Atomo | Struttura atomica: nucleo, neutrone, protone, elettrone

atomo

Un atomo è la più piccola particella di un elemento chimico che conserva tutte le sue proprietà chimiche. Un atomo è costituito da un nucleo con carica elettrica positiva e elettroni caricati negativamente. La carica nucleare di qualsiasi elemento chimico è uguale al prodotto di Z di e, dove Z è il numero ordinale di questo elemento nella tavola periodica degli elementi chimici, e è il valore della carica elettrica elementare.

Un elettrone è la più piccola particella di una sostanza con una carica elettrica negativa e = 1,6 · 10 -19 pendenti presi come una carica elettrica elementare. Gli elettroni, ruotando attorno al nucleo, si trovano sui gusci elettronici di K, L, M, ecc. K è il guscio più vicino al nucleo. La dimensione di un atomo è determinata dalla dimensione del suo guscio di elettrone. Un atomo può perdere elettroni e diventare uno ione positivo o attaccare elettroni e diventare uno ione negativo. La carica ionica determina il numero di elettroni persi o attaccati. Il processo di conversione di un atomo neutro in uno ione caricato si chiama ionizzazione.

Il nucleo atomico (parte centrale dell'atomo) è costituito da particelle nucleari elementari - protoni e neutroni. Il raggio del nucleo è circa centomila volte più piccolo del raggio di un atomo. La densità del nucleo atomico è estremamente alta. I protoni sono particelle elementari stabili aventi una singola carica elettrica positiva e massa, 1836 volte maggiore della massa di un elettrone. Il protone è il nucleo dell'atomo dell'elemento più leggero - l'idrogeno. Il numero di protoni nel nucleo è Z. Il neutrone è una particella elementare neutra (non avendo una carica elettrica) con una massa molto vicina alla massa del protone. Poiché la massa del nucleo consiste delle masse di protoni e neutroni, il numero di neutroni nel nucleo di un atomo è A - Z, dove A è il numero di massa di un dato isotopo (si veda il Sistema periodico degli elementi chimici ). Il protone e il neutrone che costituiscono il nucleo sono chiamati nucleoni. Nel nucleo i nucleoni sono collegati da speciali forze nucleari.

Il nucleo atomico ha un'enorme quantità di energia che viene rilasciata durante le reazioni nucleari. Le reazioni nucleari si verificano nell'interazione dei nuclei atomici con particelle elementari o con i nuclei di altri elementi. Come risultato delle reazioni nucleari, si formano nuovi nuclei. Ad esempio, un neutrone può passare in un protone. In questo caso, una particella beta viene espulsa dal nucleo, cioè un elettrone.

La transizione nel nucleo del protone al neutrone può essere effettuata in due modi: o una particella con una massa uguale alla massa di elettroni ma con una carica positiva, chiamata positrone (decadimento del positrone), viene emessa dal nucleo, o il nucleo cattura uno degli elettroni dal guscio K - cattura).

A volte il nucleo che si forma ha un eccesso di energia (è in uno stato eccitato) e, passando nello stato normale, rilascia energia extra sotto forma di radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda molto piccola - radiazione gamma . L'energia rilasciata durante le reazioni nucleari è praticamente utilizzata in vari settori.

