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什么是原子?»其定义和含义

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Anonim

一个原子现有的单质颗粒的最小单元,能够在化学组合进行干预。几个世纪以来,关于原子的有限知识只是猜想和假设的主题,因此直到多年以后才能获得具体数据。在18世纪和19世纪,英国科学家约翰·道尔顿(John Dalton)提出,原子的存在是一个极小的单元,所有物质都将由原子组成,并赋予它们质量并将其表示为实心且不可分割的球体。

什么是原子

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它是组成固体,液体和气体的最小物质单位。原子可以组成相同或不同的类型,以形成分子,这些分子又构成存在的物体。但是,科学家已经确定,宇宙中只有5%的物质是由原子组成的,因为暗物质(占宇宙的20%以上)是由未知粒子以及暗能量组成的(占70%)。

它的名字来自拉丁原子,意思是“不可分割的”,给它加上这个术语的是希腊哲学家德cri克利特(Democritus)(460-370 BC)和伊壁鸠鲁(Epicurus)(341-270 BC)。

这些哲学家未经实验就寻找我们的构成问题和对现实的解释的答案,他们得出结论,不可能无限地划分物质,应该有一个“顶部”,这意味着它将达到万物组成的最低限度。他们称这个“顶部”是一个原子,因为最小的粒子不再能够被分割,而宇宙将由该原子组成。

它由一个原子核组成,其中至少有一个质子和相同数量的中子(其结合称为“核子”),并且在所述原子核中至少有其质量的99.94%。其余的0.06%由绕原子核运行的电子组成。如果电子和质子数相同,则原子是电中性的;反之,如果电子比质子多,则其电荷为负,并确定为阴离子;如果质子的数量超过电子,则它们的电荷将为正,称为阳离子。

它的尺寸是如此之小(约十分之一),以至于如果一个物体被分裂很多次,那么构成它的任何物质都将不再存在,但是元素的原子会保留下来,结合起来,它们就形成了,这些几乎是看不见的。但是,并非所有类型的原子都具有相同的形状和大小,因为这将取决于几个因素。

原子的元素

原子具有构成其的其他成分,称为亚原子粒子,除非有特殊的受控条件,否则它们无法独立存在。这些粒子是:带负电荷的电子;带正电的质子;电荷相等的中子,使它们成为电中性。在原子核(中心)中发现质子和中子,形成所谓的核子,电子绕核运动。

质子

该粒子存在于原子核中,构成核子的一部分,其电荷为正。它们贡献了约50%的原子质量,其质量相当于电子的1836倍。但是,它们的质量略小于中子。质子不是基本粒子,因为它由三个夸克组成(这是费米子的一种,是两个存在的基本粒子之一)。

原子中质子的数量对于定义元素的类型至关重要。例如,碳原子具有六个质子,而氢原子仅具有一个质子。

电子学

它们是绕原子核运行的负粒子。它的质量非常小,以至于被认为是一次性的。通常,原子中的电子数量与质子相同,因此两种电荷相互抵消。

不同原子的电子通过库仑力(静电)连接,当一个原子共享并交换时,它会引起化学键。有一些电子可以是自由的,而不会与任何原子相连。并且与一个链接的轨道可以具有不同大小的轨道(轨道半径越大,其中包含的能量越大)。

电子是基本粒子,因为它是费米子(轻子)的一种,并且不由任何其他元素构成。

中子

它是原子的亚原子中性粒子,即具有相同数量的正负电荷。它的质量略高于质子质子质子形成原子核。

像质子一样,中子由三个夸克组成:两个下降或下降,电荷为-1/3,一个上升或上升,电荷为+2/3,导致总电荷为零,这使其具有中性。中子本身不能存在于核外,因为它在核外的平均寿命约为15分钟。

除非原子是同位素,否则原子中的中子数量不能决定其性质。

同位素

它们是一种原子,其核组成不相等。也就是说,它具有相同数量的质子,但具有不同数量的中子。在这种情况下,组成相同元素的原子将有所不同,这取决于它们所包含的中子数量。

同位素有两种类型:

  • 天然的,在自然界中发现的,例如氢原子,它具有三个(,、氘和tri);或碳原子,它也有3个(碳12,碳13和碳14;各自具有不同的用途)。
  • 人造的,在受控的环境中产生,其中亚原子粒子受到轰击,不稳定且具有放射性。

存在稳定的同位素,但是这种稳定性是相对的,因为尽管它们以相同的方式具有放射性,但它们的分解期与行星的存在相比较长。

如何定义原子的元素

一个原子将由几个因素来区分或定义,即:

