Ein Atom ist die kleinste Einheit von Partikeln, die als einfache Substanz existiert und an einer chemischen Kombination teilnehmen kann. Im Laufe der Jahrhunderte war das begrenzte Wissen über das Atom nur Gegenstand von Vermutungen und Annahmen, so dass konkrete Daten erst viele Jahre später erhalten werden konnten. Im 18. und 19. Jahrhundert schlug der englische Wissenschaftler John Dalton die Existenz von Atomen als extrem kleine Einheit vor, aus der sich alle Materie zusammensetzen würde, ordnete ihnen Masse zu und stellte sie als feste und unteilbare Kugeln dar.
Was ist ein Atom?
Inhaltsverzeichnis
Es ist die minimale Materieeinheit, aus der Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase bestehen. Atome werden zusammengefasst, um vom gleichen Typ oder unterschiedlich zu sein und Moleküle zu bilden, die wiederum die Materie bilden, aus der bestehende Körper bestehen. Wissenschaftler haben jedoch festgestellt, dass nur 5% der Materie im Universum aus Atomen besteht, da dunkle Materie (die mehr als 20% des Universums einnimmt) aus unbekannten Teilchen sowie dunkler Energie besteht (die 70% belegt).
Sein Name stammt vom lateinischen Atomus, was "unteilbar" bedeutet, und diejenigen, die ihm diese Terminologie gaben, waren die griechischen Philosophen Demokrit (460-370 v. Chr.) Und Epikur (341-270 v. Chr.).
Diese Philosophen, die auf der Suche nach einer Antwort auf die Frage, woraus wir bestehen, und der Erklärung der Realität experimentiert haben, ohne zu experimentieren, kamen zu dem Schluss, dass es unmöglich ist, die Materie unendlich zu teilen, dass es eine "Spitze" geben sollte, was dies bedeutete es hätte die Mindestgrenze erreicht, aus der alle Dinge bestehen. Sie nannten dieses "Top" ein Atom, da dieses minimale Teilchen nicht mehr geteilt werden konnte und das Universum daraus bestehen würde. Es sollte hinzugefügt werden, dass dieses Konzept noch heute erhalten bleibt, wenn man darüber spricht, was ein Atom ist.
Es besteht aus einem Kern, in dem sich mindestens ein Proton und die gleiche Anzahl von Neutronen befinden (dessen Vereinigung als „Nukleon“ bezeichnet wird), und in diesem Kern befinden sich mindestens 99,94% seiner Masse. Die restlichen 0,06% bestehen aus den Elektronen, die den Kern umkreisen. Wenn die Anzahl der Elektronen und Protonen gleich ist, ist das Atom elektrisch neutral; Wenn es mehr Elektronen als Protonen hat, ist seine Ladung negativ und es wird als Anion bestimmt. und wenn die Anzahl der Protonen die Elektronen überschreitet, ist ihre Ladung positiv und wird als Kation bezeichnet.
Seine Größe ist so klein (ungefähr zehn Milliardstel Meter), dass, wenn ein Objekt eine beträchtliche Anzahl von Malen geteilt würde, es kein Material mehr geben würde, aus dem es zusammengesetzt war, aber die Atome der Elemente würden das bleiben, in Kombination haben sie es geformt, und diese sind praktisch unsichtbar. Allerdings haben nicht alle Arten von Atomen die gleiche Form und Größe, da dies von mehreren Faktoren abhängt.
Elemente eines Atoms
Atome haben andere Komponenten, aus denen sie bestehen, sogenannte subatomare Teilchen, die nicht unabhängig voneinander existieren können, es sei denn, sie befinden sich unter besonderen und kontrollierten Bedingungen. Diese Teilchen sind: Elektronen, die eine negative Ladung haben; Protonen, die positiv geladen sind; und Neutronen, deren Ladung gleich ist, was sie elektrisch neutral macht. Protonen und Neutronen befinden sich im Kern (dem Zentrum) des Atoms und bilden ein sogenanntes Nukleon. Elektronen umkreisen den Kern.
