Le nom "atome" est traduit du grec par "indivisible". Tout ce qui nous entoure - solides, liquides et air - est construit à partir de milliards de ces particules.
L'apparition de la version sur l'atome
Les atomes sont apparus pour la première fois au Ve siècle avant notre ère, lorsque le philosophe grec Démocrite a suggéré que la matière consiste en de minuscules particules en mouvement. Mais alors, il n'a pas été possible de vérifier la version de leur existence. Et bien que personne ne puisse voir ces particules, l'idée a été discutée, car c'était la seule façon pour les scientifiques d'expliquer les processus se produisant dans le monde réel. Par conséquent, ils croyaient en l'existence de microparticules bien avant de pouvoir prouver ce fait.
Seulement au 19ème siècle. ils ont commencé à être analysés comme les plus petits constituants d'éléments chimiques, ayant les propriétés spécifiques des atomes - la capacité d'entrer dans des composés avec d'autres dans une quantité strictement prescrite. Au début du 20e siècle, on croyait que les atomes étaient les plus petites particules de matière, jusqu'à ce qu'il soit prouvé qu'ils étaient constitués d'unités encore plus petites.
De quoi est composé un élément chimique ?
L'atome d'un élément chimique est un bloc de construction microscopique de la matière. Le poids moléculaire de l'atome est devenu la caractéristique déterminante de cette microparticule. Seule la découverte de la loi périodique de Mendeleïev a confirmé que leurs types sont diverses formes d'une même matière. Ils sont si petits qu'ils ne peuvent pas être vus à l'aide de microscopes ordinaires, mais uniquement des appareils électroniques les plus puissants. En comparaison, un cheveu sur une main humaine est un million de fois plus large.
La structure électronique d'un atome a un noyau, composé de neutrons et de protons, ainsi que d'électrons, qui font des révolutions autour du centre sur des orbites constantes, comme les planètes autour de leurs étoiles. Tous sont maintenus ensemble par la force électromagnétique, l'une des quatre forces principales de l'univers. Les neutrons sont des particules de charge neutre, les protons sont dotés d'une charge positive et les électrons d'une charge négative. Ces derniers sont attirés par les protons chargés positivement, ils ont donc tendance à rester en orbite.
Structure atomique
Dans la partie centrale, il y a un noyau qui remplit la partie minimale de l'atome entier. Mais des études montrent que la quasi-totalité de la masse (99,9%) s'y trouve. Chaque atome contient des protons, des neutrons, des électrons. Le nombre d'électrons en rotation est égal à la charge centrale positive. Les particules avec la même charge nucléaire Z, mais une masse atomique différente A et le nombre de neutrons dans le noyau N sont appelées isotopes, et avec le même A et différents Z et N sont appelées isobares. L'électron est la plus petite particule de matière avec un négatifcharge électrique e=1,6 10-19 coulomb. La charge d'un ion détermine le nombre d'électrons perdus ou gagnés. Le processus de métamorphose d'un atome neutre en un ion chargé est appelé ionisation.
Nouvelle version du modèle atomique
Les physiciens ont découvert de nombreuses autres particules élémentaires à ce jour. La structure électronique de l'atome a une nouvelle version.
On pense que les protons et les neutrons, aussi petits soient-ils, sont constitués des plus petites particules appelées quarks. Ils constituent un nouveau modèle de construction de l'atome. Alors que les scientifiques recueillaient des preuves de l'existence du modèle précédent, ils tentent aujourd'hui de prouver l'existence des quarks.
RTM est l'appareil du futur
Les scientifiques modernes peuvent voir les particules atomiques d'une substance sur un écran d'ordinateur, ainsi que les déplacer sur la surface à l'aide d'un outil spécial appelé microscope à effet tunnel (RTM).
Il s'agit d'un outil informatisé avec une pointe qui se déplace très doucement près de la surface du matériau. Lorsque la pointe se déplace, les électrons se déplacent à travers l'espace entre la pointe et la surface. Bien que le matériau semble parfaitement lisse, il est en fait inégal au niveau atomique. L'ordinateur fait une carte de la surface de la matière, créant une image de ses particules, et ainsi les scientifiques peuvent voir les propriétés de l'atome.
Particules radioactives
Les ions chargés négativement tournent autour du noyau à une distance suffisamment grande. La structure d'un atome est telle qu'il est entierest vraiment neutre et n'a pas de charge électrique car toutes ses particules (protons, neutrons, électrons) sont en équilibre.
Un atome radioactif est un élément qui peut être facilement divisé. Son centre est constitué de nombreux protons et neutrons. La seule exception est le diagramme de l'atome d'hydrogène, qui a un seul proton. Le noyau est entouré d'un nuage d'électrons, c'est leur attraction qui les fait tourner autour du centre. Les protons de même charge se repoussent.
Ce n'est pas un problème pour la plupart des petites particules qui en ont plusieurs. Mais certains d'entre eux sont instables, en particulier les gros comme l'uranium, qui contient 92 protons. Parfois, son centre ne peut pas supporter une telle charge. Ils sont dits radioactifs car ils émettent plusieurs particules à partir de leur noyau. Une fois que le noyau instable s'est débarrassé des protons, les protons restants forment une nouvelle fille. Il peut être stable en fonction du nombre de protons dans le nouveau noyau, ou il peut se diviser davantage. Ce processus se poursuit jusqu'à ce qu'il reste un noyau enfant stable.
