Sejak sekian lama banyak sifat jirim kekal menjadi rahsia para penyelidik. Mengapakah sesetengah bahan menghantar elektrik dengan baik, manakala yang lain tidak? Mengapa besi secara beransur-ansur rosak di bawah pengaruh atmosfera, manakala logam mulia dipelihara dengan sempurna selama beribu-ribu tahun? Banyak soalan ini dijawab selepas seseorang menyedari struktur atom: strukturnya, bilangan elektron dalam setiap lapisan elektron. Selain itu, menguasai walaupun asas struktur nukleus atom membuka era baharu bagi dunia.
Daripada unsur apakah bata asas jirim dibina, bagaimana ia berinteraksi antara satu sama lain, apakah yang boleh kita pelajari daripada ini?
Struktur atom dalam pandangan sains moden
Pada masa ini, kebanyakan saintis cenderung untuk mematuhi model planet struktur jirim. Menurut model ini, di tengah setiap atom terdapat nukleus, kecil walaupun jika dibandingkan dengan atom (ia berpuluh-puluh ribu kali lebih kecil daripada keseluruhanatom). Tetapi perkara yang sama tidak boleh dikatakan tentang jisim nukleus. Hampir semua jisim atom tertumpu di dalam nukleus. Nukleus bercas positif.
Elektron berputar mengelilingi nukleus dalam orbit yang berbeza, bukan bulatan, seperti halnya dengan planet-planet sistem suria, tetapi tiga dimensi (sfera dan isipadu lapan). Bilangan elektron dalam atom secara numerik sama dengan cas nukleus. Tetapi amat sukar untuk menganggap elektron sebagai zarah yang bergerak di sepanjang beberapa jenis trajektori.
Orbitnya kecil, dan kelajuannya hampir seperti pancaran cahaya, jadi adalah lebih tepat untuk menganggap elektron bersama-sama orbitnya sebagai sejenis sfera bercas negatif.
Ahli keluarga nuklear
Semua atom terdiri daripada 3 unsur juzuk: proton, elektron dan neutron.
Proton ialah bahan binaan utama nukleus. Beratnya adalah sama dengan unit atom (jisim atom hidrogen) atau 1.67 ∙ 10-27 kg dalam sistem SI. Zarah bercas positif dan casnya diambil sebagai satu unit dalam sistem cas elektrik asas.
Neutron ialah kembar jisim proton, tetapi tidak dicas dalam apa jua cara.
Dua zarah di atas dipanggil nuklida.
Elektron ialah lawan proton dalam cas (cas asas ialah −1). Tetapi dari segi berat, elektron melepaskan kita, jisimnya hanya 9, 12 ∙ 10-31 kg, iaitu hampir 2 ribu kali lebih ringan daripada proton atau neutron.
Bagaimana ia "dilihat"
Bagaimana anda boleh melihat struktur atom, jika walaupun cara teknikal yang paling moden tidak membenarkandan dalam jangka pendek tidak akan membenarkan untuk mendapatkan imej zarah konstituennya. Bagaimanakah saintis mengetahui bilangan proton, neutron dan elektron dalam nukleus dan lokasinya?
Andaian tentang struktur planet atom dibuat berdasarkan hasil pengeboman kerajang logam nipis dengan pelbagai zarah. Rajah menunjukkan dengan jelas bagaimana pelbagai zarah asas berinteraksi dengan jirim.
Bilangan elektron yang melalui logam dalam eksperimen adalah sama dengan sifar. Ini dijelaskan secara ringkas: elektron bercas negatif ditolak dari kulit elektron logam, yang juga mempunyai cas negatif.
Rasuk proton (cas +) melalui kerajang, tetapi dengan "kehilangan". Ada yang ditolak oleh nukleus yang menghalang (kebarangkalian pukulan sedemikian sangat kecil), ada yang menyimpang dari trajektori asal, terbang terlalu dekat dengan salah satu nukleus.
