Atom - Atom


Vikipedi, özgür ansiklopedi

Helyum atomu
Helyum atomu temel durum.
Bir örneği helyum atomu, tasvir çekirdeği (pembe) ve elektron bulutu dağılımına (siyah). Helyum-4 çekirdeği (üst sağ) gerçekte küresel simetrik ve daha karmaşık çekirdekler için durum her zaman böyle olmasa da yakından elektron bulutu andırır. Siyah çubuk biridir angstrom ( 10 -10  m veya 100  pm ).
sınıflandırma
Bir kimyasal elementin küçük kabul bölünmesi
Özellikleri
Kütle aralığı 1.67 x 10 -27 için 4.52 x 10 -25  kg
Elektrik şarjı sıfır (nötr), ya da iyon şarj
Çap aralığı 62 pm ( O 520 pm) ( Cs ) ( veri sayfası )
Bileşenler Elektronlar ve kompakt bir çekirdek içinde proton ve nötronlar

Bir atomu sıradan küçük oluşturucu birim olan madde bir özelliklerine sahiptir kimyasal element . Her bir katı , sıvı , gaz ve plazma nötr ya da oluşmaktadır iyonize atomu. Atomlar son derece küçüktür; Tipik uzunlukları yaklaşık 100 olan  picometers (bir metrenin on milyarda, kısa ölçekli ).

Atomlar kadar küçük olan onlar sanki - klasik fizik kullanarak davranışlarını tahmin etmeye çalışarak bu bilardo topları , örneğin - nedeniyle belirgin yanlış tahminler verir kuantum etkileri . Fizik gelişme sayesinde, atom modelleri dahil etmişlerdir kuantum ilkelerini daha iyi açıklamak ve bu davranışını tahmin etmek.

Her atom, bir oluşmaktadır çekirdeği ve bir ya da daha çok elektron çekirdeğine bağlı olan. Çekirdeği, bir veya daha fazlasından oluşur proton ve tipik olarak benzer bir dizi nötron . Protonlar ve nötronlar denir nükleonları . Bir atom fazla% 99.94 kütle çekirdeği bulunmaktadır. Protonlar pozitif olması elektrik yükünü elektronlar negatif elektrik yükü, ve nötronlar hiçbir elektrik yükü var. Proton ve elektron sayısı eşitse, o atomu elektriksel olarak nötrdür. Bir atom proton daha fazla veya daha az elektron varsa, o zaman, sırasıyla, genel bir negatif veya pozitif yüke sahiptir ve bir adlandırılır iyonu .

Bir atomun elektron bu bir atom çekirdeğinde proton çekici elektromanyetik kuvvet . Çekirdekte proton ve nötron farklı kuvvet ile birbirine çekilirler nükleer kuvvet birbirinden pozitif yüklü protonlar kovucu elektromanyetik kuvvet genellikle daha güçlüdür. Belirli koşullar altında, itici elektromanyetik kuvvet nükleer kuvvetinden daha güçlü hale gelir, ve nükleonları farklı elemanı bırakarak çekirdekten çıkartılmış olabilir: nükleer bozunma elde nükleer dönüşümünü .

Çekirdeğinin proton sayısı ne tanımlayan kimyasal element atomu ait: örneğin, tüm bakır atomuna 29 protonlar ihtiva eder. Nötron sayısı tanımlayan izotop elemanının. Elektron sayısı etkileyen manyetik bir atom özelliklerini. Atomu ile, bir ya da daha fazla başka atomuna ekleyebilir kimyasal bağlar oluşturmak üzere kimyasal bileşikler gibi moleküller . İlişkilendirmek ve ayırmak atomlu yeteneği doğada görülen fiziksel değişikliklerin çoğundan sorumlu olan ve disiplin konusu kimyası .

atom teorisinin Tarihçesi

Felsefede Atomlar

Ayrık birimler kadar yapılmış olduğu düşüncesi, Yunanistan ve Hindistan gibi birçok eski kültürlerde görünen, çok eski bir fikirdir. Kelime "atom" ( Yunanca : ἄτομος ; atomos ), anlamına gelen "uncuttable" tarafından ortaya konmuştur antik Yunan filozofları Leucippus'tan ve onun gözbebeği Demokritos ( c. 460 - c. 370 BC). Demokritos atomu sayısı sonsuz uncreated ve sonsuz olduğu öğretilir, ve onu oluşturan atomların tür bir amacı, sonucun nitelikleri bu. Democritus'un en atomculuk rafine ve daha sonra filozof tarafından geliştirildi Epicurus (341-270 BC). Sırasında Erken Ortaçağ'da , atomculuk çoğunlukla Batı Avrupa'da unutuldu, ama İslam filozoflarının bazı gruplar arasında atlattı. Onikinci yüzyılda atomculuk yeni-yeniden keşfedilen yazılarında kendisine referanslar yoluyla Batı Avrupa'da yeniden tanındı Aristo .

On dördüncü yüzyılda, büyük çaplı işler yeniden keşfedilmesi dahil atomist öğretilerini açıklayan Lucretius'un 'ın De rerum natura ve Laertios Diogenes ' in Yaşıyor ve Akil Filozofların Fikri , konuyla ilgili artan bilimsel ilgisini çekti. Atomculuk felsefesi ile ilişkili olduğundan Yine de, Epikurosçuluk Ortodoks Christian öğretileri ters, atomu olan inanç kabul edilebilir değildi. Fransız Katolik rahibi Pierre Gassendi (1592-1655), sonsuz derece sayısız olmasalar da atomlar, Allah'ın yarattığı ve savunarak değişikliklerle Epicurean atomsallığı canlandı. Atomların Gassendi değiştirilmiş teorisi hekim tarafından Fransa'da popüler oldu François Bernier doğal filozof tarafından (1620-1688) ve İngiltere'de Walter Charleton (1619-1707). Kimyacı Robert Boyle (1627-1691) ve fizikçi Isaac Newton hem on yedinci yüzyıl sonunda, atomsallığı savundu ve (1642-1727), bilimsel topluluğun kısımları tarafından kabul olmuştu.

İlk kanıta dayalı teori

Çeşitli atomlar ve moleküller olarak tasvir John Dalton 'nin Kimyasal felsefesi yeni bir sistem (1808).

1800'lü yılların başında John Dalton niçin atomların kavramını kullanılan unsurlar hep küçük tam sayılar (oranlarında tepki katlı oranlar kanunu ). Örneğin, iki tipi vardır kalay oksit tek bir% 88.1 kalay ve% 11.9 oksijen ve diğer% 78.7 kalay ve% 21.3 oksijen (bir: kalay (II) oksit ve kalay dioksit sırasıyla). Bu kalay 100 g 13.5g ya da oksijen, 27g ya kombine anlamına gelir. 2, küçük tam sayı oranı: 13.5 ve 27 1 bir oranı oluştururlar. Diğer bir deyişle, atomlarda - kimyasında bu ortak desen öğeleri ayrı birimler adedi reaksiyona girdiği Dalton önerdi. Kalay oksitler durumunda, bir kalay atomu bir ya da iki oksijen atomu ile birlikte bir araya getirecektir.

Dalton aynı zamanda su farklı oranlarda farklı gazlar emer neden atom teorisi açıklayabilir inanıyordu. Örneğin, o su absorbe eder bulunan karbon dioksit emer daha iyi azot . Dalton bu kütleler ve gaz, ilgili parçacıkların konfigürasyonları ve karbon dioksit molekülü (CO arasındaki farklılıklar nedeniyle varsayılmış 2 ), nitrojen molekülleri daha ağır ve daha büyük olan (K 2 ).

