اندازه یک اتم تقریباً است. دایره المعارف بزرگ نفت و گاز. در اعداد مرتبط با اتم

اتم (از یونانی άτομοσ - غیر قابل تقسیم) کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی است که تمام خواص شیمیایی خود را حفظ می کند. یک اتم از یک هسته متراکم از پروتون های با بار مثبت و نوترون های الکتریکی خنثی تشکیل شده است که توسط ابر بسیار بزرگتری از الکترون های با بار منفی احاطه شده است. وقتی تعداد پروتون ها با تعداد الکترون ها مطابقت داشته باشد، اتم از نظر الکتریکی خنثی است، در غیر این صورت یک یون با بار مشخص است. اتم ها بر اساس تعداد پروتون ها و نوترون ها طبقه بندی می شوند: تعداد پروتون ها عنصر شیمیایی را تعیین می کند و تعداد نوترون ها هسته عنصر را تعیین می کند.

با تشکیل پیوندهایی با یکدیگر، اتم ها به مولکول ها و جامدات بزرگ ترکیب می شوند.

بشریت از زمان های قدیم وجود کوچکترین ذرات ماده را می دانست، اما تأیید وجود اتم ها تنها در پایان قرن نوزدهم دریافت شد. اما تقریباً بلافاصله مشخص شد که اتم ها به نوبه خود ساختار پیچیده ای دارند که خواص آنها را تعیین می کند.

مفهوم اتم به عنوان کوچکترین ذره غیرقابل تقسیم ماده اولین بار توسط فیلسوفان یونان باستان مطرح شد. در قرن هفدهم و هجدهم، شیمیدانان ثابت کردند که مواد شیمیایی به نسبت های خاصی واکنش نشان می دهند که بر حسب اعداد کم بیان می شود. علاوه بر این، آنها مواد ساده خاصی را شناسایی کردند که آنها را عناصر شیمیایی نامیدند. این اکتشافات منجر به احیای ایده ذرات غیرقابل تقسیم شد. توسعه ترمودینامیک و فیزیک آماری نشان داد که خواص حرارتی اجسام را می توان با حرکت چنین ذرات توضیح داد. در پایان اندازه اتم ها به صورت تجربی تعیین شد.

در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20، فیزیکدانان اولین ذرات زیر اتمی، الکترون و کمی بعد هسته اتم را کشف کردند و بدین ترتیب نشان دادند که اتم تجزیه ناپذیر نیست. توسعه مکانیک کوانتومی امکان توضیح نه تنها ساختار اتم ها، بلکه خواص آنها را نیز فراهم کرد: طیف های نوری، توانایی وارد شدن به واکنش ها و تشکیل مولکول ها، به عنوان مثال.

مشخصات کلی ساختار اتم

ایده های مدرن در مورد ساختار اتم مبتنی بر مکانیک کوانتومی است.

در سطح عمومی، ساختار اتم را می توان بر اساس مدل موجی توصیف کرد که بر اساس مدل بور است، اما همچنین اطلاعات اضافی در مورد مکانیک کوانتومی را در نظر می گیرد.

برای این مدل:

اتم ها از ذرات بنیادی (پروتون، الکترون و نوترون) تشکیل شده اند. جرم یک اتم بیشتر در هسته متمرکز است، بنابراین بیشتر حجم آن نسبتا خالی است. هسته توسط الکترون احاطه شده است. تعداد الکترون ها برابر با تعداد پروتون های هسته است، تعداد پروتون ها تعداد ترتیبی عنصر را در سیستم تناوبی تعیین می کند. در یک اتم خنثی، بار منفی کل الکترون ها برابر با بار مثبت پروتون ها است. اتم های یک عنصر با تعداد نوترون های متفاوت ایزوتوپ نامیده می شوند.
در مرکز یک اتم یک هسته کوچک با بار مثبت وجود دارد که از پروتون و نوترون تشکیل شده است.
هسته یک اتم حدود 10000 برابر کوچکتر از خود اتم است. بنابراین، اگر یک اتم به اندازه فرودگاه Borispol بزرگ شود، اندازه هسته کوچکتر از اندازه یک توپ تنیس روی میز خواهد بود.
هسته توسط یک ابر الکترونی احاطه شده است که بیشتر حجم آن را اشغال می کند. در یک ابر الکترونی، پوسته ها را می توان تشخیص داد که برای هر یک از آنها چندین اوربیتال ممکن وجود دارد. اوربیتال های پر شده مشخصه پیکربندی الکترونیکی هر عنصر شیمیایی را تشکیل می دهند.
هر اوربیتال می تواند حداکثر دو الکترون داشته باشد که با سه عدد کوانتومی مشخص می شود: پایه، اوربیتال و مغناطیسی.
هر الکترون در یک اوربیتال یک مقدار منحصر به فرد برای چهارمین عدد کوانتومی دارد: اسپین.
اوربیتال ها با توزیع احتمال خاصی که دقیقاً یک الکترون را می توان پیدا کرد، تعریف می شوند. نمونه هایی از اوربیتال ها و نامگذاری آنها در شکل سمت راست نشان داده شده است. "مرز" یک اوربیتال فاصله ای است که احتمال اینکه یک الکترون می تواند خارج از آن باشد کمتر از 90٪ است.
هر پوسته نمی تواند بیش از تعداد مشخصی الکترون داشته باشد. به عنوان مثال، پوسته نزدیک به هسته می تواند حداکثر دو الکترون داشته باشد، بعدی - 8، سومی از هسته - 18، و غیره.
هنگامی که الکترون ها به یک اتم می پیوندند، به یک اوربیتال کم انرژی می افتند. فقط الکترون های پوسته بیرونی می توانند در تشکیل پیوندهای بین اتمی شرکت کنند. اتم ها می توانند الکترون اهدا کرده و به دست آورند و به یون هایی با بار مثبت یا منفی تبدیل شوند. خواص شیمیایی یک عنصر با سهولتی که هسته می تواند الکترون اهدا یا به دست آورد تعیین می شود. هم به تعداد الکترون ها و هم به درجه پر شدن پوسته بیرونی بستگی دارد.
اندازه اتم

اندازه یک اتم کمیتی است که اندازه گیری آن دشوار است، زیرا هسته مرکزی توسط یک ابر الکترونی تار احاطه شده است. برای اتم هایی که بلورهای جامد را تشکیل می دهند، فاصله بین مکان های مجاور شبکه بلوری می تواند به عنوان مقدار تقریبی اندازه آنها باشد. برای اتم ها، کریستال ها تشکیل نمی شوند، از تکنیک های ارزیابی دیگر از جمله محاسبات نظری استفاده می شود. به عنوان مثال، اندازه اتم هیدروژن 1.2 × 10-10 متر تخمین زده می شود. این مقدار را می توان با اندازه یک پروتون (که هسته اتم هیدروژن است): 0.87 × 10-15 متر مقایسه کرد و مطمئن شوید. که هسته یک اتم هیدروژن 100000 بار کوچکتر از خود اتم است. اتم های سایر عناصر تقریباً همان نسبت را حفظ می کنند. دلیل این امر این است که عناصری که دارای یک هسته با بار مثبت بزرگ هستند، الکترون ها را با شدت بیشتری جذب می کنند.

یکی دیگر از ویژگی های اندازه یک اتم، شعاع واندروالس است - فاصله ای که اتم دیگر می تواند به یک اتم معین نزدیک شود. فواصل بین اتمی در مولکول ها با طول پیوندهای شیمیایی یا شعاع کووالانسی مشخص می شود.

هسته

جرم اصلی یک اتم در هسته متمرکز است که از نوکلئون ها تشکیل شده است: پروتون ها و نوترون ها که توسط نیروهای برهمکنش هسته ای به هم متصل می شوند.

تعداد پروتون های هسته یک اتم عدد اتمی آن و عنصری که اتم به آن تعلق دارد را تعیین می کند. به عنوان مثال، اتم های کربن حاوی 6 پروتون هستند. همه اتم‌های دارای عدد اتمی خاص دارای ویژگی‌های فیزیکی یکسان و خواص شیمیایی یکسانی هستند. عناصر در جدول تناوبی به ترتیب صعودی عدد اتمی فهرست شده اند.

