Por muito tempo muitas propriedades da matéria permaneceram em segredo para os pesquisadores. Por que algumas substâncias conduzem bem a eletricidade, enquanto outras não? Por que o ferro se decompõe gradualmente sob a influência da atmosfera, enquanto os metais nobres são perfeitamente preservados por milhares de anos? Muitas dessas perguntas foram respondidas depois que uma pessoa tomou conhecimento da estrutura do átomo: sua estrutura, o número de elétrons em cada camada de elétrons. Além disso, dominar até mesmo o básico da estrutura dos núcleos atômicos abriu uma nova era para o mundo.
De quais elementos o tijolo elementar da matéria é construído, como eles interagem entre si, o que podemos aprender com isso?
A estrutura do átomo na visão da ciência moderna
Atualmente, a maioria dos cientistas tende a aderir ao modelo planetário da estrutura da matéria. De acordo com este modelo, no centro de cada átomo existe um núcleo, minúsculo mesmo em comparação com o átomo (é dezenas de milhares de vezes menor do que todo o átomo).átomo). Mas o mesmo não pode ser dito sobre a massa do núcleo. Quase toda a massa de um átomo está concentrada no núcleo. O núcleo é carregado positivamente.
Elétrons giram em torno do núcleo em diferentes órbitas, não circulares, como é o caso dos planetas do sistema solar, mas tridimensionais (esferas e volume oito). O número de elétrons em um átomo é numericamente igual à carga do núcleo. Mas é muito difícil considerar um elétron como uma partícula que se move ao longo de algum tipo de trajetória.
Sua órbita é pequena, e a velocidade é quase como a de um feixe de luz, então é mais correto considerar o elétron junto com sua órbita como uma espécie de esfera carregada negativamente.
Membros da família nuclear
Todos os átomos são compostos de 3 elementos constituintes: prótons, elétrons e nêutrons.
Próton é o principal material de construção do núcleo. Seu peso é igual a uma unidade atômica (a massa de um átomo de hidrogênio) ou 1,67 ∙ 10-27 kg no sistema SI. A partícula é carregada positivamente, e sua carga é tomada como uma unidade no sistema de cargas elétricas elementares.
O nêutron é o gêmeo de massa do próton, mas não é carregado de forma alguma.
As duas partículas acima são chamadas de nuclídeos.
Um elétron é o oposto de um próton em carga (a carga elementar é -1). Mas em termos de peso, o elétron nos decepcionou, sua massa é apenas 9, 12 ∙ 10-31 kg, que é quase 2 mil vezes mais leve que um próton ou nêutron.
Como foi "visto"
Como você poderia ver a estrutura do átomo, se mesmo os meios técnicos mais modernos não permiteme a curto prazo não permitirá obter imagens das suas partículas constituintes. Como os cientistas sabiam o número de prótons, nêutrons e elétrons no núcleo e sua localização?
A suposição sobre a estrutura planetária dos átomos foi feita com base nos resultados do bombardeio de uma fina folha de metal com várias partículas. A figura mostra claramente como várias partículas elementares interagem com a matéria.
O número de elétrons que passaram pelo metal nos experimentos foi igual a zero. Isso é explicado de forma simples: elétrons carregados negativamente são repelidos das camadas eletrônicas do metal, que também têm carga negativa.
O feixe de prótons (carga +) passou pela folha, mas com "perdas". Alguns foram repelidos pelos núcleos que atrapalharam (a probabilidade de tais acertos é muito pequena), alguns desviaram da trajetória original, voando muito perto de um dos núcleos.
Neutrons se tornou o mais "eficaz" em termos de superação do metal. Uma partícula de carga neutra foi perdida apenas no caso de uma colisão direta com o núcleo da substância, enquanto 99,99% dos nêutrons passaram com sucesso pela espessura do metal. A propósito, foi possível calcular o tamanho dos núcleos de certos elementos químicos com base no número de nêutrons na entrada e na saída.
Com base nos dados obtidos, foi construída a teoria atualmente dominante da estrutura da matéria, que explica com sucesso a maioria das questões.
O que e quanto
O número de elétrons em um átomo depende do número atômico. Por exemplo, um átomo de hidrogênio comum temapenas um próton. Um único elétron está circulando em uma órbita. O próximo elemento da tabela periódica, o hélio, é um pouco mais complicado. Seu núcleo consiste em dois prótons e dois nêutrons e, portanto, tem uma massa atômica de 4.
Com o crescimento do número de série, o tamanho e a massa do átomo crescem. O número de série de um elemento químico na tabela periódica corresponde à carga do núcleo (o número de prótons nele). O número de elétrons em um átomo é igual ao número de prótons. Por exemplo, um átomo de chumbo (número atômico 82) tem 82 prótons em seu núcleo. Existem 82 elétrons em órbita ao redor do núcleo. Para calcular o número de nêutrons em um núcleo, basta subtrair o número de prótons da massa atômica:
207 – 82=125.
Por que sempre existem números iguais
Todo sistema em nosso universo luta pela estabilidade. Quando aplicado ao átomo, isso é expresso em sua neutralidade. Se por um segundo imaginarmos que todos os átomos sem exceção do Universo têm uma ou outra carga de diferentes magnitudes com sinais diferentes, pode-se imaginar que tipo de caos viria no mundo.
Mas como o número de prótons e elétrons em um átomo é igual, a carga total de cada "tijolo" é zero.
O número de nêutrons em um átomo é um valor independente. Além disso, átomos do mesmo elemento químico podem ter um número diferente dessas partículas com carga zero. Exemplo:
- 1 próton + 1 elétron + 0 nêutrons=hidrogênio (massa atômica 1);
- 1 próton + 1 elétron + 1 nêutron=deutério (massa atômica 2);
- 1 próton + 1 elétron + 2nêutron=trítio (massa atômica 3).
Neste caso, o número de elétrons no átomo não muda, o átomo permanece neutro, sua massa muda. Tais variações de elementos químicos são chamadas de isótopos.
Um átomo é sempre neutro
Não, o número de elétrons em um átomo nem sempre é igual ao número de prótons. Se um ou dois elétrons não pudessem ser “retirados” de um átomo por um tempo, não haveria galvanização. Um átomo, como qualquer matéria, pode ser influenciado.
Sob a influência de um campo elétrico suficientemente forte da camada externa do átomo, um ou mais elétrons podem "voar para longe". Nesse caso, a partícula da substância deixa de ser neutra e é chamada de íon. Ele pode se mover em um meio gasoso ou líquido, transferindo uma carga elétrica de um eletrodo para outro. Desta forma, uma carga elétrica é armazenada em baterias, e os filmes mais finos de alguns metais são aplicados nas superfícies de outros (dourado, prateado, cromado, niquelado, etc.).
O número de elétrons também é instável em metais - condutores de corrente elétrica. Os elétrons das camadas externas, por assim dizer, caminham de átomo para átomo, transferindo energia elétrica através do condutor.
