Për një kohë të gjatë shumë veti të materies mbetën sekret për studiuesit. Pse disa substanca e përcjellin mirë elektricitetin, ndërsa të tjerat jo? Pse hekuri shpërbëhet gradualisht nën ndikimin e atmosferës, ndërsa metalet fisnike ruhen në mënyrë të përkryer për mijëra vjet? Shumë prej këtyre pyetjeve morën përgjigje pasi një person u bë i vetëdijshëm për strukturën e atomit: strukturën e tij, numrin e elektroneve në secilën shtresë elektronike. Për më tepër, zotërimi edhe i vetë bazave të strukturës së bërthamave atomike hapi një epokë të re për botën.
Nga cilat elemente është ndërtuar tulla elementare e materies, si ndërveprojnë ato me njëra-tjetrën, çfarë mund të mësojmë nga kjo?
Struktura e atomit në këndvështrimin e shkencës moderne
Aktualisht, shumica e shkencëtarëve priren t'i përmbahen modelit planetar të strukturës së materies. Sipas këtij modeli, në qendër të çdo atomi ka një bërthamë, madje të vogël në krahasim me atomin (është dhjetëra mijëra herë më i vogël se i gjithëatom). Por e njëjta gjë nuk mund të thuhet për masën e bërthamës. Pothuajse e gjithë masa e një atomi është e përqendruar në bërthamë. Bërthama është e ngarkuar pozitivisht.
Elektronet rrotullohen rreth bërthamës në orbita të ndryshme, jo rrethore, siç ndodh me planetët e sistemit diellor, por tredimensionale (sferat dhe vëllimi tetë). Numri i elektroneve në një atom është numerikisht i barabartë me ngarkesën e bërthamës. Por është shumë e vështirë të konsiderohet një elektron si një grimcë që lëviz përgjatë një lloj trajektoreje.
Orbita e tij është e vogël dhe shpejtësia është pothuajse si ajo e një rreze drite, kështu që është më e saktë të konsiderojmë elektronin së bashku me orbitën e tij si një lloj sfere të ngarkuar negativisht.
Anëtarë të familjes bërthamore
Të gjithë atomet përbëhen nga 3 elementë përbërës: protonet, elektronet dhe neutronet.
Protoni është materiali kryesor i ndërtimit të bërthamës. Pesha e tij është e barabartë me një njësi atomike (masa e një atomi hidrogjeni) ose 1,67 ∙ 10-27 kg në sistemin SI. Grimca është e ngarkuar pozitivisht dhe ngarkesa e saj merret si njësi në sistemin e ngarkesave elektrike elementare.
Neutroni është binjaku i masës së protonit, por nuk është i ngarkuar në asnjë mënyrë.
Dy grimcat e mësipërme quhen nukleide.
Një elektron është e kundërta e një protoni të ngarkuar (ngarkesa elementare është -1). Por për sa i përket peshës, elektroni na zhgënjen, masa e tij është vetëm 9, 12 ∙ 10-31 kg, që është pothuajse 2 mijë herë më e lehtë se një proton ose neutron.
Si u "parë"
Si mund ta shihni strukturën e atomit, nëse as mjetet teknike më moderne nuk e lejojnëdhe në afat të shkurtër nuk do të lejojë marrjen e imazheve të grimcave të tij përbërëse. Si e dinin shkencëtarët numrin e protoneve, neutroneve dhe elektroneve në bërthamë dhe vendndodhjen e tyre?
Supozimi për strukturën planetare të atomeve u bë në bazë të rezultateve të bombardimit të një fletë metalike të hollë me grimca të ndryshme. Figura tregon qartë se si grimca të ndryshme elementare ndërveprojnë me materien.
Numri i elektroneve që kaluan nëpër metal në eksperimente ishte i barabartë me zero. Kjo shpjegohet thjesht: elektronet e ngarkuara negativisht zmbrapsen nga lëvozhga elektronike e metalit, të cilat gjithashtu kanë një ngarkesë negative.
Rrezja e protoneve (ngarkesa +) kaloi nëpër fletë metalike, por me "humbje". Disa u zmbrapsën nga bërthamat që u penguan (probabiliteti i goditjeve të tilla është shumë i vogël), disa devijuan nga trajektorja fillestare, duke fluturuar shumë afër njërës prej bërthamave.
