نام "اتم" از یونانی به "تقسیم ناپذیر" ترجمه شده است. همه چیز در اطراف ما - جامدات، مایعات و هوا - از میلیاردها ذره ساخته شده است.
ظاهر نسخه مربوط به اتم
اتم ها برای اولین بار در قرن پنجم قبل از میلاد شناخته شدند، زمانی که فیلسوف یونانی دموکریتوس پیشنهاد کرد که ماده از ذرات ریز متحرک تشکیل شده است. اما پس از آن امکان بررسی نسخه وجود آنها وجود نداشت. و اگرچه هیچ کس نمی توانست این ذرات را ببیند، این ایده مورد بحث قرار گرفت، زیرا تنها راهی که دانشمندان می توانستند فرآیندهای رخ داده در دنیای واقعی را توضیح دهند. بنابراین، آنها مدتها قبل از اینکه بتوانند این واقعیت را اثبات کنند، به وجود ریزذرات اعتقاد داشتند.
فقط در قرن نوزدهم. آنها شروع به تجزیه و تحلیل به عنوان کوچکترین اجزای تشکیل دهنده عناصر شیمیایی کردند که دارای ویژگی های خاص اتم ها هستند - توانایی ورود به ترکیبات با دیگران در مقدار کاملاً تجویز شده. در آغاز قرن بیستم، اعتقاد بر این بود که اتم‌ها کوچکترین ذرات ماده هستند، تا اینکه ثابت شد که آنها از واحدهای کوچک‌تری تشکیل شده‌اند.
یک عنصر شیمیایی از چه ساخته شده است؟
اتم یک عنصر شیمیایی یک بلوک ساختمانی میکروسکوپی از ماده است. وزن مولکولی اتم به ویژگی تعیین کننده این ریز ذره تبدیل شده است. فقط کشف قانون تناوبی مندلیف ثابت کرد که انواع آنها اشکال مختلف یک ماده واحد هستند. آنها به قدری کوچک هستند که نمی توان آنها را با استفاده از میکروسکوپ های معمولی و فقط قوی ترین دستگاه های الکترونیکی مشاهده کرد. در مقایسه، یک موی دست انسان یک میلیون برابر پهن تر است.
ساختار الکترونیکی یک اتم دارای هسته ای است که از نوترون ها و پروتون ها و همچنین الکترون ها تشکیل شده است که مانند سیارات به دور ستارگان خود در مدارهای ثابت به دور مرکز می چرخند. همه آنها توسط نیروی الکترومغناطیسی، یکی از چهار نیروی اصلی جهان، در کنار هم نگه داشته می شوند. نوترون ها ذرات با بار خنثی، پروتون ها دارای بار مثبت و الکترون ها دارای بار منفی هستند. پروتون های دوم جذب پروتون های دارای بار مثبت می شوند، بنابراین تمایل دارند در مدار بمانند.
ساختار اتم
در قسمت مرکزی هسته ای وجود دارد که حداقل قسمت کل اتم را پر می کند. اما مطالعات نشان می دهد که تقریباً کل جرم (99.9%) در آن قرار دارد. هر اتم حاوی پروتون، نوترون، الکترون است. تعداد الکترون های دوار در آن برابر با بار مرکزی مثبت است. ذرات با بار هسته ای یکسان، اما جرم اتمی A و تعداد نوترون های هسته N متفاوت، ایزوتوپ و با A یکسان و Z و N متفاوت، ایزوبار نامیده می شوند. الکترون کوچکترین ذره ماده با منفی استبار الکتریکی e=1.6 10-19 کولن. بار یک یون تعداد الکترون های از دست رفته یا به دست آمده را تعیین می کند. فرآیند دگردیسی یک اتم خنثی به یک یون باردار را یونیزاسیون می نامند.
نسخه جدید مدل اتم
فیزیکدانان تا به امروز بسیاری از ذرات بنیادی دیگر را کشف کرده اند. ساختار الکترونیکی اتم نسخه جدیدی دارد.
اعتقاد بر این است که پروتون ها و نوترون ها هر چقدر هم که کوچک باشند از کوچکترین ذرات به نام کوارک تشکیل شده اند. آنها یک مدل جدید برای ساخت اتم تشکیل می دهند. همانطور که دانشمندان برای جمع آوری شواهد دال بر وجود مدل قبلی استفاده می کردند، امروزه در تلاش برای اثبات وجود کوارک ها هستند.
