Atomy
Fakty, Podsumowanie & Definicja
- Atomy są najmniejszą jednostką materii i łączą się w cząsteczki
- Zawierają protony, neutrony, i elektrony
- Ponad 99% atomu to pusta przestrzeń, ale elektrony powodują, że atomy się odpychają
- Liczba protonów w atomie określa jego liczbę atomową
- Liczba protonów i neutronów określa jego masę atomową
Czym są atomy?
Atomy to najmniejsze jednostki materii (coś, co można fizycznie dotknąć), które zachowują wszystkie właściwości chemiczne pierwiastka. Łączą się one w cząsteczki (które z kolei tworzą ciała stałe, gazy i ciecze).
Cząstki atomowe
Atomy zbudowane są z trzech podstawowych cząstek. Są to elektrony, protony i neutrony – są one wspólnie określane jako cząstki subatomowe.
Jądro atomu zawiera zarówno protony (które są cząstkami naładowanymi dodatnio), jak i neutrony (które nie mają ładunku). Te protony i neutrony są wspólnie nazywane nukleonami i są związane ze sobą siłą zwaną resztkową siłą silną. Liczba neutronów w stosunku do liczby protonów pomaga określić stabilność jądra.
Otoczeniem jądra są powłoki elektronowe, które zawierają elektrony (które są ujemnie naładowanymi cząstkami. Właściwości atomu zależą od liczby i rozmieszczenia wszystkich ich particles.
Elektrony są najmniejsze z cząstek subatomowych (są zbyt małe, aby zmierzyć je za pomocą technik obecnie dostępnych dla naukowców) i mają ładunek ujemny. Są one związane z jądrem ze względu na ich przeciwne ładunki elektryczne. Jeśli atom ma więcej lub mniej elektronów niż wynosi jego liczba atomowa, to atom staje się naładowany i nazywany jest jonem – jeśli atom ma więcej elektronów, to staje się bardziej ujemny; jeśli atom ma mniej elektronów, to staje się bardziej dodatni. Elektrony nie mają struktury wewnętrznej i dlatego nazywane są cząstkami elementarnymi.
Protony posiadają ładunek dodatni i są 1836 razy cięższe od elektronu. Liczba protonów w atomie jest równa liczbie atomowej. Każdy proton składa się z dwóch kwarków górnych i jednego kwarka dolnego – są one rodzajem cząstek elementarnych. Kwarki są utrzymywane razem przez siłę zwaną oddziaływaniem silnym – w tym silnym oddziaływaniu pośredniczą gluony (inny rodzaj cząstek elementarnych).
Neutrony są najcięższymi cząstkami subatomowymi i ważą 1839 razy więcej niż elektron. Nie posiadają żadnego ładunku. Każdy neutron jest utworzony z jednego kwarka górnego i dwóch kwarków dolnych.
Następny obrazek przedstawia strukturę atomu. Widać jądro i powłoki elektronowe:
Masa atomu
Protony i neutrony mają taką samą masę 1,67 × 10-24 grama – naukowcy zwykle określają tę ilość jednym daltonem. Podczas gdy mają podobną masę, neutrony nie mają ładunku (podczas gdy protony tak). Oznacza to, że neutrony będą miały duży udział w masie atomu, ale nie w jego ładunku.
Elektrony są znacznie mniejsze i ważą tylko 9.11 × 10-28 gramów – oznacza to, że nie mają znaczącego udziału w masie atomu, ale ze względu na jego ładunek.
Poniższa tabela przedstawia położenie, masę i ładunek wszystkich cząsteczek znajdujących się w atomie.
Objętość atomu
Ponad 99% atomu stanowi pusta przestrzeń. Jednak powodem, dla którego obiekty nie przechodzą przez siebie nawzajem, są elektrony. Elektrony, które otaczają każdy atom są naładowane ujemnie, a więc odpychają się wzajemnie, gdy są blisko siebie kupione. Zapobiega to zajmowaniu przez atomy tej samej przestrzeni co inne.
Liczba atomowa
Liczba protonów w atomie określa jego liczbę atomową – jest to zwykle oznaczane przez Z. Wartość ta nigdy się nie zmieni, chyba że jądro w jakiś sposób się rozpadnie lub jądro zostanie zbombardowane (fizyka jądrowa). Na przykład, liczba atomowa węgla wynosi 6, ponieważ ma on 6 protonów. Liczba atomowa pomaga odróżnić pierwiastki od siebie. Liczba elektronów w atomie jest zawsze równa liczbie protonów – to wyjaśnia, dlaczego atomy nie mają ładunku całkowitego.
Liczba masowa
Całkowita liczba protonów i neutronów w atomie określa jego liczbę masową – jest ona zwykle oznaczana przez A. Elektrony są zwykle pomijane przy obliczaniu masy elektronu, ponieważ ich masa jest tak znikoma. Liczbę neutronów w pierwiastku można obliczyć za pomocą następującego równania:
liczba masowa – liczba protonów = liczba neutronów
Isotopy tego samego pierwiastka będą miały tę samą liczbę atomową, ale inną liczbę masową – dzieje się tak dlatego, że mogą mieć różną liczbę neutronów. Większość pierwiastków ma wiele naturalnie występujących izotopów. Należy również wiedzieć, że masa atomowa pierwiastka jest równa średniej względnej liczebności wszystkich jego izotopów. Na przykład węgiel ma trzy izotopy, ale ponieważ węgiel-12 stanowi około 99% całego węgla – to dlatego węgiel ma masę atomową 12.
Dalsza lektura
http://www.chem4kids.com/files/atom_structure.html
https://www.livescience.com/37206-atom-definition.html
http://www2.open.ac.uk/openlearn/periodictablephase2/atom.html
https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Atomic_Theory/Isotopes
.