تعداد کل پروتون‌ها و نوترون‌ها در اتم یک عنصر، جرم اتمی آن را تعیین می‌کند، زیرا جرم پروتون و نوترون تقریباً 1 آمو است. اتم هایی با تعداد پروتون یکسان و تعداد نوترون متفاوت. چنین اتمی دارای عدد اتمی یکسان اما جرم اتمی متفاوت است و ایزوتوپ عنصر نامیده می شود. هنگام نوشتن نام ایزوتوپ، جرم اتمی بعد از آن نوشته می شود. به عنوان مثال، ایزوتوپ کربن-14 حاوی 6 پروتون و 8 نوترون، برای جرم اتمی کل 14 است. یکی دیگر از روش های رایج نمادگذاری، بالانویسی جرم اتمی قبل از نماد عنصر است. به عنوان مثال، کربن 14 به عنوان 14C نامیده می شود.

جرم اتمی یک عنصر داده شده در جدول تناوبی میانگینی از جرم ایزوتوپ های طبیعی است. میانگین گیری با توجه به فراوانی ایزوتوپ در طبیعت انجام می شود.

با افزایش عدد اتمی، بار مثبت هسته و در نتیجه دافعه کولن بین پروتون ها افزایش می یابد. نوترون های بیشتری برای نگه داشتن پروتون ها در کنار هم مورد نیاز است. با این حال، تعداد زیادی از نوترون ها ناپایدار هستند و این شرایط محدودیتی را در بار احتمالی هسته و تعداد عناصر شیمیایی موجود در طبیعت ایجاد می کند. عناصر شیمیایی با اعداد اتمی بالا عمر بسیار کوتاهی دارند، فقط می توانند با بمباران هسته عناصر سبک با یون ها ایجاد شوند و تنها در طول آزمایش با استفاده از شتاب دهنده ها مشاهده می شوند. از فوریه 2008، ununoctium سنگین ترین عنصر شیمیایی سنتز شده است.

بسیاری از ایزوتوپ های عناصر شیمیایی ناپایدار هستند و در طول زمان تجزیه می شوند. این پدیده توسط آزمون عناصر رادیویی برای تعیین سن اجسام مورد استفاده قرار می گیرد و برای باستان شناسی و دیرینه شناسی اهمیت زیادی دارد.

مدل بور

مدل بور اولین مدل فیزیکی است که توانست به درستی طیف نوری اتم هیدروژن را توصیف کند. پس از توسعه روش‌های دقیق مکانیک کوانتومی، مدل بور فقط اهمیت تاریخی دارد، اما به دلیل سادگی آن، هنوز به طور گسترده آموزش داده می‌شود و برای درک کیفی ساختار اتم استفاده می‌شود.

مدل بور بر اساس مدل سیاره ای رادرفورد است که اتم را به عنوان یک هسته کوچک با بار مثبت با الکترون هایی با بار منفی در مدارهای سطوح مختلف توصیف می کند که شبیه ساختار منظومه شمسی است. رادرفورد یک مدل سیاره ای برای توضیح نتایج آزمایش های خود در مورد پراکندگی ذرات آلفا توسط ورقه فلزی پیشنهاد کرد. طبق مدل سیاره ای، یک اتم از یک هسته سنگین تشکیل شده است که الکترون ها به دور آن می چرخند. اما این واقعیت که الکترون هایی که به دور هسته می چرخند به صورت مارپیچی روی هسته نمی افتند برای فیزیکدانان آن زمان غیرقابل درک بود. در واقع، طبق نظریه کلاسیک الکترومغناطیس، الکترونی که به دور هسته می چرخد ​​باید امواج الکترومغناطیسی (نور) از خود ساطع کند که منجر به از دست دادن تدریجی انرژی و سقوط به هسته می شود. بنابراین چگونه یک اتم می تواند وجود داشته باشد؟ علاوه بر این، مطالعه طیف الکترومغناطیسی اتم‌ها نشان داد که الکترون‌های یک اتم فقط می‌توانند نوری با فرکانس مشخص ساطع کنند.

این مشکلات در مدلی که نیلز بور در سال 1913 ارائه کرد، غلبه کرد که چنین فرض می‌کند:

الکترون ها فقط می توانند در مدارهایی باشند که دارای انرژی های کوانتیزه گسسته هستند. یعنی همه مدارها ممکن نیست، بلکه فقط برخی مدارهای خاص امکان پذیر است. مقادیر دقیق انرژی مدارهای مجاز به اتم بستگی دارد.
قوانین مکانیک کلاسیک زمانی که الکترون ها از یک مدار مجاز به مدار دیگر حرکت می کنند اعمال نمی شود.
هنگامی که یک الکترون از یک مدار به مدار دیگر حرکت می کند، اختلاف انرژی توسط یک کوانتوم نور (فوتون) منتشر می شود (یا جذب می شود) که فرکانس آن مستقیماً با اختلاف انرژی بین دو مدار مرتبط است.

که ν فرکانس فوتون، E اختلاف انرژی، و h ثابت تناسب است که به عنوان ثابت پلانک نیز شناخته می شود.
تعیین کنید چه چیزی می تواند نوشته شود

که در آن ω فرکانس زاویه ای فوتون است.
مدارهای مجاز به مقادیر کوانتیزه شده تکانه زاویه ای مداری L بستگی دارد که توسط معادله توصیف شده است.

که در آن n = 1،2،3،...
و عدد کوانتومی تکانه زاویه ای نامیده می شود.
این مفروضات توضیح نتایج مشاهدات آن زمان را ممکن ساخت، به عنوان مثال، اینکه چرا طیف از خطوط گسسته تشکیل شده است. فرض (4) بیان می کند که کوچکترین مقدار n 1 است. بر این اساس، کوچکترین شعاع اتمی مجاز 0.526 Å (0.0529 nm = 5.28 10-11 m) است. این مقدار به شعاع بور معروف است.

مدل بور گاهی اوقات به عنوان نیمه کلاسیک نامیده می شود زیرا اگرچه شامل برخی ایده ها از مکانیک کوانتومی است، اما توصیف مکانیکی کوانتومی کاملی از اتم هیدروژن نیست. با این حال، مدل بور گام مهمی به سوی چنین توصیفی بود.

با یک توصیف دقیق مکانیکی کوانتومی از اتم هیدروژن، سطوح انرژی از حل معادله شرودینگر ساکن پیدا می‌شود. این سطوح با سه عدد کوانتومی ذکر شده در بالا مشخص می‌شوند، فرمول کوانتومی تکانه زاویه‌ای متفاوت است، عدد کوانتومی تکانه زاویه‌ای برای اوربیتال‌های کروی s صفر، برای اوربیتال‌های دمبل‌شکل پرولاتی p و غیره است. (تصویر بالا را ببینید).

انرژی اتم و کوانتیزاسیون آن

مقادیر انرژی که یک اتم می تواند داشته باشد بر اساس مفاد مکانیک کوانتومی محاسبه و تفسیر می شود. این امر عواملی مانند برهمکنش الکترواستاتیکی الکترون ها با هسته و الکترون ها در بین خود، اسپین های الکترون ها، اصل ذرات یکسان را در نظر می گیرد. در مکانیک کوانتومی، وضعیتی که یک اتم در آن قرار دارد با تابع موجی توصیف می‌شود که از حل معادله شرودینگر می‌توان آن را یافت. مجموعه ای از حالت ها وجود دارد که هر کدام دارای ارزش انرژی خاصی هستند. حالتی که کمترین انرژی را دارد، حالت پایه نامیده می شود. حالات دیگر هیجان زده نامیده می شوند. یک اتم برای مدت زمان محدودی در حالت برانگیخته است، دیر یا زود کوانتومی از یک میدان الکترومغناطیسی (فوتون) گسیل می کند و به حالت پایه می رود. یک اتم می تواند برای مدت طولانی در حالت پایه بماند. او برای هیجان زده شدن به انرژی بیرونی نیاز دارد که فقط از محیط بیرونی به او می رسد. یک اتم نور را فقط در فرکانس‌های معینی ساطع یا جذب می‌کند که مربوط به تفاوت در انرژی حالت‌های آن است.