Brown hareketi

1827 yılında botanikçi Robert Brown suda yüzen toz taneleri bakmak için bir mikroskop kullanılır ve bunlar, yaklaşık hatalı "olarak bilinen bir fenomen taşındı keşfetti Brown hareketi ". Bu yaklaşık tanelerini vurma su moleküllerinin neden olduğu düşünüldü. 1905 yılında, Einstein ilk üreterek bu moleküller ve bunların hareketleri gerçekliğini kanıtlanmıştır istatistiksel fizik analizi Brown hareketi . Fransız fizikçi Jean Perrin deneysel böylece kesin doğrulama atom kütle ve boyutlarını belirlemek için Einstein'ın iş kullanılmış Dalton atom teorisi .

elektronun Keşif

Geiger-Marsden deneyi
En: ihmal edilebilir sapma ile atomunun erik puding modeli geçen alfa parçacıklarını: Sonuçlar beklenir.
Alt: Gözlemlenen sonuçlar: parçacıkların küçük bir bölümü çekirdeğin konsantre pozitif yükü ile saptırılmıştır.

Fizikçi JJThomson ölçülmüş kütle katot ışınları , parçacıkların yapılmıştır gösteren, ancak hafif atomu, daha yaklaşık 1800 kat daha hafif olarak hidrojen . Bu nedenle, bu atomuna değildi, ama yeni bir parçacık, ilk atom altı parçacık o ilk "olarak adlandırılan, keşfedilecek parçacık " daha sonra seçildi elektron ile talep edilen parçacıklar sonra, George Johnstone Stoney Ayrıca aynıydı gösterdi 1874 yılında tarafından verilen parçacıklar fotoelektrik ve radyoaktif malzemeler. Bu hızlı bir şekilde taşırlar olduğu kabul edilmiştir elektrik akımları metal tellerin ve atomu olan negatif elektrik yükü taşır. Thomson 1906 verildi Nobel Fizik Ödülü bu iş için. Böylece o atomuna madde bölünmez, son partiküller olduğu inancı bozmuştur. Thomson da yanlış düşük kütle, eksi yüklü elektronlar pozitif yüklü düzgün bir denizde atom nm yayıldığını öne sürdü. Bu olarak tanındı erik pudingi modeli .

çekirdeğin Keşif

1909 yılında, Hans Geiger ve Ernest Marsden , yönetiminde Ernest Rutherford , bir metal folyo bombardıman alfa parçacıkları da dağılmış nasıl gözlemlemek. Onlar Thomson'un modeli atom içerisinde yüklerin kendi elektrik alanları alfa parçacıklarını fazla etkilemez diye yaygın olduğunu söyledi çünkü bütün alfa parçacıkları, küçük sapma ile düz geçmesine bekleniyor. Bununla birlikte, Geiger ve Marsden alfa parçacıkları Thomson'ın modeline göre imkansız olması gerekiyordu 90 °, daha büyük açılar ile yönlendirilmiştir gördü. Bunu açıklamak için, Rutherford atomun pozitif yük atomun merkezinde bir küçücük çekirdeğinde yoğunlaştığı önerdi.

izotopların Keşif

Ürünleri ile deney sırasında radyoaktif bozunma , 1913 radiochemist Frederick Soddy her pozisyonda atomunun birden fazla türü ortaya çıktı keşfetti periyodik tablonun . Terimi, izotop tarafından icat edilmiştir Margaret Todd aynı elemanına ait farklı atomlar için uygun bir isim olarak. JJ Thomson için bir teknik oluşturdu izotop ayırma konusundaki çalışmalarıyla iyonize gazlar sonradan keşfine yol, istikrarlı izotoplar .

Bohr modeli

bir elektron bir yörüngeden gelen anlık "atılımlar" yapma Bohr modeli. Bu model kullanılmıyor.

1913 yılında fizikçi Niels Bohr, bir atomun elektron çekirdeği yörünge varsayılmıştır ancak yörüngelerinin sonlu grubu da mümkün olabilir ki burada bir model önerilen ve emme tekabül eden sadece enerji ayrık değişiklikler bu yörüngeleri arasında atlama olabilir ya da bir foton radyasyonu. Elektronlar yörüngeleri (normal olarak, dairesel bir hareket olmak üzere bir ivme masraflar, elektromanyetik radyasyon olarak yayılan kinetik enerji kaybeder bkz verilen stabildir neden niceleme açıklamak için kullanılmıştır senkrotron radyasyonu ) ve neden elemanları emer ve ayrık tayfında elektromanyetik radyasyon yayarlar .

Daha sonra aynı yıl Henry Moseley lehine ek deneysel kanıt sağladı Niels Bohr'un teorisine . Bu sonuçlar, rafine Ernest Rutherford 'in ve Antonius Van Broek den atom, içinde ihtiva önerilmektedir s modeli' çekirdeği pozitif bir dizi nükleer ücretler periyodik tablodaki (atom) sayısına eşittir. Bu deneylerde kadar, atom numarası fiziksel ve deneysel miktar olduğu bilinmiyordu. O atomik çekirdek yükü eşit olduğunu kabul atom modeli bugün kalır.

Kimyasal bağ açıklanmıştır

Kimyasal bağlar atomu arasında artık, açıklanmıştır Gilbert Newton Lewis bunları oluşturan elektron arasında etkileşimler gibi, 1916 yılında. Gibi kimyasal özellikleri elementlerin büyük ölçüde göre kendilerini tekrar biliniyordu periyodik yasa , 1919 yılında Amerikalı kimyacı Irving Langmuir Elektronlar atomun bağlı ya da bazı biçimde kümelenmiş olsaydı bu açıklanabileceğini öne sürdü. Elektronların Grupları kümesi işgal etmek düşünülüyordu elektron kabukları çekirdeğe hakkında.

Kuantum fiziğinde bir ileri gelişme

Stern-Gerlach deneyi 1922 atom özellikleri kuantum yapısını daha kanıt sağlamıştır. Gümüş atomlarının, bir ışın özel olarak şekillendirilmiş bir manyetik alan içinden geçirilmiş zaman, kiriş, bir atom açısal momentum veya yönü ile bağlantılı bir şekilde bölünmüş bir dönüş . Bu döndürme yönü başlangıçta rasgele olduğu için, kiriş rastgele bir doğrultuda hareket etmesini beklenirdi. Bunun yerine, kiriş atom tekabül eden, iki yönlü bileşenler ayrıldı döndürme kadar yönlendirilmiş ya da manyetik alana göre aşağı edilir.

1925 yılında , Werner Heisenberg kuantum mekaniği (ilk tutarlı matematiksel formülasyona yayınlanan Matris Mekanik ). Bir yıl önce, 1924 yılında, Louis de Broglie tüm parçacıklar 1926 yılında, dalgalar gibi bir alana etki ettiği ve önerdiği, Erwin Schrödinger üç- olarak elektronları açıklanan atomun bir matematiksel model (Dalga Mekaniği) geliştirmek için bu fikri kullanılan boyutsal dalga yerine noktası parçacıkları.

Parçacıkları için dalga biçimlerini kullanarak bir sonucu her ikisi için kesin değerler elde etmek için matematiksel olarak imkansız olmasıdır pozisyon ve ivme zaman içinde belirli bir noktada bir parçacığı; Bu olarak bilinen belirsizlik ilkesi ile formüle Werner Heisenberg bir pozisyon, bir tek ya da tam tersi bir ivme için olası bir değer aralığı elde edilir olabilir, ve ölçme belirli bir doğruluk için bu kavram 1927'de. Bu model, atomik davranış gözlemleri açıklayabilir olduğu önceki model, belirli yapısal ve benzeri gibi, could spektral hidrojenden daha büyük atom modelleri. Bu nedenle, atomun planet modeli tarif edilene lehine atıldı yörüngeler belirli bir elektron dikkat edilmesi en olası olan çekirdeğin etrafında bölgeleri.

nötron Keşfi

Gelişimi kütle spektrometresi atomu kütlesi izin artan hassasiyeti ile ölçülecek. Cihaz iyonlarının bir kirişin yörünge bükmek için bir mıknatıs kullanır ve sapma miktarı yüküne bir atom ağırlığına oranı ile tespit edilir. Kimyager Francis William Aston izotopları farklı kitleleri olduğunu göstermek için bu cihazı kullanıldı. Atomik kütle tamsayı miktarlarda ile değiştirilebilir, bu izotopların olarak adlandırılan tam sayı kuralı . Bu farklı izotoplar için açıklama keşfini beklenen nötronun , bir kütle benzer bir doldurulmamış parçayı proton fizikçi, James Chadwick sonra proton aynı sayıda elemanlar olarak açıklanmıştır 1932'de İzotopları ancak nötron farklı sayıda çekirdek içinde.

