Atom

Atomul (din alt grecesc ἄτομος „indivizibil [1] , nu tăiat [2] ”) este o particulă de materie de dimensiune și masă microscopică, cea mai mică parte a unui element chimic , care este purtătorul proprietăților sale [1] [3 ] .

Atomii constau dintr-un nucleu și electroni (mai precis, un „nor” de electroni ). Nucleul unui atom este format din protoni și neutroni . Numărul de neutroni din nucleu poate fi diferit: de la zero la câteva zeci. Dacă numărul de electroni coincide cu numărul de protoni din nucleu, atunci atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. În caz contrar, are o sarcină pozitivă sau negativă și se numește ion [1] . În unele cazuri, atomii sunt înțeleși doar ca sisteme neutre din punct de vedere electric în care sarcina nucleului este egală cu sarcina totală a electronilor, opunându-i astfel ionilor încărcați electric [3] [4] .

Nucleul, care transportă aproape toată (mai mult de 99,9%) din masa unui atom, este format din protoni încărcați pozitiv și neutroni neîncărcați legați împreună printr- o interacțiune puternică . Atomii sunt clasificați în funcție de numărul de protoni și neutroni din nucleu: numărul de protoni Z corespunde numărului de serie al atomului din sistemul periodic Mendeleev și determină dacă acesta aparține unui anumit element chimic și numărul de neutroni N. corespunde unui anumit izotop al acestui element. Singurul atom stabil care nu conține neutroni în nucleu este hidrogenul ușor ( protium ). Numărul Z determină și sarcina electrică pozitivă totală ( Z × e ) a nucleului atomic și numărul de electroni dintr-un atom neutru, ceea ce determină dimensiunea acestuia [5] .

Atomi de diferite tipuri în cantități diferite, legați prin legături interatomice , formează molecule .

Istoria formării conceptului

Conceptul de atom ca cea mai mică parte indivizibilă a materiei a fost formulat pentru prima dată de filosofii indieni antici și greci antici (vezi: atomism ). În secolele al XVII -lea și al XVIII-lea, chimiștii au putut confirma experimental această idee, arătând că anumite substanțe nu puteau fi descompuse în elementele lor constitutive prin metode chimice. Cu toate acestea, la sfârșitul secolului al XIX-lea  și începutul secolului al XX-lea, fizicienii au descoperit particulele subatomice și structura compozită a atomului și a devenit clar că particula reală, căreia i s-a dat numele atomului, nu este de fapt indivizibilă.

La congresul internațional al chimiștilor de la Karlsruhe (Germania) din 1860, au fost adoptate definiții ale conceptelor de moleculă și atom. Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care face parte din substanțe simple și complexe.

Modele de atomi

• Bucăți de materie . Democrit credea că proprietățile unei substanțe sunt determinate de formă , masă și așa mai departe. Caracteristicile atomilor care o formează. Deci, să zicem, în foc atomii sunt ascuțiți, deci focul poate arde, în solide sunt aspri, deci aderă strâns unul de celălalt, în apă  sunt netezi, astfel încât să poată curge. Chiar și sufletul uman , conform lui Democrit, este format din atomi [6] .
• Modelul atomului lui Thomson din 1904 (modelul „Budină cu stafide”). J. J. Thomson a propus să considere atomul ca un corp încărcat pozitiv cu electroni închiși în el. Acesta a fost în cele din urmă respins de Rutherford după faimosul său experiment privind împrăștierea particulelor alfa .
• Modelul planetar timpuriu al atomului al lui Nagaoka . În 1904, fizicianul japonez Hantaro Nagaoka a propus un model al atomului bazat pe analogia planetei Saturn . În acest model, electronii, uniți în inele, se învârteau în jurul unui mic nucleu pozitiv pe orbite. Modelul s-a dovedit a fi greșit.
• Modelul planetar Bohr-Rutherford al atomului . În 1911 [7] Ernest Rutherford, după ce a făcut o serie de experimente, a ajuns la concluzia că atomul este un fel de sistem planetar , în care electronii se mișcă pe orbite în jurul unui nucleu greu încărcat pozitiv situat în centrul atomului (" modelul lui Rutherford al atomului"). Cu toate acestea, o astfel de descriere a atomului a intrat în conflict cu electrodinamica clasică . Cert este că, conform electrodinamicii clasice, un electron, atunci când se mișcă cu accelerație centripetă , trebuie să radieze unde electromagnetice și, prin urmare, să piardă energie . Calculele au arătat că timpul necesar pentru ca un electron dintr-un astfel de atom să cadă pe nucleu este absolut neglijabil. Pentru a explica stabilitatea atomilor , Niels Bohr a trebuit să introducă postulate , care s-au rezumat la faptul că un electron dintr-un atom, aflându-se în unele stări speciale de energie, nu radiază energie („modelul Bohr-Rutherford al atomului”). . Necesitatea introducerii postulatelor lui Bohr a fost o consecință a conștientizării că mecanica clasică nu este aplicabilă pentru a descrie atomul. Studiul suplimentar al radiației atomului a condus la crearea mecanicii cuantice , care a făcut posibilă explicarea marii majorități a faptelor observate.

Modelul mecanic cuantic al atomului

Modelul modern al atomului este o dezvoltare a modelului planetar Bohr-Rutherford. Conform modelului actual, nucleul unui atom este format din protoni încărcați pozitiv și neutroni neîncărcați și este înconjurat de electroni încărcați negativ . Cu toate acestea, conceptele de mecanică cuantică nu ne permit să presupunem că electronii se mișcă în jurul nucleului de-a lungul oricăror traiectorii definite ( incertitudinea coordonatei electronilor dintr-un atom poate fi comparabilă cu dimensiunea atomului însuși).