حالت های ممکن یک اتم با اعداد کوانتومی مانند اسپین، تعداد کوانتومی تکانه مداری، تعداد کوانتومی تکانه کل نمایه می شوند. در مورد طبقه بندی آنها می توانید در مقاله اصطلاح الکترونیک بیشتر بخوانید

پوسته های الکترونیکی اتم های پیچیده

اتم های پیچیده ده ها و برای عناصر بسیار سنگین حتی صدها الکترون دارند. بر اساس اصل ذرات یکسان، حالت های الکترونیکی اتم ها توسط همه الکترون ها تشکیل می شود و تعیین محل قرارگیری هر یک از آنها غیرممکن است. با این حال، در تقریب موسوم به یک الکترون، می توان از حالت های انرژی خاص تک تک الکترون ها صحبت کرد.

بر اساس این ایده ها، مجموعه خاصی از اوربیتال ها وجود دارد که با الکترون های اتم پر شده اند. این اوربیتال ها یک پیکربندی الکترونیکی خاص را تشکیل می دهند. هر اوربیتال نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد (اصل طرد پائولی). اوربیتال‌ها به پوسته‌هایی دسته‌بندی می‌شوند که هر کدام فقط می‌توانند تعداد مشخصی اوربیتال (1، 4، 10 و غیره) داشته باشند. اوربیتال ها به دو دسته داخلی و خارجی تقسیم می شوند. در حالت پایه یک اتم، پوسته های داخلی کاملاً پر از الکترون است.

در اوربیتال های داخلی، الکترون ها بسیار نزدیک به هسته هستند و به شدت به آن چسبیده اند. برای بیرون کشیدن یک الکترون از مدار داخلی، باید انرژی زیادی به آن بدهید، تا چندین هزار الکترون ولت. یک الکترون روی پوسته داخلی تنها با جذب یک کوانتوم پرتو ایکس می تواند چنین انرژی را به دست آورد. انرژی های پوسته داخلی اتم ها برای هر عنصر شیمیایی جداگانه است و بنابراین یک اتم را می توان با طیف جذب اشعه ایکس شناسایی کرد. این شرایط در تجزیه و تحلیل اشعه ایکس استفاده می شود.

در لایه بیرونی، الکترون ها از هسته دور هستند. این الکترون ها هستند که در تشکیل پیوندهای شیمیایی نقش دارند، بنابراین لایه بیرونی ظرفیت و الکترون های پوسته خارجی الکترون های ظرفیت نامیده می شوند.

انتقال کوانتومی در اتم

انتقال بین حالت های مختلف اتم ها ممکن است، ناشی از یک اغتشاش خارجی، اغلب توسط یک میدان الکترومغناطیسی. به دلیل کوانتیزه شدن حالات اتمی، در صورتی که انرژی کوانتوم نور از انرژی یونیزاسیون تجاوز نکند، طیف نوری اتم ها از خطوط مجزا تشکیل می شود. در فرکانس های بالاتر، طیف نوری اتم ها پیوسته می شود. احتمال تحریک یک اتم توسط نور با افزایش بیشتر فرکانس کاهش می‌یابد، اما در فرکانس‌های خاصی که مشخصه هر عنصر شیمیایی در محدوده اشعه ایکس است، به شدت افزایش می‌یابد.

اتم‌های برانگیخته کوانتوم‌های نوری با همان فرکانس‌هایی که در آن جذب اتفاق می‌افتد، ساطع می‌کنند.

انتقال بین حالت‌های مختلف اتم‌ها نیز می‌تواند در اثر برهمکنش با ذرات باردار سریع ایجاد شود.

خواص شیمیایی و فیزیکی اتم

خواص شیمیایی یک اتم عمدتاً توسط الکترون های ظرفیت - الکترون های موجود در پوسته بیرونی تعیین می شود. تعداد الکترون ها در لایه بیرونی ظرفیت اتم را تعیین می کند.

اتم های آخرین ستون جدول تناوبی عناصر دارای یک پوسته بیرونی کاملاً پر هستند و برای انتقال الکترون به پوسته بعدی باید مقدار بسیار زیادی انرژی در اختیار اتم قرار داد. بنابراین، این اتم ها بی اثر هستند، تمایلی به ورود به واکنش های شیمیایی ندارند. گازهای بی اثر فقط در دماهای بسیار پایین نازک می شوند و متبلور می شوند.

اتم های ستون اول جدول تناوبی عناصر دارای یک الکترون در لایه بیرونی هستند و از نظر شیمیایی فعال هستند. ظرفیت آنها 1 است. یک نوع پیوند شیمیایی مشخصه برای این اتم ها در حالت متبلور یک پیوند فلزی است.

اتم های ستون دوم جدول تناوبی در حالت پایه دارای 2 الکترون s در پوسته بیرونی هستند. پوسته بیرونی آنها پر شده است، بنابراین آنها باید بی اثر باشند. اما انتقال از حالت پایه با پیکربندی پوسته الکترونی s2 به حالت با پیکربندی s1p1 به انرژی بسیار کمی نیاز دارد، بنابراین این اتم ها ظرفیت 2 دارند، اما فعالیت کمتری از خود نشان می دهند.

اتم های ستون سوم جدول تناوبی عناصر دارای پیکربندی الکترونیکی s2p1 در حالت پایه هستند. آنها می توانند ظرفیت های مختلفی را نشان دهند: 1، 3، 5. آخرین احتمال زمانی به وجود می آید که لایه الکترونی اتم به 8 الکترون کامل شود و بسته شود.

اتم های ستون چهارم جدول تناوبی عناصر دارای ظرفیت 4 هستند (مثلاً دی اکسید کربن CO2)، اگرچه ظرفیت 2 نیز ممکن است (مثلاً مونوکسید کربن CO). قبل از این ستون متعلق به کربن است - عنصری که طیف گسترده ای از ترکیبات شیمیایی را تشکیل می دهد. شاخه خاصی از شیمی به ترکیبات کربن اختصاص دارد - شیمی آلی. سایر عناصر این ستون - سیلیکون، ژرمانیوم در شرایط عادی نیمه هادی های حالت جامد هستند.

ظرفیت عناصر ستون پنجم 3 یا 5 است.

عناصر ستون ششم جدول تناوبی در حالت پایه دارای پیکربندی s2p4 و اسپین مشترک 1 هستند. بنابراین دو ظرفیتی هستند. همچنین امکان انتقال یک اتم به حالت برانگیخته s2p3s با اسپین 2 وجود دارد که در آن ظرفیت 4 یا 6 است.

عناصر ستون هفتم جدول تناوبی فاقد یک الکترون در لایه بیرونی برای پر کردن آن هستند. آنها عمدتا یک ظرفیتی هستند. با این حال، آنها می توانند در حالت های برانگیخته وارد ترکیبات شیمیایی شوند و ظرفیت های 3،5،7 را نشان دهند.

عناصر انتقالی با پر شدن پوسته بیرونی قبل از پر شدن کامل پوسته d مشخص می شوند. بنابراین اکثراً ظرفیت 1 یا 2 دارند، اما در برخی موارد یکی از الکترونهای d در تشکیل پیوندهای شیمیایی نقش دارد و ظرفیت برابر با سه می شود.

هنگامی که ترکیبات شیمیایی تشکیل می شوند، اوربیتال های اتمی تغییر شکل داده و به اوربیتال های مولکولی تبدیل می شوند. در این مورد، فرآیند هیبریداسیون اوربیتال ها اتفاق می افتد - تشکیل اوربیتال های جدید، به عنوان مجموع مشخصی از پایه ها.

تاریخچه مفهوم اتم

در مقاله اتم شناسی بیشتر بخوانید
مفهوم اتم، مانند خود کلمه، ریشه یونانی باستان دارد، اگرچه صحت فرضیه وجود اتم تنها در قرن بیستم تأیید شد. ایده اصلی پشت این مفهوم برای تمام قرن ها، ایده جهان به عنوان مجموعه ای از تعداد زیادی از عناصر غیرقابل تقسیم بود که ساختار بسیار ساده ای دارند و از آغاز زمان وجود داشته اند.

