Być może słyszałeś, że atomy reprezentują najmniejszą możliwą cząstkę dowolnego rodzaju materii. Jeśli miałeś szczęście mieć jedną funtową cegłę pierwiastka złota (Au), możesz podzielić ją na coraz mniejsze kawałki, aż do momentu, gdy pozostałyby tylko atomy złota; możliwe są dalsze podziały, ale żaden z powstałych składników nie dotyczy złota.
Układ okresowy pierwiastków zawiera 118 poszczególnych typów atomów (czyli pierwiastków), z których wszystkie mają unikalną liczbę protonów i elektronów oraz podobną liczbę neutronów. Ale jak maleńka jest ta nieskończenie mała istota? Czy istnieje sposób na powiązanie wielkość atomu do promienia czegokolwiek w twoim własnym doświadczeniu?
Jakie są części atomu?
Wszystkie atomy zawierają co najmniej jeden proton, z liczbą protonową określającą tożsamość pierwiastka. Pierwiastek ma liczbę atomową, unikalny identyfikator powiązany z liczbą protonów oraz jedno- lub dwuliterowy symbol (np. Ca dla wapnia, pierwiastek 20 w układzie okresowym).
W stanie neutralnym, nienaładowanym, każdy atom ma taką samą liczbę
elektrony tak samo jak protony. Pierwiastki zaczynające się od helu zawierają również szereg neutrony podobny i zwykle nieco przekraczający liczbę protonów. Warianty pierwiastków o różnej liczbie neutronów nazywane są izotopami.Protony mają ładunki ujemne i są zgrupowane z neutronami, tworząc jądro atomowe. W międzyczasie, ujemnie naładowane elektrony przemieszczają się w znacznych odległościach od jądra w stosunku do całkowitego rozmiaru atomu, jak zobaczysz szczegółowo.
Jakie siły determinują wielkość atomu?
Atomy charakteryzują się ogromną ilością wolnej przestrzeni, co jest pozornie dziwną obserwacją o czymś tak maleńkim. Promień atomowy jest zwykle definiowany jako odległość od środka jądra do najbardziej zewnętrznego orbital elektronowy. W tym sensie atom można przedstawić graficznie jako kołowy, z jądrem w środku i najbardziej zewnętrzną powłoką elektronową tworzącą łuk koła.
Gdy przesuwasz się od lewej do prawej wzdłuż rzędu, liczba protonów i liczba elektronów wzrastają o jeden z każdą zmianą pierwiastka. Ponieważ jednak elektrony są dodawane w sposób rozproszony dzięki zasadom wypełniania elektronowo-orbitalnego przy rosnącym ładunku dodatnim jądro pozostaje skoncentrowane w jednej małej przestrzeni, elektrony są przyciągane bliżej jądra, aż gazy szlachetne w okresie 18 każdego rząd.
Następnie, przeskakując do następnego rzędu, najbardziej zewnętrzne elektrony atomów znajdują się na zupełnie nowym poziomie energii, znacznie zwiększając promień atomu. Następnie promienie zmniejszają się wzdłuż nowego rzędu w układzie okresowym, jak poprzednio.
Jaka jest wielkość jądra atomowego?
Nie ma formalnego wzoru na promień atomu, który można by zastosować do wszystkich atomów, ale w atomach związanych kowalencyjnie promień można oszacować, dzieląc odległość między jądrami atomowymi przez dwa.
Promienie atomowe są zwykle określane przez eksperymentowanie i odejmowanie. Jeśli znany jest promień jednego atomu (powiedzmy wapnia, około 178 pikometrów lub pm, równy 1,78 10–10 m), a odległość między jądrami cząsteczki selenku wapnia (CaSe) wynosi 278 μm, możesz odjąć 178 od 278, aby uzyskać rozsądne oszacowanie promienia atomu selenu (100 μm).
Jeśli chodzi o analogie ze świata rzeczywistego, jeden klasyczny rozmiar porównania atomów odnosi się do stadionu sportowego. promień jądra samo w sobie jest tylko o 1 × 10–15 m niezależnie od pierwiastka i w typowym atomie, najbardziej zewnętrzny elektron byłby blisko boiska piłkarskiego, czyli około 100 m.
Tabela rozmiarów atomów
Zobacz Zasoby dla wykresu przedstawiającego przybliżone wartości pierwszych 86 pierwiastków w układzie okresowym. Różnią się one od około 40 µm dla wodoru do około 240 µm dla cezu.