Proprietățile chimice ale atomilor sunt determinate de configurația învelișului de electroni și sunt descrise de mecanica cuantică . Poziția unui atom în tabelul periodic este determinată de sarcina electrică a nucleului său (adică numărul de protoni), în timp ce numărul de neutroni nu afectează în mod fundamental proprietățile chimice; în timp ce de obicei există mai mulți neutroni în nucleu decât protoni (vezi: nucleu atomic ). Dacă un atom este într-o stare neutră, atunci numărul de electroni din el este egal cu numărul de protoni. Masa principală a atomului este concentrată în nucleu, iar fracția de masă a electronilor din masa totală a atomului este nesemnificativă (câteva sutimi de procent din masa nucleului).

Masa unui atom este de obicei măsurată în unități de masă atomică (daltoni), egale cu 1 ⁄ 12 din masa unui atom dintr- un izotop stabil de carbon 12 C.

Structura atomului

Particule subatomice

Deși cuvântul atom în sensul său original însemna o particulă care nu este împărțită în părți mai mici, conform conceptelor științifice, acesta constă din particule mai mici numite particule subatomice . Un atom este format din electroni , protoni , toți atomii, cu excepția hidrogenului-1 , conțin și neutroni .

Electronul este cea mai ușoară dintre particulele care alcătuiesc atomul cu o masă de 9,11⋅10 −31 kg , o sarcină negativă și o dimensiune prea mică pentru a fi măsurată prin metode moderne [8] . Experimentele privind determinarea ultrapreciză a momentului magnetic al unui electron ( Premiul Nobel în 1989) arată că dimensiunea unui electron nu depășește 10 −18 m [9] [10] .

Protonii au o sarcină pozitivă și sunt de 1836 de ori mai grei decât un electron (1,6726⋅10 −27 kg). Neutronii nu au sarcină electrică și sunt de 1839 de ori mai grei decât un electron (1,6749⋅10 −27 kg) [11] .

În acest caz, masa nucleului este mai mică decât suma maselor protonilor și neutronilor săi constituenți din cauza fenomenului de defect de masă . Neutronii și protonii au o dimensiune comparabilă , aproximativ 2,5⋅10 −15 m , deși dimensiunile acestor particule sunt slab definite [12] .

În modelul standard de particule , atât protonii, cât și neutronii sunt formați din particule elementare numite quarci . Alături de leptoni , quarcurile sunt unul dintre constituenții principali ai materiei. Atât primul cât și al doilea sunt fermioni . Există șase tipuri de quarci, fiecare dintre ele având o sarcină electrică fracțională egală cu + 2 ⁄ 3 sau (− 1 ⁄ 3 ) elementară . Protonii sunt formați din doi cuarci u și un cuarc d , în timp ce neutronul este alcătuit din un cuarc u și doi cuarci d. Această diferență explică diferența dintre masele și sarcinile protonului și neutronului. Quarcii sunt legați împreună de forțe nucleare puternice , care sunt transmise de gluoni [13] [14] .

Electroni într-un atom

Când descriem electronii dintr-un atom în cadrul mecanicii cuantice , de obicei se ia în considerare distribuția probabilității într-un spațiu tridimensional pentru un sistem de n electroni.

Electronii dintr-un atom sunt atrași de nucleu, iar interacțiunea Coulomb acționează și între electroni . Aceleași forțe mențin electronii în interiorul barierei de potențial care înconjoară nucleul. Pentru ca un electron să depășească atracția nucleului, acesta trebuie să primească energie de la o sursă externă. Cu cât electronul este mai aproape de nucleu, cu atât este nevoie de mai multă energie pentru aceasta.

Electronii, ca și alte particule, sunt caracterizați de dualitate undă-particulă . Se spune că electronul se mișcă într-un orbital , ceea ce este incorect. Starea electronilor este descrisă de o funcție de undă , al cărei pătrat al modulului caracterizează densitatea de probabilitate de a găsi particule într-un anumit punct din spațiu la un moment dat sau, în cazul general, de operatorul de densitate . Există un set discret de orbitali atomici , care corespund stărilor pure staționare ale electronilor dintr-un atom.

Fiecare orbital are propriul său nivel de energie . Un electron dintr-un atom se poate deplasa la un nivel cu o energie mai mare atunci când un anumit atom se ciocnește cu un alt atom, electron, ion sau prin absorbția unui foton al energiei corespunzătoare. Când se deplasează la un nivel inferior, un electron emite energie prin emiterea unui foton sau prin transferul de energie către alt electron (tranziție radiativă, impacturi de al doilea fel). Ca și în cazul absorbției, în timpul tranziției radiative, energia unui foton este egală cu diferența de energii ale unui electron la aceste niveluri (vezi: postulatele lui Bohr ). Frecvenţa radiaţiei emise ν este legată de energia fotonului E prin relaţia E = hν , unde h  este constanta lui Planck .

Proprietățile atomului

Prin definiție, oricare doi atomi cu același număr de protoni în nucleele lor aparțin aceluiași element chimic . Atomii cu același număr de protoni dar cu numere diferite de neutroni sunt numiți izotopi ai unui element dat. De exemplu, atomii de hidrogen conțin întotdeauna un proton, dar există izotopi fără neutroni ( hidrogen-1 , numit uneori și protium  - cea mai comună formă), cu un neutron ( deuteriu ) și doi neutroni ( tritiu ) [15] . Elementele cunoscute formează o serie naturală continuă în funcție de numărul de protoni din nucleu, începând de la atomul de hidrogen cu un proton și terminând cu atomul de oganesson , în nucleul căruia se află 118 protoni [16] Toți izotopii elementelor de sistemul periodic , începând cu numărul 83 ( bismut ), sunt radioactivi [17] [18] .

