Jméno „atom“je z řečtiny přeloženo jako „nedělitelný“. Vše kolem nás – pevné látky, kapaliny a vzduch – je postaveno z miliard těchto částic.
Vzhled verze o atomu
Atomy se poprvé staly známými v 5. století př. n. l., kdy řecký filozof Democritus navrhl, že hmota se skládá z pohybujících se drobných částic. Pak ale nebylo možné ověřit verzi jejich existence. A přestože tyto částice nikdo neviděl, o této myšlence se diskutovalo, protože jedině tak mohli vědci vysvětlit procesy probíhající v reálném světě. Proto věřili v existenci mikročástic dlouho předtím, než mohli tuto skutečnost prokázat.
Pouze v 19. století. začaly být analyzovány jako nejmenší složky chemických prvků, které mají specifické vlastnosti atomů - schopnost vstupovat do sloučenin s ostatními v přesně předepsaném množství. Na začátku 20. století se věřilo, že atomy jsou nejmenší částice hmoty, dokud se neprokázalo, že se skládají z ještě menších jednotek.
Z čeho se skládá chemický prvek?
Atom chemického prvku je mikroskopický stavební kámen hmoty. Molekulová hmotnost atomu se stala určujícím znakem této mikročástice. Teprve objev Mendělejevova periodického zákona potvrdil, že jejich typy jsou různými formami jediné hmoty. Jsou tak malé, že je nelze vidět běžnými mikroskopy, pouze těmi nejvýkonnějšími elektronickými zařízeními. Ve srovnání s tím je vlas na lidské ruce milionkrát širší.
Elektronová struktura atomu má jádro, které se skládá z neutronů a protonů a také elektronů, které rotují kolem středu po konstantních drahách, jako planety kolem svých hvězd. Všechny drží pohromadě elektromagnetická síla, jedna ze čtyř hlavních sil ve vesmíru. Neutrony jsou částice s neutrálním nábojem, protony jsou nabity kladným nábojem a elektrony záporným. Ty jsou přitahovány kladně nabitými protony, takže mají tendenci zůstávat na oběžné dráze.
Struktura atomu
V centrální části se nachází jádro, které vyplňuje minimální část celého atomu. Studie ale ukazují, že se v něm nachází téměř celá hmota (99,9 %). Každý atom obsahuje protony, neutrony, elektrony. Počet rotujících elektronů v něm se rovná kladnému centrálnímu náboji. Částice se stejným jaderným nábojem Z, ale různou atomovou hmotností A a počtem neutronů v jádře N se nazývají izotopy a se stejným A a různými Z a N se nazývají izobary. Elektron je nejmenší částice hmoty se záporemelektrický náboj e=1,6 10-19 coulomb. Náboj iontu určuje počet ztracených nebo získaných elektronů. Proces metamorfózy neutrálního atomu na nabitý iont se nazývá ionizace.
Nová verze modelu atomu
Fyzici dosud objevili mnoho dalších elementárních částic. Elektronická struktura atomu má novou verzi.
Předpokládá se, že protony a neutrony, bez ohledu na to, jak malé jsou, se skládají z nejmenších částic zvaných kvarky. Představují nový model pro konstrukci atomu. Jak vědci sbírali důkazy o existenci předchozího modelu, dnes se snaží dokázat existenci kvarků.
RTM je zařízení budoucnosti
Moderní vědci mohou vidět atomové částice látky na monitoru počítače a také je pohybovat po povrchu pomocí speciálního nástroje zvaného skenovací tunelový mikroskop (RTM).
Toto je počítačový nástroj s hrotem, který se velmi jemně pohybuje blízko povrchu materiálu. Jak se hrot pohybuje, elektrony se pohybují mezerou mezi hrotem a povrchem. Přestože materiál vypadá dokonale hladce, ve skutečnosti je na atomární úrovni nerovnoměrný. Počítač vytvoří mapu povrchu hmoty, vytvoří obraz jejích částic, a vědci tak mohou vidět vlastnosti atomu.
Radioaktivní částice
Záporně nabité ionty krouží kolem jádra v dostatečně velké vzdálenosti. Struktura atomu je taková, že je celýje skutečně neutrální a nemá žádný elektrický náboj, protože všechny jeho částice (protony, neutrony, elektrony) jsou v rovnováze.
Radioaktivní atom je prvek, který lze snadno rozdělit. Jeho centrum se skládá z mnoha protonů a neutronů. Jedinou výjimkou je diagram atomu vodíku, který má jeden jediný proton. Jádro je obklopeno oblakem elektronů, je to jejich přitažlivost, která je nutí rotovat kolem středu. Protony se stejným nábojem se navzájem odpuzují.
Toto není problém pro většinu malých částic, které jich mají několik. Některé z nich jsou však nestabilní, zvláště velké, jako je uran, který má 92 protonů. Někdy jeho střed takovou zátěž nevydrží. Říká se jim radioaktivní, protože ze svého jádra vyzařují několik částic. Poté, co se nestabilní jádro zbaví protonů, zbývající protony vytvoří novou dceru. Může být stabilní v závislosti na počtu protonů v novém jádře, nebo se může dále dělit. Tento proces pokračuje, dokud nezůstane stabilní podřízené jádro.