اولین واعظان دکترین اتمی

فیلسوف لوسیپوس اولین کسی بود که در قرن پنجم قبل از میلاد آموزه های اتمی را موعظه کرد. سپس باتوم را شاگردش دموکریتوس برداشت. فقط قطعاتی از آثار آنها باقی مانده است که از آنها مشخص می شود که آنها از تعداد کمی از فرضیه های فیزیکی نسبتاً انتزاعی نتیجه گرفته اند:

«شیرینی و تلخی، گرما و سردی معنای تعریف است، در واقع [تنها] اتم و تهی».

به گفته دموکریتوس، تمام طبیعت از اتم ها تشکیل شده است، کوچکترین ذرات ماده که در یک فضای کاملاً خالی قرار می گیرند یا حرکت می کنند. همه اتم ها شکل ساده ای دارند و اتم های هم نوع یکسان هستند. تنوع طبیعت منعکس کننده انواع اشکال اتم ها و انواع روش هایی است که در آنها اتم ها می توانند با یکدیگر درهم تنیده شوند. هم دموکریتوس و هم لوکیپوس معتقد بودند که اتم ها با شروع حرکت، طبق قوانین طبیعت به حرکت خود ادامه می دهند.

دشوارترین مسئله برای یونانیان باستان مسئله واقعیت فیزیکی مفاهیم اساسی اتمیسم بود. به چه معنا می توان از واقعیت پوچی صحبت کرد، اگر بدون ماده، هیچ خاصیت فیزیکی نداشته باشد؟ ایده‌های لوسیپوس و دموکریتوس نمی‌توانند به‌عنوان پایه‌ای رضایت‌بخش برای نظریه ماده در سطح فیزیکی عمل کنند، زیرا آنها توضیح ندادند که اتم‌ها از چه چیزی ساخته نشده‌اند و همچنین چرا اتم‌ها تقسیم‌ناپذیر هستند.

یک نسل پس از دموکریت، افلاطون راه حل خود را برای این مشکل پیشنهاد کرد: «کوچکترین ذرات به قلمرو ماده تعلق ندارند، بلکه به قلمرو هندسه تعلق دارند. آنها اشکال هندسی بدنی مختلفی هستند که توسط مثلث های مسطح محدود شده اند.

مفهوم اتم در فلسفه هند

هزار سال بعد، استدلال انتزاعی یونانیان باستان به هند نفوذ کرد و توسط برخی از مکاتب فلسفی هند پذیرفته شد. اما اگر فلسفه غرب بر این باور بود که نظریه اتمی باید مبنای عینی و عینی نظریه جهان مادی شود، فلسفه هندی همیشه جهان مادی را یک توهم می دانست. زمانی که اتمیسم در هند پدیدار شد، شکل نظریه‌ای را به خود گرفت که بر اساس آن واقعیت در جهان فرآیندی دارد، نه جوهری، و ما در جهان به‌عنوان حلقه‌های یک فرآیند حضور داریم، نه به صورت لخته‌های ماده.

یعنی، هم افلاطون و هم فیلسوفان هندی چنین فکر می‌کردند: اگر طبیعت از سهام‌های کوچک اما محدود تشکیل شده است، پس چرا نمی‌توان آنها را، حداقل در تصور، به ذرات کوچک‌تر تقسیم کرد، که موضوع تبدیل شد. بررسی بیشتر؟

نظریه اتمی در علم رومی

شاعر رومی لوکرتیوس (96 - 55 قبل از میلاد) یکی از معدود رومی هایی بود که به علم ناب علاقه نشان داد. او در شعر خود در مورد ماهیت اشیا (De rerum natura)، حقایقی را که به نفع نظریه اتمیستی گواهی می دهد، به تفصیل بیان کرد. به عنوان مثال، بادی که با قدرت زیاد می وزد، اگرچه کسی نمی تواند آن را ببیند، احتمالاً از ذرات تشکیل شده است که برای دیدن آنها نشت می کنند. ما می توانیم چیزهایی را از راه دور با بو، صدا و گرمایی که بدون دیده شدن پخش می شوند، احساس کنیم.

لوکرتیوس خصوصیات اشیا را با خواص اجزای تشکیل دهنده آنها مرتبط می کند، یعنی. اتم ها: اتم های مایع کوچک و گرد هستند، به همین دلیل است که مایع به راحتی جریان می یابد و از مواد متخلخل عبور می کند، در حالی که اتم های جامد دارای قلاب هایی هستند که آنها را به هم نگه می دارد. به همین ترتیب، احساسات مختلف طعم و صداهای بلندی متفاوت از اتم هایی با اشکال مناسب - از ساده و هماهنگ گرفته تا سینوسی و نامنظم - تشکیل شده است.

اما آموزه های لوکرتیوس توسط کلیسا محکوم شد، زیرا او تفسیری نسبتاً مادی از آنها ارائه کرد: به عنوان مثال، این ایده که خدا، یک بار مکانیسم اتمی را راه اندازی کرده است، دیگر در کار آن دخالت نمی کند، یا اینکه روح با این مکانیسم می میرد. بدن

اولین نظریه ها در مورد ساختار اتم

یکی از اولین نظریه ها در مورد ساختار اتم، که قبلاً دارای خطوط کلی مدرن است، توسط گالیله (1564-1642) شرح داده شد. بر اساس نظریه او، ماده از ذراتی تشکیل شده است که در حال سکون نیستند، بلکه تحت تأثیر گرما در همه جهات حرکت می کنند; گرما چیزی جز حرکت ذرات نیست. ساختار ذرات پیچیده است و اگر بخشی از پوسته مادی آن را از بین ببرید، نور از درون جهش می کند. گالیله اولین کسی بود که ساختار اتم را، هرچند به شکلی خارق العاده، ارائه کرد.

مبانی علمی

در قرن نوزدهم، جان دالتون شواهدی مبنی بر وجود اتم ها به دست آورد، اما فرض کرد که آنها تقسیم ناپذیر هستند. ارنست رادرفورد به طور تجربی نشان داد که یک اتم از یک هسته تشکیل شده است که توسط ذرات باردار منفی - الکترون ها احاطه شده است.

اتم(از یونانی atomos - غیر قابل تقسیم)، کوچکترین ذره یک ماده شیمیایی. عنصر، آن sv. هر شیمی یک عنصر مربوط به مجموعه ای از اتم های خاص است. برای مثال، اتم های یک یا عناصر مختلف با پیوند با یکدیگر، ذرات پیچیده تری را تشکیل می دهند. . همه انواع شیمی. در داخل (جامد، مایع و گاز) به دلیل تجزیه. ترکیبی از اتم ها اتم ها می توانند در آزاد وجود داشته باشند. حالت (در،). جزایر مقدس اتم، از جمله مهمترین آنها برای توانایی اتم برای تشکیل یک ماده شیمیایی. Comm.، با ویژگی های ساختار آن تعیین می شود.

مشخصات کلی ساختار اتم. یک اتم از یک هسته با بار مثبت تشکیل شده است که توسط ابری از هسته های دارای بار منفی احاطه شده است. ابعاد یک اتم به عنوان یک کل با ابعاد ابر الکترونی آن تعیین می شود و در مقایسه با ابعاد هسته یک اتم بزرگ است (ابعاد خطی یک اتم ~ 10 تا 8 سانتی متر، هسته های آن ~ 10 است. "-10" 13 سانتی متر). ابر الکترونی اتم مرزهای کاملاً مشخصی ندارد، بنابراین اندازه اتم بر حسب میانگین است. درجات مشروط هستند و به نحوه تعیین آنها بستگی دارد (نگاه کنید به). هسته یک اتم از Z و N تشکیل شده است که توسط نیروهای هسته ای نگه داشته می شوند (نگاه کنید به). مثبت بار و منفی شارژ در abs یکسان است. مقدار و برابر است با e = 1.60 * 10 -19 C. برق ندارد شارژ. بار هسته ای +Ze - اصلی. ویژگی یک اتم که تعلق آن را به یک ماده شیمیایی خاص تعیین می کند. عنصر عنصر در دوره ای سیستم تناوبی () برابر با عدد موجود در هسته است.

در یک اتم خنثی الکتریکی، عدد موجود در ابر برابر با عدد موجود در هسته است. با این حال، تحت شرایط خاص، می تواند از دست بدهد یا بچسبد، و تبدیل به resp. در موقعیت یا تکذیب کنند. ، به عنوان مثال. Li +، Li 2+ یا O -، O 2-. در مورد اتم های یک عنصر خاص، منظور آنها هم اتم های خنثی و هم این عنصر است.