Protonen
Dieses Teilchen befindet sich im Kern des Atoms und ist Teil der Nukleonen. Seine Ladung ist positiv. Sie tragen etwa 50% zur Masse des Atoms bei, und ihre Masse entspricht dem 1836-fachen der eines Elektrons. Sie haben jedoch etwas weniger Masse als Neutronen. Das Proton ist kein Elementarteilchen, da es aus drei Quarks besteht (eine Art Fermion, eines der beiden vorhandenen Elementarteilchen).
Die Anzahl der Protonen in einem Atom ist entscheidend für die Definition des Elementtyps. Beispielsweise hat das Kohlenstoffatom sechs Protonen, während ein Wasserstoffatom nur ein Proton hat.
Elektronen
Sie sind die negativen Teilchen, die den Atomkern umkreisen. Seine Masse ist so klein, dass es als Wegwerfartikel gilt. Normalerweise ist die Anzahl der Elektronen in einem Atom dieselbe wie die der Protonen, sodass sich beide Ladungen gegenseitig aufheben.
Die Elektronen verschiedener Atome sind durch die Coulomb- Kraft (elektrostatisch) verbunden. Wenn sie von einem Atom zum anderen geteilt und ausgetauscht werden, entstehen chemische Bindungen. Es gibt Elektronen, die frei sein können, ohne an irgendein Atom gebunden zu sein; und diejenigen, die mit einem verbunden sind, können Bahnen unterschiedlicher Größe haben (je größer der Orbitalradius, desto größer die darin enthaltene Energie).
Das Elektron ist ein Elementarteilchen, da es sich um eine Art Fermion (Leptonen) handelt und aus keinem anderen Element besteht.
Neutronen
Es ist das subatomare neutrale Teilchen des Atoms, das heißt, es hat die gleiche Menge an positiver und negativer Ladung. Seine Masse ist etwas höher als die der Protonen, mit denen es den Kern des Atoms bildet.
Neutronen bestehen wie Protonen aus drei Quarks: zwei mit Ladung -1/3 absteigend oder abwärts und einer mit Ladung +2/3 aufsteigend oder aufwärts, was zu einer Gesamtladung von Null führt, was zu Neutralität führt. Ein Neutron allein kann nicht außerhalb des Kerns existieren, da seine durchschnittliche Lebensdauer außerhalb des Kerns etwa 15 Minuten beträgt.
Die Menge an Neutronen in einem Atom bestimmt nicht seine Natur, es sei denn, es ist ein Isotop.
Isotope
Sie sind eine Art von Atomen, deren Kernzusammensetzung nicht gerecht ist; Das heißt, es hat die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine andere Anzahl von Neutronen. In diesem Fall sind die Atome, aus denen dasselbe Element besteht, unterschiedlich und unterscheiden sich durch die Anzahl der darin enthaltenen Neutronen.
Es gibt zwei Arten von Isotopen:
- Natürlich, in der Natur gefunden, wie das Wasserstoffatom, das drei hat (Protium, Deuterium und Tritium); oder das Kohlenstoffatom, das auch drei hat (Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14; jedes mit unterschiedlichen Nutzen).
- Künstlich, die in kontrollierten Umgebungen hergestellt werden, in denen subatomare Partikel bombardiert werden, instabil und radioaktiv sind.
Es gibt stabile Isotope, aber diese Stabilität ist relativ, da ihre Zerfallsperiode, obwohl sie auf die gleiche Weise radioaktiv sind, im Vergleich zur Existenz des Planeten lang ist.
Wie die Elemente eines Atoms definiert sind
Ein Atom wird durch verschiedene Faktoren unterschieden oder definiert, nämlich:
- Anzahl der Protonen: Die Variation dieser Anzahl kann zu einem anderen Element führen, da es bestimmt, zu welchem chemischen Element es gehört.