Propriétés des atomes
Les propriétés physiques et chimiques d'un atome changent naturellement d'un élément à l'autre. Ils sont définis par les paramètres principaux suivants.
Masse atomique. Puisque la place principale des microparticules est occupée par des protons et des neutrons, leur somme détermine le nombre, qui est exprimé en unités de masse atomique (amu) Formule: A=Z + N.
Rayon atomique. Le rayon dépend de l'emplacement de l'élément dans le système de Mendeleev, chimiqueliaisons, nombre d'atomes voisins et action de la mécanique quantique. Le rayon du noyau est cent mille fois plus petit que le rayon de l'élément lui-même. La structure d'un atome peut perdre des électrons et devenir un ion positif, ou ajouter des électrons et devenir un ion négatif.
Dans le système périodique de Mendeleïev, tout élément chimique prend sa place assignée. Dans le tableau, la taille d'un atome augmente lorsque vous vous déplacez de haut en bas et diminue lorsque vous vous déplacez de gauche à droite. De là, le plus petit élément est l'hélium et le plus grand est le césium.
Valence. La couche d'électrons externe d'un atome s'appelle la couche de valence et les électrons qu'elle contient ont reçu le nom correspondant - électrons de valence. Leur nombre détermine comment un atome est relié aux autres au moyen d'une liaison chimique. Par la méthode de création de la dernière microparticule, ils essaient de remplir leurs coquilles de valence externes.
La gravité, l'attraction est la force qui maintient les planètes en orbite, à cause de cela les objets libérés des mains tombent au sol. Une personne remarque davantage la gravité, mais l'action électromagnétique est beaucoup plus puissante. La force qui attire (ou repousse) les particules chargées dans un atome est 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 fois plus puissante que la gravité en lui. Mais il existe une force encore plus puissante au centre du noyau qui peut maintenir les protons et les neutrons ensemble.
Les réactions dans les noyaux créent de l'énergie comme dans les réacteurs nucléaires où les atomes sont divisés. Plus l'élément est lourd, plus ses atomes sont constitués de particules. Si nous additionnons le nombre total de protons et de neutrons dans un élément, nous le découvronsMasse. Par exemple, l'uranium, l'élément le plus lourd trouvé dans la nature, a une masse atomique de 235 ou 238.
Diviser un atome en niveaux
Les niveaux d'énergie d'un atome sont la taille de l'espace autour du noyau, où l'électron est en mouvement. Il y a 7 orbitales au total, correspondant au nombre de périodes du tableau périodique. Plus la position de l'électron est éloignée du noyau, plus sa réserve d'énergie est importante. Le numéro de période indique le nombre d'orbitales atomiques autour de son noyau. Par exemple, le potassium est un élément de la 4ème période, ce qui signifie qu'il a 4 niveaux d'énergie de l'atome. Le numéro d'un élément chimique correspond à sa charge et au nombre d'électrons autour du noyau.
L'atome est une source d'énergie
La formule scientifique probablement la plus célèbre a été découverte par le physicien allemand Einstein. Elle prétend que la masse n'est rien d'autre qu'une forme d'énergie. Sur la base de cette théorie, il est possible de transformer la matière en énergie et de calculer par la formule combien de celle-ci peut être obtenue. Le premier résultat pratique de cette transformation a été les bombes atomiques, qui ont d'abord été testées dans le désert de Los Alamos (États-Unis), puis ont explosé au-dessus des villes japonaises. Et même si seulement un septième de l'explosif s'est transformé en énergie, la puissance destructrice de la bombe atomique était terrible.
Pour que le noyau libère son énergie, il doit s'effondrer. Pour le scinder, il faut agir avec un neutron extérieur. Puis le noyau se décompose en deux autres, plus légers, tout en procurant un énorme dégagement d'énergie. La désintégration entraîne la libération d'autres neutrons,et ils continuent à diviser d'autres noyaux. Le processus se transforme en une réaction en chaîne, entraînant une énorme quantité d'énergie.
Les avantages et les inconvénients de l'utilisation de la réaction nucléaire à notre époque
Force destructrice, qui est libérée lors de la transformation de la matière, l'humanité tente de l'apprivoiser dans les centrales nucléaires. Ici, la réaction nucléaire ne se produit pas sous la forme d'une explosion, mais sous la forme d'un dégagement progressif de chaleur.
La production d'énergie atomique a ses avantages et ses inconvénients. Selon les scientifiques, pour maintenir notre civilisation à un niveau élevé, il est nécessaire d'utiliser cette énorme source d'énergie. Mais il faut aussi tenir compte du fait que même les développements les plus modernes ne peuvent garantir la sécurité totale des centrales nucléaires. De plus, les déchets radioactifs produits lors de la production d'énergie, s'ils sont stockés de manière inappropriée, peuvent affecter nos descendants pendant des dizaines de milliers d'années.
Après l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl, de plus en plus de personnes considèrent la production d'énergie nucléaire comme très dangereuse pour l'humanité. La seule centrale électrique sûre de ce type est le Soleil avec son énorme énergie nucléaire. Les scientifiques développent toutes sortes de modèles de cellules solaires, et peut-être que dans un avenir proche, l'humanité pourra se procurer une énergie atomique sûre.