Masa

Deoarece cea mai mare contribuție la masa unui atom este făcută de protoni și neutroni, numărul total al acestor particule se numește număr de masă . Masa în repaus a unui atom este adesea exprimată în unități de masă atomică (a.m.u.), numite și daltoni (Da). Această unitate este definită ca 1 ⁄ 12 din masa de repaus a unui atom de carbon neutru - 12 , care este aproximativ egală  cu .g−241,66⋅10 mu [20] Masa unui atom este aproximativ egală cu produsul numărului de masă pe unitatea de masă atomică [21] Cel mai greu izotop stabil este plumb-208 [17] cu o masă de 207,9766521 amu. e.m. [22]

Deoarece masele chiar și ale celor mai grei atomi în unități obișnuite (de exemplu, în grame) sunt foarte mici, alunițele sunt folosite în chimie pentru a măsura aceste mase . Un mol din orice substanță, prin definiție, conține același număr de atomi (aproximativ 6,022⋅10 23 ). Acest număr ( numărul lui Avogadro ) este ales în așa fel încât dacă masa unui element este 1 UA. e. m., atunci un mol de atomi ai acestui element va avea o masă de 1 g. De exemplu, carbonul are o masă de 12 a. e.m., deci 1 mol de carbon cântărește 12 g. [19]

Dimensiune

Atomii nu au o graniță exterioară distinctă, așa că dimensiunile lor sunt determinate de distanța dintre nucleele atomilor identici care au format o legătură chimică ( rază covalentă ) sau de distanța până la cea mai îndepărtată orbită stabilă a electronilor din învelișul de electroni a acesteia. atom ( raza atomică ). Raza depinde de poziția atomului în tabelul periodic, de tipul de legătură chimică, de numărul de atomi cei mai apropiați ( numărul de coordonare ) și de o proprietate mecanică cuantică cunoscută sub numele de spin [23] . În sistemul periodic de elemente , dimensiunea unui atom crește atunci când se deplasează de sus în jos într-o coloană și scade când se deplasează de-a lungul unui rând de la stânga la dreapta [24] . În consecință, cel mai mic atom este un atom de heliu cu o rază de 32 pm , iar cel mai mare este un atom de cesiu (225 pm) [25] . Aceste dimensiuni sunt de mii de ori mai mici decât lungimea de undă a luminii vizibile (400-700 nm ), astfel încât atomii nu pot fi văzuți cu un microscop optic . Cu toate acestea, atomii individuali pot fi observați folosind un microscop de scanare tunel .

Micimea atomilor este demonstrata de urmatoarele exemple. Un păr uman este de un milion de ori mai gros decât un atom de carbon [26] . O picătură de apă conține 2 sextilioane (2⋅10 21 ) atomi de oxigen și de două ori mai mulți atomi de hidrogen [27] . Un carat de diamant cu o masă de 0,2 g este format din 10 sextilioane de atomi de carbon [28] . Dacă un măr ar putea fi mărit la dimensiunea Pământului , atunci atomii ar atinge dimensiunea inițială a unui măr [29] .

Oamenii de știință de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Harkov au prezentat primele imagini ale atomului din istoria științei. Pentru a obține imagini, oamenii de știință au folosit un microscop electronic care captează radiațiile și câmpurile (microscop electronic cu emisie de câmp, FEEM). Fizicienii au plasat secvenţial zeci de atomi de carbon într-o cameră vid şi au trecut prin ei o descărcare electrică de 425 de volţi. Radiația ultimului atom din lanț către ecranul cu fosfor a făcut posibilă obținerea unei imagini a norului de electroni din jurul nucleului [30] .

Dezintegrare radioactivă

Fiecare element chimic are unul sau mai mulți izotopi cu nuclee instabile care suferă dezintegrare radioactivă , determinând atomii să emită particule sau radiații electromagnetice. Radioactivitatea apare atunci când raza nucleului este mai mare decât raza de acțiune a interacțiunilor puternice (distanțe de ordinul a 1 fm [31] ).

Există trei forme principale de dezintegrare radioactivă [32] [33] :

• Dezintegrarea alfa apare atunci când un nucleu emite o particulă alfa - nucleul unui atom de heliu , format din doi protoni și doi neutroni. Ca rezultat al emisiei acestei particule, ia naștere un element cu un număr atomic mai mic de doi .
• Dezintegrarea beta apare din cauza interacțiunilor slabe și, ca urmare, neutronul se descompune într-un proton, un electron și un antineutrin , în al doilea caz într-un proton, un pozitron și un neutrin . Electronul și pozitronul se numesc particule beta. Dezintegrarea beta crește sau scade numărul atomic cu unu. Dezintegrarea beta include, de asemenea, procesul invers - captarea electronilor atunci când unul dintre protonii nucleului atomic captează un electron orbital și se transformă într-un neutron, emițând un neutrin electronic.
• Radiația gamma apare din cauza tranziției nucleului la o stare de energie mai scăzută cu emisia de radiații electromagnetice. Radiația gamma poate urma emisia unei particule alfa sau beta după dezintegrarea radioactivă.

Fiecare izotop radioactiv este caracterizat de un timp de înjumătățire , adică timpul necesar pentru ca jumătate din nucleele probei să se descompună. Aceasta este dezintegrarea exponențială , care reduce la jumătate numărul de nuclee rămase pentru fiecare timp de înjumătățire. De exemplu, după două timpi de înjumătățire, doar 25% din nucleele izotopului original vor rămâne în probă [31] .

Moment magnetic

Particulele elementare au o proprietate mecanică cuantică intrinsecă cunoscută sub numele de spin . Este similar cu momentul unghiular al unui obiect care se rotește în jurul propriului centru de masă , deși, strict vorbind, aceste particule sunt particule punctiforme și nu se poate vorbi de rotația lor. Spinul este măsurat în unități ale constantei Planck reduse ( ), apoi electronii, protonii și neutronii au un spin egal cu ½ . Într-un atom, electronii se învârt în jurul nucleului și au un moment unghiular orbital în plus față de spin, în timp ce nucleul însuși are un moment unghiular datorită spinului nuclear [34] .