Bölünme, yüksek enerji fiziği ve yoğun madde

1938 yılında Alman kimyacı Otto Hahn , Rutherford öğrencisi, almak için bekliyor uranyum atomları üzerine nötron yönlendirilmiş Transuranyum elemanları . Bunun yerine, onun kimyasal deneyler gösterdi Baryum'u bir ürün olarak. Bir yıl sonra, Lise Meitner ve yeğeni Otto Frisch Hahn sonucu ilk deneysel olduğunu doğruladı nükleer fizyon . 1944 yılında, Hahn alınan Nobel kimyasında. Hahn'ın çabalarına rağmen, Meitner ve Frisch katkıları tanınmadı.

1950'lerde geliştirilmiş geliştirilmesi tanecik hızlandırıcı ve parçacık detektörleri yüksek enerji hareket atomlu etkilerini incelemek için bilim izin verdi. Nötron ve proton olduğu bulunmuştur hadronlar ya da daha küçük partiküllerin kompozit adı kuark . Parçacık fiziğinin standart modeli bugüne kadar başarıyla bu atom altı parçacıklar ve bunların etkileşimleri yöneten güçlerin açısından çekirdeğinin özelliklerini anlattıktan sonra geliştirildi.

yapı

Atomaltı parçacıklar

Kelime rağmen atomu başlangıçta daha küçük parçacıklar halinde kesilmiş edilemez bir parçacık gösterilen, çağdaş bilimsel kullanım atom çeşitli oluşmaktadır atom altı parçacıkların . Bir atomun oluşturan parçacıklar , elektron , proton ve nötron ; Her üç olan fermiyonlar . Bununla birlikte, hidrojen 1 atomu nötronu vardır ve hidron iyonu bir elektrona sahip.

Elektron de uzak bu parçacıkların büyük azından 9.11 x 10 -31  kg negatif olan, elektrik yükü ve mevcut teknikler kullanılarak ölçülebilir için çok küçük olan bir boyuta. Bu keşif kadar kütle ölçülen pozitif geri kalanı ile hafif parçacık olduğu nötrinonun kütlesi. Normal koşullarda, elektronlar zıt elektrik yüklerinin oluşturulan cazibe ile pozitif yüklü çekirdeğine bağlıdırlar. Bir atom, atom numarası daha fazla veya daha az elektron varsa, o zaman, sırasıyla, negatif veya pozitif bir bütün olarak şarj olur; yüklü bir atomu bir adlandırılır iyonu . Elektronlar 19. yüzyılın sonlarında, çok teşekkür beri bilinmektedir JJ Thomson ; bakınız atomaltı fiziği tarihini detayları için.

Protonlar pozitif bir yük ve bir kitle elektron 1.836 kat daha sahip 1,6726 x 10 -27  kg . Bir atomun proton sayısı, adı atom numarası . Ernest Rutherford (1919), alfa-parçacık bombardımanı, nitrojen hidrojen çekirdeği olduğu ortaya çıktı çıkarır görülmektedir. 1920'de o hidrojen çekirdeği atomu olan bir tat parçacık olduğu kabul ve adı olan bir proton .

Nötron bir elektrik yükü ve elektron 1.839 katı kütle veya bir serbest kütleye sahip 1,6929 x 10 -27  kg , üç kurucu parçacıkların ağır ancak azaltılabilir nükleer bağlanma enerjisi . Nötron ve (toplu olarak bilinen protonlar Nükleonlar ), karşılaştırılabilir ölçüleri-on sırasına sahip 2.5 x 10 -15  m bu parçacıkların 'yüzeyi' keskin tanımlanmamıştır olsa-. Nötron İngiliz fizikçi tarafından 1932 yılında keşfedildi James Chadwick .

Gelen Standart model fizik elektronlar hiçbir iç yapıya sahip elementel parçacıklar gerçekten vardır. Bununla birlikte, proton ve nötron hem oluşan kompozit parçacıklar temel parçacık adı kuark . Kesirli elektrik yükü olan atomlarının kuark iki tip, her bulunmaktadır. Protonlar, iki oluşur kadar kuark (şarj her + 2 / 3 ) ve bir aşağı kuark (- bir ücret ile 1 / 3 ). Nötron kuark kadar bir ve iki aşağı kuark oluşur. Bu ayrım, iki parçacık arasında kütle ve görevli farkı hesaplar.

Kuark ile bir arada tutulan güçlü bir etkileşim aracılık eder (ya da güçlü kuvvet), gluonların . Proton ve nötronlar, buna karşılık aşağıdakiler tarafından çekirdekte birbirine tutulan çekirdek kuvveti biraz farklı bir dağılım özelliklerine sahip güçlü bir kuvvet bakiyesidir, (daha fazla nükleer güç makalesine bakınız). Gluon ailesinin bir üyesidir bozonlarının fiziksel güçleri aracılık temel parçacıkların,.

çekirdek

Bağlanma enerjisi çeşitli izotopları çekirdeğini kaçmak için bir nükleonun için gerekli,

Bir atomun tüm ciltli proton ve nötronlar küçücük makyaj atomik çekirdeği ve topluca denir nucleon'un . Bir çekirdeğin çapı 1.07 ile yaklaşık olarak eşit olan  3bir  fm , bir nükleonların toplam sayısıdır. Bu, 10 mertebesindedir atomunun yarıçapı, çok daha küçük olan 5  fm. Nükleonları olarak adlandırılan kısa değişmektedir çekici potansiyel ile birbirine bağlandığı, kalıntı güçlü kuvvet . 2.5 fm daha küçük mesafelerde bu kuvvet çok daha güçlü daha elektrostatik kuvvet olumlu birbirlerini iterler için yüklü protonlar neden olur.

Aynısının Atomlar elemanı olarak adlandırılan proton aynı sayıda sahip atom numarası . Tek bir eleman içinde, nötron sayısı belirleme değişebilir izotop o elementin. Proton ve nötron sayısı tespit izotop . Protonlara göre nötron sayısı uygulanan belirli izotoplar ile, çekirdeğin stabilitesini tespit radyoaktif bozunma .

Proton, elektron ve nötron olarak sınıflandırılır fermiyonlar . Fermiyon itaat Pauli prensibi izin vermez aynı aynı anda aynı kuantum durumu işgal gelen çoklu Protonlar Fermiyonları. Bu durumda, çekirdekteki her proton diğer protonlardan kuantum durumu farklı kaplamalıdır ve aynı çekirdeğin tüm nötron ve elektron bulutunun elektronların için de geçerlidir.

nötron daha proton farklı sayıda olan bir çekirdek potansiyel proton ve daha yakından uyacak şekilde nötron sayısı neden olan bir radyoaktif bozunma yoluyla daha düşük bir enerji durumuna bırakın. Bunun bir sonucu olarak, proton ve nötron sayısı ile eşleşen atomuna çürümeye karşı daha stabildir. Bununla birlikte, atom sayısı arttıkça, proton karşılıklı itme hafif nötronlara proton eşit sayıda bu eğilimi değiştirir çekirdeğin, stabilitesini korumak için nötronların artan bir oran gerekir.

İki protonlardan, bir proton ve bir nötron oluşan bir döteryum çekirdeği meydana getiren bir nükleer füzyon prosesinin İllüstrasyon. Bir pozitron (e + ) -bir anti madde elektron bir elektron birlikte yayılan nötrinonun .

