuse dintr-un nucleu in jurul caruia se rotesc electronii fac posibila existenta nu numai a materiei, ci a tuturor legilor care guverneaza comportamentul si functionarea Universului.

Din acest motiv, si cu scopul de a intelege exact ce este un atom, in articolul de astazi vom analiza structura lui, detaliand toate partile din care este alcatuit. Protoni, neutroni, electroni, particule subatomice … Astazi vom afla despre toate acestea.

Ce este un atom?

Aceasta intrebare aparent simpla este mai complicata decat pare. Si este ca definirea unui atom nu este atat de usoara. Cea mai clara definitie este ca un atom este cea mai mica unitate in care se poate obtine materie stabila , adica mentinand proprietatile unui element chimic in cauza.

In esenta, un atom este unul dintre cele mai joase niveluri de organizare a materiei si, dupa cum putem vedea, este cel mai de jos nivel la care materia este stabila, deoarece particulele subatomice, cu exceptia cazurilor specifice, nu pot exista de la sine. adica trebuie sa se uneasca unul cu celalalt.

In acest sens, sa ne imaginam corpul. Daca continuam sa tragem spre cel mai mic, vom vedea ca corpul nostru este format din organe, care, la randul lor, sunt formate din tesuturi. Aceste tesuturi, de catre celule. Aceste celule, prin macromolecule (ADN, proteine, carbohidrati, grasimi…). Aceste macromolecule, prin molecule. Si aceste molecule, dupa atomi.

Prin urmare, am putea defini atomul intr-un mod mai putin stiintific, dar util pentru a-l intelege ca fiecare dintre piesele care alcatuiesc puzzle-ul moleculelor , care sunt scheletul intregii materie din Univers.

Cu totii vizualizam atomul ca pe un nucleu mare in jurul caruia se rotesc particule mici, care sunt electroni, ca si cum ar fi un sistem solar in miniatura. Adica exista un centru (nucleul) in jurul caruia se invart diferite planete (electronii) urmand orbite bine definite. Cu toate acestea, acest model este invechit. Astazi stim ca realitatea nu este asa si ca atunci cand ajungem la niveluri atat de scazute, lucrurile nu se intampla ca in lumea pe care o percepem. Mai tarziu vom vedea cum arata de fapt un atom.

Protonii si neutronii din nucleu sunt formati din quarci, particule subatomice elementare care le confera masa.

Atom si element chimic: cine este cine?

Am comentat anterior ca atomul este cea mai mica unitate de materie care mentine stabile proprietatile unui element chimic, dar ce inseamna mai exact acest lucru? Sa mergem pas cu pas, pentru ca este esential sa intelegem bine relatia atom – element inainte de a continua.

Cu totii am vazut faimosul tabel periodic al elementelor la un moment dat. In ea apar cele, deocamdata, 118 elemente chimice descoperite . In ea apar toate elementele chimice ordonate (acum vom vedea in functie de ce), gasind absolut toate ingredientele materiei cunoscute din Univers.

Absolut tot ceea ce exista, de la corpul nostru la o stea, este o combinatie de elemente diferite. Hidrogen, oxigen, carbon, litiu, fier, aur, mercur, plumb… Fiecare dintre aceste elemente chimice are proprietati unice si interactioneaza cu altele in moduri diferite.

Dar ce legatura au atomii cu toate acestea? Ei bine, practic totul. Si este ca un element chimic este, in esenta, un atom cu un anumit numar de protoni . Si de asta depinde elementul si modul in care sunt ordonate.

In functie de numarul de protoni din nucleu, ne vom confrunta cu un element sau altul. Un element X este orice atom din Univers care are un anumit numar de protoni in nucleul sau. Fiecare element are un numar atomic unic (numar de protoni din nucleu).

Astfel, hidrogenul, cel mai usor si mai abundent element din Univers, are un singur proton in nucleu (plus un neutron si un electron daca este in forma stabila). Daca adaugam altul (reactiile de fuziune nucleara care au loc in interiorul stelelor permit nucleelor ​​atomilor sa se uneasca pentru a da nastere la elemente din ce in ce mai grele), am avea heliu, care are numarul atomic 2.

Si asa mai departe la oganesson, care, cu cei 118 protoni in nucleu, este cel mai greu element (si atom). De fapt, doar primele 94 exista in mod natural. De la 94 la 118 au fost sintetizate doar in laboratoare si au „vieti” foarte scurte.

Pentru a da cateva exemple, elementul oxigen este orice atom cu 8 protoni in nucleu. Carbon, cu 6. Fier, cu 26. Argint, cu 47. Pe scurt, este numarul de protoni din nucleu (numarul de neutroni si electroni este de obicei egal cu numarul de protoni, pentru a egaliza sarcinile electrice, dar noi vom discuta acest lucru mai tarziu) care determina proprietatile atomului. Un atom care, dupa cum vom vedea, indiferent de elementul in cauza, are intotdeauna o structura care variaza foarte putin .

Care este modelul atomic actual?

Dupa cum am mentionat mai devreme, viziunea traditionala a atomului corespunde unui model vechi care este invechit. Si desi ajuta la intelegerea structurii sale, trebuie cel putin sa prezentam modelul actual, care se bazeaza pe legile mecanicii cuantice .