Câmpul magnetic , produs de momentul magnetic al unui atom, este determinat de aceste diverse forme de moment unghiular, la fel ca în fizica clasică, obiectele încărcate rotative creează un câmp magnetic. Cu toate acestea, cea mai semnificativă contribuție vine din spin. Datorită proprietății electronului, ca toți fermionii, de a se supune regulii de excludere a lui Pauli , conform căreia doi electroni nu pot fi în aceeași stare cuantică , electronii legați se perechează unul cu celălalt, iar unul dintre electroni este într-o spin- stare sus, iar celălalt - cu proiecția opusă a spatelui - în starea cu spin down. Astfel, momentele magnetice ale electronilor sunt reduse, reducând momentul dipolului magnetic total al sistemului la zero la unii atomi cu un număr par de electroni [35] .

În elementele feromagnetice , cum ar fi fierul, un număr impar de electroni are ca rezultat un electron nepereche și un moment magnetic total diferit de zero. Orbitalii atomilor învecinați se suprapun și cea mai scăzută stare de energie este atinsă atunci când toți spinii electronilor nepereche iau aceeași orientare, proces cunoscut sub numele de interacțiune de schimb . Când momentele magnetice ale atomilor feromagnetici se aliniază, materialul poate crea un câmp magnetic macroscopic măsurabil. Materialele paramagnetice sunt compuse din atomi ale căror momente magnetice sunt orientate greșit în absența unui câmp magnetic, dar momentele magnetice ale atomilor individuali se aliniază atunci când se aplică un câmp magnetic [35] [36] .

Nucleul unui atom poate avea, de asemenea, un spin total diferit de zero. De obicei, la echilibru termodinamic, spinurile nucleelor ​​sunt orientate aleatoriu. Cu toate acestea, pentru unele elemente (cum ar fi xenon-129 ) este posibilă polarizarea unei fracțiuni semnificative a spinurilor nucleare pentru a crea o stare de spini co-direcționați - o stare numită hiperpolarizare . Această stare are o mare importanță practică în imagistica prin rezonanță magnetică [37] [38] .

Niveluri de energie

Un electron dintr-un atom este într-o stare legată; fiind la un nivel excitat, are energie potențială , care este proporțională cu distanța sa față de nucleu. Această energie se măsoară de obicei în electron volți (eV), iar valoarea sa maximă este egală cu energia care trebuie transferată unui electron pentru a-l elibera (smulge-l din atom). Pe măsură ce electronul (în atom) se deplasează la niveluri inferioare, energia potențială scade, dar nu se transformă în cinetică, ci în energia fotonilor emiși. Conform modelului mecanic cuantic al atomului, un electron legat poate ocupa doar un set discret de niveluri de energie permise - stări cu o anumită energie. Cea mai joasă dintre stările de energie permise se numește starea fundamentală (energia potențială este egală cu zero - electronul nu mai poate cădea mai adânc), iar restul se numește excitat [39] .

Pentru ca un electron să se deplaseze de la un nivel de energie la altul, energia trebuie să fie transferată sau luată de la el. Această energie poate fi comunicată unui atom prin lovirea unei alte particule sau prin absorbția sau, respectiv, emiterea unui foton , iar energia acestui foton este egală cu valoarea absolută a diferenței dintre energiile nivelurilor inițiale și finale ale electronului. . Frecvența radiației emise este proporțională cu energia fotonului, astfel că tranzițiile între diferite niveluri de energie apar în diferite regiuni ale spectrului electromagnetic [40] . Fiecare element chimic are un spectru de emisie unic , care depinde de sarcina nucleului, de umplerea subînvelișului de electroni, de interacțiunea electronilor și de alți factori [41] .

Când radiația cu spectru continuu trece prin materie (cum ar fi un gaz sau o plasmă ), unii fotoni sunt absorbiți de atomi sau ioni, provocând tranziții electronice între stările de energie a căror diferență de energie este egală cu energia fotonului absorbit. Acești electroni excitați revin apoi spontan la un nivel inferior pe scara de energie, emițând din nou fotoni. Fotonii emiși sunt emiși nu în direcția în care a căzut cel absorbit, ci aleatoriu într-un unghi solid de 4 pi steradiani. Ca urmare, în spectrul continuu apar zone cu un nivel foarte scăzut de radiație, adică linii de absorbție întunecate. Astfel, substanța se comportă ca un filtru, transformând spectrul continuu inițial într-un spectru de absorbție , în care există o serie de linii și benzi întunecate. Când este privit din acele unghiuri în care radiația originală nu este direcționată, se poate observa radiații cu un spectru de emisie emis de atomi. Măsurătorile spectroscopice ale energiei, amplitudinii și lățimii liniilor spectrale de radiație fac posibilă determinarea tipului de substanță emițătoare și a condițiilor fizice din aceasta [42] .

O analiză mai detaliată a liniilor spectrale a arătat că unele dintre ele au o structură fină, adică sunt împărțite în mai multe linii apropiate. Într-un sens restrâns, „ structura fină ” a liniilor spectrale este de obicei numită divizarea lor, care are loc datorită interacțiunii spin-orbita dintre spin și mișcarea de rotație a unui electron [43] .

Interacțiunea momentelor magnetice ale electronului și nucleului duce la o divizare hiperfină a liniilor spectrale, care, de regulă, este mai puțin bună.

Dacă plasați un atom într-un câmp magnetic extern, atunci puteți observa și împărțirea liniilor spectrale în două, trei sau mai multe componente - acest fenomen se numește efectul Zeeman . Este cauzată de interacțiunea câmpului magnetic extern cu momentul magnetic al atomului, iar în funcție de orientarea reciprocă a momentului atomului și a câmpului magnetic, energia acestui nivel poate crește sau scădea. În timpul tranziției unui atom de la o stare de scindare la alta, un foton va fi emis cu o frecvență diferită de frecvența unui foton în timpul aceleiași tranziții în absența unui câmp magnetic. Dacă linia spectrală se împarte în trei linii atunci când un atom este plasat într-un câmp magnetic, atunci acest efect Zeeman se numește normal (simplu). Mult mai des într-un câmp magnetic slab, se observă un efect Zeeman anormal (complex), atunci când are loc divizarea în 2, 4 sau mai multe linii (efectul anormal apare datorită prezenței spinului electronilor). Pe măsură ce câmpul magnetic crește, tipul de divizare devine mai simplu, iar efectul Zeeman anormal devine normal ( efectul Paschen-Back ) [44] . Prezența unui câmp electric poate provoca, de asemenea, o schimbare comparabilă a liniilor spectrale cauzată de o schimbare a nivelurilor de energie. Acest fenomen este cunoscut sub numele de efectul Stark [45] .