RTM دستگاه آینده است
دانشمندان مدرن می توانند ذرات اتمی یک ماده را روی مانیتور کامپیوتر ببینند و همچنین با استفاده از ابزار خاصی به نام میکروسکوپ تونل زنی روبشی (RTM) آنها را روی سطح حرکت دهند.
این یک ابزار کامپیوتری با نوک است که به آرامی نزدیک سطح مواد حرکت می کند. با حرکت نوک، الکترون ها از طریق شکاف بین نوک و سطح حرکت می کنند. اگرچه این ماده کاملاً صاف به نظر می رسد، اما در واقع در سطح اتمی ناهموار است. کامپیوتر نقشه ای از سطح ماده می سازد و تصویری از ذرات آن ایجاد می کند و بدین ترتیب دانشمندان می توانند خواص اتم را ببینند.
ذرات رادیواکتیو
یونهای با بار منفی در فاصله کافی دور هسته می چرخند. ساختار یک اتم به گونه ای است که کامل استواقعاً خنثی است و بار الکتریکی ندارد زیرا همه ذرات آن (پروتون، نوترون، الکترون) در تعادل هستند.
یک اتم رادیواکتیو عنصری است که به راحتی می توان آن را شکافت. مرکز آن از تعداد زیادی پروتون و نوترون تشکیل شده است. تنها استثنا نمودار اتم هیدروژن است که دارای یک پروتون واحد است. هسته توسط ابری از الکترون ها احاطه شده است، این جاذبه آنها است که باعث می شود آنها به دور مرکز بچرخند. پروتون هایی با بار یکسان یکدیگر را دفع می کنند.
این برای اکثر ذرات کوچک که چندین مورد از آنها را دارند مشکلی نیست. اما برخی از آنها ناپایدار هستند، به خصوص بزرگ‌هایی مانند اورانیوم که دارای 92 پروتون است. گاهی مرکز او نمی تواند چنین باری را تحمل کند. آنها را رادیواکتیو می نامند زیرا چندین ذره از هسته خود ساطع می کنند. پس از خلاص شدن هسته ناپایدار از پروتون ها، پروتون های باقی مانده یک دختر جدید تشکیل می دهند. بسته به تعداد پروتون های هسته جدید می تواند پایدار باشد یا می تواند بیشتر تقسیم شود. این فرآیند تا زمانی ادامه می‌یابد که یک هسته اصلی پایدار باقی بماند.
خواص اتم
خواص فیزیکی و شیمیایی یک اتم به طور طبیعی از عنصری به عنصر دیگر تغییر می کند. آنها با پارامترهای اصلی زیر تعریف می شوند.
جرم اتمی. از آنجایی که محل اصلی ریزذرات توسط پروتون ها و نوترون ها اشغال شده است، مجموع آنها عددی را تعیین می کند که در واحد جرم اتمی (amu) بیان می شود. فرمول: A=Z + N.
شعاع اتمی. شعاع به مکان عنصر در سیستم مندلیف، شیمیایی بستگی داردپیوندها، تعداد اتم های همسایه و عمل مکانیکی کوانتومی. شعاع هسته صد هزار بار کوچکتر از شعاع خود عنصر است. ساختار یک اتم می تواند الکترون ها را از دست بدهد و به یون مثبت تبدیل شود، یا الکترون ها را اضافه کند و تبدیل به یون منفی شود.
در سیستم تناوبی مندلیف، هر عنصر شیمیایی جای تعیین شده خود را می گیرد. در جدول، اندازه یک اتم با حرکت از بالا به پایین افزایش می یابد و با حرکت از چپ به راست کاهش می یابد. از این نظر، کوچکترین عنصر هلیم و بزرگترین عنصر سزیم است.
ظرفیت. پوسته الکترونی بیرونی یک اتم لایه ظرفیتی نامیده می شود و الکترون های موجود در آن نام مربوطه را دریافت کرده اند - الکترون های ظرفیت. تعداد آنها تعیین می کند که چگونه یک اتم از طریق یک پیوند شیمیایی به اتم های دیگر متصل می شود. با روش ایجاد آخرین ریزذره، آنها سعی می کنند پوسته ظرفیت بیرونی خود را پر کنند.