Vlastnosti atomů
Fyzikální a chemické vlastnosti atomu se přirozeně mění z jednoho prvku na druhý. Jsou definovány následujícími hlavními parametry.
Atomová hmotnost. Protože hlavní místo mikročástic zaujímají protony a neutrony, jejich součet určuje počet, který je vyjádřen v jednotkách atomové hmotnosti (amu) Vzorec: A=Z + N.
Atomový poloměr. Poloměr závisí na umístění prvku v systému Mendělejev, chemickévazby, počet sousedních atomů a kvantově mechanické působení. Poloměr jádra je stotisíckrát menší než poloměr samotného prvku. Struktura atomu může ztratit elektrony a stát se pozitivním iontem, nebo přidat elektrony a stát se negativním iontem.
V periodickém systému Mendělejeva zaujímá každý chemický prvek své přidělené místo. V tabulce se velikost atomu zvětšuje při pohybu shora dolů a zmenšuje se při pohybu zleva doprava. Z toho nejmenší prvek je helium a největší cesium.
Valence. Vnější elektronový obal atomu se nazývá valenční obal a elektrony v něm dostaly odpovídající název - valenční elektrony. Jejich počet určuje, jak je atom spojen s ostatními pomocí chemické vazby. Metodou vytvoření poslední mikročástice se snaží naplnit své vnější valenční slupky.
Gravitace, přitažlivost je síla, která udržuje planety na oběžné dráze, protože předměty uvolněné z rukou padají na podlahu. Člověk si více všímá gravitace, ale elektromagnetické působení je mnohonásobně silnější. Síla, která přitahuje (nebo odpuzuje) nabité částice v atomu, je 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 krát silnější než gravitace v atomu. Ale ve středu jádra je ještě silnější síla, která dokáže udržet protony a neutrony pohromadě.
Reakce v jádrech vytvářejí energii jako v jaderných reaktorech, kde dochází k štěpení atomů. Čím těžší prvek, tím více částic jsou jeho atomy postaveny. Pokud sečteme celkový počet protonů a neutronů v prvku, zjistíme hoHmotnost. Například uran, nejtěžší prvek nalezený v přírodě, má atomovou hmotnost 235 nebo 238.
Rozdělení atomu na úrovně
Energetické hladiny atomu jsou velikosti prostoru kolem jádra, kde se elektron pohybuje. Orbitalů je celkem 7, což odpovídá počtu period v periodické tabulce. Čím vzdálenější je umístění elektronu od jádra, tím větší zásobu energie má. Číslo periody udává počet atomových orbitalů kolem jeho jádra. Například Draslík je prvkem 4. periody, což znamená, že má 4 energetické úrovně atomu. Počet chemického prvku odpovídá jeho náboji a počtu elektronů kolem jádra.
Atom je zdrojem energie
Pravděpodobně nejslavnější vědecký vzorec objevil německý fyzik Einstein. Tvrdí, že hmota není nic jiného než forma energie. Na základě této teorie je možné přeměnit hmotu na energii a podle vzorce vypočítat, kolik z ní lze získat. Prvním praktickým výsledkem této transformace byly atomové bomby, které byly nejprve testovány v poušti Los Alamos (USA), a poté explodovaly nad japonskými městy. A ačkoli se jen sedmina výbušniny proměnila v energii, ničivá síla atomové bomby byla strašná.
Aby jádro mohlo uvolnit svou energii, musí se zhroutit. K jeho rozštěpení je nutné působit neutronem zvenčí. Poté se jádro rozpadne na dvě další, lehčí, přičemž se uvolní obrovské množství energie. Rozpad vede k uvolnění dalších neutronů,a pokračují v štěpení dalších jader. Proces se změní v řetězovou reakci, jejímž výsledkem je obrovské množství energie.
Pro a proti používání jaderné reakce v naší době
Destruktivní sílu, která se uvolňuje při přeměně hmoty, se lidstvo snaží zkrotit v jaderných elektrárnách. Zde jaderná reakce neprobíhá ve formě výbuchu, ale jako postupné uvolňování tepla.
Výroba atomové energie má své klady i zápory. Pro udržení naší civilizace na vysoké úrovni je podle vědců nutné využívat tento obrovský zdroj energie. Je ale také třeba vzít v úvahu, že ani nejmodernější vývoj nemůže zaručit úplnou bezpečnost jaderných elektráren. Kromě toho může radioaktivní odpad produkovaný při výrobě energie, pokud je nesprávně skladován, ovlivnit naše potomky na desítky tisíc let.
Po havárii v jaderné elektrárně v Černobylu stále více lidí považuje výrobu jaderné energie za velmi nebezpečnou pro lidstvo. Jedinou bezpečnou elektrárnou tohoto druhu je Slunce se svou obrovskou jadernou energií. Vědci vyvíjejí všechny druhy modelů solárních článků a možná v blízké budoucnosti si lidstvo bude schopno zajistit bezpečnou atomovou energii.