Dacă electronul se află într-o stare excitată, atunci interacțiunea cu un foton de o anumită energie poate provoca emisia stimulată a unui foton suplimentar cu aceeași energie - pentru aceasta, trebuie să existe un nivel inferior la care este posibilă o tranziție, iar energia diferența dintre niveluri trebuie să fie egală cu energia fotonului. Cu emisie stimulată, acești doi fotoni se vor mișca în aceeași direcție și au aceeași fază . Această proprietate este exploatată în lasere , care pot emite un fascicul de lumină coerent pe un interval de frecvență îngust [46] .

Valency

Învelișul exterior de electroni a unui atom, dacă nu este complet umplut, se numește înveliș de valență, iar electronii acestui înveliș se numesc electroni de valență . Numărul de electroni de valență determină modul în care un atom se leagă de alți atomi printr-o legătură chimică . Prin formarea de legături chimice, atomii tind să-și umple învelișurile exterioare de valență [47] .

Pentru a arăta proprietățile chimice recurente ale elementelor chimice , acestea sunt ordonate sub forma unui tabel periodic . Elementele cu același număr de electroni de valență formează un grup, care este prezentat în tabel ca o coloană (mișcarea de-a lungul rândului orizontal corespunde umplerii învelișului de valență cu electroni). Elementele din coloana cea mai din dreapta a tabelului au o înveliș exterioară complet umplută cu electroni, deci se caracterizează printr-o activitate chimică extrem de scăzută și se numesc gaze inerte sau nobile [48] [49] .

Atractie dispersiva

O proprietate importantă a unui atom este tendința de atracție dispersivă . Originea forţelor de dispersie a fost explicată în 1930 de F. London . Interacțiunea interatomică apare din cauza fluctuațiilor de sarcină în doi atomi care sunt aproape unul de celălalt. Deoarece electronii se mișcă, fiecare atom are un moment dipol instantaneu diferit de zero. Dacă fluctuațiile densității electronilor în cei doi atomi ar fi inconsecvente, atunci nu ar exista o atracție netă între atomi. Cu toate acestea, un dipol instantaneu pe un atom induce un dipol direcționat opus într-un atom adiacent. Acești dipoli sunt atrași unul de celălalt datorită apariției unei forțe atractive, care se numește forța de dispersie sau forța londoneză. Energia unei astfel de interacțiuni este direct proporțională cu pătratul polarizabilității electronice a atomului α și invers proporțională cu r 6 , unde r este distanța dintre doi atomi [50] .

Polarizarea prin deformare a atomului

Polarizarea prin deformare se manifestă prin capacitatea atomilor de a-și deforma elastic învelișul de electroni sub influența câmpurilor electromagnetice. Înțelegerea de astăzi a fenomenului de polarizare prin deformare se bazează pe conceptul de elasticitate finită a învelișurilor de electroni ale atomilor sub acțiunea unui câmp electric [51] . Îndepărtarea câmpului electric extern duce la refacerea învelișului de electroni a atomului.

Deformarea învelișului de electroni a unui atom duce la o schimbare a densității electronilor în atom, care este însoțită de formarea unui moment de dipol electric indus μ. Momentul dipol este egal cu produsul dintre valoarea sarcinii pozitive q și distanța dintre sarcinile L și este direcționat de la sarcina negativă la cea pozitivă μ=qL. În câmpurile electrice relativ slabe, momentul dipolului indus este proporțional cu intensitatea câmpului electric E. μ =α e E, unde α e  este polarizabilitatea electronică a atomului. Cea mai mare valoare a polarizabilității electronice se observă pentru atomii de metale alcaline, iar cea minimă pentru atomii de gaz nobil.

Ionizarea atomului

La valori mari ale intensității câmpului electric aplicat, se observă o deformare ireversibilă a atomului, însoțită de detașarea unui electron.

Are loc ionizarea atomului, atomul renunță la un electron și se transformă într-un ion încărcat pozitiv  - un cation . Desprinderea unui electron de un atom necesită cheltuirea energiei, numită potențial de ionizare sau energie de ionizare.

Energia de ionizare a unui atom depinde puternic de configurația sa electronică. Modificarea energiei de detașare a primului electron în funcție de numărul atomic al elementului este prezentată în figură.

Atomii de metale alcaline au cea mai mică energie de ionizare, iar atomii de gaz nobil au cea mai mare.

Pentru atomii multielectroni, energia de ionizare I 1 , I 2 , I 3 ... corespunde separării primului, al doilea, al treilea electroni etc.

Interacțiunea unui atom cu un electron

Atomii pot, într-un grad sau altul, să adauge un electron suplimentar și să se transforme într-un ion negativ - un anion .

Efectul energetic al procesului de atașare la un atom neutru (E) este de obicei numit energie de afinitate electronică:

Figura arată dependența energiei de afinitate electronică a atomilor de numărul ordinal al elementului. Atomii de halogen au cea mai mare afinitate electronică (3-4 eV).

Electronegativitatea atomului

Electronegativitatea unui atom (χ) este proprietatea fundamentală a unui atom de a deplasa perechile de electroni comune dintr-o moleculă spre sine. Capacitatea unui atom al unui element dat de a atrage densitatea electronică asupra lui însuși, în comparație cu alte elemente ale compusului, depinde de energia de ionizare a atomului și de afinitatea sa electronică. Conform unei definiții ( conform lui Mulliken ), electronegativitatea unui atom (χ) poate fi exprimată ca jumătate din suma energiei sale de ionizare (i) și a afinității electronice (F):

Există aproximativ douăzeci de scale ale electronegativității unui atom, baza pentru calcularea valorilor cărora sunt diferite proprietăți ale substanțelor. Valorile obținute ale diferitelor scale diferă, dar aranjarea relativă a elementelor dintr-o serie de electronegativitate este aproximativ aceeași.