گرانش، جاذبه نیرویی است که سیارات را در مدار نگه می دارد، به دلیل آن اجسام آزاد شده از دست ها به زمین می افتند. یک فرد بیشتر متوجه جاذبه می شود، اما عمل الکترومغناطیسی چندین برابر قوی تر است. نیرویی که ذرات باردار را در یک اتم جذب می کند (یا دفع می کند) 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 برابر نیرومندتر از گرانش در آن است. اما نیروی حتی قوی تری در مرکز هسته وجود دارد که می تواند پروتون ها و نوترون ها را در کنار هم نگه دارد.
واکنش‌ها در هسته‌ها مانند راکتورهای هسته‌ای که در آن اتم‌ها تقسیم می‌شوند، انرژی ایجاد می‌کنند. هر چه عنصر سنگین‌تر باشد، اتم‌های آن از ذرات بیشتری ساخته شده‌اند. اگر تعداد کل پروتون ها و نوترون های یک عنصر را جمع کنیم به آن پی می بریمجرم. به عنوان مثال، اورانیوم، سنگین ترین عنصر موجود در طبیعت، دارای جرم اتمی 235 یا 238 است.
تقسیم یک اتم به سطوح
سطوح انرژی یک اتم به اندازه فضای اطراف هسته است، جایی که الکترون در حرکت است. در مجموع 7 اوربیتال وجود دارد که مربوط به تعداد دوره های جدول تناوبی است. هر چه محل الکترون از هسته دورتر باشد، ذخیره انرژی بیشتری دارد. عدد دوره نشان دهنده تعداد اوربیتال های اتمی در اطراف هسته آن است. به عنوان مثال، پتاسیم عنصری از دوره چهارم است، به این معنی که دارای 4 سطح انرژی اتم است. تعداد یک عنصر شیمیایی با بار آن و تعداد الکترون های اطراف هسته مطابقت دارد.
اتم منبع انرژی است
احتمالاً مشهورترین فرمول علمی توسط فیزیکدان آلمانی اینشتین کشف شد. او ادعا می کند که جرم چیزی جز نوعی انرژی نیست. بر اساس این نظریه می توان ماده را به انرژی تبدیل کرد و با فرمول محاسبه کرد که چه مقدار از آن را می توان به دست آورد. اولین نتیجه عملی این دگرگونی بمب های اتمی بود که ابتدا در صحرای لوس آلاموس (ایالات متحده آمریکا) آزمایش شد و سپس بر فراز شهرهای ژاپن منفجر شد. و اگرچه تنها یک هفتم مواد منفجره به انرژی تبدیل شد، اما قدرت تخریب بمب اتمی وحشتناک بود.
برای اینکه هسته انرژی خود را آزاد کند، باید فرو بریزد. برای تقسیم آن، لازم است با یک نوترون از خارج عمل کنیم. سپس هسته به دو هسته دیگر و سبک تر تقسیم می شود، در حالی که انرژی زیادی آزاد می کند. فروپاشی منجر به آزاد شدن نوترون های دیگر می شود،و به شکافتن هسته های دیگر ادامه می دهند. این فرآیند به یک واکنش زنجیره ای تبدیل می شود و در نتیجه مقدار زیادی انرژی تولید می شود.
مزایا و معایب استفاده از واکنش هسته ای در زمان ما
نیروی مخربی که در جریان تبدیل ماده آزاد می شود، بشر در تلاش است تا در نیروگاه های هسته ای رام کند. در اینجا واکنش هسته ای به صورت انفجار صورت نمی گیرد، بلکه به صورت آزاد شدن تدریجی گرما صورت می گیرد.
تولید انرژی اتمی مزایا و معایب خود را دارد. به گفته دانشمندان، برای حفظ تمدن خود در سطح بالا، استفاده از این منبع عظیم انرژی ضروری است. اما باید این را نیز در نظر گرفت که حتی مدرن ترین پیشرفت ها نیز نمی تواند ایمنی کامل نیروگاه های هسته ای را تضمین کند. علاوه بر این، زباله های رادیواکتیو تولید شده در طول تولید انرژی، اگر به طور نامناسب ذخیره شوند، می توانند برای ده ها هزار سال بر فرزندان ما تأثیر بگذارند.
پس از حادثه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل، افراد بیشتری تولید انرژی هسته ای را برای بشریت بسیار خطرناک می دانند. تنها نیروگاه ایمن از این نوع خورشید با انرژی عظیم هسته ای خود است. دانشمندان در حال توسعه انواع مدل‌های سلول‌های خورشیدی هستند و شاید در آینده نزدیک، بشریت بتواند انرژی اتمی ایمن برای خود فراهم کند.