Bunun nedeni güçlü kuvvet çok yüksek enerjiye ihtiyaç rağmen atom çekirdeğinde proton ve nötron sayısı değiştirilebilir. Nükleer füzyon birden fazla atom parçacıklar iki çekirdeğin enerjik çarpışması yoluyla olduğu gibi daha ağır bir çekirdek oluşturmak üzere birleşirler oluşur. Örneğin, Güneş proton özünde karşılıklı itme-üstesinden gelmek için 3-10 keV enerjilerini gerektiren Coulomb bariyeri tek çekirdek içine birlikte -ve sigorta. Nükleer fizyon bir çekirdek iki küçük çekirdekler-genellikle radyoaktif bozunma yoluyla bölünmüş neden ters bir süreçtir. Çekirdek aynı zamanda, yüksek enerjili atomdan küçük parçacıklar ya da fotonlar tarafından bombardımanı yoluyla modifiye edilebilir. Bu çekirdeğinde proton sayısı değiştirir, atomunun farklı bir kimyasal öğeye değişir.

Bir füzyon reaksiyonu takiben çekirdeğin kütlesi ayrı ayrı parçacıkların kütlesinin toplamından daha az ise, o zaman, bu iki değer arasındaki fark, bir şekilde kullanılabilir enerji (bir tür olarak yayılabilir bir gama ışınının veya kinetik enerjinin a beta parçacığı ), tarafından tarif edildiği gibi Einstein 'nin kütle-enerji denkliği formülü E  =  mc 2 , m, kütle kaybı ve c olan ışık hızı . Bu açık bir parçası olan bağlanma enerjisi , yeni çekirdeğinin ve birleşik partiküller ayırmak için bu enerji gerektiren bir durumda bir arada kalmasına neden olur enerji geri kazanımı mümkün olmayan bir kayıptır.

Daha düşük atom numaraları ile daha büyük bir çekirdek oluşturmak iki çekirdeğin füzyon demir ve nikel yaklaşık -a toplam nükleonlu sayısı genellikle 60 olan ekzotermik işlem bir araya getirmek için gerekli olandan daha fazla enerji bırakır. Bu nükleer füzyon yapan bu enerji salan bir süreçtir yıldızlı kendine yeten tepki. Daha ağır çekirdeklerin için başına bağlanma enerjisi nükleonun çekirdeğinde azalmaya başlar. Bu atom numaraları yaklaşık 26 daha yüksek, ve sahip çekirdek üreten füzyon süreçleri anlamına gelir atomik kitlelerini 60 daha yüksek, bir bir endotermik süreç . Bu daha büyük bir çekirdek sürdürebilen bir enerji üreten füzyon tepkime gerçekleşemez hidrostatik bir denge , bir yıldızın.

Elektron bulutu

Potansiyel bir de gösteren, uygun klasik mekanik , minimum enerji V ( X ) her pozisyon ulaşmak için gereken x . Klasik olarak, bir enerji ile bir partikül E arasındaki pozisyonlarda bir dizi sınırlandırılır x 1 ve x 2 .

Elektronlar atomun ile çekirdeğinde proton çekici elektromanyetik kuvvet . Bu kuvvet, bir iç elektron bağlanan elektrostatik potansiyel oyuk elektron kaçmak için bir enerji harici bir kaynak gerekli olduğu anlamına gelir küçük çekirdeği çevreleyen. Daha yakın bir elektron çekirdeği, daha büyük bir çekim kuvveti etmektir. Dolayısıyla potansiyel kuyunun merkezi yakınında bağlı elektronlar daha büyük mesafelerde durdurucu daha kaçmayı fazla enerji gerektirir.

Elektronlar, diğer parçacıklar gibi, bir iki özelliklerine sahip parçacık ve bir dalga . Elektron bulutu Her bir elektron üç boyutlu bir tür oluşturan potansiyel kuyu içine bir bölgedir duran dalga çekirdeğine göre hareket etmez -a dalga formu. Bu davranış, bir ile tanımlanır yörüngeler bir elektron konumu ölçüldüğü zaman, belirli bir konumda olduğu görülmektedir olasılığını karakterize, bir matematik fonksiyonu. Sadece bir ayrık (veya nicelenmiş diğer olası dalga şekilleri hızla daha kararlı bir forma bozunarak bu orbital) grubu, çekirdeğin etrafında bulunmaktadır. Orbital, bir ya da daha fazla halka veya düğüm yapılara sahiptir ve boyut, şekil ve oryantasyonda birbirinden farklı olabilir.

İlk beş Orbital Dalga fonksiyonları. Üç 2p orbitalleri her biri tek bir açısal görüntülemek düğümü bir yönlendirme ve merkezinde bir minimuma sahiptir.
Ne atomuna periyodik tablodaki elektron orbitalleri ve bağlantı imal edilmiştir.

Belirli Her bir atom yörünge tekabül enerji seviyesine elektron. Elektron bir emerek daha yüksek bir enerji düzeyine durumunu değiştirebilir foton yeni kuantum haline artırmak için yeterli bir enerjiye sahip. Benzer bir şekilde, içinden kendiliğinden emisyon foton olarak fazla enerji yayan ise, daha yüksek bir enerji durumuna bir elektron daha düşük bir enerji durumuna bırakın. Kuantum enerjilerinde içindeki farklar ile tanımlanan Bu karakteristik enerji değerleri, sorumlu olan atomik spektral çizgilerin .

Kaldırmak ya da bir elektron-eklemek için gerekli olan enerji miktarı, elektron bağlama enerjisi daha az, AB'de nükleonların bağlanma enerjisi . Örneğin, bu bir şerit sadece 13.6 eV gerektirmektedir taban durum 2.23 göre bir hidrojen atomu, elektron,  milyon bir bölme için eV döteryum çekirdeği. Atomlarıdır elektriksel protonlar ve elektronlar eşit sayıda varsa nötr. Açık ya da bir elektron fazlası ya sahip atomlar olarak adlandırılır iyonları . Çekirdekten en uzakta bulunan elektronlar diğer yakın atomu aktarılabilir veya atomları arasında paylaşılabilir. Bu mekanizma ile, atomuna mümkün bağ içine moleküllerin ve diğer tip kimyasal bileşikler gibi iyonik ve kovalentkristaller .

Özellikleri

Nükleer özellikler

Tanım olarak, özdeş sayıda herhangi iki atom, proton çekirdekleri aynı ait kimyasal element . Proton eşit sayıda ama farklı sayıda atomlar nötron aynı elemanının farklı izotopları bulunmaktadır. Örneğin, tüm hidrojen atomlarının tam olarak bir proton kabul ama izotoplar bir nötron ile (ana kadar hidrojen-1 , bugüne kadar en yaygın formu olarak da anılan bayağı hidrojen), bir nötron ( döteryum ), iki nötron ( trityum ) ve ikiden fazla nötron . Bilinen elementler tek proton elementi, atomik sayı kümesi oluşturan hidrojen 118 proton elemanı kadar oganesson . Elemanın 83 (radyoaktivitesi, ancak 82 den büyük atom sayılarına sahip elemanların bilinen tüm izotopları, radyoaktif bizmut ) pratik yönden ihmal edilebilir olduğu kadar azdır.

Yaklaşık 339 nüklidler doğal olarak meydana Dünya çürümeye gözlenmemiştir olan 254 (yaklaşık% 75), ve "olarak adlandırılır kararlı izotoplar ". Ancak bu nüklitlerin sadece 90 hatta tüm çürümeye kararlıdır teoride . (254 toplam getirerek) Başka 164 teoride bunun enerjik mümkün olsa bile, çürümeye gözlenmemiştir. Bunlar da resmen "istikrarlı" olarak sınıflandırılır. Ek bir 34 radyoaktif nuclides artık 80 milyon yıldan daha yarım hayat var, ve uzun ömürlü yeterince doğumundan itibaren mevcut olması olan güneş sistemi . 288 nüklitlerin Bu koleksiyon olarak bilinir ilkel nüklitlerin . Son olarak, ek bir 51 kısa ömürlü nüklidler doğal olarak ortaya çıktığı bilinmektedir (örneğin, ilkel element çürüme kızı ürünleri gibi radyum gelen uranyum ) ya da başka bir örneğin kozmik ışın bombardımanı yeryüzünde doğal enerjik işlemlerin ürünleri (aynı, C-14).