O căutare detaliată a relației dintre scările de electronegativitate a făcut posibilă formularea unei noi abordări pentru alegerea unei scale practice pentru electronegativitatea atomilor [53] .

Simbolism

De la intrarea omenirii în era atomică, atomul a căpătat și un sens simbolic. Cel mai adesea, atomul este reprezentat sub forma unui model Bohr-Rutherford simplificat. Cu toate acestea, există și versiuni mai complicate ale imaginii. Cel mai adesea, imaginea unui atom simbolizează energia nucleară ("atomul pașnic"), armele nucleare, fizica nucleară sau știința și progresul științific și tehnologic în general.

Vezi și

• Fizica atomilor si moleculelor
• Moleculă
• Electron

Note

1. ↑ 1 2 3 Marele Dicționar Enciclopedic. Fizica / Ch. ed. A. M. Prohorov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1998. - S. 36. - 944 p. — ISBN 5-85270-306-0 .
2. ↑ Dicționar mare ilustrat de cuvinte străine / Ed. E. A. Grishina . - AST ; Astrel; Dicționare rusești. - S. 91. - 960 p. — ISBN 5-17-008793-4 .
3. ↑ 1 2 Eliaşevici M. A. Atom // Marea Enciclopedie Sovietică . a 3-a ed. / Ch. ed. A. M. Prohorov . - M . : Enciclopedia Sovietică, 1970. - T. 2. Angola - Barzas . - S. 389-394 .
4. ↑ Dicţionar Enciclopedic Chimic / Cap. ed. I. L. Knunyants . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1983. - S.  58 . — 792 p.
5. ↑ Atom Arhivat 4 noiembrie 2015 la Wayback Machine // Cartea de aur IUPAC
6. ↑ Democrit // Enciclopedia școlară „Russika”. Istoria lumii antice / A. O. Chubaryan. - M. : Olma Media Group, 2003. - S. 281-282. — 815 p. — ISBN 5-948-49307-5 .
7. ↑ Modelul planetar al atomului Arhivat 15 iunie 2008.
8. ↑ Demtröder, 2002 .
9. ↑ Demelt H. „Experiments with an isolated subatomic particle at rest” Copie de arhivă din 23 mai 2017 la Wayback Machine // UFN , vol. 160 (12), p. 129-139, 1990
10. ↑ Conferință Nobel, 8 decembrie 1989, Hans D. Dehmelt Experimente cu o particulă subatomică izolată în repaus Arhivat la 10 august 2017 la Wayback Machine
11. ↑ Woan, 2000 .
12. ↑ MacGregor, 1992 .
13. ↑ Aventura cu particule . Grupul de date despre particule . Laboratorul Lawrence Berkeley (2002). Preluat la 3 ianuarie 2009. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
14. ↑ James Schombert. Particule elementare . Universitatea din Oregon (18 aprilie 2006). Preluat la 3 ianuarie 2007. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
15. ↑ Howard S. Matis. Izotopii hidrogenului . Ghid pentru diagrama peretelui nuclear . Lawrence Berkeley National Lab (9 august 2000). Preluat la 21 decembrie 2007. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
16. ↑ Rick Weiss. Oamenii de știință anunță crearea elementului atomic, cel mai greu de până acum . Washington Post (17 octombrie 2006). Preluat la 21 decembrie 2007. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
17. ↑ 12 Praguri , 2003 .
18. ↑ Belle Dume. Bismutul bate recordul timpului de înjumătățire pentru dezintegrarea alfa . Lumea Fizicii (23 aprilie 2003). Preluat la 21 decembrie 2007. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
19. ↑ 1 2 Mills și colab. (1993).
20. ↑ Chung Chieh. Stabilitatea nucleilor (link indisponibil) . Universitatea din Waterloo (22 ianuarie 2001). Preluat la 4 ianuarie 2007. Arhivat din original la 30 august 2007.  (nedefinit) 
21. ↑ Greutăți atomice și compoziții izotopice pentru toate elementele . Institutul Național de Standarde și Tehnologie. Consultat la 4 ianuarie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
22. ↑ G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault. Evaluarea masei atomice Ame2003 (II)  (neopr.)  // Fizica nucleară. - 2003. - T. A729 . - S. 337-676 . Arhivat din original pe 16 septembrie 2008.
23. ↑ R.D. Shannon. Raze ionice eficiente revizuite și studii sistematice ale distanțelor interatomice în halogenuri și calcogenuri  //  Acta Crystallographica, Secțiunea A : jurnal. - Uniunea Internațională de Cristalografie , 1976. - Vol. 32 . — P. 751 . - doi : 10.1107/S0567739476001551 .
24. ↑ Judy Dong. Diametrul unui atom . The Physics Factbook (1998). Consultat la 19 noiembrie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
25. ↑ Zumdahl, 2002 .
