Budowa Atomu

Atom - (z gr. ἄτομος atomos: „niepodzielny”) najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii; najmniejsza część pierwiastka chemicznego, która posiada właściwości chemiczne tego pierwiastka, oraz wchodzi w związki chemiczne.

Atom nie jest, wbrew temu co oznacza jego nazwa, niepodzielny, lecz składa się z dodatnio naładowanego jądra, w którym skupiona jest prawie cała masa atomu, oraz z charakterystycznej dla każdego pierwiastka liczby elektronów naładowanych ujemnie, które krążąc wokół jądra po torach eliptycznych lub kołowych tworzą powłoki elektronowe.

Budowa wewnętrzna

Atom składa się z trzech rodzajów cząstek: protonów, neutronów oraz elektronów.

Proton ma masę spoczynkową wynoszącą 1,007596 jednostek masy atomowej i posiada ładunek elektryczny +1. Proton uwalnia się w niektórych przemianach jądrowych.

Neutron ma masę spoczynkową wynoszącą 1,0088 jednostek masy atomowej i ładunek elektryczny zerowy. Neutrony występują obficiej w materii niż protony, ale mogą istnieć tylko w stanie związanym wewnątrz jąder atomowych.

Elektron ma masę wynoszącą 9,108 ∙ 10^-28g. Ujemny ładunek elektronu wynosi 4,8029 ∙ 10^-10 jednostek elektrostatycznych. Elektrony tworzą zewnętrzne powłoki atomu, skąd mogą być wyrwane w procesie jonizacji.

W normalnym stanie atom jest elektrycznie obojętny - liczba elektronów jest równa ładunkowi jądra. Poprzez przyjęcie, lub oddanie, elektronów do swej powłoki atom uzyskuje ładunek elektryczny - powstaje tzw. jon.

Wartościowość

Wartościowość pierwiastka określona jest liczbą elektro­nów znajdujących się na zewnętrznej powłoce elektronowej jego atomu; w przypadku atomu o dużej liczbie atomowej, wobec łatwe­go przechodzenia elektronów do innych warstw, wartościowość może się zmieniać. Najmniejszą liczbę elektronów - jeden ma atom wodoru; masa tego najlżejszego atomu wynosi 1,6733 -10²⁴ g, zaś jego promień ok. 5 ∙ 10⁹ cm.

Modele budowy atomu

Model atomu Rutherforda - atomy przypominają miniatury układu słonecznego, elektrony poruszają się wokół jądra: A) jądro, B) elektron.

Model atomu Bohra - aby wyjaśnić stabilność atomu wprowadza pojęcie skwantowanych orbit elektronów: A) jądro, B) elektron, C) orbita elektronu.

Model Schrodingera - pomysł precyzyjnie określonych orbit elektronów został zastąpiony opisem obszarów przestrzeni (nazywanych orbitalami), gdzie najprawdopodobniej znajdują się elektrony: A - orbital s: elektrony znajdują się w obszarach takich jak ten. Obszar zacieniony pokazuje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w pewnej odległości. W kwantowej teorii atomu stan poszczególnych elektronów opisują funkcje falowe, scharakteryzowane 4 liczbami kwantowymi. Główna liczba kwantowa n przyjmuje wartości całkowite (począwszy od 1) i określa powłokę elektronową, na której znajduje się elektron. Powłoki te oznaczone są kolejno (poczynając od powłoki najbliższej jądra) literami K, L, M, N, O, P, Q. Każda powłoka o n większym od 1 składa się z kilku podpowłok elektronowych, określonych orbitalną (poboczna) liczbą kwantową l, która przyjmuje wartości całkowite od 0 do n-1. Kolejnym wartościom liczby kwantowej l odpowiadają podpowłoki elektronowe oznaczone literami s, p, d, f. Trzecia liczba kwantowa - magnetyczna liczba kwantowa m przyjmuje (dla danego l) 2l+1 wartości, czwarta - spinowa liczba kwantowa s przyjmuje dwie wartości +1/2 i -1/2. Zgodnie z zakazem Pauliego, w danym stanie energetycznym opisanym przez czwórkę liczb kwantowych może znajdować się w atomie tylko jeden elektron, stąd w każdej powłoce może być 2n² elektronów (w powłokach K, L, M, N, O, P, Q odpowiednio 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98; w podpowłokach s, p, d, f - 2, 6, 10, 14 elektronów). Konfigurację elektronową (zapis rozmieszczenia elektronów w poszczególnych powłokach i podpowłokach) opisuje się za pomocą liczb kwantowych n i l.

Właściwości chemiczne

Własności chemiczne atomu zależą od liczby elektronów - liczba ta jest równa liczbie atomowej (nume­rowi pierwiastka w układzie okresowym). Procesy zachodzą­ce w jądrze atomowym mogą doprowadzić do zmiany ładunku jądra, wskutek czego z atomu jakiegoś pierwiastka tworzy się atom innego pierwiastka (lub atomy innych pierwiastków).

Rozmiary atomu

Po przeprowadzeniu licznych eksperymentów chemicznych stwierdzono, że masy atomów są w przybliżeniu wielokrotnościami masy atomu wodoru. Ustalono, że masa atomu wodoru wynosi 1u. Jednak od roku 1961 jako definicję tej jednostki przyjęto 1/12 masy atomu węgla
, czyli:

1u = 1,6605387313 ∙ 10−24g

Ustalono również tzw. liczbę Avogadro, która jest równa liczbie atomów zawartych w 12 gramach izotopu węgla
. Wprowadzono też jednostkę liczebności - 1mol, która równa się liczbie Avogadro. Aktualnie najbardziej dokładna wartość liczby Avogadro (1 mol) wynosi:

N_A = 602.214.199.474.747.474.747.474

Bibliografia

„Mały Słownik Chemiczny”, Wiedza Powszechna, Warszawa 1971

http://portalwiedzy.onet.pl/encyklopedia.html

http://pl.wikibooks.org/wiki/Strona_główna

Hubert Skrzypulec 06.03.2007

ZIP 1.2 Zabrze

1. Model Rutherforda

2. Model Bohra

3. Model Schrodingera

---