جرم یک اتم با جرم هسته آن تعیین می شود. جرم (9.109 * 10-28 گرم) تقریباً 1840 برابر کمتر از جرم یا (1.67 * 10-24 گرم) است، بنابراین سهم در جرم اتم ناچیز است. تعداد کل و A \u003d Z + N فراخوانی شده است. . و بار هسته به ترتیب نشان داده شده است. بالانویس و زیرنویس در سمت چپ نماد عنصر، به عنوان مثال. 23 11 Na. نوع اتم های یک عنصر با مقدار معین N نامیده می شود. . اتم های یک عنصر با Z یکسان و N متفاوت نامیده می شوند. این عنصر تفاوت در جرم ها تأثیر کمی بر شیمی آنها دارد. و فیزیکی سنت واه اکثر میانگین ها، تفاوت ها () در به دلیل نسبی بزرگ مشاهده می شود. تفاوت در جرم یک اتم معمولی ()، D و T. مقادیر دقیق جرم اتم ها با روش ها تعیین می شود.

حالت ساکن یک اتم تک الکترونی به طور منحصر به فردی با چهار عدد کوانتومی مشخص می شود: n، l، ml و m s. انرژی یک اتم فقط به n بستگی دارد و یک سطح با n معین مربوط به تعدادی حالت است که در مقادیر l, ml, m s متفاوت هستند. حالت هایی با n و l داده شده معمولاً به صورت 1s، 2s، 2p، 3s و غیره نشان داده می شوند که اعداد نشان دهنده مقادیر l هستند و حروف s، p، d، f و بیشتر در لاتین با مقادیر مطابقت دارند. q = 0، 1، 2، 3، ... تعداد تفاوت. بیان می کند که با n و q داده شده 2 (2l + 1) تعداد ترکیبات مقادیر m l و m s است. تعداد کل دسامبر حالات با n داده شده است ، یعنی سطوح با مقادیر n = 1، 2، 3، ... مربوط به 2، 8، 18، ...، 2n 2 دسامبر است. . سطحی که فقط یکی با آن مطابقت دارد (یک تابع موج)، فراخوانی می شود. غیر منحط اگر سطح مربوط به دو یا بیشتر باشد، نامیده می شود. منحط (نگاه کنید به). در اتم، سطوح انرژی بر حسب l و ml انحطاط دارند. انحطاط در m s فقط تقریباً اتفاق می افتد، اگر تعامل در نظر گرفته نشود. آهنربای چرخشی گشتاور با مغناطیسی میدان ناشی از حرکت مداری در الکتریکی فیلد هسته (نگاه کنید به). این یک اثر نسبیتی است که در مقایسه با برهمکنش کولن کوچک است، اما اساساً مهم است، زیرا منجر به اضافی می شود تقسیم سطوح انرژی، که خود را در قالب به اصطلاح نشان می دهد. ساختار خوب

با توجه به n، l و ml، مجذور مدول تابع موج، توزیع متوسط ​​ابر الکترونی در اتم را تعیین می کند. تفاوت اتم ها از نظر توزیع به طور قابل توجهی با یکدیگر تفاوت دارند (شکل 2). بنابراین، برای l = 0 (حالت های s) در مرکز اتم غیر صفر است و به جهت آن بستگی ندارد (یعنی به صورت کروی متقارن است)، برای حالت های دیگر برابر با صفر در مرکز اتم است. و بستگی به جهت دارد.

برنج. 2. شکل ابرهای الکترونی برای حالات مختلف اتم.

در اتم های چند الکترونی به دلیل الکترواستاتیک متقابل. دافعه ارتباط آنها با هسته را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. به عنوان مثال، انرژی جدایی از He + 54.4 eV است، در یک اتم He خنثی بسیار کمتر است - 24.6 eV. برای اتم های سنگین تر، پیوند خارجی است. با هسته حتی ضعیف تر است. نقش مهمی در اتم های چند الکترونی به وسیله ویژگی ایفا می شود. ، با عدم تمایز همراه است و این واقعیت که طبق نظر کروم از آنها پیروی می کنند، در هر کدام که با چهار عدد کوانتومی مشخص می شود، نمی تواند بیش از یک عدد باشد. برای یک اتم چند الکترونی، منطقی است که فقط از کل اتم به عنوان یک کل صحبت کنیم. با این حال، تقریبا، در به اصطلاح. تقریب یک الکترونی، می‌توان هر حالت تک‌الکترونی را جداگانه در نظر گرفت و با مجموعه‌ای از چهار عدد کوانتومی n، l، ml و m s مشخص کرد. مجموعه 2(2l + 1) در حالتی با n و l داده شده، یک پوسته الکترونی تشکیل می دهد (که به آن زیرسطح، زیر پوسته نیز می گویند). اگر همه این حالت ها اشغال شوند، پوسته فراخوانی می شود. پر شده (بسته شده). مجموعه ای از حالت های 2p 2 با n یکسان اما l متفاوت، یک لایه الکترونیکی را تشکیل می دهد (که سطح، پوسته نیز نامیده می شود). برای n = 1، 2، 3، 4، ... لایه ها با نمادهای K، L، M، N، ... نشان داده می شوند.

بین حالت های ساکن در یک اتم امکان پذیر است. در طول انتقال از یک سطح انرژی بالاتر E i به یک Ek پایین تر، اتم انرژی می دهد (E i - E k)، در طول انتقال معکوس آن را دریافت می کند. در طول انتقال تابشی، یک اتم یک کوانتوم الکترومغناطیس را ساطع یا جذب می کند. تشعشع (فوتون). ممکن است و زمانی که اتم در برهمکنش انرژی می دهد یا دریافت می کند. با سایر ذرات، که با آنها برخورد می کند (به عنوان مثال، در) یا به مدت طولانی متصل است (در داخل. خواص شیمیایی توسط ساختار لایه های الکترونی بیرونی اتم ها تعیین می شود، که در آن آنها نسبتا ضعیف به هم متصل هستند (انرژی های اتصال از چندین eV تا چند ده eV) ساختار پوسته بیرونی اتم های عناصر شیمیایی یک گروه (یا زیر گروه) از یک سیستم تناوبی مشابه است که باعث تشابه خواص شیمیایی در این عناصر می شود. تعداد در یک پوسته پرکننده، انرژی اتصال آنها، به طور معمول، افزایش می‌یابد، در یک پوسته بسته بیشترین انرژی اتصال را دارند، بنابراین، اتم‌هایی که یک یا چند در یک پوسته بیرونی نیمه پر شده دارند، آنها را در محلول‌های شیمیایی می‌دهند. اتم های با پوسته بیرونی بسته، در شرایط عادی، وارد p-tion شیمیایی نمی شوند.

ساختار داخلی پوسته‌های اتم‌ها، به‌ریخ بسیار قوی‌تر متصل می‌شوند (انرژی اتصال 10 2 -10 4 eV)، تنها در هنگام تعامل ظاهر می‌شوند. اتم هایی با ذرات سریع و فوتون های پر انرژی. چنین تعاملاتی تعیین ماهیت طیف های پرتو ایکس و پراکندگی ذرات (، ) توسط اتم ها (نگاه کنید به). جرم یک اتم تعیین کننده چنین فیزیکی آن است. St-va، به عنوان یک تکانه، جنبشی. انرژی. از magn مکانیکی و مرتبط. و برقی لحظه های هسته یک اتم به مقداری فیزیکی ظریف بستگی دارد. اثرات (به فرکانس تابش بستگی دارد، که وابستگی ضریب شکست ماده مرتبط با اتم را به آن تعیین می کند. رابطه نزدیک بین خواص نوری اتم و خواص الکتریکی آن به ویژه در طیف نوری مشخص است.

===
استفاده کنید ادبیات برای مقاله "اتم": Karapetyants M. Kh., Drakin S. I., Structure, 3rd ed., M., 1978; E. V. Schloeki, Atomic Physics, 7th ed., vol. 1-2, M., 1984. M. A. Elyashevich.

