Kwa muda mrefu sifa nyingi za mata zilibaki kuwa siri kwa watafiti. Kwa nini baadhi ya vitu hufanya umeme vizuri, wakati wengine hawana? Kwa nini chuma huvunjika polepole chini ya ushawishi wa anga, wakati metali nzuri huhifadhiwa kikamilifu kwa maelfu ya miaka? Mengi ya maswali haya yalijibiwa baada ya mtu kufahamu muundo wa atomi: muundo wake, idadi ya elektroni katika kila safu ya elektroni. Zaidi ya hayo, kufahamu hata misingi ya muundo wa viini vya atomiki kulifungua enzi mpya kwa ulimwengu.
Tofali la msingi la nyenzo hujengwa kutoka kwa vipengele gani, jinsi gani vinaingiliana, tunaweza kujifunza nini kutokana na hili?
Muundo wa atomi katika mtazamo wa sayansi ya kisasa
Kwa sasa, wanasayansi wengi wana mwelekeo wa kufuata muundo wa sayari wa muundo wa maada. Kulingana na mfano huu, katikati ya kila atomi kuna kiini, kidogo hata kwa kulinganisha na atomi (ni makumi ya maelfu ya mara ndogo kuliko nzima.atomi). Lakini hiyo haiwezi kusema juu ya wingi wa kiini. Takriban wingi wote wa atomi umejilimbikizia kwenye kiini. Kiini kimechajiwa vyema.
Elektroni huzunguka kwenye kiini katika mizunguko tofauti, si mviringo, kama ilivyo kwa sayari za mfumo wa jua, lakini za pande tatu (tufe na kiasi cha nane). Idadi ya elektroni katika atomi ni sawa na malipo ya kiini. Lakini ni vigumu sana kuzingatia elektroni kama chembe inayosogea kwenye aina fulani ya trajectory.
Mzingo wake ni mdogo, na kasi inakaribia kufanana na ile ya mwanga, kwa hivyo ni sahihi zaidi kuzingatia elektroni pamoja na obiti yake kama aina ya tufe iliyo na chaji hasi.
Washiriki wa familia ya nyuklia
Atomu zote zinaundwa na elementi 3 kuu: protoni, elektroni na neutroni.
Protoni ndio nyenzo kuu ya ujenzi ya kiini. Uzito wake ni sawa na kitengo cha atomiki (uzito wa atomi ya hidrojeni) au 1.67 ∙ 10-27 kg katika mfumo wa SI. Chembe ina chaji chaji, na chaji yake huchukuliwa kama kitengo katika mfumo wa chaji za msingi za umeme.
Neutroni ni pacha mkuu wa protoni, lakini haijachajiwa kwa njia yoyote ile.
Chembe mbili zilizo hapo juu zinaitwa nuclides.
Elektroni ni kinyume cha protoni inayochaji (chaji ya msingi ni −1). Lakini kwa upande wa uzito, elektroni ilituangusha, uzito wake ni 9, 12 ∙ 10-31 kg, ambayo ni karibu mara elfu 2 nyepesi kuliko protoni au neutroni.
Jinsi "ilivyoonekana"
Ungewezaje kuona muundo wa atomi, ikiwa hata njia za kisasa za kiufundi haziruhusuna kwa muda mfupi haitaruhusu kupata picha za chembe zake zinazounda. Wanasayansi walijuaje idadi ya protoni, neutroni na elektroni kwenye kiini na mahali zilipo?
Dhana kuhusu muundo wa sayari ya atomi ilifanywa kwa msingi wa matokeo ya kulipuka kwa karatasi nyembamba ya chuma yenye chembe mbalimbali. Kielelezo kinaonyesha kwa uwazi jinsi chembe msingi mbalimbali huingiliana na maada.
Idadi ya elektroni zilizopitia kwenye chuma kwenye majaribio ilikuwa sawa na sifuri. Hii inafafanuliwa kwa urahisi: elektroni zenye chaji hasi hutolewa kutoka kwa makombora ya elektroni ya chuma, ambayo pia yana chaji hasi.
Boriti ya protoni (chaji +) ilipitia kwenye foil, lakini kwa "hasara". Wengine walirudishwa nyuma na viini vilivyoingia kwenye njia (uwezekano wa mipigo kama hiyo ni mdogo sana), wengine walikengeuka kutoka kwa njia ya asili, wakiruka karibu sana na moja ya viini.
