Dodaj do listy

Budowa atomu

Atom każdego z pierwiastków zbudowany jest z dodatniego jądra atomowego otoczonego chmurą ujemnie naładowanych elektronów. Składnikami jądra atomowego są protony, których liczbę określa tzw. liczba atomowa (liczba porządkowa Z) oraz neutrony. Sumę neutronów i protonów (czyli tzw. nukleonów, które są składnikami jądra) określa liczba masowa A. Dodatni ładunek jądra atomowego, który wynika z określonej ilości protonów, jest równoważony w obojętnym atomie przez identyczną liczbę elektronów znajdujących się poza jądrem. Ujemny ładunek elektryczny pojedynczego elektronu jest równy - 1,6022×10-19 C (kulomba). Elektron został odkryty w 1987 roku przez Johna Thomsona.

Jądro atomowe jest bardzo mało w porównaniu do rozmiarów całego atomu. Praktycznie cała masa atomu skupiona jest w jego jądrze atomowym.

Substancja składająca się z atomów o tej samej liczbie atomowej to pierwiastek chemiczny. niektóre pierwiastki chemiczne tworzą odmiany alotropowe, które mają różne właściwości chemiczne i fizyczne. Właściwości chemiczne pierwiastków są zależne od struktury powłok elektronowych, które otaczają jądro atomowe. Najogólniej pierwiastki chemiczne można podzielić na metale (np. żelazo, nikiel, miedź) i niemetale (np. krzem, bor, węgiel). Istnieją także pierwiastki o właściwościach pośrednich (półmetale). Zaliczamy do nich np. tellur, selen i german.

W 1912 roku J.J. Thomson, podczas badań promieniowania katodowego (promienie wysyłane przez katodę) w polu elektrycznym i magnetycznym, stwierdził występowanie dwóch rodzajów neonu (Z = 10), jednego o masie około 20 razy, a drugiego około 22 razy większej od protonu. Nazwano je izotopami, od greckich słów isos - taki sam i topos - miejsce (w układzie okresowym).Atomy większości znanych pierwiastków tworzą izotopy. Są to odmiany pierwiastków różniące się liczbą neutronów, a zatem liczbą masową. Najprostsze jądro, czyli jądro atomowe najpospolitszego izotopu wodoru, jest zbudowane z pojedynczego protonu. Jądro wodoru ciężkiego o liczbie masowej A=2 zawiera jeden proton oraz jeden neutron. Izotop ten nosi nazwę deuter. Trzecim izotopem wodoru jest tryt, który w swoim jądrze atomowym zawiera jeden proton i dwa neutrony. Atomy różnych izotopów danego pierwiastka posiadają identyczną liczbę elektronów krążących wokół jądra. Elektrony te są przyciągane takim samym ładunkiem jądra i charakteryzują się praktycznie takim samym zachowaniem pod prawie każdym względem. Zatem izotopy tego samego pierwiastka posiadają te same właściwości chemiczne. Niezwykle subtelne różnice we właściwościach są zauważalne dopiero po zastosowaniu bardzo czułych metod badawczych. Istnieją także pierwiastki, które nie tworzą naturalnych odmian izotopowych. Są nimi na przykład: jod, fluor, sód, fosfor czy glin.

Izotony są to jądra atomowe różnych pierwiastków, które posiadają identyczną liczbę neutronów. Przykładami izotonów są 13C i 14N oraz 3He i 2H.

Izobary są to jądra atomowe różnych pierwiastków o tej samej licznie masowej A, natomiast różnej licznie atomowej Z. Są nimi na przykład: 14N i 14C.

Z punktu widzenia właściwości chemicznych największe znaczenie maja elektrony tworzące najbardziej zewnętrzna powłokę, czyli tak zwane elektrony walencyjne. Jeśli chodzi o metale znajdujące się w grupach przejściowych układu okresowego to istotny wpływ na właściwości chemiczne mają także elektrony znajdujące się na drugiej, a nawet trzeciej powłoce od zewnątrz. sposób rozmieszczenia elektronów na odpowiednich powłokach i podpowłokach to tzw. konfiguracja elektronowa. Ilość elektronów walencyjnych w atomie danego pierwiastka jest zgodna z numerem grupy (albo cyfrze jednostek jeśli jest to pierwiastek bloku d). Natomiast ilość powłok odpowiada numerowi okresu układu okresowego pierwiastków.

