Atomo sandara

Atomo sandara

Mintį, kad medžiaga susideda iš atskirų dalelių, pirmą kartą iškėlė
Leukipas Miletietis I a. m. e. Šią idėją išplėtojo jo mokinys Demokritas,
pradėjęs vartoti žodį „atomas“ (kilusį iš graikų kalbos žodžio „atomas“ –
nedalomas). Džonas Daltonas (1766-1844) atgaivino šio žodžio vartoseną,
moksliškai pagrindęs paprastą graikų idėją. Pasak Daltono, atomas yra
mažytė nedaloma dalelė; medžiagos bazinis elementas, dalyvaujantis
cheminėse reakcijose.

Atomas ir elektra

Daltono pažiūros į atomą buvo sugriautos 1897 m., kai Dž. Dž. Tomsonas
(1856-1940) atrado, kad atomai gali skleisti dar mažesnes neigiamas
elektringąsias daleles, vėliau pavadintas elektronais. Paaiškėjo, kad
atomui būdinga tam tikra viidinė sandara. Tomsono atradimas rodė, jog atomas
turi turėti ir teigiamų elektrintųjų dalelių. Mokslininkai iškėlė
prielaidą, kad elektronai yra išsisklaidę teigiamame atome kaip razinos
saldžioje bandelėje. Remiantis šiuo modeliu, buvo sunku paaiškinti kai
kurias atomų savybes. Tobulesnis modelis buvo sukurtas, atradus
radioaktyvumą. Jį atrado Antuanas Anri Bakeris (1852-1908) pastebėjęs, kad
kai kurie sunkiųjų elementų atomai skleidžia savaiminį spinduliavimą. Yra
trys šio spinduliavimo rūšys: beta dalelių (elektronų), alfa dalelių
(teigiamų helio branduolių, susidedančių iš dviejų neutronų) ir gama
spindulių kvantų (trumpabangių elektromagnetinių spindulių) spinduliavimas.

Rezerfofdo atomo modelis

1911 m. Ernestas Rezerfordas (1871-1937)sukūrė visiškai naują aatomo
modelį, pagrįst jo paties ir Hanso Geigerio (1882-1945) bei jo bendradarbių
eksperimentais (jie išmatavo alfa dalelių aukso folijoje). Pasak
Reazerfordo modelio, atomo teigiamas krūvis ir masė sutelkti centriniame
branduolyje, apie kurį juda elektronai. Šiandien žinoma, kad atomas yra
beveik tuščia erdvė, kurios centre – mažytis branduolys, j

jis dešimtis
tūkstančių kartų mažesnis už atomą. Patys atomai taip pat labai maži:
dešimt milijonų atomų, sudėtų vienas greta kito, sudarytų 1 mm ilgio
grandinėlę. Rezerfordas vėliau atrado, kad branduolio dalelė, turinti
teigiamą krūvį, yra 1836 kartus sunkesnė už elektroną. Šias daleles jis
pavadino protonais. Protono krūvis lygus elektrono krūviui, tik yra
teigiamas. Paprasčiausias atomas – vandenilio – susideda iš vieno protono
(branduolio) ir vieno elektrono, orbita judančio aplink jį. Sunkesni
atomai turi daugiau protonų, bet protonų skaičius branduolyje (vadinamas
atominiu skaičiumi) visada lygus branduolio elektronų skaičiui. Vėliau buvo
numatyta, kad visų atomų branduoliai, išskyrus vandenilio, turi kitokių
dalelių. Tai – neturinčios krūvio dalelės (todėl vadinamos neutronais);
šios dalelės masė beveik lygi protono masei.

