Tên "nguyên tử" được dịch từ tiếng Hy Lạp là "không thể phân chia". Mọi thứ xung quanh chúng ta - chất rắn, chất lỏng và không khí - đều được xây dựng từ hàng tỷ hạt này.
Sự xuất hiện của phiên bản về nguyên tử
Nguyên tử lần đầu tiên được biết đến vào thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên, khi nhà triết học người Hy Lạp Democritus cho rằng vật chất bao gồm các hạt nhỏ chuyển động. Nhưng sau đó không thể kiểm tra phiên bản tồn tại của chúng. Và mặc dù không ai có thể nhìn thấy những hạt này, nhưng ý tưởng đã được thảo luận, bởi vì cách duy nhất các nhà khoa học có thể giải thích các quá trình xảy ra trong thế giới thực. Do đó, họ đã tin vào sự tồn tại của các vi hạt từ rất lâu trước khi có thể chứng minh sự thật này.
Chỉ có trong thế kỷ 19. chúng bắt đầu được phân tích như những thành phần nhỏ nhất của các nguyên tố hóa học, có những tính chất đặc trưng của nguyên tử - khả năng đi vào hợp chất với những nguyên tố khác với một lượng quy định nghiêm ngặt. Vào đầu thế kỷ 20, người ta tin rằng nguyên tử là những hạt nhỏ nhất của vật chất, cho đến khi người ta chứng minh rằng chúng được tạo thành từ những đơn vị thậm chí còn nhỏ hơn.
Nguyên tố hóa học được tạo thành từ gì?
Nguyên tử của một nguyên tố hóa học là một khối cấu tạo cực nhỏ của vật chất. Trọng lượng phân tử của nguyên tử đã trở thành đặc điểm xác định của vi hạt này. Chỉ có khám phá ra định luật tuần hoàn của Mendeleev mới chứng minh rằng các dạng của chúng là các dạng khác nhau của một vật chất duy nhất. Chúng nhỏ đến mức không thể nhìn thấy chúng bằng kính hiển vi thông thường, chỉ có những thiết bị điện tử mạnh nhất. Trong khi đó, một sợi tóc trên bàn tay con người rộng hơn một triệu lần.
Cấu trúc điện tử của nguyên tử có hạt nhân, bao gồm neutron và proton, cũng như các electron, tạo ra các vòng quay xung quanh trung tâm theo những quỹ đạo không đổi, giống như các hành tinh xung quanh các ngôi sao của chúng. Tất cả chúng được giữ lại với nhau bằng lực điện từ, một trong bốn lực lượng chính trong vũ trụ. Nơtron là những hạt mang điện tích trung hòa, proton mang điện tích dương và electron mang điện tích âm. Các hạt sau này bị thu hút bởi các proton mang điện tích dương, vì vậy chúng có xu hướng ở trong quỹ đạo.
Cấu trúc nguyên tử
Ở phần trung tâm có một hạt nhân lấp đầy phần tối thiểu của toàn bộ nguyên tử. Nhưng các nghiên cứu cho thấy rằng gần như toàn bộ khối lượng (99,9%) đều nằm trong đó. Mọi nguyên tử đều chứa proton, neutron, electron. Số electron quay trong nó bằng điện tích trung tâm dương. Các hạt có cùng điện tích hạt nhân Z, nhưng khác khối lượng nguyên tử A và số nơtron trong hạt nhân N được gọi là đồng vị, cùng A và khác Z, N gọi là đồng vị. Electron là hạt nhỏ nhất của vật chất có âmđiện tích e=1,6 10-19 coulomb. Điện tích của một ion xác định số lượng điện tử bị mất hoặc nhận được. Quá trình biến đổi nguyên tử trung hòa thành ion mang điện được gọi là quá trình ion hóa.
Phiên bản mới của mô hình nguyên tử
Các nhà vật lý đã phát hiện ra nhiều hạt cơ bản khác cho đến nay. Cấu trúc điện tử của nguyên tử có một phiên bản mới.
Người ta tin rằng proton và neutron, bất kể chúng nhỏ đến mức nào, đều bao gồm các hạt nhỏ nhất gọi là quark. Chúng tạo thành một mô hình mới cho cấu tạo của nguyên tử. Như các nhà khoa học đã từng thu thập bằng chứng về sự tồn tại của mô hình trước đây, ngày nay họ đang cố gắng chứng minh sự tồn tại của các hạt quark.