صفحه "اتم"تهیه شده از مواد

"آیا واقعاً در خانه امکان پذیر است؟" - تو پرسیدی. کاملاً ممکن است، فقط برای محاسبه قطر یک اتم، باید چیزی بدانید. به عنوان مثال، اتم های بسیاری از فلزات را می توان به صورت کره های کوچک و متراکم نشان داد. در این حالت، اتم های توپ 74 درصد از کل فضا را اشغال می کنند و 26 درصد باقیمانده روی حفره های بین آنها قرار می گیرند. شما همچنین باید بدانید که چگونه حجم یک توپ (Y) با قطر UD آن مرتبط است - این فرمول را می توان در یک کتاب درسی یا در کتاب مرجع ریاضیات یافت: V-m/b. که در آن k = 3.14. در نهایت، باید مقدار بسیار مهمی برای شیمی دانست که به افتخار دانشمند ایتالیایی قرن نوزدهم، آمدئو آووگادرو (1776-1856) ثابت آووگادرو (L/l) نامیده می‌شود. این ثابت نشان می دهد که چند ذره - اتم، یون یا مولکول در یک مول آب یک ماده وجود دارد. مول یک واحد اندازه گیری بسیار مناسب برای شیمیدانان است، زیرا یک مول از هر ماده حاوی همان تعداد ذرات است. مثلا. 1 مول آب (18 گرم) یا 1 مول قند (343 گرم) یا 1 مول اکسیژن (32 گرم) حاوی همان تعداد مولکول است که برابر با L "d \u003d 6.02 ¦! 0" است. دقیقاً همین تعداد اتم حاوی 1 مول آلومینیوم (27 گرم) یا یک مول مس (64 گرم) یا یک مول نقره (108 گرم) است. و I مول نمک (58.5 گرم) حاوی 6.02 10 "یونهای با بار مثبت (کاتیونها) سدیم و یونهای با بار منفی (آنیونها) کلر است. مفهوم "مول" (قبلاً به آن "مولکول گرم" می گفتند و حتی پیش از این، در زمان مندلیف، - "سهم شیمیایی") از این جهت راحت است که می توان از آن بدون دانستن مقدار عددی ثابت آووگادرو استفاده کرد، زیرا مواد مطابق با تعداد مول های موجود در آنها با یکدیگر واکنش می دهند.
ما در مورد چگونگی تعیین این عدد عظیم توسط دانشمندان صحبت خواهیم کرد، اما در حال حاضر اجازه دهید به قاشق خود برگردیم. بنابراین، اجازه دهید در آزمایش قبلی خوش شانس باشیم، و معلوم شد که قاشق از نقره با عیار بالا با چگالی 10.5 گرم بر سانتی متر مربع ساخته شده است. اکنون ما تمام داده ها را برای تعیین اندازه "اتم نقره" در اختیار داریم. در I سانتی متر "نقره حاوی 10.5 گرم: 108 گرم / مول = 0.097 مول یا 0.097 ¦ 6.02 ¦ I0J1 \u003d 5.84 10" اتم نقره است. اگر فضای خالی بین اتم ها را حساب نکنیم، سهم خود اتم ها 1 سانتی متر مکعب نیست، بلکه کمی کمتر - 0.74 سانتی متر مکعب خواهد بود. این بدان معنی است که حجم یک اتم 0.74 s.m3 / 5.84-10 "= 1.27-10" cm3 است. فقط برای محاسبه قطر اتم نقره با استفاده از فرمول بالا باقی مانده است. معلوم می شود که بسیار کوچک است: d \u003d 3 10 4 سانتی متر یا 0.3 نانومتر (نانو متر - یک میلیارد قسمت متر - مناسب ترین واحد برای اندازه گیری چنین مقادیر کمی).
همه اتم ها بسیار کوچک هستند. زنجیره ای متشکل از یک میلیون اتم نقره که محکم در کنار هم قرار گرفته اند، تنها 0.3 میلی متر کشیده می شود. برای مقایسه: اگر یک میلیون دانه خشخاش را با قطر 1 میلی متر در یک زنجیره قرار دهید، چنین زنجیره ای به مدت 1 کیلومتر کشیده می شود! به دلیل اندازه کوچک اتم ها، حتی با قوی ترین میکروسکوپ نوری نیز نمی توان آنها را دید. اما دانشمندان دستگاه های دیگری را ارائه کرده اند که به شما امکان می دهد تصاویری از اتم های منفرد دریافت کنید.
تقریباً به اندازه اتم نقره، مولکول های کوچکی دارند - اکسیژن، نیتروژن، متان، آب. همه آنها شامل چندین جلد کوچک هستند. مولکول هایی وجود دارند که بسیار بزرگتر هستند: آنها حاوی اتم های زیادی یا آگومای بزرگ هستند (مثلاً اتم های ید). در قسمت بعدی یکی از روش های اندازه گیری اندازه مولکول ها را معرفی می کنیم. و اکنون - برخی از اطلاعات جالب و مفید در مورد آووگادرو و ثابت به نام او.
آووگادرو شیمیدان ایتالیایی با استانداردهای آن زمان عمر بسیار طولانی داشت. او در سال 1776 در تورین، در شمال ایتالیا به دنیا آمد. وی لیسانس حقوق گرفت و در 20 سالگی به سمت دبیری بخشداری منصوب شد. این سال‌هایی بود که شکوه فرمانده جوان فرانسوی ناپلئون در ایتالیا غوغا کرد. با این حال، آووگادرو نه توسط ارتش و نه حرفه حقوقی جذب نشد. با گذشت زمان، او بیشتر و بیشتر به علوم طبیعی - فیزیک و شیمی، علاقه مند شد که خودش به مطالعه آنها پرداخت. در سال 1809 او شروع به تدریس فیزیک در شهر Wertschli در نزدیکی تورین کرد و در سال 1820 به عنوان استاد فیزیک ریاضی در دانشگاه تورین منصوب شد. آووگادرو تا سن پیری در دانشگاه کار کرد و تنها در سال 1850 آن را ترک کرد. آووگادرو در سال 1856 در تورین درگذشت. اطلاعات بسیار کمی در مورد زندگی شخصی او وجود دارد. آووگادرو با دو مقاله منتشر شده در سال های 1811 و 1814 تجلیل شد. در ابتدا آنها علاقه ای برانگیختند و تقریباً فراموش شدند. امروزه نام آووگادرو برای دانش آموزان تمام کشورها در صورتی که فیزیک و شیمی بخوانند شناخته شده است. قانون آووگادرو بسیار ساده به نظر می رسد: "حجم های مساوی از مواد گازی در فشار و دمای یکسان حاوی تعداد مولکول های یکسانی هستند، به طوری که چگالی گازهای مختلف به عنوان معیاری برای جرم مولکول های آنها عمل می کند." از این قانون نتیجه گرفت که با اندازه گیری چگالی گازهای مختلف می توان جرم های نسبی و همچنین ترکیب مولکول های ترکیبات گازی را تعیین کرد. نوادگان سپاسگزار تعداد ذرات یک مول از یک ماده را ثابت آووگادرو نامیدند که به عنوان JVa تعیین شد. به هر حال، کلمه "مول" خود منشا ایتالیایی یا بهتر است بگوییم لاتین است. ترجمه از لاتین، مول به معنای "وزن، بلوک، حجم" است. یک سکه مدرن ایتالیایی دو سنتی، گنبدی را با گلدسته ای از "انتونلی بالک" (مول A/ilonelliana)، بلندترین سازه ایتالیا (167.5 متر) نشان می دهد. جالب اینجاست که این ساختمان نماد تورین، زادگاه آووگادرو به حساب می آید. بر این اساس، مولکول (با پسوند کوچک -si / o) یک "جرم کوچک" است، مانند یک جسم یک "جسم کوچک" است (همانطور که مولکول ها در زمان لومونوسوف نامیده می شدند). علاوه بر معنای مشخص شده، کلمه motes در لاتین به معنای "سد، خاکریز، مستحکم شده با سنگ های بزرگ" است (کلمه "اسکله" را به خاطر بیاورید - ساختاری در بنادر برای محافظت از کشتی ها از امواج دریا) - همان ریشه در کلمه لاتین mola - "سنگ آسیاب" ("سنگ عظیم") و در فعل to / o - "سوز کردن". از این رو چکش با چکش، و دندان آسیاب - دندانی که غذای جامد را آسیاب می کند، مانند سنگ آسیاب در آسیاب، و حتی یک پروانه مضر - حشره ای که آسیاب می کند، چیزها را به آرد پاک می کند.
ثابت آووگادرو عدد بزرگی است که تصور آن سخت است. برای مثال، 4 میلیارد برابر بیشتر از فاصله زمین تا خورشید است که در میلی متر بیان می شود! این بدان معنی است که اتم ها و مولکول ها بسیار کوچک هستند - زیرا تعداد زیادی از آنها در مقدار نسبتاً کمی از ماده وجود دارد. حتی در قرن نوزدهم، برای دانشمندان آشکار بود که. از آنجایی که اتم ها و مولکول ها بسیار کوچک هستند و هنوز کسی آنها را ندیده است، ثابت آووگادرو باید بسیار بزرگ باشد. به تدریج، فیزیکدانان یاد گرفتند که اندازه مولکول ها و مقدار ثابت آووگادرو را تعیین کنند - در ابتدا بسیار تقریبی، تقریباً، سپس بیشتر و دقیق تر. اول از همه، برای آنها واضح بود که هر دو کمیت به هم مرتبط هستند: هرچه اتم ها و مولکول ها کوچکتر باشند، ثابت آووگادرو بزرگتر خواهد شد.
مربیان و مروجین شیمی راه های دیدنی زیادی برای تجسم عظمت این تعداد ارائه کرده اند. در اینجا برخی از آنها آورده شده است.
صحرای صحرا حاوی کمتر از سه مول از بهترین دانه های شن است.
اگر حجم یک توپ فوتبال به میزان Λ برابر شود، کره زمین در چنین توپی قرار می گیرد. اگر قطر توپ به برابر NA افزایش یابد، بزرگترین کهکشان حاوی صدها میلیارد ستاره در آن قرار می گیرد. به هر حال، تعداد ستاره های جهان تقریباً برابر با ثابت آووگادرو است.
اگر 100 گرم رنگ را برداریم، تمام مولکول های آن را به نحوی علامت گذاری کنیم، این رنگ را در دریا بریزیم و صبر کنیم تا به طور مساوی در تمام دریاها و اقیانوس ها تا ته آن پخش شود، سپس، یک لیوان آب در هر جایی بریزیم. در کره زمین، قطعاً خواهیم یافت که حاوی بیش از دوازده مولکول "برچسب" است.
با هر دم یک فرد، حداقل چند مولکول اکسیژن و نیتروژن وارد ریه های او می شود که در آخرین بازدم ژولیوس سزار (44 قبل از میلاد) وجود داشت.
اگر یک مول از اسکناس های دلار را بردارید، تمام قاره ها را با یک لایه متراکم دو کیلومتری پوشش می دهند.
در دوران باستان در شرق آنها چنین افسانه ای را ارائه کردند. در پادشاهی پریان یک صخره گرانیتی عظیم وجود دارد. تصور کنید که شکل مکعبی دارد که لبه آن برابر با 1 کیلومتر است. در هر قرن یکبار کلاغی روی صخره ای می نشیند و منقار خود را روی آن تمیز می کند. اگر فرض کنیم که در این حالت سنگ 0.0001 سال پاک شده باشد، تعداد سالهایی که در آن یک دانه شن از سنگ باقی نمانده است کمتر از ثابت آووگادرو است.