26. ↑ Small Miracles: Harnessing nanotechnology (link indisponibil) . Universitatea de Stat din Oregon (2007). Data accesului: 7 ianuarie 2007. Arhivat din original la 4 decembrie 2007.  (nedefinit)   - descrie grosimea unui păr uman ca 10 5 nm și 10 atomi de carbon în grosime ca 1 nm.
27. ↑ „Există 2.000.000.000.000.000.000.000 (adică 2 sextilioane) atomi de oxigen într-o picătură de apă — și de două ori mai mulți atomi de hidrogen” // Padilla și colab., 2002 , p. 32
28. ↑ Un carat este egal cu 200 de miligrame. Prin definiție , carbonul-12 are 12 grame pe mol. Constanta lui Avogadro este de 6,02⋅1023 atomi pe mol.
29. ↑ Feynman, 1995 .
30. ↑ Primele fotografii detaliate ale atomilor . Inside Science News Service (14 septembrie 2009). Consultat la 24 iunie 2014. Arhivat din original pe 24 iunie 2014. (nedefinit)
31. ↑ 12 Radioactivitate _ _ Splung.com. Consultat la 19 decembrie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
32. ↑ L'Annunziata (2003).
33. ↑ Richard B. Firestone. Moduri de dezintegrare radioactivă . Laboratorul Berkeley (22 mai 2000). Consultat la 7 ianuarie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
34. ↑ JP Hornak. Capitolul 3: Spin Physics (link indisponibil) . Bazele RMN . Institutul de Tehnologie Rochester (2006). Consultat la 20 martie 2011. Arhivat din original pe 26 mai 2007. (nedefinit) 
35. ↑ 1 2 Paul A. Schroeder. Proprietăți magnetice (link descendent) . Universitatea din Georgia (22 februarie 2000). Consultat la 7 ianuarie 2007. Arhivat din original la 18 februarie 2001. (nedefinit) 
36. ↑ Greg Goebel. [4.3] Proprietățile magnetice ale atomului . Fizica cuantică elementară . Pe site-ul The Public Domain (1 septembrie 2007). Consultat la 7 ianuarie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
37. ↑ Lynn Yarris. Talking Pictures  (neopr.)  // Berkeley Lab Research Review. Arhivat din original pe 15 iunie 1997.
38. ↑ Liang, Haacke, 1999 .
39. ↑ Bart J. Van Zeghbroeck. niveluri de energie . Universitatea Shippensburg (1998). Consultat la 23 decembrie 2007. Arhivat din original la 15 ianuarie 2005. (nedefinit)
40. ↑ Fowles, 1989 .
41. ↑ W. C. Martin, W. L. Wiese. Spectroscopie atomică: un compendiu de idei de bază, notații, date și formule . Institutul Național de Standarde și Tehnologie (mai 2007). Consultat la 8 ianuarie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
42. ↑ Spectre de emisie atomică - Originea liniilor spectrale . Site-ul web Avogadro. Consultat la 10 august 2006. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
43. ↑ Richard Fitzpatrick. structura fina . Universitatea din Texas din Austin (16 februarie 2007). Consultat la 14 februarie 2008. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
44. ↑ Michael Weiss. Efectul Zeeman . Universitatea din California-Riverside (2001). Consultat la 6 februarie 2008. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
45. ↑ Beyer, 2003 .
46. ↑ Thayer Watkins. Coerența în emisiile stimulate . Universitatea de Stat din San Jose. Preluat la 23 decembrie 2007. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
47. ↑ William Reusch. Manual virtual de chimie organică . Universitatea de Stat din Michigan (16 iulie 2007). Consultat la 11 ianuarie 2008. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
48. ↑ Husted Robert și colab. , Tabelul periodic al elementelor . Laboratorul Național Los Alamos (11 decembrie 2003). Consultat la 11 ianuarie 2008. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
49. ↑ Rudy Baum. Este elementar: Tabelul periodic . Chemical & Engineering News (2003). Consultat la 11 ianuarie 2008. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
50. ↑ Daniels F., Alberti R. Physical Chemistry / ed. K.V.Topchieva. - M . : Mir, 1978. - S. 453. - 646 p.
51. ↑ Potapov A.A. Polarizare deformare. Căutați modele optime. - Novosibirsk: „Nauka”, 2004. - 511 p.
52. ↑ Manualul unui chimist. - al II-lea, revizuit. şi suplimentare .. - L.-M .: Literatura chimică GNTI, 1962. - T. I. - S. 328. - 1072 p.
53. ↑ Filippov G. G., Gorbunov A. I. O nouă abordare a alegerii unei scale practice pentru electronegativitatea atomilor. - Russian Chemical Journal , 1995. - T. 39, Issue. 2. - S. 39-42.

