El nombre "átomo" se traduce del griego como "indivisible". Todo lo que nos rodea (sólidos, líquidos y aire) está formado por miles de millones de estas partículas.
La aparición de la versión sobre el átomo
Los átomos se conocieron por primera vez en el siglo V a. C., cuando el filósofo griego Demócrito sugirió que la materia consiste en partículas diminutas en movimiento. Pero entonces no fue posible verificar la versión de su existencia. Y aunque nadie podía ver estas partículas, la idea fue discutida, porque la única forma en que los científicos podrían explicar los procesos que ocurren en el mundo real. Por lo tanto, creyeron en la existencia de micropartículas mucho antes de que pudieran probar este hecho.
Solo en el siglo XIX. comenzaron a analizarse como los componentes más pequeños de los elementos químicos, que tienen las propiedades específicas de los átomos: la capacidad de entrar en compuestos con otros en una cantidad estrictamente prescrita. A principios del siglo XX se creía que los átomos eran las partículas más pequeñas de la materia, hasta que se demostró que estaban formados por unidades aún más pequeñas.
¿De qué está hecho un elemento químico?
El átomo de un elemento químico es un componente básico microscópico de la materia. El peso molecular del átomo se ha convertido en la característica definitoria de esta micropartícula. Solo el descubrimiento de la ley periódica de Mendeleev comprobó que sus tipos son varias formas de una sola materia. Son tan pequeños que no se pueden ver con microscopios ordinarios, solo con los dispositivos electrónicos más potentes. En comparación, un cabello en una mano humana es un millón de veces más ancho.
La estructura electrónica de un átomo tiene un núcleo, que consta de neutrones y protones, así como de electrones, que realizan revoluciones alrededor del centro en órbitas constantes, como los planetas alrededor de sus estrellas. Todos ellos se mantienen unidos por la fuerza electromagnética, una de las cuatro fuerzas principales del universo. Los neutrones son partículas con carga neutra, los protones tienen carga positiva y los electrones negativa. Estos últimos se sienten atraídos por los protones cargados positivamente, por lo que tienden a permanecer en órbita.
Estructura del átomo
En la parte central hay un núcleo que llena la parte mínima de todo el átomo. Pero los estudios muestran que casi la totalidad de la masa (99,9%) se encuentra en ella. Cada átomo contiene protones, neutrones, electrones. El número de electrones giratorios en él es igual a la carga central positiva. Las partículas con la misma carga nuclear Z, pero diferente masa atómica A y el número de neutrones en el núcleo N se llaman isótopos, y con la misma A y diferente Z y N se llaman isóbaras. El electrón es la partícula más pequeña de la materia con un negativocarga eléctrica e=1,6 10-19 coulomb. La carga de un ion determina el número de electrones perdidos o ganados. El proceso de metamorfosis de un átomo neutro en un ion cargado se denomina ionización.
Nueva versión del modelo atómico
Los físicos han descubierto muchas otras partículas elementales hasta la fecha. La estructura electrónica del átomo tiene una nueva versión.
Se cree que los protones y los neutrones, sin importar cuán pequeños sean, consisten en las partículas más pequeñas llamadas quarks. Constituyen un nuevo modelo para la construcción del átomo. Así como los científicos solían recopilar pruebas de la existencia del modelo anterior, hoy intentan probar la existencia de los quarks.
RTM es el dispositivo del futuro
Los científicos modernos pueden ver partículas atómicas de una sustancia en un monitor de computadora, así como moverlas sobre la superficie usando una herramienta especial llamada microscopio de efecto túnel (RTM).
Esta es una herramienta computarizada con una punta que se mueve muy suavemente cerca de la superficie del material. A medida que se mueve la punta, los electrones se mueven a través del espacio entre la punta y la superficie. Aunque el material parece perfectamente liso, en realidad es desigual a nivel atómico. La computadora hace un mapa de la superficie de la materia, creando una imagen de sus partículas, y así los científicos pueden ver las propiedades del átomo.
Partículas radiactivas
Los iones cargados negativamente circulan alrededor del núcleo a una distancia suficientemente grande. La estructura de un átomo es tal que es todoes verdaderamente neutral y no tiene carga eléctrica porque todas sus partículas (protones, neutrones, electrones) están en equilibrio.
Un átomo radiactivo es un elemento que se puede dividir fácilmente. Su centro consta de muchos protones y neutrones. La única excepción es el diagrama del átomo de hidrógeno, que tiene un solo protón. El núcleo está rodeado por una nube de electrones, es su atracción la que los hace girar alrededor del centro. Los protones con la misma carga se repelen.
Esto no es un problema para la mayoría de las partículas pequeñas que tienen varias de ellas. Pero algunos de ellos son inestables, especialmente los grandes como el uranio, que tiene 92 protones. A veces su centro no puede soportar tal carga. Se llaman radiactivos porque emiten varias partículas desde su núcleo. Después de que el núcleo inestable se haya deshecho de los protones, los protones restantes forman una nueva hija. Puede ser estable según el número de protones en el nuevo núcleo, o puede dividirse aún más. Este proceso continúa hasta que queda un núcleo secundario estable.