- Anzahl der Neutronen: Gibt das Isotop des Elements an.
Die Kraft, mit der die Protonen die Elektronen anziehen, ist elektromagnetisch; während derjenige, der Protonen und Neutronen anzieht, nuklear ist, dessen Intensität größer ist als die erste, die positiv geladene Protonen voneinander abstößt.
Wenn die Anzahl der Protonen in einem Atom hoch ist, wird die elektromagnetische Kraft, die sie abstößt, stärker als die nukleare, es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die Nukleonen aus dem Kern ausgestoßen werden, was zu einem Zerfall des Kerns oder zu einer sogenannten Radioaktivität führt;; später zu einer nuklearen Transmutation führen, bei der ein Element in ein anderes umgewandelt wird (Alchemie).
Was ist ein Atommodell?
Es ist ein Schema, mit dessen Hilfe definiert werden kann, was ein Atom ist, wie es zusammengesetzt ist, wie es verteilt ist und welche Eigenschaften es aufweist. Seit der Geburt des Begriffs wurden verschiedene Atommodelle entwickelt, die es uns ermöglichten, die Strukturierung von Materie besser zu verstehen.
Die repräsentativsten Atommodelle sind:
Bohrs Atommodell
Der dänische Physiker Niels Bohr (1885-1962) ließ sich nach Studien bei seinem Professor, dem Chemiker und auch Physiker Ernest Rutherford, von dessen Modell inspirieren, sein eigenes aufzudecken, wobei er das Wasserstoffatom als Leitfaden verwendete.
Bohrs Atommodell besteht aus einer Art Planetensystem, in dem sich der Kern im Zentrum befindet und Elektronen sich wie Planeten in stabilen und kreisförmigen Bahnen um ihn herum bewegen, wobei der größere mehr Energie speichert. Es umfasst die Absorption und Emission von Gasen, die Quantisierungstheorie von Max Planck und den photoelektrischen Effekt von
Albert Einstein
Elektronen können von einer Umlaufbahn zur anderen springen: Wenn sie von einer niedrigeren Energie zu einer anderen mit höherer Energie wechseln, erhöht sich für jede Umlaufbahn, die sie erreicht, ein Energiequantum. Das Gegenteil passiert, wenn es von höherer zu niedrigerer Energie geht, wo es nicht nur abnimmt, sondern es auch in Form von Strahlung wie Licht (Photon) verliert.
Bohrs Atommodell wies jedoch Mängel auf, da es für andere Arten von Atomen nicht anwendbar war.
Dalton-Atommodell
John Dalton (1766–1844), Mathematiker und Chemiker, war Pionier bei der Veröffentlichung eines Atommodells auf wissenschaftlicher Basis, in dem er feststellte, dass die Atome Billardkugeln ähnlich, dh sphärisch sind.
Daltons Atommodell legt in seinem Ansatz (den er "Atomtheorie" nannte) fest, dass Atome nicht geteilt werden können. Es wird auch festgestellt, dass die Atome desselben Elements identische Eigenschaften aufweisen, einschließlich ihres Gewichts und ihrer Masse; dass sie, obwohl sie kombiniert werden können, mit einfachen Beziehungen unteilbar bleiben; und dass sie in unterschiedlichen Anteilen mit anderen Arten von Atomen kombiniert werden können, um verschiedene Verbindungen zu erzeugen (Vereinigung von zwei oder mehr Arten von Atomen).
Dieses Atommodell von Dalton war inkonsistent, da es das Vorhandensein subatomarer Teilchen nicht erklärte, da das Vorhandensein des Elektrons und des Protons unbekannt war. Es konnte auch nicht die Phänomene der Radioaktivität oder den Strom von Elektronen (Kathodenstrahlen) erklären; Darüber hinaus werden Isotope (Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Masse) nicht berücksichtigt.