W miarę wzrostu liczby atomowej Z oraz postępującej zabudowy powłok elektronowych okresowo powtarzają się na zewnętrznych powłokach elektronowych podobne konfiguracje elektronowe. Ze względu na to, że elektrony tych powłok (elektrony walencyjne), odpowiadają za właściwości chemiczne pierwiastka oraz za niektóre właściwości fizyczne, okresowość ich konfiguracji jest związana z okresowością właściwości chemicznych i fizycznych. Powtarzanie się właściwości fizycznych i chemicznych pierwiastków zauważył w 1869 roku rosyjski chemik Dymitr Mendelejew. Prawo okresowości w swojej pierwotnej wersji mówiło, że właściwości pierwiastków okresowo powtarzają się i zależą od mas atomów. Współczesne prawo okresowości mówi, ze właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków ułożonych według wzrastającej liczby atomowej zmieniają się okresowo. Powtarzanie się podobnych właściwości pierwiastków pozwoliło na ułożenie tablicy, zwanej układem okresowym pierwiastków, w którym pierwiastki ułożone są w sposób logiczny, który ukazuje istniejące między nimi różnice i podobieństwa. W układzie okresowym pierwiastki ułożone są w rzędy poziome, zwane okresami, i kolumny pionowe, zwane grupami.

Jądra atomowe niektórych pierwiastków są nietrwałe i ulegają samorzutnym przemianom typu a, b- i b+. Szczególnie nietrwałe są jądra pierwiastków ciężkich, których liczba masowa jest większa niż 209, a także te, w których stosunek liczby neutronów do liczby protonów przekracza wartość 1,6.

Przemiana a polega na emitowaniu cząstek składających się z dwóch neutronów i dwóch protonów, czyli jąder helu. Przykładem tej przemiany może być:

n - neutrino

Przemiana b- polega na emisji elektronów, które pochodzą z rozpadu neutronu:

Przemiana b+ to emisja dodatnich elektronów, tzw. pozytonów, które pochodzą z rozpadu protonów:

e+ - pozyton

Emisja cząstek a powoduje zmniejszenie masy jądra atomowego, cząstek b- do zmniejszenia liczby neutronów, natomiast emisja cząstek b+ do zmniejszenia liczby protonów. W wyniku emisji cząstki α masa jądra ulega zmniejszeniu o cztery Cztery Liczba cztery symbolizuje wszechświat materialny, cztery pory roku, cztery strony świata, cztery kwadry księżyca, cztery wiatry, cztery wieki ludzkości, cztery rzeki Hadesu, cztery konie Apokalipsy,... Czytaj dalej Słownik symboli literackich atomowe jednostki masy, jego ładunek zaś - zmniejszeniu o dwa ładunki elementarne (liczba atomowa ulega zmniejszeniu o dwa). Po emisji cząstki β- liczba masowa jądra macierzystego nie ulega zmianie, natomiast ładunek elementarny (liczba atomowa) ulega zwiększeniu o jeden. Odkrywcą powyższej reguły był fizykochemik polskiego pochodzenia, Kazimierz Fajans i angielski fizykochemik Frederick Soddy i nazywana jest ona regułą Soddyego - Fajansa.

Atomy każdego pierwiastka ulegają przemianom z określoną szybkością. Dla każdego z pierwiastków promieniotwórczych charakterystyczny jest tak zwany czas połowicznego rozpadu (okres półtrwania, t1/2). Jest on zdefiniowany jako czas, w którym połowa atomów pierwiastka promieniotwórczego ulega rozpadowi. Czas połowicznego rozpadu nie jest zależny od początkowej ilości pierwiastka promieniotwórczego.