Neutron menjadi yang paling "berkesan" dari segi mengatasi logam. Zarah bercas neutral hilang hanya dalam kes perlanggaran langsung dengan teras bahan, manakala 99.99% daripada neutron berjaya melepasi ketebalan logam. Dengan cara ini, adalah mungkin untuk mengira saiz nukleus unsur kimia tertentu berdasarkan bilangan neutron pada input dan output.
Berdasarkan data yang diperoleh, teori struktur jirim yang dominan pada masa ini telah dibina, yang berjaya menerangkan kebanyakan isu.
Apa dan berapa banyak
Bilangan elektron dalam atom bergantung pada nombor atom. Sebagai contoh, atom hidrogen biasa mempunyaihanya satu proton. Satu elektron beredar mengelilingi dalam orbit. Unsur seterusnya jadual berkala, helium, adalah sedikit lebih rumit. Nukleusnya terdiri daripada dua proton dan dua neutron dan dengan itu mempunyai jisim atom 4.
Dengan pertumbuhan nombor siri, saiz dan jisim atom bertambah. Nombor siri unsur kimia dalam jadual berkala sepadan dengan cas nukleus (bilangan proton di dalamnya). Bilangan elektron dalam atom adalah sama dengan bilangan proton. Contohnya, atom plumbum (nombor atom 82) mempunyai 82 proton dalam nukleusnya. Terdapat 82 elektron dalam orbit mengelilingi nukleus. Untuk mengira bilangan neutron dalam nukleus, cukup untuk menolak bilangan proton daripada jisim atom:
207 – 82=125.
Mengapa selalu ada nombor yang sama
Setiap sistem di alam semesta kita berusaha untuk kestabilan. Seperti yang digunakan pada atom, ini dinyatakan dalam neutralitinya. Jika seketika kita membayangkan bahawa semua atom tanpa pengecualian di Alam Semesta mempunyai satu atau satu cas yang berbeza magnitud dengan tanda yang berbeza, seseorang boleh bayangkan jenis huru-hara yang akan berlaku di dunia.
Tetapi memandangkan bilangan proton dan elektron dalam atom adalah sama, jumlah cas bagi setiap "bata" ialah sifar.
Bilangan neutron dalam atom ialah nilai bebas. Selain itu, atom unsur kimia yang sama boleh mempunyai bilangan zarah yang berbeza dengan cas sifar. Contoh:
- 1 proton + 1 elektron + 0 neutron=hidrogen (jisim atom 1);
- 1 proton + 1 elektron + 1 neutron=deuterium (jisim atom 2);
- 1 proton + 1 elektron + 2neutron=tritium (jisim atom 3).
Dalam kes ini, bilangan elektron dalam atom tidak berubah, atom kekal neutral, jisimnya berubah. Variasi unsur kimia sedemikian dipanggil isotop.
Adakah atom sentiasa neutral
Tidak, bilangan elektron dalam atom tidak selalu sama dengan bilangan proton. Jika satu atau dua elektron tidak dapat "diambil" daripada atom untuk seketika, tidak akan ada perkara seperti galvanisasi. Atom, seperti mana-mana jirim, boleh dipengaruhi.
Di bawah pengaruh medan elektrik yang cukup kuat dari lapisan luar atom, satu atau lebih elektron boleh "terbang". Dalam kes ini, zarah bahan tidak lagi neutral dan dipanggil ion. Ia boleh bergerak dalam medium gas atau cecair, memindahkan cas elektrik dari satu elektrod ke elektrod yang lain. Dengan cara ini, cas elektrik disimpan dalam bateri, dan filem paling nipis bagi sesetengah logam digunakan pada permukaan logam lain (penyaduran emas, penyaduran perak, penyaduran kromium, penyaduran nikel, dll.).
Bilangan elektron juga tidak stabil dalam logam - konduktor arus elektrik. Elektron dari lapisan luar, seolah-olah, berjalan dari atom ke atom, memindahkan tenaga elektrik melalui konduktor.
