يُترجم الاسم "atom" من اليونانية إلى "غير قابل للتجزئة". كل شيء حولنا - المواد الصلبة والسوائل والهواء - مبني من مليارات هذه الجسيمات.
ظهور النسخة حول الذرة
لأول مرة ، أصبحت الذرات معروفة في القرن الخامس من قبلم ، عندما اقترح الفيلسوف اليوناني ديموقريطوس أن المادة تتكون من جسيمات صغيرة متحركة. ولكن بعد ذلك لم تكن هناك طريقة للتحقق من نسخة وجودهم. وعلى الرغم من عدم تمكن أي شخص من رؤية هذه الجسيمات ، فقد تمت مناقشة الفكرة ، لأن هذه كانت الطريقة الوحيدة التي يمكن للعلماء من خلالها شرح العمليات التي تحدث في العالم الحقيقي. لذلك ، كانوا يؤمنون بوجود الجسيمات الدقيقة قبل وقت طويل من الوقت الذي تمكنوا فيه من إثبات هذه الحقيقة.
فقط في القرن التاسع عشر. بدأوا في التحليل على أنهم أصغر مكونات العناصر الكيميائية التي لها خصائص معينة للذرات - القدرة على تكوين مركبات مع الآخرين بكمية محددة بدقة. في بداية القرن العشرين ، كان يعتقد أن الذرات هي أصغر جزيئات المادة ، حتى ثبت أنها تتكون من وحدات أصغر.
مما يتكون العنصر الكيميائي؟
ذرة عنصر كيميائي - مجهريلبنة بناء المادة. السمة المميزة لهذه الجسيمات الدقيقة هي الوزن الجزيئي للذرة. أثبت اكتشاف القانون الدوري لمندلييف أن أنواعها هي أشكال مختلفة من مسألة واحدة. إنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها باستخدام المجاهر العادية ، فقط أقوى الأجهزة الإلكترونية. للمقارنة ، فإن شعرة يد الإنسان أعرض مليون مرة.
يحتوي الهيكل الإلكتروني للذرة على نواة تتكون منمن النيوترونات والبروتونات ، وكذلك الإلكترونات التي تدور حول المركز في مدارات ثابتة ، مثل الكواكب حول نجومها. كلهم مرتبطون ببعضهم البعض بواسطة القوة الكهرومغناطيسية ، واحدة من أربع قوى رئيسية في الكون. النيوترونات عبارة عن جسيمات ذات شحنة متعادلة ، والبروتونات موجبة ، والإلكترونات سالبة. تنجذب الأخيرة إلى البروتونات موجبة الشحنة ، لذلك تميل إلى البقاء في المدار.
هيكل الذرة
الجزء المركزي له قلب يملأالجزء الأدنى من الذرة الكاملة. لكن الدراسات تظهر أن معظم الكتلة (99.9٪) موجودة فيه. تحتوي كل ذرة على بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. عدد الإلكترونات الدوارة فيه يساوي الشحنة المركزية الموجبة. الجسيمات التي لها نفس الشحنة النووية Z ، ولكن الكتلة الذرية المختلفة A وعدد النيوترونات في النواة N تسمى النظائر ، ومعها نفس A ومختلفة Z و N - isobars. الإلكترون هو أصغر جسيم في مادة شحنة كهربائية سالبة e = 1.6 · 10-19 كولوم. تحدد شحنة أيون عدد الإلكترونات المفقودة أو المضافة. تسمى عملية تحول ذرة محايدة إلى أيون مشحون التأين.
نسخة جديدة من نموذج الذرة
اكتشف الفيزيائيون العديد من الجسيمات الأولية الأخرى حتى الآن. يحتوي الهيكل الإلكتروني للذرة على نسخة جديدة.
ويعتقد أن البروتونات والنيوترونات أيا كانلم تكن صغيرة ، فهي تتكون من أصغر الجسيمات ، والتي تسمى - كواركات. إنها تشكل نموذجًا جديدًا لبناء الذرة. كما اعتاد العلماء على جمع الأدلة على وجود النموذج السابق ، يحاولون اليوم إثبات وجود الكواركات.
RTM - جهاز المستقبل
يمكن للعلماء الحديثين أن يروا على الشاشةالجسيمات الذرية للمادة بالكمبيوتر ، وكذلك تحريكها على طول السطح باستخدام أداة خاصة تسمى مجهر المسح النفقي (RTM).
إنه كذلك محوسبة أداة مع تلميح للغايةيتحرك بحذر بالقرب من سطح المادة. عندما يتحرك الطرف ، تتحرك الإلكترونات عبر الفجوة بين الطرف والسطح. على الرغم من أن المادة تبدو ناعمة تمامًا ، إلا أنها في الواقع خشنة على المستوى الذري. يقوم الكمبيوتر بعمل خريطة لسطح المادة ، مما يؤدي إلى تكوين صورة لجزيئاتها ، وبالتالي يمكن للعلماء رؤية خصائص الذرة.
الجسيمات المشعة
الأيونات سالبة الشحنة تدور حول النواةعلى مسافة كبيرة بما فيه الكفاية. إن بنية الذرة تجعل الكل محايدًا حقًا ولا يحتوي على شحنة كهربائية ، لأن كل جسيماتها (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات) متوازنة.
الذرة المشعة هي عنصر يمكنه ذلكسهل الانقسام. يتكون مركزها من العديد من البروتونات والنيوترونات. الاستثناء الوحيد هو مخطط ذرة الهيدروجين ، الذي يحتوي على بروتون واحد. النواة محاطة بسحابة من الإلكترونات ، وجاذبيتها هي التي تجعلها تدور حول المركز. البروتونات بنفس الشحنة تتنافر.
هذه ليست مشكلة بالنسبة لمعظم الجسيمات الصغيرة.التي لديها العديد منهم. لكن بعضها غير مستقر ، خاصة الكبيرة منها مثل اليورانيوم الذي يحتوي على 92 بروتونًا. في بعض الأحيان لا يستطيع مركزها تحمل مثل هذا الحمل. يطلق عليهم اسم المواد المشعة لأنها تقذف عدة جسيمات من لبها. بعد أن تخلصت النواة غير المستقرة من البروتونات ، تشكل البقية ابنة جديدة. يمكن أن يكون مستقرًا اعتمادًا على عدد البروتونات في النواة الجديدة ، أو يمكن أن ينشطر أكثر. تستمر هذه العملية حتى يبقى قلب الطفل المستقر.
خصائص الذرات
تتغير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للذرة بشكل طبيعي من عنصر إلى آخر. يتم تحديدها من خلال المعلمات الرئيسية التالية.
الكتلة الذرية. نظرًا لأن المكان الرئيسي للجسيمات الدقيقة يشغلها البروتونات والنيوترونات ، فإن مجموعها يحدد العدد الذي يتم التعبير عنه بوحدات الكتلة الذرية (amu) الصيغة: A = Z + N.
نصف القطر الذري.يعتمد نصف القطر على موقع العنصر في نظام مندليف ، والرابطة الكيميائية ، وعدد الذرات المجاورة ، والعمل الميكانيكي الكمومي. نصف قطر النواة أقل بمئة ألف مرة من نصف قطر العنصر نفسه. يمكن تجريد بنية الذرة من الإلكترونات وتصبح أيونًا موجبًا ، أو إضافة إلكترونات وتصبح أيونًا سالبًا.
في نظام مندليف الدوري ، أييأخذ العنصر الكيميائي مكانه المخصص. في الجدول ، يزداد حجم الذرة كلما تحركت من أعلى إلى أسفل ، ويقل كلما تحركت من اليسار إلى اليمين. وبالتالي ، فإن أصغر عنصر هو الهيليوم ، وأكبر عنصر هو السيزيوم.
التكافؤ.يُطلق على الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة اسم التكافؤ ، وقد حصلت الإلكترونات الموجودة فيه على الاسم المقابل - إلكترونات التكافؤ. يحدد عددهم كيفية ارتباط الذرة بالباقي من خلال رابطة كيميائية. تحاول الجسيمات الدقيقة ملء غلاف التكافؤ الخارجي بطريقة تكوين الأخير.
الجاذبية ، الجاذبية هي القوة التي تصمدالكواكب في المدار ، بسبب ذلك ، تسقط الأشياء المنبعثة من اليدين على الأرض. يلاحظ الشخص الجاذبية أكثر ، لكن التأثير الكهرومغناطيسي أقوى بعدة مرات. القوة التي تجذب (أو تصد) الجسيمات المشحونة في الذرة هي أقوى من الجاذبية بداخلها بمقدار 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 مرة. لكن هناك قوة أكثر قوة في مركز النواة ، قادرة على الاحتفاظ بالبروتونات والنيوترونات معًا.
التفاعلات في النوى تخلق الطاقة كما في الطاقة النوويةالمفاعلات حيث تنقسم الذرات. كلما كان العنصر أثقل ، يتم استخدام المزيد من الجسيمات لبناء ذراته. إذا جمعنا العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات في عنصر ما ، فسنجد كتلته. على سبيل المثال ، أورانوس ، أثقل عنصر موجود في الطبيعة ، له كتلة ذرية من 235 أو 238.
تقسيم الذرة إلى مستويات
مستويات الطاقة في الذرة هي الكميةالفضاء حول النواة حيث يتحرك الإلكترون. هناك 7 مدارات في المجموع ، تتوافق مع عدد الفترات في الجدول الدوري. كلما كان موقع الإلكترون بعيدًا عن النواة ، زاد احتياطي الطاقة الذي يمتلكه أهمية. يشير رقم الفترة إلى عدد المدارات الذرية حول قلبها. على سبيل المثال ، البوتاسيوم هو عنصر من عناصر الفترة الرابعة ، مما يعني أنه يحتوي على 4 مستويات من الطاقة في الذرة. يتوافق عدد العنصر الكيميائي مع شحنته وعدد الإلكترونات حول النواة.
الذرة مصدر للطاقة
ربما تكون الصيغة العلمية الأكثر شهرةاكتشفه الفيزيائي الألماني أينشتاين. تدعي أن الكتلة ليست أكثر من شكل من أشكال الطاقة. بناءً على هذه النظرية ، يمكنك تحويل المادة إلى طاقة وحساب الكمية التي يمكنك الحصول عليها باستخدام الصيغة. كانت النتيجة العملية الأولى لهذا التحول هي القنابل الذرية ، التي تم اختبارها لأول مرة في صحراء لوس ألاموس (الولايات المتحدة الأمريكية) ، ثم انفجرت فوق المدن اليابانية. وعلى الرغم من أن سُبع المتفجرات فقط تم تحويلها إلى طاقة ، إلا أن القوة التدميرية للقنبلة الذرية كانت مروعة.
من أجل أن يطلق القلب طاقته ، فإنهيجب أن تنهار. لتقسيمه ، من الضروري العمل كنيوترون من الخارج. ثم تنقسم النواة إلى نواة أخف وزنا ، بينما توفر دفعة هائلة من الطاقة. يؤدي الانحلال إلى إطلاق نيوترونات أخرى ، وتستمر في انشطار نوى أخرى. تتحول العملية إلى تفاعل متسلسل ، مما ينتج عنه كمية هائلة من الطاقة.
إيجابيات وسلبيات استخدام التفاعل النووي اليوم
القوة المدمرة التي تنطلق أثناء تحول المادة ، تحاول البشرية ترويضها في محطات الطاقة النووية. هنا ، لا يحدث التفاعل النووي على شكل انفجار ، بل يحدث على شكل إطلاق تدريجي للحرارة.
إنتاج الطاقة النووية مزاياها وسلبيات. وفقًا للعلماء ، من أجل الحفاظ على حضارتنا على مستوى عالٍ ، من الضروري استخدام هذا المصدر الضخم للطاقة. ولكن يجب ألا يغيب عن الأذهان أنه حتى أحدث التطورات لا يمكن أن تضمن السلامة الكاملة لمحطات الطاقة النووية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للنفايات المشعة التي يتم الحصول عليها أثناء عملية إنتاج الطاقة ، إذا تم تخزينها بشكل غير صحيح ، أن تؤثر على أحفادنا لعشرات الآلاف من السنين.
بعد الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية ، المزيد والمزيديعتبر الناس إنتاج الطاقة الذرية أمرًا خطيرًا جدًا للبشرية. محطة الطاقة الآمنة الوحيدة من هذا النوع هي الشمس ، بقوتها النووية الهائلة. يطور العلماء جميع أنواع نماذج الألواح الشمسية ، وربما في المستقبل القريب ، ستكون البشرية قادرة على تزويد نفسها بالطاقة الذرية الآمنة.