Neutroni zimekuwa "zinazofaa" zaidi katika kushinda chuma. Chembe iliyochajiwa kwa upande wowote ilipotea tu katika kesi ya mgongano wa moja kwa moja na kiini cha dutu, wakati 99.99% ya neutroni zilipitia kwa ufanisi kupitia unene wa chuma. Kwa njia, iliwezekana kukokotoa ukubwa wa viini vya vipengele fulani vya kemikali kulingana na idadi ya neutroni katika ingizo na pato.
Kulingana na data iliyopatikana, nadharia kuu ya sasa ya muundo wa maada iliundwa, ambayo inafafanua masuala mengi kwa mafanikio.
Nini na kiasi gani
Idadi ya elektroni katika atomi inategemea nambari ya atomiki. Kwa mfano, atomi ya kawaida ya hidrojeni inaprotoni moja tu. Elektroni moja inazunguka katika obiti. Kipengele kinachofuata cha meza ya mara kwa mara, heliamu, ni ngumu zaidi. Kiini chake kina protoni mbili na neutroni mbili na hivyo kuwa na misa ya atomiki 4.
Kwa ukuaji wa nambari ya serial, saizi na uzito wa atomi hukua. Nambari ya serial ya kipengele cha kemikali katika meza ya mara kwa mara inalingana na malipo ya kiini (idadi ya protoni ndani yake). Idadi ya elektroni katika atomi ni sawa na idadi ya protoni. Kwa mfano, atomi ya risasi (nambari ya atomiki 82) ina protoni 82 kwenye kiini chake. Kuna elektroni 82 katika obiti karibu na kiini. Ili kukokotoa idadi ya neutroni kwenye kiini, inatosha kutoa idadi ya protoni kutoka kwa wingi wa atomiki:
207 – 82=125.
Kwa nini kuna nambari sawa kila wakati
Kila mfumo katika ulimwengu wetu hujitahidi kuleta utulivu. Kama inavyotumika kwa atomi, hii inaonyeshwa kwa kutokujali kwake. Ikiwa kwa sekunde moja tunafikiria kwamba atomi zote bila ubaguzi katika Ulimwengu zina chaji moja au nyingine ya ukubwa tofauti na ishara tofauti, mtu anaweza kufikiria ni aina gani ya machafuko ambayo yangekuja ulimwenguni.
Lakini kwa kuwa idadi ya protoni na elektroni katika atomi ni sawa, jumla ya malipo ya kila "tofali" ni sifuri.
Nambari ya nyutroni katika atomi ni thamani inayojitegemea. Zaidi ya hayo, atomi za kipengele sawa cha kemikali zinaweza kuwa na idadi tofauti ya chembe hizi na chaji sifuri. Mfano:
- protoni 1 + elektroni 1 + neutroni 0=hidrojeni (uzito wa atomiki 1);
- protoni 1 + elektroni 1 + neutroni 1=deuterium (uzito wa atomiki 2);
- protoni 1 + elektroni 1 + 2neutroni=tritium (uzito wa atomiki 3).
Katika hali hii, idadi ya elektroni katika atomi haibadiliki, atomi hubakia upande wowote, wingi wake hubadilika. Tofauti kama hizo za elementi za kemikali huitwa isotopu.
Ni chembe isiyopendelea upande wowote
Hapana, idadi ya elektroni katika atomi sio sawa na idadi ya protoni kila wakati. Ikiwa elektroni moja au mbili hazingeweza "kuchukuliwa" kutoka kwa atomi kwa muda, hakutakuwa na kitu kama mabati. Atomu, kama jambo lolote, inaweza kuathiriwa.
Chini ya ushawishi wa sehemu ya umeme yenye nguvu ya kutosha kutoka safu ya nje ya atomi, elektroni moja au zaidi zinaweza "kuruka". Katika kesi hii, chembe ya dutu huacha kuwa neutral na inaitwa ion. Inaweza kusonga kwa gesi au kati ya kioevu, kuhamisha malipo ya umeme kutoka kwa electrode moja hadi nyingine. Kwa njia hii, chaji ya umeme huhifadhiwa kwenye betri, na filamu nyembamba zaidi za metali zingine huwekwa kwenye nyuso za zingine (mchoro wa dhahabu, upako wa fedha, uwekaji wa chromium, upako wa nikeli, n.k.).
Idadi ya elektroni pia si thabiti katika metali - vikondakta vya mkondo wa umeme. Elektroni za tabaka za nje, kana kwamba, hutembea kutoka atomi hadi atomi, zikihamisha nishati ya umeme kupitia kondakta.
