Durante mucho tiempo, muchas propiedades de la materia permanecieron en secreto para los investigadores. ¿Por qué algunas sustancias conducen bien la electricidad y otras no? ¿Por qué el hierro se descompone gradualmente bajo la influencia de la atmósfera, mientras que los metales nobles se conservan perfectamente durante miles de años? Muchas de estas preguntas fueron respondidas después de que una persona se dio cuenta de la estructura del átomo: su estructura, la cantidad de electrones en cada capa de electrones. Además, dominar incluso los conceptos básicos de la estructura de los núcleos atómicos abrió una nueva era para el mundo.
¿De qué elementos se construye el ladrillo elemental de la materia? ¿Cómo interactúan entre sí? ¿Qué podemos aprender de esto?
La estructura del átomo desde el punto de vista de la ciencia moderna
Actualmente, la mayoría de los científicos tienden a adherirse al modelo planetario de la estructura de la materia. Según este modelo, en el centro de cada átomo hay un núcleo, diminuto incluso en comparación con el átomo (es decenas de miles de veces más pequeño que todo el átomo).átomo). Pero no se puede decir lo mismo de la masa del núcleo. Casi toda la masa de un átomo se concentra en el núcleo. El núcleo tiene carga positiva.
Los electrones giran alrededor del núcleo en diferentes órbitas, no circulares, como es el caso de los planetas del sistema solar, sino tridimensionales (esferas y ochos de volumen). El número de electrones en un átomo es numéricamente igual a la carga del núcleo. Pero es muy difícil considerar un electrón como una partícula que se mueve a lo largo de algún tipo de trayectoria.
Su órbita es pequeña y la velocidad es casi como la de un haz de luz, por lo que es más correcto considerar al electrón junto con su órbita como una especie de esfera cargada negativamente.
Miembros de la familia nuclear
Todos los átomos están formados por 3 elementos constituyentes: protones, electrones y neutrones.
El protón es el principal material de construcción del núcleo. Su peso es igual a una unidad atómica (la masa de un átomo de hidrógeno) o 1,67 ∙ 10-27 kg en el sistema SI. La partícula tiene carga positiva y su carga se toma como una unidad en el sistema de cargas eléctricas elementales.
El neutrón es el gemelo de masa del protón, pero no está cargado de ninguna manera.
Las dos partículas anteriores se llaman nucleidos.
Un electrón es lo opuesto a un protón con carga (la carga elemental es −1). Pero en términos de peso, el electrón nos defraudó, su masa es de solo 9, 12 ∙ 10-31 kg, que es casi 2 mil veces más ligero que un protón o un neutrón.
Cómo fue "visto"
¿Cómo se puede ver la estructura del átomo, si ni los medios técnicos más modernos permiteny a corto plazo no permitirá obtener imágenes de sus partículas constituyentes. ¿Cómo supieron los científicos la cantidad de protones, neutrones y electrones en el núcleo y su ubicación?
La suposición acerca de la estructura planetaria de los átomos se hizo sobre la base de los resultados del bombardeo de una lámina metálica delgada con varias partículas. La figura muestra claramente cómo varias partículas elementales interactúan con la materia.
El número de electrones que atravesaron el metal en los experimentos fue igual a cero. Esto se explica de forma sencilla: los electrones cargados negativamente son repelidos desde las capas de electrones del metal, que también tienen una carga negativa.
El haz de protones (carga +) atravesó la lámina, pero con "pérdidas". Algunos fueron repelidos por los núcleos que se interpusieron en el camino (la probabilidad de tales impactos es muy pequeña), algunos se desviaron de la trayectoria original, volando demasiado cerca de uno de los núcleos.
Los neutrones se convirtieron en los más "efectivos" en términos de vencer al metal. Una partícula con carga neutra se perdió solo en el caso de una colisión directa con el núcleo de la sustancia, mientras que el 99,99% de los neutrones atravesaron con éxito el espesor del metal. Por cierto, fue posible calcular el tamaño de los núcleos de ciertos elementos químicos en función del número de neutrones en la entrada y la salida.
Con base en los datos obtenidos, se construyó la teoría actualmente dominante de la estructura de la materia, que explica con éxito la mayoría de los problemas.
Qué y cuánto
El número de electrones en un átomo depende del número atómico. Por ejemplo, un átomo de hidrógeno ordinario tienesolo un protón. Un solo electrón está dando vueltas en una órbita. El siguiente elemento de la tabla periódica, el helio, es un poco más complicado. Su núcleo consta de dos protones y dos neutrones y, por lo tanto, tiene una masa atómica de 4.
Con el crecimiento del número de serie, crece el tamaño y la masa del átomo. El número de serie de un elemento químico en la tabla periódica corresponde a la carga del núcleo (el número de protones en él). El número de electrones en un átomo es igual al número de protones. Por ejemplo, un átomo de plomo (número atómico 82) tiene 82 protones en su núcleo. Hay 82 electrones en órbita alrededor del núcleo. Para calcular el número de neutrones en un núcleo, basta con restar el número de protones de la masa atómica:
207 – 82=125.
¿Por qué siempre hay números iguales?
Todos los sistemas de nuestro universo luchan por la estabilidad. Aplicado al átomo, esto se expresa en su neutralidad. Si por un segundo imaginamos que todos los átomos sin excepción en el Universo tienen una u otra carga de diferentes magnitudes con diferentes signos, uno puede imaginar qué tipo de caos vendría en el mundo.
Pero como el número de protones y electrones en un átomo es igual, la carga total de cada "ladrillo" es cero.
El número de neutrones en un átomo es un valor independiente. Además, los átomos de un mismo elemento químico pueden tener un número diferente de estas partículas con carga cero. Ejemplo:
- 1 protón + 1 electrón + 0 neutrones=hidrógeno (masa atómica 1);
- 1 protón + 1 electrón + 1 neutrón=deuterio (masa atómica 2);
- 1 protón + 1 electrón + 2neutrón=tritio (masa atómica 3).
En este caso, el número de electrones en el átomo no cambia, el átomo permanece neutral, su masa cambia. Estas variaciones de elementos químicos se denominan isótopos.
¿Un átomo es siempre neutral
No, el número de electrones en un átomo no siempre es igual al número de protones. Si uno o dos electrones no pudieran ser "quitados" de un átomo por un tiempo, no existiría tal cosa como la galvanización. Un átomo, como cualquier materia, puede ser influenciado.
Bajo la influencia de un campo eléctrico suficientemente fuerte de la capa externa del átomo, uno o más electrones pueden "salir volando". En este caso, la partícula de la sustancia deja de ser neutra y se denomina ion. Puede moverse en un medio gaseoso o líquido, transfiriendo una carga eléctrica de un electrodo a otro. De esta manera, se almacena una carga eléctrica en las baterías, y las películas más delgadas de algunos metales se aplican a las superficies de otros (dorado, plateado, cromado, niquelado, etc.).
El número de electrones también es inestable en los metales - conductores de corriente eléctrica. Los electrones de las capas exteriores, por así decirlo, caminan de átomo en átomo, transfiriendo energía eléctrica a través del conductor.