Kvantinė teorija ir spektroskopija

Kvantinė teorija ir spektroskopija padėjo danų fizikui Nilsui Borui
(1885-1962) sukurti dar vieną svarbų atomo modelį. Kvantinės teorijos
pagrindus sukūrė Maksas Plankas (1898-1947) 1900 m., nagrinėdamas įįkaitusio
kietojo kūno šiluminį spinduliavimą. Jis įrodė, kad energija skleidžiama ir
sugeriama tik tam tikromis porcijomis, kurios buvo pavadintos kvantais.
Spektroskopija pradėjo kurtis, kai Izoakas Niutonas (1643-1727) prizme
išskleidė baltos šviesos spindulį į įvairių spalvų spindulius ir gavo
regimosios šviesos spektrą. 1814 m. Jozefas fon Fraunhoferis (1787-1826)
pastebėjo šviesos spektre tamsias linijas, kurios, kaip buvo nustatyta
vėliau, sutampa su elektros išlydžio sužadinto vandenilio dujų spektro
spalvotomis linijomis. Boras postulavo, kad vandenilio atomo elektronas
gali judėti tam tikromis stacionariomis orbitomis; tamsios spektro linijos
atitinka energijos kvanto absorbciją, o spalvotos linijos – kvanto emisiją,
elektronui peršokant iš v
vienos orbitos į kitą. Boro teorija, vėliau
patobulinta Ornoldo Zomerfeldo (1868-1951), gerai paaiškino vandenilio
spektrą. Šių laikų kvantinė teorija pakeitė požiūrį į Baro orbitas –
elektrono padėtį atome nusako tikimybė tam tikru momentu jį rasti tam
tikroje vietoje. Tai suformulavo kvantinė mechanika. Ją sukūrė Verneris
Heizenbergas (1901-1976) ir Ervinas Šrėdingeris (1887-1961). Tikimybė rasti
elektroną tam tikroje vietoje yra Heizenbergo iškelto neapibrėžtumo
principo apraiška. Šis principas teigia: jei tiksliai žinoma dalelės
energija, tai nėra tiksliai žinoma jos buvimo vieta. Pasak Luji de Broilio
(1892-1987) bangos-dalelės dualizmo principo, subatomines daleles galima
nagrinėti ir kaip bangas, ir kaip daleles. Elektronų srautas, pavyzdžiui
nagrinėjant katodinius spindulius, suvokiamas kaip dalelės, o
elektroniniame mikroskope naudojamos elektronų srauto banginės savybės.
Tačiau chemijoje vyrauja atomo kaip medžiagos mažiausios dalelės, kuri
dalyvauja cheminėse reakcijose, sąvoka.

Atomų sandara cheminiu požiūriu

Cheminiu požiūriu atomai susideda iš trijų rūšių smulkesnių subatominių
dalelių – protonų, neutronų ir elektronų. Neutronas nuo protono skiriasi
tuo, kad neturi elektrinio krūvio, tuo tarpu protonas turi vienintelį
teigiamą krūvį. Tiksliai tokio pat dydžio, tik neigiamą krūvį turi
elektronas, jis yra gerokai lengvesnis už protoną. Bet kokio atomo protonai
ir neutronai sudaro branduolį, kuris yra atomo centre. Branduolį gaubia
lengvi elektronai, sudarantys elektroninį apvalkalą. Elektriškai neutralūs
atomo (jame elektronų yra tiek pat, kiek ir protonų) spindulys 10 000 kartų
didesnis už branduolio spindulį. Taigi erdvė atomo viduje yra gana tuščia.
Kaip tik dėl to, suartėjus dviems atomams, jų elektronai sąveikaus, o
branduoliai susidurs tik la

abai retai – t. y. Atomų elektronų sąveika labiau
tikėtina negu tiesioginis branduolių sąlytis. Susijungus nevienodam
skaičiui protonų, neutronų ir elektronų, susidaro įvairūs atomai. Protonų
skaičius atome yra lygus jo atominiam skaičiui, o įeinančių į atomo sudėtį
subatominių dalelių (elektronų, protonų ir neutronų) masė sudaro atomo masę
(svorį). Paprasčiausias atomas yra vandenilio atomas, kuris susideda iš
vieno protono ir vieno elektrono. Prie vandenilio atomo pridėjus neutroną,
susidato vandenilio atromo atmaina – deuteris. Daugelis vandenilio ir
deuterio savybių vienodos, to ir galima tikėtis iš dviejų atomų, turinčių
po vieną elektroną. Dėl to tokius atomus – vandenilio atomą be neutrono
(kartais vadinamą pročiu) ir deuterio atomą – chemikai laiko to paties
elemento skirtingais izotopais. Yra ir trečias vandenilio izotopas –
tritis, kurio branduolys susideda iš vieno protono ir dviejų neutronų. Jei
prie tričio pridėtume vieną protoną ir vieną elektroną, gautume atomą,
kurio cheminės savybės visai kitokios, negu kitų vandenilio izotopų. Tai
naujo elemento helio atomas.

Leave a Comment