  • 质子数量:此数量的变化可能会导致元素不同,因为它决定了它属于哪个化学元素。
  • 中子数:指定元素的同位素。

质子吸引电子的力是电磁的; 吸引质子和中子的是核子,其强度大于第一个,从而相互排斥带正电的质子。

如果原子中的质子数很高,则排斥它们的电磁力将比核子强,核子有可能从核中被驱逐出核,从而产生核分裂或所谓的放射性; 后来导致核trans变,即一种元素转化为另一种元素(炼金术)。

什么是原子模型

它是一种方案,可帮助定义原子是什么,原子的组成,分布及其呈现的特征。自该术语诞生以来,已经开发了不同的原子模型,这使我们能够更好地理解物质的结构。

最有代表性的原子模型是:

玻尔原子模型

丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr(1885-1962))在与他的教授,化学家兼物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)进行研究后,受到后者的模型的启发,以氢原子为指导,公开了自己的模型。

玻尔的原子模型由一种行星系统组成,其中原子核位于中心,电子像行星一样围绕其在稳定且圆形的轨道中运动,其中较大的一个存储更多的能量。它包括气体的吸收和排放,马克斯·普朗克的量子化理论以及

艾尔伯特爱因斯坦

电子可以从一个轨道跳到另一个轨道:如果它从能量较低的一个跃迁到能量较高的另一个,它将为到达的每个轨道增加一个能量量子。当它从较高能量变为较低能量时,情况恰恰相反,它不仅降低能量,而且还以诸如光(光子)之类的辐射形式失去能量。

但是,玻尔的原子模型有缺陷,因为它不适用于其他类型的原子。

道尔顿的原子模型

数学家和化学家约翰·道尔顿(1766-1844)率先发表了具有科学依据的原子模型,他在其中指出原子类似于台球,即球形。

道尔顿的原子模型在他的方法(他称之为“原子理论”)中确定了原子不能被分裂。它还可以确定同一元素的原子具有相同的质量,包括其重量和质量。尽管它们可以组合,但它们之间的简单关系仍然不可分割;并且可以将它们与其他类型的原子以不同比例组合以生成各种化合物(两种或多种类型的原子的结合)。

道尔顿的原子模型是不一致的,因为它不能解释亚原子粒子的存在,因为电子和质子的存在是未知的。它也不能解释放射性现象或电子流(阴极射线);此外,它没有考虑到同位素(质量不同的相同元素的原子)。

卢瑟福的原子模型

这个模型是由物理学家和化学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford,1871-1937)提出的,它类似于太阳系。卢瑟福的原子模型确定,在原子核(中心)中发现原子及其正部分的质量百分比最高;负电子或负电子以椭圆或圆形轨道绕其旋转,并在它们之间形成真空。因此,它成为第一个将原子分离为核和壳的模型。

物理学家进行了实验,他计算了当粒子撞击金箔时的分散角,并注意到有些粒子以不一致的角度反弹,由此得出结论,它们的核必须很小但密度很高。多亏曾是汤姆森(JJ Thomson)学生的拉瑟福德(Rutherford),才有了关于中子存在的第一个概念。另一个成就是对原子核中的正电荷如何在如此小的体积中保持在一起提出了疑问,这后来导致发现了一种基本的相互作用:强核力。

卢瑟福的原子模型是矛盾的,因为它与麦克斯韦的电磁定律相抵触。也没有解释电子从高能态到低能态跃迁中的能量辐射现象。

汤姆森的原子模型

它由科学家和1906年诺贝尔物理学奖得主约瑟夫·约翰·汤姆森(Joseph John Thomson,1856-1940年)揭露。汤姆森(Thomson)的原子模型将原子描述为带正电的球形物质,其中有电子插入其中,就像葡萄干布丁一样。该模型中的电子数量足以抵消正电荷,并且正质量和电子的分布是随机的。

他对阴极射线进行了实验:在真空管中,他使电流射线通过两个板,从而产生使它们偏转的电场。因此他确定了电是由另一个粒子组成的。发现电子的存在。

但是,汤姆森的原子模型很简短,从未得到学术上的认可。他对原子内部结构以及电荷分布的描述是不正确的,它没有考虑中子的存在,对质子也不了解。它也没有解释元素周期表的规律性。

尽管如此,他们的研究仍是后来发现的基础,因为从该模型可以知道亚原子粒子的存在。

原子质量

字母A表示的原子中包含的质子和中子总质量称为原子质量,而没有考虑电子,因为它们的质量很小,可以丢弃。

同位素是相同元素的质子数相同但中子数不同的原子的变体,因此即使它们非常相似,它们的原子量也将不同。

原子数

它由字母Z表示,是指原子中包含的质子数,它与原子中的电子数相同。门捷列夫1869年的元素周期表是根据原子序数从最小到最大排列的。