Evident, acest lucru complica lucrurile, deoarece in lumea subatomica, o particula (cum ar fi un electron) poate fi in mai multe locuri deodata. Si va fi intr-unul sau altul in functie de noi, care suntem observatori. Pentru noi, acest lucru nu are niciun sens, dar suntem in lumea subatomica. Si acolo lucrurile nu au aceleasi proprietati ca in lumea noastra. Marea provocare a Fizicii actuale este, tocmai, de a unifica toate legile intr-una singura si, in final, de a conecta lumea cuantica cu cea a relativitatii generale.

Dincolo de asta, lucrul important la modelul actual este ca spune ca atomul este practic gol, adica imaginea tipica a unui nucleu mare cu electronii in apropiere nu este asa. Nucleul este doar o miime din dimensiunea atomului , dar adaposteste 99,99% din masa sa.

Imaginati-va ca un atom este ceva de marimea unui teren de fotbal. Ei bine, in timp ce electronii ar fi ceva de marimea unui cap de ac in jurul colturilor, nucleul ar fi ca o minge de tenis in centrul campului. Sunt incredibil de departe unul de celalalt, dar chiar si asa, se atrag unul pe celalalt. Dar din ce parti este format un atom? Sa vedem.

1. Protoni

Protonul este o particula subatomica compusa din alte particule subatomice elementare (cuarcii) care, impreuna cu neutronii, alcatuiesc nucleul atomului. De fapt, protonii si neutronii sunt incredibil de legati impreuna de forte foarte puternice, atat de mult incat pentru a-i separa, trebuie sa bombardezi nucleul cu alti neutroni, facand nucleul sa se desparta (separa protoni si neutroni), eliberand astfel cantitati uriase. de energie. Energia nucleara se bazeaza tocmai pe asta.

Oricum ar fi, protonul este o particula subatomica cu o sarcina pozitiva si o masa de 2.000 de ori mai mare decat cea a unui electron . In conditii normale, numarul de protoni este egal cu numarul de neutroni si electroni. Dupa cum am discutat, numarul de protoni este cel care determina elementul chimic. Daca se castiga sau se pierd protoni (ambele procese necesita multa energie) in nucleu, elementul este schimbat.

Protonii sunt, deci, particule incarcate pozitiv care contin o mare parte din masa, formand, impreuna cu neutronii, nucleul atomului, adica centrul. Ele sunt tinute impreuna de forta nucleara puternica, care este de o suta de ori mai puternica decat forta electromagnetica.

2. Neutroni

Neutronul este o particula subatomica compusa din alte particule subatomice elementare (cuarcii) care, impreuna cu protonii, alcatuiesc nucleul atomului. Se aseamana foarte mult cu protonii in sensul ca au o masa practic egala cu a lor, desi difera prin faptul ca neutronii nu au sarcina electrica .

Desi acest lucru trebuie subliniat. Si este ca toate particulele subatomice au o sarcina electrica, deoarece este o proprietate intrinseca. Ceea ce se intampla este ca cele trei particule de quarc care alcatuiesc neutronul au sarcini electrice care se compenseaza reciproc, adica sunt egale cu 0. Prin urmare, neutronul nu inseamna ca nu are sarcina, ci ca cele trei sarcini ale sale sunt egale, deci, dupa cum sugereaza si numele, ele sunt neutre.

Numarul de neutroni din nucleu nu determina elementul, dar este de obicei egal cu numarul de protoni. Cand neutroni sunt castigati sau pierduti in nucleul atomului, avem de-a face cu ceea ce este cunoscut sub numele de izotop, care sunt variante mai mult sau mai putin stabile ale elementului in cauza.

Neutronii, deci, sunt particule fara sarcina electrica si cu o masa egala cu cea a protonilor , impreuna cu cele care formeaza nucleul atomului.

3. Electroni

Cu electroni lucrurile se complica. Si este ca nu mai sunt particule subatomice compuse. Electronii sunt particule subatomice elementare (nu sunt formati prin unirea altor particule subatomice, asa cum a fost cazul protonilor si neutronilor), asa ca acum intram pe deplin in fizica cuantica si lucrurile se intampla intr-un mod ciudat.

Un electron este o particula subatomica elementara de 2.000 de ori mai mica decat un proton. De fapt, este vorba despre un attometru in dimensiune, care este de 10 la puterea de -18 metri. Dupa cum stim bine, este o particula cu o sarcina electrica negativa .

Si tocmai aceasta sarcina negativa il face sa orbiteze in jurul nucleului atomului, care, retineti, are o sarcina pozitiva (protonii sunt pozitivi, iar neutronii sunt neutri, deci nucleul ramane pozitiv).

Dupa cum am mentionat, este incredibil de departe de nucleu, asa ca practic intregul atom este literalmente spatiu gol, fara particule. Oricum ar fi, este „atasat” de nucleu prin forta electromagnetica, care este de o suta de ori mai putin intensa decat forta nucleara, ceea ce, dupa cum am vazut, tine protonii si neutronii lipiti impreuna.

Electronii orbiteaza in jurul nucleului urmand cai care, conform modelului actual, nu au nicio legatura cu planetele care orbiteaza in jurul unei stele. Ele nu urmeaza orbite definite si, de fapt, vedem ca se comporta atat ca o unda, cat si ca o particula. Acest lucru, care, a priori, nu are niciun sens, este studiat de fizica cuantica.

Recente