Rutherford-Atommodell
Dieses Modell wurde vom Physiker und Chemiker Ernest Rutherford (1871-1937) entwickelt und ist eine Analogie zum Sonnensystem. Rutherfords Atommodell legt fest, dass der höchste Prozentsatz der Masse des Atoms und seines positiven Teils in seinem Kern (Zentrum) gefunden wird; und der negative Teil oder die negativen Elektronen drehen sich in elliptischen oder kreisförmigen Bahnen mit einem Vakuum zwischen ihnen um ihn herum. Damit war es das erste Modell, das das Atom in Kern und Hülle trennte.
Der Physiker führte Experimente durch, bei denen er den Ausbreitungswinkel der Teilchen berechnete, wenn sie auf eine Goldfolie trafen, und bemerkte, dass einige in unpassenden Winkeln abprallten, woraus er schloss, dass ihr Kern klein, aber von großer Dichte sein muss. Dank Rutherford, einem Schüler von JJ Thomson, hatte man auch die erste Vorstellung von der Anwesenheit von Neutronen. Eine weitere Errungenschaft war die Frage, wie positive Ladungen im Kern in einem so kleinen Volumen zusammenbleiben können, was später zur Entdeckung einer der grundlegenden Wechselwirkungen führte: der starken Kernkraft.
Rutherfords Atommodell war inkonsistent, da es Maxwells Gesetzen zum Elektromagnetismus widersprach; Es erklärte auch nicht die Phänomene der Energiestrahlung beim Übergang eines Elektrons von einem Zustand hoher zu einem Zustand niedriger Energie.
Thomsons Atommodell
Es wurde vom Wissenschaftler und Gewinner des Nobelpreises für Physik 1906, Joseph John Thomson (1856-1940), ausgestellt. Thomsons Atommodell beschreibt das Atom als positiv geladene kugelförmige Masse, in die Elektronen wie ein Rosinenpudding eingefügt sind. Die Anzahl der Elektronen in diesem Modell war ausreichend, um die positive Ladung zu neutralisieren, und die Verteilung der positiven Masse und der Elektronen war zufällig.
Er experimentierte mit Kathodenstrahlen: In einer Vakuumröhre ließ er Stromstrahlen mit zwei Platten durch und erzeugte ein elektrisches Feld, das sie ablenkte. So stellte er fest, dass Elektrizität aus einem anderen Teilchen bestand; Entdeckung der Existenz von Elektronen.
Das Atommodell von Thomson war jedoch kurz und hatte keine akademische Akzeptanz. Seine Beschreibung der inneren Struktur des Atoms war falsch, ebenso wie die Verteilung der Ladungen, sie berücksichtigte nicht die Existenz von Neutronen und es war nichts über Protonen bekannt. Es erklärt auch nicht die Regelmäßigkeit des Periodensystems der Elemente.
Trotzdem dienten ihre Studien als Grundlage für spätere Entdeckungen, da aus diesem Modell die Existenz subatomarer Teilchen bekannt war.
Atommasse
Mit dem Buchstaben A dargestellt, wird die Gesamtmasse der in einem Atom enthaltenen Protonen und Neutronen ohne Berücksichtigung der Elektronen als Atommasse bezeichnet, da ihre Masse so klein ist, dass sie verworfen werden kann.
Isotope sind Variationen von Atomen desselben Elements mit derselben Anzahl von Protonen, aber einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen, so dass ihre Atommasse unterschiedlich ist, selbst wenn sie sehr ähnlich sind.
Ordnungszahl
Es wird durch den Buchstaben Z dargestellt und bezieht sich auf die Anzahl der in einem Atom enthaltenen Protonen, die der gleichen Anzahl von Elektronen entspricht. Mendeleevs Periodensystem der Elemente von 1869 ist nach Ordnungszahl vom kleinsten zum größten geordnet.
