Атом - це найменша частинка хімічного елемента, яка зберігає всі його хімічні властивості. Атом складається з ядра, що має позитивний електричний заряд, і негативно заряджених електронів. Заряд ядра будь-якого хімічного елемента дорівнює добутку Z на e, де Z - порядковий номер даного елемента в періодичній системі хімічних елементів, е - величина елементарного електричного заряду.
Електрон - Дрібна частка речовини з негативним електричним зарядом е = 1,6 · 10-19 кулона, прийнятим за елементарний електричний заряд. Електрони, обертаючись навколо ядра, розташовуються на електронних оболонках К, L, М і т. Д. К - оболонка, найближча до ядра. Розмір атома визначається розміром його електронної оболонки. Атом може втрачати електрони і ставати позитивним іоном або приєднувати електрони і ставати негативним іоном. Заряд іона визначає число втрачених або приєднаних електронів. Процес перетворення нейтрального атома в заряджений іон називається іонізацією.
Атомне ядро (Центральна частина атома) складається з елементарних ядерних частинок - протонів і нейтронів. Радіус ядра приблизно в сто тисяч разів менше радіуса атома. Щільність атомного ядра надзвичайно велика. Протони - Стабільні елементарні частинки, що мають одиничний позитивний електричний заряд і масу, в 1836 разів більшу, ніж маса електрона. Протон являє собою ядро атома найлегшого елементу - водню. Число протонів в ядрі дорівнює Z. Нейтрон - Нейтральна (яка не має електричного заряду) елементарна частинка з масою, дуже близькою до маси протона. Оскільки маса ядра складається з маси протонів і нейтронів, то число нейтронів в ядрі атома одно А - Z, де А - масове число даного ізотопу (див. Періодична система хімічних елементів). Протон і нейтрон, що входять до складу ядра, називаються нуклонами. У ядрі нуклони пов'язані особливими ядерними силами.
У атомному ядрі є величезний запас енергії, яка вивільняється при ядерних реакціях. Ядерні реакції виникають при взаємодії атомних ядер з елементарними частинками або з ядрами інших елементів. В результаті ядерних реакцій утворюються нові ядра. Наприклад, нейтрон може переходити в протон. У цьому випадку з ядра викидається бета-частинка, т. Е. Електрон.
Перехід в ядрі протона в нейтрон може здійснюватися двома шляхами: або з ядра випускається частинка з масою, рівною масі електрона, але з позитивним зарядом, звана позитроном (позитронний розпад), або ядро захоплює один з електронів з найближчою до нього К-оболонки (К -захватил).
Іноді утворилося ядро володіє надлишком енергії (знаходиться в збудженому стані) і, переходячи в нормальний стан, виділяє зайву енергію у вигляді електромагнітного випромінювання з дуже малою довжиною хвилі - гамма-випромінювання. Енергія, що виділяється при ядерних реакціях, практично використовується в різних галузях промисловості.
Атом (грец. Atomos - неподільний) найменша частинка хімічного елемента, що володіє його хімічними властивостями. Кожен елемент складається з атомів певного виду. До складу атома входять ядро, що несе позитивний електричний заряд, і негативно заряджені електрони (див.), Що утворюють його електронні оболонки. Величина електричного заряду ядра дорівнює Ze, де е - елементарний електричний заряд, рівний по величині заряду електрона (4,8 · 10-10 ел.-ст. од.), і Z - атомний номер даного елемента в періодичній системі хімічних елементів (див.). Так як неіонізовану атом нейтральний, то число електронів, що входять до нього, також одно Z. До складу ядра (див. Ядро атомне) входять нуклони, елементарні частинки з масою, приблизно в 1840 разів більшою маси електрона (рівній 9,1 · 10-28 г), протони (див.), заряджені позитивно, і не мають заряду нейтрони (див.). Число нуклонів в ядрі називається масовим числом і позначається буквою А. Кількість протонів в ядрі, рівне Z, визначає число входять в атом електронів, будова електронних оболонок і хімічні властивості атома. Кількість нейтронів в ядрі одно А-Z. Ізотопами називаються різновиди одного і того ж елемента, А. яких відрізняються один від одного масовим числом А, але мають однакові Z. Таким чином, в ядрах А. різних ізотопів одного елемента є різне число нейтронів при однаковому числі протонів. При позначенні ізотопів масове число А записується зверху від символу елемента, а атомний номер внизу- наприклад, ізотопи кисню позначаються:
Розміри атома визначаються розмірами електронних оболонок і складають для всіх Z величину порядку 10-8 см. Оскільки маса всіх електронів А. в кілька тисяч разів менше маси ядра, маса А. пропорційна масовому числу. Відносна маса атома даного ізотопу визначається по відношенню до маси А. ізотопу вуглецю С12, прийнятої за 12 одиниць, і називається ізотопної масою. Вона виявляється близькою до масового числа відповідного ізотопу. Відносна вага А. хімічного елемента являє собою середнє (з урахуванням відносної поширеності ізотопів даного елементу) значення ізотопного ваги і називається атомною вагою (масою).
Атом є мікроскопічною системою, і його будова і властивості можуть бути пояснені лише за допомогою квантової теорії, створеної в основному в 20-і роки 20 століття і призначеної для опису явищ атомного масштабу. Досліди показали, що мікрочастинки - електрони, протони, атоми і т. Д., - Крім корпускулярних, мають хвильовими властивостями, що проявляються в дифракції та інтерференції. У квантовій теорії для опису стану мікрооб'єктів використовується деякий хвильовий поле, що характеризується хвильової функцією (? -функція). Ця функція визначає ймовірності можливих станів мікрооб'єктів, т. Е. Характеризує потенційні можливості прояву тих чи інших його властивостей. Закон зміни функції? у просторі та часі (рівняння Шредінгера), що дозволяє знайти цю функцію, грає в квантової теорії ту ж роль, що в класичній механіці закони руху Ньютона. Рішення рівняння Шредінгера в багатьох випадках призводить до дискретних можливим станам системи. Так, наприклад, у випадку атома виходить ряд хвильових функцій для електронів, що відповідають різним (квантованим) значенням енергії. Система енергетичних рівнів А., розрахована методами квантової теорії, отримала блискуче підтвердження в спектроскопії. Перехід атома з основного стану, відповідного нижчого енергетичного рівня Е0, в яке-небудь з збуджених станів Ei відбувається при поглинанні певної порції енергії Еi - Е0. Збуджений А. переходить у менш збуджений або основний стан зазвичай з випусканням фотона. При цьому енергія фотона hv дорівнює різниці енергій атома в двох станах: hv = Ei- Еk де h - постійна Планка (6,62 · 10-27 ерг · сек), v - частота світла.
Крім атомних спектрів, квантова теорія дозволила пояснити і інші властивості А. Зокрема, були пояснені валентність, природа хімічного зв'язку і будова молекул, створена теорія періодичної системи елементів.