RTM là thiết bị của tương lai
Các nhà khoa học hiện đại có thể nhìn thấy các hạt nguyên tử của một chất trên màn hình máy tính, cũng như di chuyển chúng trên bề mặt bằng một công cụ đặc biệt gọi là kính hiển vi quét đường hầm (RTM).
Đây là một công cụ được vi tính hóa với một đầu di chuyển rất nhẹ nhàng gần bề mặt của vật liệu. Khi đầu mút di chuyển, các electron di chuyển qua khoảng trống giữa đầu mút và bề mặt. Mặc dù vật liệu trông hoàn toàn mịn, nhưng thực tế nó không đồng đều ở cấp độ nguyên tử. Máy tính tạo bản đồ bề mặt vật chất, tạo ra hình ảnh các hạt của nó, và do đó các nhà khoa học có thể thấy các đặc tính của nguyên tử.
Hạt phóng xạ
Các ion mang điện tích âm quay quanh hạt nhân với khoảng cách đủ lớn. Cấu trúc của một nguyên tử là toàn bộthực sự là trung tính và không có điện tích vì tất cả các hạt của nó (proton, neutron, electron) ở trạng thái cân bằng.
Nguyên tử phóng xạ là một nguyên tố có thể dễ dàng phân chia. Trung tâm của nó bao gồm nhiều proton và neutron. Ngoại lệ duy nhất là sơ đồ của nguyên tử hydro, có một proton duy nhất. Hạt nhân được bao quanh bởi một đám mây electron, chính lực hút của chúng làm cho chúng quay quanh tâm. Các proton có cùng điện tích đẩy nhau.
Đây không phải là vấn đề đối với hầu hết các hạt nhỏ có một vài trong số chúng. Nhưng một số trong số chúng không ổn định, đặc biệt là những loại lớn như uranium, có 92 proton. Đôi khi trung tâm của anh ấy không thể chịu được tải trọng như vậy. Chúng được gọi là phóng xạ vì chúng phát ra một số hạt từ lõi của chúng. Sau khi hạt nhân không bền đã loại bỏ các proton, các proton còn lại hình thành một con gái mới. Nó có thể ổn định tùy thuộc vào số lượng proton trong hạt nhân mới, hoặc nó có thể phân chia thêm. Quá trình này tiếp tục cho đến khi lõi con ổn định vẫn còn.
Tính chất của nguyên tử
Tính chất vật lý và hóa học của một nguyên tử thay đổi tự nhiên từ nguyên tố này sang nguyên tố khác. Chúng được xác định bởi các thông số chính sau đây.
Khối lượng nguyên tử. Vì vị trí chính của vi hạt là do proton và neutron chiếm giữ, tổng của chúng xác định số lượng, được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu) Công thức: A=Z + N.
Bán kính nguyên tử. Bán kính phụ thuộc vào vị trí của nguyên tố trong hệ thống Mendeleev, hóaliên kết, số nguyên tử lân cận và tác dụng cơ lượng tử. Bán kính của lõi nhỏ hơn một trăm nghìn lần bán kính của chính nguyên tố. Cấu trúc của nguyên tử có thể mất điện tử và trở thành ion dương, hoặc thêm điện tử và trở thành ion âm.
Trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev, bất kỳ nguyên tố hóa học nào cũng chiếm vị trí được ấn định của nó. Trong bảng, kích thước của một nguyên tử tăng lên khi bạn di chuyển từ trên xuống dưới và giảm khi bạn di chuyển từ trái sang phải. Từ đó, nguyên tố nhỏ nhất là heli và nguyên tố lớn nhất là xêzi.
Hiệu lực. Vỏ electron bên ngoài của nguyên tử được gọi là vỏ hóa trị, và các electron trong nó đã nhận tên tương ứng - electron hóa trị. Số của chúng xác định cách một nguyên tử được kết nối với những nguyên tử khác bằng liên kết hóa học. Bằng phương pháp tạo ra vi hạt cuối cùng, họ cố gắng lấp đầy lớp vỏ hóa trị ngoài của chúng.
Lực hấp dẫn, lực hút là lực giữ cho các hành tinh trên quỹ đạo, vì nó mà các vật được thả từ tay rơi xuống sàn. Một người chú ý đến trọng lực nhiều hơn, nhưng tác động điện từ mạnh hơn nhiều lần. Lực hút (hoặc đẩy) các hạt mang điện trong nguyên tử mạnh gấp 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 lần so với lực hấp dẫn trong nguyên tử. Nhưng có một lực thậm chí còn mạnh hơn ở tâm hạt nhân có thể giữ proton và neutron lại với nhau.