struttura atomica

Atomo (atomos greco - indivisibile) è la più piccola particella di un elemento chimico, in possesso delle sue proprietà chimiche. Ogni elemento è costituito da atomi di un certo tipo. La composizione dell'atomo consiste di un nucleo, che trasporta una carica elettrica positiva, e di elettroni caricati negativamente (vedi), formando i suoi gusci elettronici. Il valore della carica elettrica del nucleo è Ze, dove e è la carica elettrica elementare uguale in grandezza alla carica elettronica (4.8 · 10 -10 el.-stead.), E Z è il numero atomico di questo elemento nel sistema periodico degli elementi chimici (vedere ) .. Poiché l'atomo non ionizzato è neutro, il numero di elettroni che lo immettono è uguale a Z. Il nucleo (vedi Nucleo atomico) contiene nucleoni, particelle elementari con una massa circa 1840 volte maggiore della massa di un elettrone (pari a 9.1 · 10 - 28 g), protoni (vedi), carica positiva e assenza di neutroni di carica (vedi). Il numero di nucleoni nel nucleo è chiamato numero di massa ed è indicato dalla lettera A. Il numero di protoni nel nucleo, uguale a Z, determina il numero di elettroni che entrano nell'atomo, la struttura dei gusci degli elettroni e le proprietà chimiche dell'atomo. Il numero di neutroni nel nucleo è A - Z. Gli isotopi sono chiamati specie dello stesso elemento, gli atomi di cui differiscono l'uno dall'altro nella massa numero A, ma hanno lo stesso Z. Così, nei nuclei di atomi di diversi isotopi di un elemento c'è un diverso numero di neutroni con lo stesso numero di protoni. Nella designazione degli isotopi, il numero di massa A è scritto sopra il simbolo dell'elemento, e il numero atomico è in basso; per esempio, gli isotopi dell'ossigeno sono designati:

La dimensione di un atomo è determinata dalla dimensione dei gusci degli elettroni e ammonta a circa 10 -8 cm per tutti gli Z. Poiché la massa di tutti gli elettroni di un atomo è diverse migliaia di volte più piccola della massa del nucleo, la massa dell'atomo è proporzionale al numero di massa. La massa relativa dell'atomo di questo isotopo è determinata dalla massa dell'atomo dell'isotopo di carbonio C 12 , presa come 12 unità, ed è chiamata massa isotopica. Risulta essere vicino al numero di massa dell'isotopo corrispondente. Il peso relativo di un atomo di un elemento chimico è la media (tenendo conto dell'abbondanza relativa di isotopi di questo elemento) del peso isotopico ed è chiamato peso atomico (massa).

Un atomo è un sistema microscopico e la sua struttura e proprietà possono essere spiegate solo con l'aiuto della teoria quantistica, creata principalmente negli anni '20 del XX secolo e intesa a descrivere fenomeni di scala atomica. Gli esperimenti hanno dimostrato che le microparticelle - elettroni, protoni, atomi, ecc. - eccetto quelle corpuscolari, hanno proprietà ondulatorie che si manifestano in diffrazione e interferenze. Nella teoria quantistica, un campo d'onda caratterizzato da una funzione d'onda (funzione Ψ) viene utilizzato per descrivere lo stato dei micro oggetti. Questa funzione determina le probabilità di possibili stati di un microoggetto, cioè caratterizza le potenziali possibilità di manifestare l'una o l'altra delle sue proprietà. La legge di variazione della funzione Ψ nello spazio e nel tempo (l'equazione di Schrödinger), che rende possibile trovare questa funzione, svolge lo stesso ruolo nella teoria quantistica come nella meccanica classica delle leggi del moto di Newton. Risolvere l'equazione di Schrödinger in molti casi porta a possibili stati discreti del sistema. Ad esempio, nel caso di un atomo, si ottiene una serie di funzioni d'onda per elettroni corrispondenti a diversi valori di energia (quantizzata). Il sistema dei livelli di energia dell'atomo, calcolato con i metodi della teoria quantistica, ha ricevuto una brillante conferma in spettroscopia. La transizione di un atomo dallo stato fondamentale corrispondente al livello di energia più basso E 0 a uno qualsiasi degli stati eccitati E i si verifica quando una certa parte dell'energia E i - E 0 viene assorbita. Un atomo eccitato entra in uno stato meno eccitato o terreno, di solito con l'emissione di un fotone. In questo caso, l'energia del fotone hv è uguale alla differenza nell'energia atomica in due stati: hv = E i - Е k dove h è la costante di Planck (6.62 · 10 -27 erg · s), v è la frequenza della luce.

Oltre agli spettri atomici, la teoria dei quanti ci ha permesso di spiegare altre proprietà degli atomi. In particolare, sono state spiegate la valenza, la natura del legame chimico e la struttura delle molecole, è stata creata la teoria del sistema periodico degli elementi.