اندازه اتمبا شعاع لایه الکترونی بیرونی آن تعیین می شود. ابعاد همه اتم ها 10-10 متر است و اندازه هسته 5 مرتبه کوچکتر است، در کل - 10-15 متر است. در یک ساختمان 20 طبقه، هسته اتم شبیه یک ذره میلی متری غبار در اتاق مرکزی این خانه خواهد بود. با این حال، تصور خانه ای که جرم آن تقریباً به طور کامل در این ذره گرد و غبار متمرکز شده است دشوار است. و اتم همین است.

اتم ها بسیار کوچک و بسیار سبک هستند. یک اتم به همان اندازه که یک سیب از یک کره سبک تر است از یک سیب سبک تر است. اگر جهان "سنگین تر" شود به طوری که یک اتم شروع به وزن کردن مانند یک قطره آب کند، آنگاه مردم در چنین جهانی مانند سیارات سنگین خواهند شد: کودکان - مانند عطارد و مریخ و بزرگسالان - مانند زهره و زمین.

حتی با میکروسکوپ هم نمی توانید یک اتم را ببینید. بهترین میکروسکوپ های نوری تشخیص جزئیات یک جسم را در صورتی که فاصله بین آنها ~0.2 میکرومتر باشد ممکن می سازد. در یک میکروسکوپ الکترونی، این فاصله به ~2-3 Å کاهش یافت. برای اولین بار، با استفاده از یک پروژکتور یونی، امکان تشخیص و عکسبرداری از اتم های جداگانه وجود داشت. اما هیچ کس ندید که چگونه اتم در داخل چیده شده است. تمام داده ها در مورد ساختار اتم ها از آزمایش های مربوط به پراکندگی ذرات به دست آمده است.

جرم هسته اتمچندین هزار برابر جرم پوسته الکترونی آن. این به این دلیل است که هسته اتم ها در مقایسه با الکترون از ذرات بسیار سنگین - پروتون تشکیل شده است. پو نوترون ها nجرم آنها تقریباً یکسان و حدود 2000 برابر جرم یک الکترون است. که در آن پروتون- ذرات باردار مثبت، و نوترون- خنثی. بار یک پروتون از نظر قدر با بار یک الکترون برابر است. تعداد پروتون های هسته با تعداد الکترون های پوسته برابر است و این امر خنثی الکتریکی اتم را تضمین می کند. تعداد نوترون ها می تواند متفاوت باشد، در هسته یک اتم هیدروژن سبک اصلا نوترون وجود ندارد و در هسته یک اتم کربن می تواند 6 و 7 و 8 باشد.

جرم یک الکترونمن ≈ 0.91. 10-30 کیلوگرم، جرم پروتونm p≈ 1.673. 10-27 کیلوگرم = 1836m e ، جرم نوترونm n \u003d 1.675. 10-27 کیلوگرم≈ 1840 من

جرم یک اتمکمتر از مجموع جرم های هسته و الکترون ها در هر اندازه ∆m،تماس گرفت نقص انبوه، که به دلیل برهمکنش کولن هسته و الکترون ها ایجاد می شود. نقص جرم اتم ها (برخلاف هسته ها) بسیار کوچک است و اگرچه با افزایش آن افزایش می یابد ز، حتی یک اتم از جرم یک الکترون بیشتر نمی شود. مطالب از سایت

البته نمی توان اتم را روی ترازو گذاشت و وزن کرد، خیلی کوچک است. جرم اتم ها ابتدا توسط شیمیدانان تعیین شد. علاوه بر این، آنها آنها را در واحدهای نسبی اندازه گیری کردند و جرم یک اتم هیدروژن را به عنوان یک واحد در نظر گرفتند و از قانون دالتون استفاده کردند که بر اساس آن، مواد شیمیایی زمانی تشکیل می شوند که اتم های عناصر شیمیایی به نسبت مشخصی ترکیب شوند. و اکنون جرم اتم ها اغلب در واحدهای نسبی اندازه گیری می شود، اما 1/12 از جرم اتم کربن C 12.1 a.m به عنوان واحد جرم اتمی (a.m.u.) استفاده می شود. e.m. = 1.66057. 10-27 کیلوگرم.

اتم کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی است که تمام خواص شیمیایی خود را حفظ می کند. یک اتم از یک هسته با بار مثبت و الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده است. بار هسته هر عنصر شیمیایی برابر است با حاصلضرب Z در e که Z شماره سریال این عنصر در سیستم تناوبی عناصر شیمیایی است، e مقدار بار الکتریکی اولیه است.

الکترون- این کوچکترین ذره یک ماده با بار الکتریکی منفی e=1.6·10 -19 کولن است که به عنوان بار الکتریکی اولیه در نظر گرفته می شود. الکترون‌هایی که در اطراف هسته می‌چرخند، روی لایه‌های الکترونی K، L، M و غیره قرار دارند. K نزدیک‌ترین پوسته به هسته است. اندازه یک اتم با اندازه پوسته الکترونی آن تعیین می شود. یک اتم می تواند الکترون ها را از دست بدهد و به یون مثبت تبدیل شود یا الکترون به دست آورد و تبدیل به یون منفی شود. بار یک یون تعداد الکترون های از دست رفته یا به دست آمده را تعیین می کند. فرآیند تبدیل اتم خنثی به یون باردار را یونیزاسیون می نامند.