Phản ứng trong hạt nhân tạo ra năng lượng giống như trong lò phản ứng hạt nhân, nơi các nguyên tử bị tách ra. Nguyên tố càng nặng thì nguyên tử của nó càng được tạo ra từ nhiều hạt. Nếu chúng ta cộng tổng số proton và neutron trong một nguyên tố, chúng ta sẽ tìm ra nóđa số. Ví dụ, Uranium, nguyên tố nặng nhất được tìm thấy trong tự nhiên, có khối lượng nguyên tử là 235 hoặc 238.
Chia nguyên tử thành các cấp
Các mức năng lượng của nguyên tử là kích thước của không gian xung quanh hạt nhân, nơi electron đang chuyển động. Có tổng cộng 7 obitan, tương ứng với số chu kỳ trong bảng tuần hoàn. Vị trí của electron càng xa hạt nhân thì năng lượng dự trữ của nó càng đáng kể. Số chu kỳ cho biết số obitan nguyên tử xung quanh hạt nhân của nó. Ví dụ: Kali là một nguyên tố thuộc chu kỳ 4, có nghĩa là nó có 4 mức năng lượng của nguyên tử. Số của một nguyên tố hóa học tương ứng với điện tích của nó và số electron xung quanh hạt nhân.
Nguyên tử là nguồn năng lượng
Có lẽ là công thức khoa học nổi tiếng nhất được phát hiện bởi nhà vật lý người Đức Einstein. Cô ấy khẳng định rằng khối lượng không là gì khác ngoài một dạng năng lượng. Dựa trên lý thuyết này, có thể biến vật chất thành năng lượng và tính theo công thức có thể thu được bao nhiêu phần trăm của nó. Kết quả thực tế đầu tiên của sự biến đổi này là bom nguyên tử, lần đầu tiên được thử nghiệm ở sa mạc Los Alamos (Mỹ), sau đó phát nổ trên các thành phố của Nhật Bản. Và mặc dù chỉ một phần bảy của vụ nổ biến thành năng lượng, nhưng sức công phá của bom nguyên tử rất khủng khiếp.
Để lõi giải phóng năng lượng, nó phải sụp đổ. Để tách nó ra, cần phải tác động với một neutron từ bên ngoài. Sau đó, hạt nhân bị vỡ thành hai hạt khác, nhẹ hơn, đồng thời giải phóng năng lượng rất lớn. Sự phân rã dẫn đến giải phóng các neutron khác,và chúng tiếp tục tách ra các hạt nhân khác. Quá trình này biến thành một phản ứng dây chuyền, tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ.
Ưu và nhược điểm của việc sử dụng phản ứng hạt nhân trong thời đại chúng ta
Lực hủy diệt, được giải phóng trong quá trình biến đổi của vật chất, nhân loại đang cố gắng chế ngự các nhà máy điện hạt nhân. Ở đây, phản ứng hạt nhân không diễn ra dưới dạng một vụ nổ mà là một sự tỏa nhiệt dần dần.
Sản xuất năng lượng nguyên tử có ưu và nhược điểm của nó. Theo các nhà khoa học, để duy trì nền văn minh của chúng ta ở mức cao, cần phải sử dụng nguồn năng lượng khổng lồ này. Nhưng cũng cần lưu ý rằng ngay cả những phát triển hiện đại nhất cũng không thể đảm bảo an toàn hoàn toàn cho các nhà máy điện hạt nhân. Ngoài ra, chất thải phóng xạ được tạo ra trong quá trình sản xuất năng lượng, nếu được bảo quản không đúng cách, có thể ảnh hưởng đến con cháu chúng ta hàng chục nghìn năm.
Sau vụ tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, ngày càng nhiều người coi việc sản xuất năng lượng hạt nhân là rất nguy hiểm cho nhân loại. Nhà máy điện an toàn duy nhất thuộc loại này là Mặt trời với năng lượng hạt nhân khổng lồ. Các nhà khoa học đang phát triển tất cả các loại mô hình pin mặt trời, và có lẽ trong tương lai gần, nhân loại sẽ có thể tự cung cấp năng lượng nguyên tử an toàn cho mình.