Neutronet u bënë më "efektive" për sa i përket kapërcimit të metalit. Një grimcë e ngarkuar neutralisht humbi vetëm në rastin e një përplasjeje të drejtpërdrejtë me thelbin e substancës, ndërsa 99,99% e neutroneve kaluan me sukses përmes trashësisë së metalit. Nga rruga, ishte e mundur të llogaritet madhësia e bërthamave të disa elementeve kimike bazuar në numrin e neutroneve në hyrje dhe dalje.
Bazuar në të dhënat e marra, u ndërtua teoria aktualisht mbizotëruese e strukturës së materies, e cila shpjegon me sukses shumicën e çështjeve.
Çfarë dhe sa
Numri i elektroneve në një atom varet nga numri atomik. Për shembull, një atom hidrogjeni i zakonshëm kavetëm një proton. Një elektron i vetëm po qarkullon në një orbitë. Elementi tjetër i tabelës periodike, heliumi, është pak më i ndërlikuar. Bërthama e saj përbëhet nga dy protone dhe dy neutrone dhe kështu ka një masë atomike prej 4.
Me rritjen e numrit serik, madhësia dhe masa e atomit rriten. Numri serial i një elementi kimik në tabelën periodike korrespondon me ngarkesën e bërthamës (numrin e protoneve në të). Numri i elektroneve në një atom është i barabartë me numrin e protoneve. Për shembull, një atom plumbi (numri atomik 82) ka 82 protone në bërthamën e tij. Ka 82 elektrone në orbitë rreth bërthamës. Për të llogaritur numrin e neutroneve në një bërthamë, mjafton të zbritet numri i protoneve nga masa atomike:
207 – 82=125.
Pse ka gjithmonë numra të barabartë
Çdo sistem në universin tonë përpiqet për stabilitet. Siç zbatohet për atomin, kjo shprehet në neutralitetin e tij. Nëse për një sekondë imagjinojmë se të gjithë atomet pa përjashtim në Univers kanë një ose një tjetër ngarkesë me madhësi të ndryshme me shenja të ndryshme, mund të imagjinohet se çfarë lloj kaosi do të vinte në botë.
Por meqenëse numri i protoneve dhe elektroneve në një atom është i barabartë, ngarkesa totale e secilës "tullë" është zero.
Numri i neutroneve në një atom është një vlerë e pavarur. Për më tepër, atomet e të njëjtit element kimik mund të kenë një numër të ndryshëm të këtyre grimcave me ngarkesë zero. Shembull:
- 1 proton + 1 elektron + 0 neutrone=hidrogjen (masa atomike 1);
- 1 proton + 1 elektron + 1 neutron=deuterium (masa atomike 2);
- 1 proton + 1 elektron + 2neutron=tritium (masa atomike 3).
Në këtë rast, numri i elektroneve në atom nuk ndryshon, atomi mbetet neutral, masa e tij ndryshon. Ndryshime të tilla të elementeve kimike quhen izotope.
A është një atom gjithmonë neutral
Jo, numri i elektroneve në një atom nuk është gjithmonë i barabartë me numrin e protoneve. Nëse një ose dy elektrone nuk mund të "heqeshin" nga një atom për një kohë, nuk do të kishte gjë të tillë si galvanizimi. Një atom, si çdo materie, mund të ndikohet.
Nën ndikimin e një fushe elektrike mjaft të fortë nga shtresa e jashtme e atomit, një ose më shumë elektrone mund të "fluturojnë larg". Në këtë rast, grimca e substancës pushon së qeni neutrale dhe quhet jon. Mund të lëvizë në një medium gaz ose të lëngët, duke transferuar një ngarkesë elektrike nga një elektrodë në tjetrën. Në këtë mënyrë, një ngarkesë elektrike ruhet në bateri dhe shtresat më të holla të disa metaleve aplikohen në sipërfaqet e të tjerëve (artë, argjend, krom, nikel, etj.).
Numri i elektroneve është gjithashtu i paqëndrueshëm në metalet - përçuesit e rrymës elektrike. Elektronet e shtresave të jashtme, si të thuash, ecin nga atomi në atom, duke transferuar energji elektrike përmes përcjellësit.
