Dodaj do listy

BUDOWA ATOMU

Pojęcie atomu

Termin atom był już używany w starożytności. Ówcześni filozofowie jak Demokryt czy Leukip uważali, że materia jest złożona z atomów, czyli ma budowę ziarnistą, nieciągłą. Słowo athomos w języku greckim znaczy niepodzielny. Starożytna hipoteza nie była poparta doświadczalnie, dlatego też nie zyskała poparcia ogółu i nie była powszechnie uznawana.

Pod koniec XVIII wieku i na początku XIX wieku znano dwa prawa chemiczne: zachowania masy, oraz stałości składu, a także oraz teoria pierwiastkowej budowy substancji. Nadal jednak brakowało spójnego tłumaczenia wielu praw zarówno fizycznych jak i chemicznych. Fundamentalne znaczenie miało, nie tylko dla chemii ale również i fizyki, pojawienie się teorii atomistyczno-cząsteczkowej budowy materii.

Pierwszym człowiekiem, który chciał wyjaśnić znane prawa chemiczne w sposób doświadczalny, był Anglik, nauczyciel Nauczyciel T. Różewicz Kartoteka, bohater epizodyczny; przychodzi do Bohatera, by po dwudziestu latach przeprowadzić egzamin maturalny. Nauczyciel egzaminuje Bohatera z historii. Starzec w zastępstwie Bohatera... Czytaj dalej Słownik bohaterów literackich - liceum chemii oraz fizyki John Dalton (1766 - 1844), który w swoich pracach opierał się na starożytnej teorii atomistycznej.

Rozwój teorii na budowę atomu

Atom według Johna Daltona

Naukowiec uważał, iż atom jest niepodzielną, najmniejszą cząstką materii, a także niepodzielną oraz najmniejszą częścią pierwiastka chemicznego. Każdy pierwiastek złożony jest z atomów tego samego rodzaju. Tak wiec, istnieje tyle samo rodzajów atomów, ile rodzajów pierwiastków.

Sądził on, że atomy takich samych albo różnych pierwiastków mogą połączyć się ze sobą tworząc cząsteczki (zespoły atomów). Wprowadził on pojęcia substancji prostej będącej zbiorem atomów albo cząsteczek tego samego rodzaju oraz substancji złożonej, składającej się z dwóch albo z większej ilości atomów różnego rodzaju.

Według Daltona wszystkie cząsteczki określonej substancji prostej albo złożonej są identyczne, ponieważ zawierają taką samą liczbę takich samych atomów.

Odkrywca uważał atom za najmniejszą część pierwiastka, ale nie negował dalszego podziału materii.

Budowa atomu Thomsona

Angielski fizyk John Josef Thomson (1856-1940), prowadząc badania odnoszące się do budowy materii

i struktury elektryczności, odkrył elektron w 1896 r. Podczas badań wyładowań w rozrzedzonych gazach wykrył istnienie jeszcze mniejszej od atomu cząstki, o elementarnym ładunku ujemnym.

Elektron (symbol e) jest cząstkę o masie 9,11*10-31 kg (czyli ok. 0,00055u ) i średnicy ok 10-14 m.

Odkrycie promieniotwórczości przez Becquerela (Henri Becquerel wraz z małżeństwem Curie otrzymał nagrodę w 1903r.) i promieniotwórczych pierwiastków chemicznych - radu oraz polonu przez małżeństwo Curie (1898r.) potwierdziły przypuszczenia o podzielności atomu.

Promieniowanie β, zauważone przez Thompsona jest strumieniem elektronów. Istnieją także jeszcze dwa inne:

α i γ . Pierwsze z nich jest związane z cząstki alfa, czyli jadrami helu.

Planetarny model atomu

Angielski fizyk i profesor Profesor H. Krall Zdążyć przed Panem Bogiem, postać autentyczna; słynny chirurg z Radomia, który zdobył w czasie wojny wielkie doświadczenie jako kardiolog. Po wojnie dokonywał trudnych, nowatorskich operacji... Czytaj dalej Słownik bohaterów literackich - liceum Uniwersytetu w Cambridge Ernest Rutheford (1871-1937) stworzył teorię rozpadu promieniotwórczego, stworzył planetarny model budowy atomu, a także odkrył pierwszą przeprowadzona w sposób sztuczny reakcję jądrową, a w 1908r. został laureatem Nagrody Nobla w dyscyplinie chemii.

Prowadząc eksperyment polegający na "bombardowaniu" folii metalowej cząstkami α spostrzegł, że jedynie niektóre z nich rozpraszają się lub odbijają, zaś zdecydowana większość ulega przejściu przez folię. Bazując na tym doświadczeniu opracował on planetarny model atomu. W 1911r. Rutheford ogłosił swoja teorię, głoszącą że atom złożony jest z dodatnio naładowanego jądra (skupiającego większość masy) i lekkich elektronów poruszających się z bardzo dużą prędkością w próżni wokół jądra.

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

Według ówczesnej wiedzy można by sądzić, że masa atomowa zależy od ilości protonów w jądrze atomowym. W przyrodzie taka teza się nie zgadza, ponieważ jądro budują także inne cząstki elementarne

o znaczącej masie i neutralnym ładunku. 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.

Pojecie izotopu

Badania nad promieniotwórczością pozwoliły na wprowadzenie pojęcia izotopu.

Izotopy są to odmiany tego samego pierwiastka o takiej samej liczbie atomowej, a różniącej się liczbie masowej, a więc posiadają identyczną liczbę protonów i różną neutronów.

Zaobserwowano, że atomy należące do różnych pierwiastków ulegają rozpadowi na ołów o takiej samej liczbie atomowej. Wykazywały one, natomiast, że różną się liczbę masową. Świadczy to, że dany pierwiastek może zawierać różną ilość neutronów.

Współczesna teoria budowy atomu

Zakłada ona, że elektron posiada dwoistą naturę: zachowując się raz jak fala, innym razem jako cząstka (korpuskularno - falowa budowa materii).

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

Przykłady konfiguracji elektronowej

Konfiguracja elektronowa jest to rozmieszczenie elektronów na powłokach i podpowłokach. Graficzne przedstawienie rozmieszczenia elektronów przedstawiono poniżej:

Symboliczny zapis konfiguracji elektronowej dla wybranych pierwiastków przedstawiono w Tabeli 1:

Pierwiastek

Liczba elektronów

Konfiguracja

126 C

6

K2L4

2412 Mg

12

K2L8M2

4020 Ca

20

K2L8M8N2

Tabela 1. Symboliczny zapis konfiguracji elektronowej dla wybranych pierwiastków