هسته اتمی(بخش مرکزی اتم) از ذرات هسته ای بنیادی - پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است. شعاع هسته حدود صد هزار بار کوچکتر از شعاع اتم است. چگالی هسته اتم بسیار زیاد است. پروتون ها- اینها ذرات بنیادی پایداری هستند که دارای بار الکتریکی واحد مثبت و جرمی 1836 برابر بیشتر از جرم یک الکترون هستند. پروتون هسته سبک ترین عنصر یعنی هیدروژن است. تعداد پروتون های هسته Z است. نوترونیک ذره بنیادی خنثی (بدون بار الکتریکی) با جرم بسیار نزدیک به جرم یک پروتون است. از آنجایی که جرم هسته مجموع جرم پروتون ها و نوترون ها است، تعداد نوترون ها در هسته یک اتم A - Z است، که در آن A تعداد جرمی یک ایزوتوپ معین است (نگاه کنید به). پروتون و نوترون تشکیل دهنده هسته را نوکلئون می نامند. در هسته، نوکلئون ها توسط نیروهای ویژه هسته ای محدود می شوند.

هسته اتم دارای ذخیره عظیم انرژی است که در طی واکنش های هسته ای آزاد می شود. واکنش‌های هسته‌ای زمانی رخ می‌دهند که هسته‌های اتمی با ذرات بنیادی یا با هسته‌های عناصر دیگر برهمکنش می‌کنند. در نتیجه واکنش های هسته ای، هسته های جدیدی تشکیل می شوند. به عنوان مثال، یک نوترون می تواند به یک پروتون تبدیل شود. در این حالت، یک ذره بتا، یعنی یک الکترون، از هسته خارج می شود.

انتقال در هسته یک پروتون به یک نوترون به دو صورت انجام می شود: یا ذره ای با جرمی برابر با جرم یک الکترون، اما با بار مثبت که پوزیترون (واپاشی پوزیترون) نامیده می شود، از آن ساطع می شود. هسته، یا هسته یکی از الکترون‌ها را از نزدیک‌ترین پوسته K می‌گیرد (K -capture).

گاهی اوقات هسته تشکیل شده دارای انرژی اضافی است (در حالت برانگیخته است) و با عبور از حالت عادی، انرژی اضافی را به صورت تابش الکترومغناطیسی با طول موج بسیار کوتاه آزاد می کند -. انرژی آزاد شده در طی واکنش های هسته ای عملاً در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

اتم (به یونانی atomos - غیر قابل تقسیم) کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی است که خواص شیمیایی خود را دارد. هر عنصر از انواع خاصی از اتم ها ساخته شده است. ساختار یک اتم شامل هسته حامل بار الکتریکی مثبت و الکترون هایی با بار منفی است (نگاه کنید به) که پوسته های الکترونیکی آن را تشکیل می دهند. مقدار بار الکتریکی هسته برابر با Z-e است، جایی که e بار الکتریکی اولیه، برابر با بار الکترون (4.8 10 -10 e.-st. واحد)، و Z عدد اتمی است. این عنصر در سیستم تناوبی عناصر شیمیایی (نگاه کنید به .). از آنجایی که یک اتم غیریونیزه خنثی است، تعداد الکترون های موجود در آن نیز برابر با Z است. ترکیب هسته (نگاه کنید به هسته اتمی) شامل نوکلئون ها، ذرات بنیادی با جرم تقریباً 1840 برابر بیشتر از جرم یک اتم است. الکترون (برابر 9.1 10 - 28 گرم)، پروتون ها (نگاه کنید به)، با بار مثبت، و نوترون های بدون بار (نگاه کنید به). تعداد نوکلئون های هسته را عدد جرمی می نامند و با حرف A نشان داده می شود. تعداد پروتون های هسته برابر با Z تعداد الکترون های وارد شده به اتم، ساختار لایه های الکترونی و مواد شیمیایی را تعیین می کند. خواص اتم تعداد نوترون های هسته A-Z است. ایزوتوپ ها انواعی از یک عنصر نامیده می شوند که اتم های آن ها از نظر عدد جرمی با یکدیگر متفاوت هستند، اما دارای Z یکسان هستند. بنابراین، در هسته اتم های ایزوتوپ های مختلف یک عنصر، تعداد متفاوتی از نوترون ها با همان تعداد پروتون هنگام تعیین ایزوتوپ ها، عدد جرمی A در بالای نماد عنصر و عدد اتمی در پایین نوشته می شود. به عنوان مثال، ایزوتوپ های اکسیژن را نشان می دهند:

ابعاد یک اتم با ابعاد لایه های الکترونی تعیین می شود و برای همه Z حدود 8-10 سانتی متر است.از آنجایی که جرم تمام الکترون های اتم چندین هزار بار کمتر از جرم هسته است، جرم اتم با عدد جرمی متناسب است. جرم نسبی یک اتم از ایزوتوپ معین نسبت به جرم اتم ایزوتوپ کربن C 12 که 12 واحد در نظر گرفته می شود، تعیین می شود و جرم ایزوتوپی نامیده می شود. معلوم می شود که نزدیک به عدد جرمی ایزوتوپ مربوطه است. وزن نسبی یک اتم یک عنصر شیمیایی میانگین (با در نظر گرفتن فراوانی نسبی ایزوتوپ های یک عنصر معین) مقدار وزن ایزوتوپی است و وزن اتمی (جرم) نامیده می شود.

اتم یک سیستم میکروسکوپی است و ساختار و ویژگی‌های آن را می‌توان تنها با کمک نظریه کوانتومی که عمدتاً در دهه 20 قرن بیستم ایجاد شد و برای توصیف پدیده‌ها در مقیاس اتمی ایجاد شد، توضیح داد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که ریزذرات - الکترون‌ها، پروتون‌ها، اتم‌ها و غیره - علاوه بر ذرات جسمی، دارای خواص موجی هستند که خود را در پراش و تداخل نشان می‌دهند. در تئوری کوانتومی، یک میدان موج خاصی که با تابع موج مشخص می شود (تابع Ψ) برای توصیف وضعیت ریز اجرام استفاده می شود. این تابع احتمالات حالت های ممکن یک میکرو شی را تعیین می کند، به عنوان مثال، احتمالات بالقوه برای تجلی یکی از ویژگی های آن را مشخص می کند. قانون تغییر تابع Ψ در فضا و زمان (معادله شرودینگر) که یافتن این تابع را ممکن می سازد، در نظریه کوانتومی همان نقشی را ایفا می کند که قوانین حرکت نیوتن در مکانیک کلاسیک. حل معادله شرودینگر در بسیاری از موارد منجر به حالت های احتمالی گسسته سیستم می شود. بنابراین، به عنوان مثال، در مورد یک اتم، یک سری توابع موج برای الکترون ها مربوط به مقادیر مختلف انرژی (کوانتیزه) به دست می آید. سیستم سطوح انرژی اتم که با روش های تئوری کوانتومی محاسبه می شود، در طیف سنجی تایید درخشانی دریافت کرده است. انتقال یک اتم از حالت پایه مربوط به پایین ترین سطح انرژی E 0 به هر یک از حالت های برانگیخته E i زمانی رخ می دهد که بخش خاصی از انرژی Ei - E 0 جذب شود. یک اتم برانگیخته به حالت کمتر برانگیخته یا پایه می رود، معمولاً با گسیل یک فوتون. در این حالت، انرژی فوتون hv برابر است با اختلاف بین انرژی های یک اتم در دو حالت: hv= E i - E k که در آن h ثابت پلانک است (6.62·10 -27 erg·sec)، v فرکانس است. از نور

علاوه بر طیف اتمی، نظریه کوانتومی امکان توضیح سایر خواص اتم ها را نیز فراهم کرده است. به طور خاص، ظرفیت، ماهیت پیوند شیمیایی و ساختار مولکول ها توضیح داده شد و تئوری سیستم تناوبی عناصر ایجاد شد.