วิธีการกำหนดลักษณะขนาดของอะตอม

คุณอาจเคยได้ยินว่าอะตอมเป็นตัวแทนของสสารที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากคุณโชคดีที่มีอิฐหนึ่งปอนด์ของธาตุทองคำ (Au) คุณสามารถแบ่งอิฐออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ และเล็กกว่าได้จนกว่าคุณจะเหลือเพียงอะตอมทองคำเท่านั้น อาจมีการแบ่งแยกเพิ่มเติม แต่ไม่มีส่วนประกอบใดที่เป็นผลลัพธ์เฉพาะกับทองคำ

ตารางธาตุประกอบด้วยอะตอม 118 ประเภท (นั่นคือธาตุ) ซึ่งทั้งหมดมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเฉพาะตัวและจำนวนนิวตรอนใกล้เคียงกัน แต่สิ่งเล็กๆ น้อยๆ นี้ช่างเล็กเพียงไร? มีวิธีที่เกี่ยวข้อง ขนาดของอะตอม จนถึงรัศมีของสิ่งใดในประสบการณ์ของคุณเอง?

อะตอมทั้งหมดมีอย่างน้อยหนึ่ง โปรตอน, ด้วยเลขโปรตอนเป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์ของธาตุ องค์ประกอบมีเลขอะตอม ตัวระบุเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับเลขโปรตอนและมีสัญลักษณ์หนึ่งหรือสองตัวอักษร (เช่น Ca สำหรับแคลเซียม องค์ประกอบหมายเลข 20 ในตารางธาตุ)

ในสถานะเป็นกลาง ไม่มีประจุ ทุกอะตอมมีจำนวน .เท่ากัน อิเล็กตรอน เช่นเดียวกับโปรตอน ธาตุที่ขึ้นต้นด้วยฮีเลียมยังมีจำนวน number นิวตรอน คล้ายกันและมักจะเกินจำนวนโปรตอนเล็กน้อย ตัวแปรของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันเรียกว่าไอโซโทป

โปรตอนเป็นประจุลบและรวมกลุ่มกับนิวตรอนเพื่อสร้างนิวเคลียสของอะตอม ในขณะเดียวกัน อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะพุ่งออกจากนิวเคลียสในระยะห่างพอสมควรกับขนาดโดยรวมของอะตอม ดังที่คุณเห็นในรายละเอียด

อะตอมมีลักษณะเฉพาะด้วยพื้นที่ว่างจำนวนมหาศาลซึ่งเป็นข้อสังเกตที่แปลกประหลาดเกี่ยวกับบางสิ่งที่เล็กมากอยู่แล้ว โดยปกติรัศมีอะตอมถูกกำหนดเป็นระยะทางจากศูนย์กลางของนิวเคลียสไปยังนอกสุด การโคจรของอิเล็กตรอน. ในแง่นี้ อะตอมสามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกเป็นวงกลม โดยมีนิวเคลียสอยู่ตรงกลางและเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดก่อรูปส่วนโค้งของวงกลม

ในขณะที่คุณเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวาตามแถว หมายเลขโปรตอนและจำนวนอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นทีละหนึ่งเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบในแต่ละครั้ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกเติมในลักษณะกระจัดกระจายตามกฎของการเติมอิเล็กตรอน-ออร์บิทัลในขณะที่ประจุบวกที่เพิ่มขึ้นของ นิวเคลียสยังคงกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่เล็กๆ แห่งหนึ่ง โดยดึงอิเล็กตรอนเข้าไปใกล้นิวเคลียสจนเกิดก๊าซมีตระกูลในช่วง 18 แถว.

จากนั้น เมื่อข้ามไปยังแถวถัดไป อิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของอะตอมจะพบในระดับพลังงานใหม่ทั้งหมด ซึ่งทำให้รัศมีอะตอมเพิ่มขึ้นอย่างมาก จากนั้นรัศมีจะลดลงตามแถวใหม่ในตารางธาตุเช่นเดิม

ไม่มีสูตรรัศมีอะตอมที่เป็นทางการที่ใช้กับอะตอมทั้งหมด แต่ในอะตอมที่มีพันธะโควาเลนต์ รัศมีสามารถประมาณได้โดยการหารระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมด้วยสอง

โดยทั่วไปรัศมีอะตอมถูกกำหนดโดยการทดลองและการลบ ถ้าทราบรัศมีของอะตอมหนึ่ง (เช่น แคลเซียม ประมาณ 178 พิโคเมตร หรือ pm เท่ากับ 1.78 10^–10 m) และระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของโมเลกุลแคลเซียมซีลีไนด์ (CaSe) คือ 278 น. คุณสามารถลบ 178 จาก 278 เพื่อรับค่าประมาณของรัศมีของอะตอมซีลีเนียมที่สมเหตุสมผล (100 น.)

ในแง่ของการเปรียบเทียบในโลกแห่งความเป็นจริง การเปรียบเทียบอะตอมขนาดคลาสสิกหนึ่งขนาดเกี่ยวข้องกับสนามกีฬา รัศมีของนิวเคลียส ตัวมันเองเป็นเพียงเกี่ยวกับ 1 × 10^–15 ม โดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบ และในอะตอมทั่วไป อิเล็กตรอนที่อยู่นอกสุดจะอยู่ใกล้กับสนามฟุตบอลห่างออกไป หรือประมาณ 100 เมตร

ดูแหล่งข้อมูลสำหรับกราฟที่แสดงค่าโดยประมาณขององค์ประกอบ 86 อันดับแรกในตารางธาตุ สิ่งเหล่านี้แตกต่างกันไปตั้งแต่ประมาณ 40 น. สำหรับไฮโดรเจนไปจนถึงประมาณ 240 น. สำหรับซีเซียม