Propiedades de los átomos
Las propiedades físicas y químicas de un átomo cambian naturalmente de un elemento a otro. Están definidos por los siguientes parámetros principales.
Masa atómica. Dado que el lugar principal de las micropartículas lo ocupan los protones y los neutrones, su suma determina el número, que se expresa en unidades de masa atómica (uma) Fórmula: A=Z + N.
Radio atómico. El radio depende de la ubicación del elemento en el sistema de Mendeleev, químicaenlaces, número de átomos vecinos y acción mecánica cuántica. El radio del núcleo es cien mil veces menor que el radio del elemento mismo. La estructura de un átomo puede perder electrones y convertirse en un ion positivo, o agregar electrones y convertirse en un ion negativo.
En el sistema periódico de Mendeleev, cualquier elemento químico ocupa su lugar asignado. En la tabla, el tamaño de un átomo aumenta al moverse de arriba hacia abajo y disminuye al moverse de izquierda a derecha. De esto, el elemento más pequeño es el helio y el más grande es el cesio.
Valencia. La capa externa de electrones de un átomo se llama capa de valencia, y los electrones en ella han recibido el nombre correspondiente: electrones de valencia. Su número determina cómo un átomo se conecta a los demás por medio de un enlace químico. Mediante el método de creación de la última micropartícula, intentan llenar sus capas de valencia externas.
Gravedad, la atracción es la fuerza que mantiene a los planetas en órbita, por eso los objetos que se sueltan de las manos caen al suelo. Una persona nota más la gravedad, pero la acción electromagnética es muchas veces más poderosa. La fuerza que atrae (o repele) partículas cargadas en un átomo es 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 veces más poderosa que la gravedad en él. Pero hay una fuerza aún más fuerte en el centro del núcleo que puede mantener juntos los protones y los neutrones.
Las reacciones en los núcleos crean energía como en los reactores nucleares donde los átomos se dividen. Cuanto más pesado es el elemento, más partículas están formadas por sus átomos. Si sumamos el número total de protones y neutrones en un elemento, lo encontramosmasa. Por ejemplo, el uranio, el elemento más pesado que se encuentra en la naturaleza, tiene una masa atómica de 235 o 238.
Dividir un átomo en niveles
Los niveles de energía de un átomo son del tamaño del espacio alrededor del núcleo, donde el electrón está en movimiento. Hay 7 orbitales en total, correspondientes al número de períodos en la tabla periódica. Cuanto más distante esté la ubicación del electrón del núcleo, mayor será la reserva de energía que tiene. El número de período indica el número de orbitales atómicos alrededor de su núcleo. Por ejemplo, el potasio es un elemento del 4º período, lo que significa que tiene 4 niveles de energía del átomo. El número de un elemento químico corresponde a su carga y al número de electrones alrededor del núcleo.
El átomo es una fuente de energía
Probablemente la fórmula científica más famosa fue descubierta por el físico alemán Einstein. Ella afirma que la masa no es más que una forma de energía. Según esta teoría, es posible convertir la materia en energía y calcular mediante la fórmula cuánto se puede obtener. El primer resultado práctico de esta transformación fueron las bombas atómicas, que primero se probaron en el desierto de Los Álamos (EE. UU.) y luego explotaron sobre ciudades japonesas. Y aunque solo una séptima parte del explosivo se convirtió en energía, el poder destructivo de la bomba atómica fue terrible.
Para que el núcleo libere su energía, debe colapsar. Para dividirlo, es necesario actuar con un neutrón desde el exterior. Luego, el núcleo se rompe en otros dos, más ligeros, al tiempo que proporciona una gran liberación de energía. La descomposición conduce a la liberación de otros neutrones,y continúan dividiendo otros núcleos. El proceso se convierte en una reacción en cadena, lo que genera una enorme cantidad de energía.
Pros y contras de usar la reacción nuclear en nuestro tiempo
Fuerza destructiva, que se libera durante la transformación de la materia, la humanidad está tratando de domesticar en las centrales nucleares. Aquí, la reacción nuclear no tiene lugar en forma de explosión, sino como una liberación gradual de calor.
La producción de energía atómica tiene sus pros y sus contras. Según los científicos, para mantener nuestra civilización a un alto nivel, es necesario utilizar esta enorme fuente de energía. Pero también hay que tener en cuenta que ni siquiera los desarrollos más modernos pueden garantizar la seguridad total de las centrales nucleares. Además, los desechos radiactivos producidos durante la producción de energía, si se almacenan de manera inadecuada, pueden afectar a nuestros descendientes durante decenas de miles de años.
Después del accidente en la central nuclear de Chernobyl, cada vez más personas consideran que la producción de energía nuclear es muy peligrosa para la humanidad. La única planta de energía segura de este tipo es el Sol con su enorme energía nuclear. Los científicos están desarrollando todo tipo de modelos de células solares y, tal vez, en un futuro próximo, la humanidad podrá autoabastecerse de energía atómica segura.