Kimyasal elementlerin 80, en az bir izotop mevcuttur. Bir kural olarak, bu elemanlar, öğe başına 3.2 kararlı izotoplar olan ortalama her biri için stabil izotoplarının sadece bir avuç vardır. Herhangi bir element için gözlenen stabil izotoplarının en fazla sayıda eleman için, on ise yirmi altı elemanlar, sadece tek bir sabit izotop olan kalay . Elemanlar 43 , 61 , ve sayılı tüm elemanlar 83 ya da daha yüksek bir sabit izotopu vardır.

İzotopların stabilitesi nötronlara proton oranı tarafından etkilenmektedir, ve aynı zamanda kapalı ve dolu kuantum kabukları temsil nötron veya proton bazı "sihirli sayılar" varlığı ile. Bu kuantum kabuklar içinde enerji seviyelerinin kümesine karşı kabuk modeli çekirdeğinin; Kalay 50 proton dolu kabuk olarak dolu kabukları, nüklid sıradışı stabilitesi verir. 254 olarak bilinen dengeli nüklidlerin, sadece dört, bir proton, tek sayıda hem de sahip ve nötron tek sayıda: hidrojen-2 ( döteryum ), lityum-6 , bor-10 ve nitrojen-14 . : Ayrıca, sadece dört doğal olarak oluşan radyoaktif garip garip nuclides bir yarı ömre milyar yıldan sahip potasyum-40 , vanadyum-50 , lantan-138 ve tantal-180m . En garip küsur çekirdekleri bakımından son derece kararsızdır beta çözünmesi bozunma ürünleri bile-bile, çünkü ve bu nedenle daha güçlü nedeniyle, bağlı nükleer eşleştirme etkileri .

kitle

Zerre kütlesinin büyük çoğunluğu telafi protonlar ve nötronlar geliyor. Belirli bir atomda ( "nükleonları" olarak adlandırılır) bu parçacıkların sayısı olarak adlandırılır kütle numarası . Bir sayımını ifade, çünkü pozitif bir tamsayı ve (yerine kütlenin boyuta sahip) boyutsuz olduğunu. Kütle numarasının kullanımının bir örneği, 12 Nükleonlar (altı proton ve altı nötron) sahip olan, "C-12" dir.

Gerçek istirahat bir atom kütlesi genellikle kullanılarak ifade edilir atomik kütle birimi (U) olarak da adlandırılan Dalton (Da). Bu birim, bir serbest nötr atomu kütlesinin bir on ikinci olarak tanımlanır ve karbon-12 yaklaşık, 1.66 x 10 -27  kg . Hidrojen-1 (aynı zamanda, en düşük kütlenin ile nüklid olan hidrojen hafif izotop) 1.007825 u bir atom ağırlığına sahiptir. Bu sayının değeri olarak adlandırılır atomik kütle . Belirli bir atomu (yaklaşık 14 u, örneğin bir nitrojen-14 kütlesini), kütle numarası kez atomik kütle birimi (% 1 içinde) yaklaşık olarak eşit bir atomik kütleye sahiptir. Ancak, bu sayı, karbon-12 (aşağıya bakınız) durumunda dışında tam bir tamsayı olmayacaktır. Ağır stabil atom kütlesi ile, kurşun-208 207,976 6521  u .

Hatta en büyük atomlar, doğrudan çalışmak için çok hafif olduğu için kimyagerler yerine birimini kullanmak mol . Herhangi bir elemanın atomlu bir mol zaman atomu aynı sayıda (yaklaşık sahiptir 6,022 x 10 23 ). Bir eleman 1 u bir atomik kütleye sahipse, o elementin atomlarının mol yakın bir gram kütleye sahip olacak şekilde bu sayı seçilmiştir. Çünkü tanımının atomik kütle birimi , her bir karbon-12 atomunun tam 12 u bir atomik kütleye ve karbon-12 atomu kadar bir mol tam olarak 0.012 kg ağırlığında bulunur.

Şekil ve boyut

Atomlar, iyi tanımlanmış bir dış sınırı eksikliği, yani boyutları genellikle açısından tarif edilmiştir atom yarıçapı . Bu elektron bulutu çekirdekten uzandığı ortaya mesafe ölçümüdür. Bununla birlikte, bu, sadece vakum veya boş alan atomlar için uyulması bir küresel bir şekil sergiler için atomu varsayar. İki atomu bir de birleştirildiği zaman atom yarıçapları iki çekirdek arasındaki mesafeler türetilebilir kimyasal bağ . Yarıçapı atom grafikte bir atomunun konumuna bağlı olarak değişir, kimyasal bağın bir komşu atom sayısı ( koordinasyon sayısı ) ve bir kuantum mekanik olarak bilinen özellik dönüş . Açık periyodik tablonun elemanlarının atom boyutu sütun aşağı hareket arttığı, sıralar boyunca hareket ederken (sağdan sola) azalma eğilimindedir. Sonuç olarak, küçük atom 32 yarıçaplı helyumdur  pm büyük bir iken, sezyum 225 um.

Dış kuvvetlere maruz kaldığında, gibi elektrik alanları , bir atomun şekli farklı olabilir küresel bir simetriye . Tarafından gösterildiği gibi, deformasyon, alan büyüklük ve dış kabuk elektron yörünge türüne bağlıdır grubu teorik düşünceler. Asferik sapmalar, örneğin ortaya olabilir kristaller büyük kristal-elektrik alanı meydana gelebilir, düşük simetri kafes yerlerine. Önemli elipsoidal deformasyonlar kükürt iyonları ve oluşabilir gösterilmiştir kalkojen iyon pirit tipi bileşikler.

Atomik boyutları dalga boyu daha küçük binlerce kez ışık (400-700  nm ) için, bunlar kullanılarak izlenemez optik mikroskop . Bununla birlikte, tek tek atomu bir kullanılarak gözlemlenebilir tarama tünel açma mikroskopu . Atomun SADECE görselleştirmek için, tipik bir insan saç genişliğinde 1 milyon karbon atomu olduğunu düşünüyoruz. Bir su damlası yaklaşık 2 içeren  sextillion ( 2 x 10 21 oksijen) atomu ve hidrojen atomlarından iki kat. Tek bir ayar elmas bir kütle ile 2 x 10 -4  kg yaklaşık 10 sextillion (10 içerir 22 arasında) atomu karbon . Bir elma Dünya'nın büyüklüğüne büyütülmüş olsaydı, o zaman elmada atomlar yaklaşık orijinal elma büyüklüğünde olacaktır.

Radyoaktif bozunma

Bu diyagram gösterir yarı ömrü (T ½ Z proton ve N nötronlarla çeşitli izotoplar).

Her element parçacıklarından ya da elektromanyetik radyasyon yayarlar çekirdeği neden radyoaktif bozunma tabi kararsız çekirdekleri bir ya da daha fazla izotopu bulunur. Bir çekirdeğin çapı sadece 1 fm mertebesinde mesafelerde hareket güçlü kuvvet yarıçapı ile karşılaştırıldığında büyük olduğunda Radyoaktivite oluşabilir.

radyoaktif bozunma en yaygın formları şunlardır:

  • Alfa bozunma : çekirdeği iki proton ve iki nötron oluşan bir helyum çekirdeği olan bir alfa partikülü yayan, bu işlem nedeniyle ortaya çıkar. Emisyon sonucu daha düşük bir olan yeni bir elemanıdır atom numarası .
  • Beta çürümesi (ve elektron yakalama ): bu süreçler ile düzenlenir zayıf bir kuvvet ve bir nötron bir proton bir nötronun bir dönüşüm ya da bir proton kaynaklanmaktadır. Proton geçiş nötron bir elektron ve bir emisyon eşlik antineutrino (elektron yakalama hariç) nötron geçiş proton, bir emisyonunu neden olurken, pozitron ve nötrinoya . Elektron ya da pozitron emisyon da beta parçacıkları olarak adlandırılır. Beta çürümesi ya artar ya da bir, çekirdeğin atom sayısını azaltır. Daha az enerji gerektirir çünkü Elektron yakalama, pozitron emisyon daha yaygındır. Çürüme Bu tip bir elektron yerine çekirdekten yayılan bir keşfi için, çekirdek tarafından emilir. Bir nötrino hâlâ bu süreçte yayılan ve bir proton bir nötron dönüşür.
  • Gama bozunma : elektromanyetik radyasyon emisyonu ile sonuçlanan daha düşük bir duruma çekirdeğin enerji seviyesindeki bir değişikliği, bu işlem sonucu. Gama emisyonu ile sonuçlanan bir çekirdeğin uyarılmış durum genellikle alfa emisyonu veya bir beta partikülü sonrasında meydana gelir. Bu nedenle, gama bozunumu genellikle alfa veya beta çürüme izler.

