Atomo sandara

Mintį, kad medžiaga susideda iš atskirų dalelių, pirmą kartą iškėlėLeukipas 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 yramažytė nedaloma dalelė; medžiagos bazinis elementas, dalyvaujantischeminėse 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 neigiamaselektringąsias daleles, vėliau pavadintas elektronais. Paaiškėjo, kadatomui būdinga tam tikra vidinė sandara. Tomsono atradimas rodė, jog atomasturi turėti ir teigiamų elektrintųjų dalelių. Mokslininkai iškėlėprielaidą, kad elektronai yra išsisklaidę teigiamame atome kaip razinossaldžioje bandelėje. Remiantis šiuo modeliu, buvo sunku paaiškinti kaikurias atomų savybes. Tobulesnis modelis buvo sukurtas, atradusradioaktyvumą. Jį atrado Antuanas Anri Bakeris (1852-1908) pastebėjęs, kadkai kurie sunkiųjų elementų atomai skleidžia savaiminį spinduliavimą. Yratrys šio spinduliavimo rūšys: beta dalelių (elektronų), alfa dalelių(teigiamų helio branduolių, susidedančių iš dviejų neutronų) ir gamaspindulių kvantų (trumpabangių elektromagnetinių spindulių) spinduliavimas. Rezerfofdo atomo modelis 1911 m. Ernestas Rezerfordas (1871-1937)sukūrė visiškai naują atomomodelį, pagrįst jo paties ir Hanso Geigerio (1882-1945) bei jo bendradarbiųeksperimentais (jie išmatavo alfa dalelių aukso folijoje). PasakReazerfordo modelio, atomo teigiamas krūvis ir masė sutelkti centriniamebranduolyje, apie kurį juda elektronai. Šiandien žinoma, kad atomas yrabeveik tuščia erdvė, kurios centre – mažytis branduolys, jis dešimtistūkstančių 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, turintiteigiamą krūvį, yra 1836 kartus sunkesnė už elektroną. Šias daleles jispavadino protonais. Protono krūvis lygus elektrono krūviui, tik yrateigiamas. Paprasčiausias atomas – vandenilio – susideda iš vieno protono(branduolio) ir vieno elektrono, orbita judančio aplink jį. Sunkesniatomai turi daugiau protonų, bet protonų skaičius branduolyje (vadinamasatominiu skaičiumi) visada lygus branduolio elektronų skaičiui. Vėliau buvonumatyta, kad visų atomų branduoliai, išskyrus vandenilio, turi kitokiųdalelių. 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 teorijospagrindus sukūrė Maksas Plankas (1898-1947) 1900 m., nagrinėdamas įkaitusiokietojo kūno šiluminį spinduliavimą. Jis įrodė, kad energija skleidžiama irsugeriama tik tam tikromis porcijomis, kurios buvo pavadintos kvantais.Spektroskopija pradėjo kurtis, kai Izoakas Niutonas (1643-1727) prizmeišskleidė baltos šviesos spindulį į įvairių spalvų spindulius ir gavoregimosios šviesos spektrą. 1814 m. Jozefas fon Fraunhoferis (1787-1826)pastebėjo šviesos spektre tamsias linijas, kurios, kaip buvo nustatytavėliau, sutampa su elektros išlydžio sužadinto vandenilio dujų spektrospalvotomis linijomis. Boras postulavo, kad vandenilio atomo elektronasgali judėti tam tikromis stacionariomis orbitomis; tamsios spektro linijosatitinka energijos kvanto absorbciją, o spalvotos linijos – kvanto emisiją,elektronui peršokant iš vienos orbitos į kitą. Boro teorija, vėliaupatobulinta Ornoldo Zomerfeldo (1868-1951), gerai paaiškino vandeniliospektrą. Šių laikų kvantinė teorija pakeitė požiūrį į Baro orbitas –elektrono padėtį atome nusako tikimybė tam tikru momentu jį rasti tamtikroje vietoje. Tai suformulavo kvantinė mechanika. Ją sukūrė VernerisHeizenbergas (1901-1976) ir Ervinas Šrėdingeris (1887-1961). Tikimybė rastielektroną tam tikroje vietoje yra Heizenbergo iškelto neapibrėžtumo

principo apraiška. Šis principas teigia: jei tiksliai žinoma dalelėsenergija, tai nėra tiksliai žinoma jos buvimo vieta. Pasak Luji de Broilio(1892-1987) bangos-dalelės dualizmo principo, subatomines daleles galimanagrinėti ir kaip bangas, ir kaip daleles. Elektronų srautas, pavyzdžiuinagrinėjant katodinius spindulius, suvokiamas kaip dalelės, oelektroniniame mikroskope naudojamos elektronų srauto banginės savybės.Tačiau chemijoje vyrauja atomo kaip medžiagos mažiausios dalelės, kuridalyvauja cheminėse reakcijose, sąvoka.

Atomų sandara cheminiu požiūriu Cheminiu požiūriu atomai susideda iš trijų rūšių smulkesnių subatominiųdalelių – protonų, neutronų ir elektronų. Neutronas nuo protono skiriasituo, kad neturi elektrinio krūvio, tuo tarpu protonas turi vienintelįteigiamą krūvį. Tiksliai tokio pat dydžio, tik neigiamą krūvį turielektronas, jis yra gerokai lengvesnis už protoną. Bet kokio atomo protonaiir neutronai sudaro branduolį, kuris yra atomo centre. Branduolį gaubialengvi elektronai, sudarantys elektroninį apvalkalą. Elektriškai neutralūsatomo (jame elektronų yra tiek pat, kiek ir protonų) spindulys 10 000 kartųdidesnis už branduolio spindulį. Taigi erdvė atomo viduje yra gana tuščia.Kaip tik dėl to, suartėjus dviems atomams, jų elektronai sąveikaus, obranduoliai susidurs tik labai retai – t. y. Atomų elektronų sąveika labiautikėtina negu tiesioginis branduolių sąlytis. Susijungus nevienodamskaičiui protonų, neutronų ir elektronų, susidaro įvairūs atomai. Protonųskaičius atome yra lygus jo atominiam skaičiui, o įeinančių į atomo sudėtįsubatominių dalelių (elektronų, protonų ir neutronų) masė sudaro atomo masę(svorį). Paprasčiausias atomas yra vandenilio atomas, kuris susideda išvieno protono ir vieno elektrono. Prie vandenilio atomo pridėjus neutroną,susidato vandenilio atromo atmaina – deuteris. Daugelis vandenilio irdeuterio savybių vienodos, to ir galima tikėtis iš dviejų atomų, turinčiųpo vieną elektroną. Dėl to tokius atomus – vandenilio atomą be neutrono

(kartais vadinamą pročiu) ir deuterio atomą – chemikai laiko to patieselemento skirtingais izotopais. Yra ir trečias vandenilio izotopas –tritis, kurio branduolys susideda iš vieno protono ir dviejų neutronų. Jeiprie tričio pridėtume vieną protoną ir vieną elektroną, gautume atomą,kurio cheminės savybės visai kitokios, negu kitų vandenilio izotopų. Tainaujo elemento helio atomas.