Literatură

• Bethe G., Salpeter E. Mecanica cuantică a atomilor cu unu și doi electroni. - M. : Fizmatgiz, 1960. - 562 p.
• Bader R. Atomi în molecule. Teoria cuantica. M.: Mir, 2001. - 532 p.
• Veselov M. G., Labzovsky L. N. Teoria atomului: Structura învelișurilor de electroni . — M .: Nauka, 1986. — 328 p. Arhivat pe 31 iulie 2013 la Wayback Machine
• Sommerfeld A. Structura atomului și spectrelor. Volumul 1  - M .: GITTL, 1956.
• Sommerfeld A. Structura atomului și spectrelor. Volumul 2  - M.: GITTL, 1956.
• Shpolsky E.V. Fizica atomică. Volumul 2. Fundamentele mecanicii cuantice și structura învelișului electronic al atomului ed. a IV-a. — M.: Nauka, 1974.

• Michael F. L'Annunziata. Manual de analiză a radioactivității. - 2003. - ISBN 0-12-436603-1 .
• HF Beyer, VP Shevelko. Introducere în fizica ionilor foarte încărcați. - CRC Press, 2003. - ISBN 0-75-030481-2 .
• Gregory R. Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg. Radiochimie și Chimie Nucleară. - Elsevier, 2001. - ISBN 0-75-067463-6 .
• J. Dalton. Un nou sistem de filozofie chimică, partea 1. Londra și Manchester: S. Russell, 1808.
• Wolfgang Demtroder. Atomi, molecule și fotoni: o introducere în fizica atomică-moleculară și cuantică. — Ed. I. - Springer, 2002. - ISBN 3-540-20631-0 .
• Richard Feynman. Șase piese ușoare. - The Penguin Group, 1995. - ISBN 978-0-140-27666-4 .
• Grant R. Fowles. Introducere în optica modernă. - Publicațiile Courier Dover, 1989. - ISBN 0-48-665957-7 .
• Mrinalkanti Gangopadhyaya. Atomismul indian: istorie și surse. - Atlantic Highlands, New Jersey: Humanities Press, 1981. - ISBN 0-391-02177-X .
• David L. Goodstein. Stări ale materiei. — Courier Dover Publications, 2002. — ISBN 0-48-649506-X .
• Edward Robert Harrison. Măștile Universului: Schimbarea ideilor asupra naturii Cosmosului. - Cambridge University Press, 2003. - ISBN 0-52-177351-2 .
• Tatjana Jevremovic. Principii nucleare în inginerie. - Springer, 2005. - ISBN 0-38-723284-2 .
• James Lequeux. Mediul Interstelar. - Springer, 2005. - ISBN 3-540-21326-0 .
• Z.-P. Liang, E. M. Haacke. Enciclopedia de inginerie electrică și electronică: imagistica prin rezonanță magnetică / JG Webster. - John Wiley & Sons, 1999. - P. 412-26. - ISBN 0-47-113946-7 .
• Malcolm H. MacGregor. Electronul Enigmatic. - Oxford University Press, 1992. - ISBN 0-19-521833-7 .
• Oliver Manuel. Originea elementelor din sistemul solar: implicații ale observațiilor post-1957. - Springer, 2001. - ISBN 0-30-646562-0 .
• Robert M Mazo. Mișcarea browniană: fluctuații, dinamică și aplicații. - Oxford University Press, 2002. - ISBN 0-19-851567-7 .
• Ian Mills, Tomislav Cvitaš, Klaus Homann, Nikola Kallay, Kozo Kuchitsu. Mărimi, unități și simboluri în chimia fizică . — Ed. a II-a. - Oxford: Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată , Comisia pentru Terminologia și Unitățile de Simboluri Fiziochimice, Publicații Științifice Blackwell, 1993. - ISBN 0-632-03583-8 .
• Richard Myers. Bazele chimiei . - Greenwood Press, 2003. - ISBN 0-31-331664-3 .
• Michael J. Padilla, Ioannis Miaoulis, Martha Cyr. Prentice Hall Science Explorer: Blocuri de construcție chimice. - Upper Saddle River, New Jersey SUA: Prentice-Hall, 2002. - ISBN 0-13-054091-9 .
• Linus Pauling. Natura legăturii chimice . - Cornell University Press, 1960. - ISBN 0-80-140333-2 .
• Jeremy I. Pfeffer, Shlomo Nir. Fizica modernă: un text introductiv. - Imperial College Press, 2000. - ISBN 1-860-94250-4 .
• Leonid Ivanovici Ponomarev. Zarurile cuantice. - CRC Press, 1993. - ISBN 0-75-030251-8 .
• J. Kenneth Shultis, Richard E. Faw. Fundamentele științei și ingineriei nucleare. - CRC Press, 2002. - ISBN 0-82-470834-2 .
• Robert Siegfried. De la elemente la atomi: o istorie a compoziției chimice. - DIANE, 2002. - ISBN 0-87-169924-9 .
• Alan D. Sills. Știința Pământului calea ușoară . - Seria educațională a lui Barron, 2003. - ISBN 0-76-412146-4 .
• Boris M. Smirnov. Fizica atomilor si ionilor. - Springer, 2003. - ISBN 0-38-795550-X .
• Dick Teresi. Descoperiri pierdute: rădăcinile antice ale științei moderne . — Simon & Schuster, 2003. — P. 213-214. — ISBN 0-74-324379-X .
• Graham Woan. Manualul Cambridge de fizică. - Cambridge University Press, 2000. - ISBN 0-52-157507-9 .
• Charles Adolphe Wurtz. Teoria atomică . — New York: D. Appleton și compania, 1881.
• Marco Zaider, Harald H. Rossi. Știința radiațiilor pentru medici și lucrători în sănătate publică . - Springer, 2001. - ISBN 0-30-646403-9 .
• Steven S. Zumdahl. Chimie introductivă: o bază . — Ed. a 5-a. - Houghton Mifflin, 2002. - ISBN 0-618-34342-3 .

Link -uri

• Atom în Enciclopedia fizică
• Ed Francis. Dimensiunea atomică . Colegiul comunitar Clackamas (2002). Consultat la 9 ianuarie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
• Craig C. Freudenrich. Cum funcționează Atoms . Cum funcționează lucrurile. Consultat la 9 ianuarie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
• Atomul . Science aid+ (2007). — Un ghid al atomului pentru adolescenți. Consultat la 9 ianuarie 2007. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
• Atomi și structura atomică . BBC (3 ianuarie 2006). Data accesului: 11 ianuarie 2007. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
• Fizica 2000 . Universitatea din Colorado (3 ianuarie 2006). Consultat la 11 ianuarie 2008. Arhivat din original pe 21 august 2011. (nedefinit)
• De ce nu cade electronul în nucleu? Jurnalul științific ARI
• Oamenii de știință ucraineni au fotografiat atomul pentru prima dată (16 septembrie 2009). (nedefinit)
• Oamenii de știință au izolat, au capturat și fotografiat un atom de Rubidiu 85 (1 octombrie 2010). Consultat la 1 octombrie 2010. Arhivat din original pe 2 februarie 2012. (nedefinit)
• Structura atomului
• Structura atomului (film educațional)
• Spectrele atomilor . Preluat la 10 octombrie 2010. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)
• Structura atomilor, film educativ . Preluat la 10 octombrie 2010. Arhivat din original la 21 august 2011. (nedefinit)

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Brockhaus și Efron Islam (1 ed.) Islam (2 ed.) Italiană Italiană Italiană in jurul lumii Catolică (1997—…) TDV Islam Ansiklopedisi Treccani Universalis Universalis Ucraina modernă
În cataloagele bibliografice BNF : 11930986h GND : 4003412-4 J9U : 987007295878505171 LCCN : sh85009333 NDL : 00562368 NKC : ph170602