Diğer daha nadir türleri radyoaktif bozunma nötron veya proton veya kümelerin dışarı atılmasını içerir Nükleonlar bir çekirdekten veya birden fazla beta parçacığı . Uyarılmış çekirdekler farklı bir şekilde enerji kaybı sağlar gama emisyonu bir analog olan iç dönüşüm gama ışınları olmayan yüksek enerjili fotonların üretimi ile takip beta ışınları olmayan yüksek hızlı elektronlar üretir -a proses. Birkaç büyük çekirdekleri kendiliğinden denilen bir çürüme içinde değişen kitleler artı birkaç nötronların iki veya daha fazla yüklü parçalara patlayabilir nükleer fizyon .

Her bir radyoaktif izotop , bir karakteristik bir sönüm süresi-sahip yarı ömrünü çürümesine bir numunenin yarısı için gerekli zaman miktarı ile belirlenir -yani. Bu, bir üstel bozunma sürekli% 50, her yarı-ömür kalan izotopun oranını azaltır proses. Bu nedenle daha sonra, iki yarı ömürleri benzeri izotopun sadece% 25 mevcut geçmiş ve var.

Manyetik moment

Temel parçacıklar olarak bilinen bir içsel kuantum mekanik özelliklere sahip bir dönüş . Bu benzerdir açısal momentum onun etrafında dönen bir nesnenin kütle merkezinin kesin konuşmak gerekirse, bu parçacıklar nokta benzeri olduğu düşünülmektedir ve döner söylenebilir edilmese de,. Spin düşük birimleriyle ölçülür Planck sabitesi elektronlar, protonlar ve nötron hepsine sahip eğirme ½ saat, ya da "sıkma-½" ile, (h). Bir atomun olarak, çevresinde hareket elektronlar çekirdeğin yörünge sahip açısal momentum çekirdeği kendisi, nükleer spin açısal momentum sahip ise, bunların bir dönüş ilave olarak.

Manyetik alan bir atom-onun tarafından üretilen manyetik momenti bir döner yüklü bir amacı, klasik bir manyetik alan üretir gibi, açısal momentumun bu çeşitli formları ile tespit -etkili. Ancak, en baskın katkı elektron dönüş geliyor. Nedeniyle itaat etmek elektronların doğaya Pauli Dışlama prensibi iki elektron aynı bulunabilir ki, kuantum durumuna bağlı elektronlar tek bir dönüş yukarı halde her çiftin üyesi ve diğer ile, birbirleri ile çifti karşısında devleti aşağı doğru döndürün. Bu nedenle, bu spin elektron çift sayısına sahip bir atomu sıfıra toplam manyetik dipol momentinin daha da azaltılması, birbirini iptal eder.

İçinde ferromanyetik demir, kobalt ve nikel gibi elementler, elektronların bir tek sayı eşleşmemiş bir elektron ve net toplam manyetik an yol açar. Komşu atomların orbitalleri örtüşen ve eşleşmemiş elektronların spin bir şekilde bilinmektedir kendiliğinden bir süreç, birbirleri ile hizalandığı zaman daha düşük bir enerji durumu elde edilir değişimi etkileşimi . Ferromanyetik atomlu manyetik momentleri dizilmiş olduğunda, maddenin, ölçülebilir bir makroskopik alan üretebilir. Paramanyetik malzemeler herhangi bir manyetik alan mevcut olduğu zaman rasgele doğrultularda hizaya Manyetik anlar ile atomuna sahip, ancak tek tek atomlu manyetik momentleri bir alanın varlığında hizaya.

O nötron ve proton hem hatta numaralarını olduğunda bir atomun çekirdeği Falsosuz olacak, ancak tek sayı diğer durumlar için, çekirdek bir spin olabilir. Normal olarak bir dönüş ile çekirdekler nedeniyle rasgele doğrultularda hizalanır termal denge . Bununla birlikte, (bu gibi bazı elemanlar için , iksenon-129 ) yapmak mümkündür polarize aynı yöne bir durum olarak adlandırılır hizalanacak şekilde, nükleer spin durumları önemli bir kısmını hiperpolarizasyonuna . Bu önemli uygulama alanları bulunmaktadır manyetik rezonans görüntüleme .

Enerji seviyeleri

Bu elektronun enerji seviyeleri (tam ölçeğine göre olmayan) kadar atomlu toprak durumları için yeterli olan kadmiyum (5s 2 4d 10 kapsamlı olarak). Diyagram bile üst bir ilişkisiz elektron durumuna göre daha düşük olduğunu unutmayın.

Potansiyel enerji , bir atomda bir elektronun bir negatif onun onun bağımlılığı, pozisyon ulaştığı en az (en fazla mutlak değer çekirdeğinde) ve zaman kaybolur mesafe çekirdekten sonsuza giden aşağı yukarı bir in, ters orantılı mesafeye . Kuantum mekanik modelinde, bağlı elektron sadece bir dizi kaplayabilir durumları çekirdeği üzerinde merkezlenmiş ve her bir durum, belirli bir karşılık gelen enerji seviyesine ; bkz zamandan bağımsız Schrödinger denklemini teorik açıklama için. Bir enerji düzeyinde ölçülebilir bağlantı kesme için gerekli olan enerji miktarı atomundan elektron ve genellikle birimi olarak verilmektedir elektrovolt'ta (eV). İlişkili bir elektron düşük enerji durumu temel durumu, yani adı sabit durum , uyarılmış halde daha yüksek bir düzeyde sonuçlar için bir elektron geçişine ise. Elektronun enerji yükseltir n artar çekirdeği artar (ortalama) mesafe için. Üzerinde enerji Bağımlılığı tarafından değil kaynaklanır elektrostatik potansiyele çekirdeğinin ancak elektronlar arasındaki etkileşimle.

Bir elektron olması için iki farklı durumları arasında geçiş , örneğin, birinci uyarılmış seviyesi (üzere durum topraklı iyonizasyon ), bu emme ya da yayma gerekir foton göre, bu düzeyleri potansiyel enerji farkını eşleşen bir enerjiyle Niels Bohr ne olabilir, modelin kesin hesaplanabilir Schrödinger denklemi . Elektronlar bir parçacık-benzeri bir şekilde orbitalleri arasındaki geçiş. Bir tek foton elektronları çarparsa, örneğin, tek bir elektron foton yanıt olarak durumları değiştirir; bkz Elektron özelliklerini .

Bir salınan fotonun enerjisinin orantılıdır frekans , yani, bu spesifik enerji seviyelerinde olarak ayrı bant görünür elektromanyetik spektrumun . Her bir eleman, nükleer şarj bağlıdır karakteristik bir spektruma sahiptir, elektronlar tarafından doldurulur altkabuklarda, elektronlar ve diğer faktörler arasında elektromanyetik etkileşim.

bir spektrumda emilim çizgilerinin bir örneği,

Sürekli bir zaman enerji spektrumu , bir gaz ya da plazma geçirilir, foton bazı elektronların enerji seviyelerini değiştirmek neden atomu ile emilir. Bunların atomuna bağlı kalır Bu uyarılmış elektronların kendiliğinden rasgele yönde hareket eden, bir foton olarak enerji yayar ve böylece daha düşük enerji seviyelerine geri bırakın. Böylece atomuna koyu bir dizi oluşturan bir filtre gibi davranır absorpsiyon bantları enerji çıkışı. (Arka sürekli spektrum içermeyen bir görünümden atomuna görüntüleme bir gözlemci, yerine bir dizi gören emisyon çizgileri atomu tarafından yayılan fotonlardan.) Spektroskopik gücü ve genişliği ölçümleri atomik spektral çizgilerin bir bileşim sağlar ve ürünün fiziksel özellikleri belirlenecek.

