Pojecie atomu

Słowa atom używano już w IV wieku p.n.e.. Po raz pierwszy użył go Demokryt, grecki filozof z Abwery. Pochodzi "Athomos" znaczy niepodzielny w języku greckim. Dopiero w XIX udowodniono, że atom zbudowany jest z jeszcze mniejszych cząstek.

Postulaty teorii Daltona

John Dalton, angielski uczony, opracował w 1804r. tezę atomistyczno - cząsteczkową budowy materii. We współczesnej formie jest ona aktualna do dzisiaj.

Jej postulaty zakładają, że:

Pierwiastek chemiczny złożony jest z bardzo małych cząstek, które nazwano atomami.

Wszystkie atomy danego pierwiastka wykazują identyczne właściwości chemiczne.

Atomy należące do różnych pierwiastków cechują się odrębnymi własnościami fizycznymi oraz chemicznymi. W przyrodzie jest tyle atomów ile pierwiastków.

Atom określonego pierwiastka nie ulega przekształceniu w innego rodzaju atom (który charakteryzuje inny pierwiastek) w wyniku standardowej reakcji chemicznej.

Tworzenie związków chemicznych przez pierwiastki jest związane z łączeniem różnych atomów (należących do różnych pierwiastków) w wyniku czego powstają cząsteczki.

Związek chemiczny składa się cząsteczek. Cząsteczki, wchodzące w skład związku chemicznego,

są identyczne pod względem budowy i właściwości.

Rozkład związku chemicznego następuje w wyniku rozpadu cząsteczek na atomy pierwiastków.

Atomy należące do tego samego pierwiastka również mogą tworzyć cząsteczki.

W środkowej części atomu zlokalizowane jest jądro (ma ładunek dodatni) zbudowane z protonów neutronów,

a za jego trwałość odpowiadają siły jądrowe. Wokół jądra krążą z bardzo dużą prędkością elektrony (ok 6 mld okrążeń na μs). Tworzą one ujemnie naładowana chmurę elektronową. Elektrony rozmieszczone są na różnych powłokach, obecnie znane pierwiastki posiadają maksymalnie 7 takich powłok.

Model atomu Bohra

Według modelu Bohra elektrony poruszają się po orbitach (powłoki), tak jak Ziemia wokół Słońca. Mogą one przechodzić z jednej powłoki na drugą czemu towarzyszy absorpcja lub emisja energii. Wartość energii dla elektronu zależy od odległości od jądra (im dalej tym jest większa). Energia elektronu może zmieniać się jedynie w sposób skokowy (skwantowany), co wiąże się z tym, ze elektron musi pochłonąć ściśle określoną porcje energii. Stan o wyższej energii jest nietrwały i nosi on nazwę go stanu wzbudzonego.

Jądro atomowe zbudowane jest z protonów oraz neutronów. Liczbę protonów określa liczba atomowa

Z (posiadająca taką samą wartość jak liczba porządkowej). Pierwiastek charakteryzuje również liczba masowa A, będąca liczba nukleonów, czyli sumy protonów oraz neutronów w jadrze atomowym.

Elektrony, znajdujące się wokół jądra posiadają ładunek ujemny, podczas gdy neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego, protony - elementarny ładunek dodatni.

Liczbę neutronów określa się wyrażeniem:

n = A- Z

Zazwyczaj liczba neutronów w pierwiastkach lżejszych jest taka sama jak liczba protonów, a w pierwiastkach

o dużych liczbach atomowych ilość neutronów jest większa niż protonów.

Model atomu Schrodingera

W tym modelu kwantowo - mechanicznym szczególna uwagę zwraca się na elektrony, które tworzą chmurę elektronową. Można mówić o prawdopodobieństwie znalezienia elektronu naokoło jądra, nie o jego krążeniu po orbitach.

Budowa atomu

Protonem zostało nazwane jądro atomu wodoru, (najprostsze jądro) i oznaczono symbolem p. Posiada ono jeden elementarny ładunek dodatni, który jest równy wartości ładunkowi elektronu. Dopiero dalsze doświadczenia dowiodły, że jądro zbudowane jest z protonów. Cząstka ta jest trwałą cząsteczką elementarną o masie 1,007 u (jednostka masy atomowej), 1836 razy większą niż masa elektronu. Jednostkowy elementarny ładunek protonu oznaczony został przez 1, a średnica wynosi ok. 10-14 m.

Wprowadzone zostało także pojęcie liczby atomowej Z, jako liczby protonów budujących jądro atomowe. Taka sama ilość protonów wchodzących w skład jądra jest charakterystyczna dla danego pierwiastka, tak więc wszystkie atomy określonego pierwiastka posiadają w jądrach identyczną ilość protonów.

Odkrycie neutronu (obojętnej cząstki elementarnej) zawdzięczamy sir James'owi Chadwick'owi, który w 1932r. odkrył neutron, a w 1935r. został laureatem Nagrody Nobla. Ta elementarna elektrycznie obojętna cząstka ma masę podobną do masy protonu, wynoszącą 1,0087u.

Trwałość jądra jest utrzymywana dzięki siłom jądrowym. Mają one bardzo niewielki zasięg działania z powodu

bardzo małego promienia jądra atomowego, którego średnica jest równa ok. 10-15 - 10-14 m.

Suma protonów oraz neutronów w zasadzie jest równa masie jądra w jednostkach mas atomowych u.

Elektrony, znajdujące się wokół jądra występują w postaci " ujemnej chmury ", nie są skupione jako ładunek punktowy. Dlatego też gęstość elektronów w różnych obszarach okazuje się różna i zależy od odległości

od jądra. Uszeregowanie pierwiastków ze wzrostem liczby atomowej związane jest ze zmianą w budowie: kolejne pierwiastki będą miały coraz więcej elektronów tworzących coraz większą "chmurę".

Protony i neutrony tworzą rdzeń atomowy.

Elektrony ostatniej powłoki nazywają się walencyjnymi i determinują one właściwości danego pierwiastka.

Do dzisiejszego dnia znamy pierwiastki, których elektrony umieszczone są na 7 powłokach elektronowych. Maksymalną liczbę elektronów znajdujących się na jednej powłoce można obliczyć stosując następujący wzór:

2n2

Gdzie n jest numerem powłoki elektronowej

Obserwacja atomu

Po raz pierwszy człowiek zobaczył atom w latach 50-tych XX w przy użyciu mikroskopu jonowego stworzonego przez Erwina Mullera. Za jego pośrednictwem można było uzyskać obraz (odwzorowanie) atomów metalu (pojedynczych). Obecnie do tego celu stosuje się mikroskopy skaningowe (od lat 70-tych), a także nowocześniejszych - tunelowych. W XX wieku odkryto nie tylko protony, elektrony i neutrony, ale także ich elementy składowe, kwarki. Obecnie kwark jest najmniejszą cząstką składową atomu.