โครงสร้างอะตอม ระดับพลังงานของอะตอม โปรตอนนิวตรอนอิเล็กตรอน

ชื่อ "อะตอม" แปลมาจากภาษากรีกว่า "แบ่งไม่ได้" ทุกสิ่งรอบตัวเรา - ของแข็ง ของเหลว และอากาศ - ถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคเหล่านี้นับพันล้าน

การปรากฏตัวของรุ่นเกี่ยวกับอะตอม

เป็นครั้งแรกที่รู้จักอะตอมในศตวรรษที่ 5 มาก่อนAD เมื่อนักปราชญ์ชาวกรีก Democritus เสนอว่าสสารประกอบด้วยอนุภาคเคลื่อนที่ขนาดเล็ก แต่แล้วไม่มีทางที่จะตรวจสอบเวอร์ชั่นของการดำรงอยู่ของพวกเขาได้ และแม้ว่าจะไม่มีใครเห็นอนุภาคเหล่านี้ แต่แนวคิดนี้ก็ถูกกล่าวถึง เพราะนี่เป็นวิธีเดียวที่นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริงได้ ดังนั้นพวกเขาจึงเชื่อในการมีอยู่ของอนุภาคขนาดเล็กก่อนเวลาที่พวกเขาสามารถพิสูจน์ความจริงนี้ได้

ในศตวรรษที่ 19 เท่านั้นพวกเขาเริ่มวิเคราะห์ว่าเป็นองค์ประกอบที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติเฉพาะของอะตอม - ความสามารถในการเข้าสู่สารประกอบกับผู้อื่นในปริมาณที่กำหนดอย่างเคร่งครัด ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 เชื่อกันว่าอะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสาร จนกระทั่งได้รับการพิสูจน์ว่าประกอบด้วยหน่วยที่เล็กกว่า

องค์ประกอบทางเคมีประกอบด้วยอะไร?

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมี - microscopicอิฐมวลเบา คุณลักษณะที่กำหนดของอนุภาคขนาดเล็กนี้คือน้ำหนักโมเลกุลของอะตอม มีเพียงการค้นพบกฎเป็นระยะ ๆ ของ Mendeleev เท่านั้นที่ยืนยันว่าประเภทของพวกมันเป็นรูปแบบที่หลากหลายของเรื่องเดียว มีขนาดเล็กมากจนมองไม่เห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ธรรมดา มีเพียงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทรงพลังที่สุดเท่านั้น สำหรับการเปรียบเทียบ ผมบนมือมนุษย์นั้นกว้างกว่าล้านเท่า

โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมมีนิวเคลียสประกอบด้วยจากนิวตรอนและโปรตอน เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนที่โคจรรอบศูนย์กลางในวงโคจรคงที่ เหมือนกับดาวเคราะห์รอบดาวของพวกมัน ทั้งหมดถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่แรงหลักในจักรวาล นิวตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุเป็นกลาง โปรตอนเป็นบวก และอิเล็กตรอนเป็นลบ หลังถูกดึงดูดไปยังโปรตอนที่มีประจุบวก ดังนั้นพวกมันจึงมักจะอยู่ในวงโคจร

โครงสร้างอะตอม

ในภาคกลางมีการอุดแกนส่วนต่ำสุดของอะตอมทั้งหมด แต่จากการศึกษาพบว่ามีมวลเกือบทั้งหมด (99.9%) อยู่ในนั้น แต่ละอะตอมประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน จำนวนอิเล็กตรอนที่หมุนอยู่ภายในนั้นเท่ากับประจุบวกจากส่วนกลาง อนุภาคที่มีประจุนิวเคลียร์ Z เท่ากัน แต่มีมวลอะตอม A ต่างกันและจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส N เรียกว่าไอโซโทป โดยมี A เท่ากัน และ Z และ N ต่างกัน - ไอโซบาร์ อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่มีประจุไฟฟ้าลบ e = 1.6 · 10-19 คูลอมบ์ ประจุของไอออนเป็นตัวกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่สูญหายหรือถูกเติม กระบวนการเปลี่ยนรูปร่างของอะตอมที่เป็นกลางเป็นไอออนที่มีประจุเรียกว่าไอออไนเซชัน

รุ่นอะตอมรุ่นใหม่

นักฟิสิกส์ได้ค้นพบอนุภาคมูลฐานอื่น ๆ อีกมากมายจนถึงปัจจุบัน โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมมีเวอร์ชันใหม่

เชื่อกันว่าโปรตอนและนิวตรอน อะไรก็ได้พวกมันไม่เล็กพวกมันประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุดซึ่งเรียกว่า - ควาร์ก เป็นแบบจำลองใหม่สำหรับการสร้างอะตอม เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์เคยรวบรวมหลักฐานการมีอยู่ของแบบจำลองก่อนหน้านี้ วันนี้พวกเขากำลังพยายามพิสูจน์การมีอยู่ของควาร์ก

RTM - อุปกรณ์แห่งอนาคต

นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่สามารถมองเห็นได้บนจอภาพอนุภาคอะตอมของคอมพิวเตอร์ของสสาร และเคลื่อนไปตามพื้นผิวโดยใช้เครื่องมือพิเศษที่เรียกว่า กล้องจุลทรรศน์สแกนอุโมงค์ (RTM)

มันคือ คอมพิวเตอร์ เครื่องมือที่มีปลายแหลมมากเคลื่อนที่อย่างระมัดระวังใกล้กับพื้นผิวของวัสดุ ขณะที่ส่วนปลายเคลื่อนที่ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านช่องว่างระหว่างส่วนปลายกับพื้นผิว แม้ว่าวัสดุจะดูเรียบสนิท แต่ก็ไม่เท่ากันในระดับอะตอม คอมพิวเตอร์สร้างแผนที่พื้นผิวของสสาร สร้างภาพอนุภาค และทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นคุณสมบัติของอะตอมได้

อนุภาคกัมมันตภาพรังสี

ไอออนที่มีประจุลบจะวนรอบนิวเคลียสในระยะทางที่ไกลพอสมควร โครงสร้างของอะตอมมีลักษณะที่ทั้งมวลเป็นกลางและไม่มีประจุไฟฟ้า เพราะอนุภาคทั้งหมด (โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน) อยู่ในสมดุล

อะตอมกัมมันตภาพรังสีเป็นธาตุที่สามารถง่ายต่อการแยก ศูนย์กลางประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนจำนวนมาก ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือแผนภาพของอะตอมไฮโดรเจนซึ่งมีโปรตอนเพียงตัวเดียว นิวเคลียสล้อมรอบด้วยกลุ่มเมฆอิเล็กตรอน แรงดึงดูดของนิวเคลียสที่หมุนรอบศูนย์กลาง โปรตอนที่มีประจุเท่ากันจะผลักกัน

นี่ไม่ใช่ปัญหาสำหรับอนุภาคขนาดเล็กส่วนใหญ่ซึ่งมีอยู่หลายแห่ง แต่บางชนิดก็ไม่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งขนาดใหญ่อย่างยูเรเนียมซึ่งมีโปรตอน 92 ตัว บางครั้งศูนย์กลางของมันก็ไม่สามารถทนต่อภาระดังกล่าวได้ พวกมันถูกเรียกว่ากัมมันตภาพรังสีเพราะมันขับอนุภาคหลายตัวออกจากแกนกลางของพวกมัน หลังจากที่นิวเคลียสที่ไม่เสถียรกำจัดโปรตอนไปแล้ว นิวเคลียสที่เหลือก็ก่อตัวเป็นลูกสาวคนใหม่ มันสามารถคงตัวได้ขึ้นอยู่กับจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียสใหม่ หรือมันสามารถแยกตัวออกมาได้อีก กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกว่าแกนลูกที่เสถียรจะยังคงอยู่

คุณสมบัติของอะตอม

คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของอะตอมเปลี่ยนตามธรรมชาติจากองค์ประกอบหนึ่งไปยังอีกองค์ประกอบหนึ่ง ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์หลักต่อไปนี้

มวลอะตอม. เนื่องจากสถานที่หลักของอนุภาคขนาดเล็กถูกครอบครองโดยโปรตอนและนิวตรอน ผลรวมของพวกมันจึงเป็นตัวกำหนดจำนวน ซึ่งแสดงเป็นหน่วยมวลอะตอม (amu) สูตร: A = Z + N

รัศมีอะตอมรัศมีขึ้นอยู่กับตำแหน่งขององค์ประกอบในระบบ Mendeleev พันธะเคมี จำนวนอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง และการกระทำทางกลของควอนตัม รัศมีของแกนกลางนั้นน้อยกว่ารัศมีขององค์ประกอบหนึ่งแสนเท่า โครงสร้างของอะตอมสามารถถอดอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนบวกหรือเพิ่มอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนลบได้

ในระบบเป็นระยะของ Mendeleev, anyองค์ประกอบทางเคมีเข้ามาแทนที่ ในตาราง ขนาดของอะตอมจะเพิ่มขึ้นเมื่อคุณเคลื่อนจากบนลงล่าง และลดลงเมื่อคุณเคลื่อนจากซ้ายไปขวา ดังนั้นธาตุที่เล็กที่สุดคือฮีเลียมและธาตุที่ใหญ่ที่สุดคือซีเซียม

วาเลนซ์เปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมเรียกว่าวาเลนซ์และอิเล็กตรอนในนั้นได้รับชื่อที่สอดคล้องกัน - วาเลนซ์อิเล็กตรอน จำนวนของพวกมันกำหนดวิธีที่อะตอมถูกผูกมัดกับส่วนที่เหลือผ่านพันธะเคมี อนุภาคขนาดเล็กกำลังพยายามเติมเปลือกความจุภายนอกด้วยวิธีการสร้างอย่างหลัง

แรงโน้มถ่วง แรงดึงดูด คือแรงที่ยึดไว้ดาวเคราะห์ในวงโคจรด้วยเหตุนี้วัตถุที่ปล่อยออกมาจากมือจึงตกลงสู่พื้น คน ๆ หนึ่งสังเกตเห็นแรงโน้มถ่วงมากขึ้น แต่เอฟเฟกต์แม่เหล็กไฟฟ้านั้นทรงพลังกว่าหลายเท่า แรงที่ดึงดูด (หรือขับไล่) อนุภาคที่มีประจุในอะตอมนั้นมีพลังมากกว่าแรงโน้มถ่วงในอะตอมถึง 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 เท่า แต่มีแรงที่มีพลังมากกว่านั้นอยู่ที่ศูนย์กลางของนิวเคลียส ซึ่งสามารถจับโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกัน

ปฏิกิริยาในนิวเคลียสสร้างพลังงานเช่นเดียวกับในนิวเคลียร์เครื่องปฏิกรณ์ที่อะตอมถูกแยกออก ยิ่งธาตุหนักเท่าใด อะตอมของธาตุก็จะยิ่งสร้างอนุภาคมากขึ้นเท่านั้น ถ้าเราบวกจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในองค์ประกอบหนึ่งเข้าด้วยกัน เราจะหามวลของมัน ตัวอย่างเช่น ดาวยูเรนัส ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่หนักที่สุดที่พบในธรรมชาติ มีมวลอะตอมเท่ากับ 235 หรือ 238

การแบ่งอะตอมออกเป็นระดับ

ระดับพลังงานของอะตอมคือปริมาณพื้นที่รอบนิวเคลียสที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ มีทั้งหมด 7 ออร์บิทัล ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนคาบในตารางธาตุ ยิ่งตำแหน่งของอิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากเท่าใด พลังงานสำรองก็ยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้นเท่านั้น เลขคาบหมายถึงจำนวนออร์บิทัลของอะตอมรอบแกนกลางของมัน ตัวอย่างเช่น โพแทสเซียมเป็นองค์ประกอบของช่วงที่ 4 ซึ่งหมายความว่ามี 4 ระดับพลังงานของอะตอม จำนวนขององค์ประกอบทางเคมีสอดคล้องกับประจุและจำนวนอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส

อะตอมเป็นแหล่งพลังงาน

น่าจะเป็นสูตรวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Einstein เธออ้างว่ามวลเป็นเพียงพลังงานรูปแบบหนึ่ง จากทฤษฎีนี้ คุณสามารถเปลี่ยนสสารเป็นพลังงานและคำนวณโดยสูตรว่าสามารถรับได้เท่าใด ผลลัพธ์เชิงปฏิบัติประการแรกของการเปลี่ยนแปลงนี้คือระเบิดปรมาณู ซึ่งได้รับการทดสอบครั้งแรกในทะเลทรายลอสอาลามอส (สหรัฐอเมริกา) และระเบิดเหนือเมืองต่างๆ ของญี่ปุ่น แม้ว่าระเบิดเพียง 1 ใน 7 จะถูกแปลงเป็นพลังงาน แต่พลังทำลายล้างของระเบิดปรมาณูนั้นแย่มาก

เพื่อให้แกนกลางปล่อยพลังงานออกมาควรจะยุบ ในการแยกออก คุณต้องทำหน้าที่เป็นนิวตรอนจากภายนอก จากนั้นนิวเคลียสก็แยกออกเป็นอีกสองอันที่เบากว่าในขณะที่ให้พลังงานระเบิดมหาศาล การสลายตัวนำไปสู่การปลดปล่อยนิวตรอนอื่น ๆ และพวกมันยังคงแตกตัวนิวเคลียสอื่น กระบวนการนี้กลายเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ ทำให้เกิดพลังงานจำนวนมหาศาล

ข้อดีและข้อเสียของการใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในปัจจุบัน

พลังทำลายล้างที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนแปลงของสสาร มนุษยชาติกำลังพยายามทำให้เชื่องในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในที่นี้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ไม่ได้เกิดขึ้นในรูปแบบของการระเบิด แต่เป็นการปลดปล่อยความร้อนทีละน้อย

การผลิตพลังงานนิวเคลียร์มีข้อดีและข้อเสีย ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเพื่อที่จะรักษาอารยธรรมของเราไว้ในระดับสูงจำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานขนาดใหญ่นี้ แต่ควรระลึกไว้เสมอว่าแม้แต่การพัฒนาที่ทันสมัยที่สุดก็ไม่สามารถรับประกันความปลอดภัยที่สมบูรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ นอกจากนี้ ของเสียกัมมันตภาพรังสีที่ได้จากกระบวนการผลิตพลังงาน หากจัดเก็บอย่างไม่เหมาะสม อาจส่งผลกระทบต่อลูกหลานของเราเป็นเวลาหลายหมื่นปี

หลังเกิดอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลมากขึ้นเรื่อยๆผู้คนมองว่าการผลิตพลังงานปรมาณูเป็นอันตรายต่อมนุษยชาติอย่างมาก โรงไฟฟ้าประเภทนี้มีความปลอดภัยเพียงแห่งเดียวคือดวงอาทิตย์ที่มีพลังงานนิวเคลียร์มหาศาล นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาแผงโซลาร์เซลล์ทุกรุ่น และในอนาคตอันใกล้นี้ มนุษยชาติจะสามารถจัดหาพลังงานปรมาณูที่ปลอดภัยให้กับตัวเองได้