Spektral çizgilerinin yakından incelenmesi bazı görüntüler ortaya koymaktadır ince yapı bölme. Bu, oluşur spin-yörünge bağlantı dış elektron spin ve hareket arasında bir etkileşimdir. Bir atom, bir dış manyetik alan olduğunda, spektral çizgiler üç ya da daha fazla bileşen bölünmüş hale gelir; de denir Zeeman etkisi . Bu atomu ve elektronların manyetik momenti ile manyetik alan etkileşiminden kaynaklanır. Bazı atomuna birden sahip olabilir elektron konfigürasyonu böylece tek bir spektral çizgi olarak görünebilir, aynı enerji seviyesine sahip,. Atomu ile birlikte manyetik alanın etkileşimi çok spektral çizgilerin sonuçlanan biraz farklı enerji seviyeleri bu elektron konfigürasyonu değiştirir. Harici varlığı elektrik alan elektron enerji seviyelerini değiştirerek benzer bir bölme ve spektral çizgilerin kaydırmaya neden olabilir, bir olgu olarak adlandırılan Stark etkisi .

İlişkili bir elektron uyarılmış bir durumda ise, uygun bir enerji ile etkileşen bir foton neden olabilir uyarılmış emisyon eşleşen bir enerji seviyesine sahip bir foton. Bunun gerçekleşmesi için, elektron Etkileşmeyen fotonun enerjisinin eşleşen bir enerji farkına sahip daha düşük bir enerji durumuna düşmelidir. Yayılan foton Etkileşen foton daha sonra paralel olarak ve uygun fazlar ayrılmak. Başka bir deyişle, iki fotonun dalga şekilleri senkronize edilir. Bu fiziksel özellik yapmak için kullanılan lazer gibi dar bir frekans bandı içinde bir ışık enerjisi tutarlı ışını yayabilir.

Değerlik ve bağlama davranışı

Değerlikli bir elemanın birleştirme gücüdür. Bu atomu bir araya veya bileşiklerin oluşturulmasında yerini hidrojen atomlarının sayısına eşittir. Bunu birleşmemiş halde bir atomun en dış elektron kabuğu olarak bilinen değerlik kabuk ve kabuğun içinde elektronlar adlandırılır elektron valans . Valans elektronlarının sayısı tespit yapıştırma diğer atomlarla davranış. Atomlar eğilimi kimyasal reaksiyona dış değerlik kabuklar doldurur (veya boşaltır) bir şekilde, birbiri ile. Bileşik oluşur Örneğin, atomlar arasındaki tek bir elektronun bir transfer, örneğin tam bir kabuğun bir elektron kısa fazla dolu bir kabuk daha tek elektron ile atomu arasında oluşan bağların ve diğerleri için yararlı bir yaklaşımdır sodyum klorür ve diğer kimyasal iyonik tuzlarıdır. Ancak, birçok unsurlar farklı bileşiklerin elektronların farklı sayıda paylaşmak için birden değerlik veya eğilimleri gösterir. Bu nedenle, kimyasal bağlama , bu elemanlar arasında basit bir elektron transferi daha vardır elektron paylaşımı farklı şekiller alabilir. Örnekler elemanı karbon ve bunlar arasında organik bileşikler .

Kimyasal elementler çoğu zaman görüntülenir periyodik tablonun yinelenen kimyasal özelliklerini göstermek için düzenlendiği ve valans elektronlarının aynı sayıda elemanlar tablonun aynı sütunda aynı hizada olan bir grup oluşturur. (Yatay sıralar. Elektron kuantum kabuğun dolgu karşılık gelir) tablonun sağındaki elemanları, dış kabuk tam olarak bilinen kimyasal olarak inert elemanları ile sonuçlanan elektron ile dolu olan soy gazlar .

Devletler

Bir grafik gösteren oluşumu Bose-Einstein yoğunlaşması

Atomlu miktarları gibi fiziksel koşullara bağlı maddenin farklı durumları, bulunan sıcaklık ve basınç . Koşullar değiştirilerek, malzemeler arasında geçiş yapabilen katı , sıvı , gazların ve plazmaların . Bir durum içinde, bir malzeme, aynı zamanda, farklı varolabilmektedir allotropes . Bunun bir örneği, olarak mevcut katı karbon olduğu grafit ya da elmas . Gaz allotroplarıdır gibi, hem de mevcut dioksijen ve ozon .

Yakın sıcaklıklarda mutlak sıfır , atomlar bir oluşturabilen Bose-Einstein kondensat normalde sadece atom boyutunda gözlenir noktası kuantum mekanik etkiler, makroskopik ölçekte belirgin hale geldiği,. Atomlu Bu süper-soğutulmuş toplama daha sonra, tek olarak davranır süper atomu kuantum mekanik davranış temel kontrolleri izin verebilir.

Kimlik

Tarama tünel mikroskobu bu oluşturan tek tek atomuna gösteren görüntü altın ( 100 ) bir yüzey. Yüzey atomuna dökme sapan kristal yapısı ve aralarındaki çukurları (Bkz geniş sütun birkaç atomu düzenlemek yüzey yeniden ).

Tarama tünel açma mikroskopu atomik seviyede yüzeylerinin görülmesi için bir cihazdır. Bu kullanan kuantum tünel partiküller normal olarak aşılmaz olacak bir bariyer geçmesine izin verir olgu. Bunların her biri iki düzlemsel metal elektrotlar arasında vakum ile elektronlar tünel bir bir adsorbe ölçülebilen bir tünel-akım yoğunluğu sağlayan atomudur. Diğer (örnek) yanından geçerken (ipucu olarak alınmıştır) bir atom tarama sabit bir akım için yanal mesafelerine karşılık ucun yer değiştirmesinin çizimini izin verir. Hesaplama tek bir atom tarama tünel-mikroskop görüntüleri görünebildiği ölçüde göstermektedir. Bu bilgi, düşük önyargı, mikroskop görüntüleri yakından kapalı enerji düzeyleri-boyunca elektron orbitalinin alan ortalamalı boyutları Fermi düzeyi durumlarının lokal yoğunluk .

Bir atom olabilir iyonize Elektronlan birini çıkararak. Elektrik yükü , bir geçtiğinde bükmek için bir atom yörüngesini neden manyetik alan . Hareket eden bir iyon yörüngesi manyetik alan tarafından açık olduğu yarıçap atomu kütlesi ile tespit edilir. Kütle spektrometresi ölçmek için bu prensibini kullanır kütle-yük oranı iyonları. Bir örneği, birden çok izotoplar içeriyorsa, kütle spektrometresi, iyon farklı ışınların yoğunluğunu ölçerek numunedeki her bir izotopun oranlarını da belirleyebilir. Teknikler atomlarının buharlaştırmak için indüktif olarak bağlanmış plazma atomik emisyon spektroskopi ve indüktif olarak çiftlenmiş plazma kütle spektrometrisi analizi için numune buharlaşması için plazma kullanımı her ikisi de,.

Daha alan seçici bir yöntemdir elektron enerji kaybı spektroskopisi bir enerji kaybı ölçer, elektron ışını , bir mesafede olan transmisyon elektron mikroskobu , bir numunenin bir kısmı ile etkileşime girdiğinde. Atomu prob tomografi 3-D alt nanometre çözünürlüğe sahip ve kimyasal time-of-flight kütle spektrometre kullanılarak tek tek atomuna tanımlayabilir.

Arasında Spectra heyecanlı devletleri uzak atomik bileşimini analiz etmek için kullanılabilir yıldızlı . Belirli ışık dalga boyları Yıldız gözlemlenen ışık içerdiği ayrıldı ve serbest gaz atomları içindeki nicelenmiş geçişleri ile ilgili olabilir. Bu renkler kullanılarak çoğaltılabilir gaz deşarj lambası aynı eleman ihtiva etmektedir. Helyum Dünya'da bulunmadan önce Güneş 23 yıllık spektrumda bu şekilde keşfedilmiştir.

Kökeni ve mevcut durumu

Atomlar toplam enerji yoğunluğu% 4 ile ilgili formu gözlemlenebilir Evrenin yaklaşık 0.25 atomu / m arasında bir ortalama yoğunluğa sahip, 3 . Gibi bir Galaxy içinde Samanyolu , atomunun maddenin yoğunluğu, çok daha yüksek bir konsantrasyona sahip yıldızlararası ortamın 10 arasında değişen (ISM) 5 10 bulundunuz 9 atomlu / m 3 . Güneş içinde olduğuna inanılmaktadır yerel kabarcık , yüksek oranda iyonize bir gaz bölgesi, yani güneş bölgesinde yoğunluk yaklaşık 10 3 atom / m 3 . Yıldız ISM yoğun bulutlardan meydana, ve yıldızların evrimsel süreçler hidrojen ve helyum daha masif elemanları ile ISM istikrarlı zenginleşme ile sonuçlanır. Samanyolu'nun atomların% 95'e kadar yıldızlarda konsantre ve atomların toplam kütlesi galaksinin kütlesinin yaklaşık% 10'unu oluşturur edilir. (Kütle geri kalanı bir bilinmemektedir karanlık madde ).

formasyon

Elektronlar erken dönemlerinde yana Evrenin varolduğu düşünülen Büyük Patlama'dan . Atom çekirdeklerinin formları nükleosentez reaksiyonlar. Yaklaşık üç dakika içerisinde Büyük Patlama nükleosentez en üretilen helyum , lityum ve döteryum evrenin içinde, ve belki de bazı berilyum ve bor .

Her yerde her an ve atomların stabilitesinin dayanır bağlanma enerjisi bir atom çekirdeği ve elektronların bir ilişkisiz bir sisteme nazaran daha düşük bir enerjiye sahip olduğu anlamına gelir. Burada sıcaklık çok daha yüksektir iyonizasyon potansiyeli , madde şeklinde var plazma pozitif yüklü iyonlar (muhtemelen, çıplak çekirdek) ve elektronların -a gaz. Sıcaklık iyonizasyon potansiyeli altına düştüğünde, atomlar olmak istatistiksel olumlu. (Ciltli elektronlarla tam) Atomlar üzerinde hakim oldu tahsil parçacıkları Büyük Patlama-an çağ denilen 380.000 yıl sonra rekombinasyon genişleyen Evren elektronlar çekirdeklerin bağlı olmayı sağlayacak kadar soğutulduğunda.

Bu yana bir üretilen Büyük Patlama, karbon ya da daha ağır elementler , atom çekirdeklerinin kombine edilmiş yıldızlı sürecinde nükleer füzyon elemanı daha fazla üretmek için helyum (yoluyla ve üç alfa işlemi ) karbonla öğelerin sekans demir ; bkz yıldız nükleosentez detayları için.

Lityum-6, hem de bazı berilyum, bor gibi izotoplar ile boşlukta oluşturulan kozmik ışın ufalanmasının . Bir yüksek enerjili proton fırlatılacak olan nükleonların sayıda neden atomik çekirdeği çarptığında ortaya çıkar.

Demirden daha ağır elementler üretildi süpernovaları yoluyla R-proses ve AGB yıldızlı boyunca s-işlemi atom çekirdeklerinin nötron yakalama içerir, her ikisi de. Gibi elemanlar kurşun ölçüde ağır elementlerin radyoaktif bozunma boyunca oluşturulan.

Toprak

Oluşturan atomların en Dünya ve sakinlerini içinde mevcut formda bulunur bulutsu bir takım çöktü molekül bulutunun oluşturulması için Güneş Sistemi . Gerisi radyoaktif bozunma sonucudur ve bağıl oranı belirlemek için kullanılabilir Dünya'nın yaşını yoluyla radyometrik . Çoğu helyum (bir alt bolluğu ile gösterildiği gibi gaz kuyuları helyum yaklaşık% 99, yeryüzünün helyum-3 ) 'in bir ürünü olan alfa bozunması .

Orada başından (yani "ilkel" değil) mevcut değildi Dünya'da birkaç iz atomları, ne de radyoaktif bozunma sonuçları. Karbon-14 sürekli bir atmosferde kozmik ışınları tarafından oluşturulur. Dünya üzerinde bazı atomuna yapay kasıtlı ya da yan ürünleri nükleer reaktörlerde veya patlamalar gibi üretilir edilmiştir. Of transuranik elemanları sadece 92 daha büyük atom numaraları ile -Bu plütonyum ve neptünyum yeryüzünde doğal olarak bulunurlar. Transuranic elemanları toprak mevcut yaş daha kısa radyoaktif ömür ve bu elemanların bu şekilde tanımlanabilir miktarlarda uzun zamandan beri izlerinin haricinde, çürümüş sahip plütonyum-244 , muhtemelen kozmik toz yatırılır. Plütonyum ve Neptünyum Doğal mevduat tarafından üretilen nötron yakalama uranyum cevherinden içinde.

Toprak yaklaşık içeren 1.33 x 10 50 atom. Bağımsız atomu az sayıda, ancak asal gazlar vardır, örneğin, argon , neon , ve helyum ,% 99 atmosfer de dahil olmak üzere, moleküller şeklinde bağlı olduğu karbon dioksit ve iki atomlu oksijen ve nitrojen . Dünya yüzeyinde, atomların bir çoğunluğu dahil olmak üzere çeşitli bileşiklerin oluşturmak üzere bir araya su , tuz , silikatlar ve oksitler . Atomlar da dahil olmak üzere, ayrı moleküller ibaret değildir malzemeleri oluşturmak üzere birleşebilirler kristaller ve sıvı ya da katı metaller . Bu atom madde küçük ölçekli özel tipi moleküler madde ile ilişkili düzeni kesintiye eksikliği ağ düzenlemeler oluşturur.

Nadir ve teorik formlar

superheavy elemanlar

Daha yüksek atomik sayıları olan izotoplar da kurşun (82) radyoaktif olarak bilinmektedir, bir " denge adası " 103. Bu, yukarıda atomik sayıları olan bazı elemanlar için önerilmiştir süper ağır elementler radyoaktif bozunma karşı nispeten kararlı olan bir çekirdeği olabilir. Stabil bir süper ağır atom en güçlü adayı, unbihexium , 126 proton ve 184 nötron vardır.

Egzotik madde

Maddenin her parçacık karşılık gelen bir yer alır anti madde zıt elektrik yüklü parçacık. Böylece, pozitron bir pozitif yüklü olan karşıt- ve anti proton bir bir eksi yüklü eşdeğerdir proton . Bir madde ve karşılık gelen anti madde partikül buluştuğu birbirlerini yok olduğunda. Bu nedenle, madde ve antimadde parçacıkların sayısı arasında bir dengesizlik ile birlikte ikinci evrende nadir görülür. Teorileri rağmen bu dengesizlik ilk nedenleri henüz tam olarak anlaşılmış değildir baryogenesis bir açıklama sunabilir. Bunun bir sonucu olarak, bir anti-madde atomuna doğada keşfedilmiştir. Bununla birlikte, 1996 hidrojen atomu (bir anti madde muadili karşıt ) sentezlenmiştir CERN laboratuar Cenevre .

Diğer yabancı atomlar aynı yüke sahip diğer parçacıklar ile protonlar, nötronlar veya elektron bir değiştirilmesiyle oluşturulmuştur. Örneğin, bir elektron daha büyük ile ikame edilmiş olabilir müon bir şekillendirme, muonic atomu . Atomlu Bu tür temel fizik tahminler test etmek için de kullanılabilir.

Ayrıca bakınız

notlar

Referanslar

Kaynaklar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar