Атоми, які ви, можливо, чули, представляють найменший можливий шматок будь-якого конкретного виду речовини. Якби вам пощастило мати фунтову цеглу елемента золото (Au), ви могли б розділити її на більш дрібні та дрібні шматочки, поки у вас не залишиться лише атомів золота; можливі подальші поділи, але жоден із отриманих компонентів не є особливим для золота.
Періодична система елементів включає 118 окремих типів атомів (тобто елементів), всі з яких мають унікальну кількість протонів та електронів та однакову кількість нейтронів. Але наскільки крихітною є ця безмежно маленька сутність? Чи є спосіб пов'язати розмір атома до радіусу чогось із вашого власного досвіду?
Які складові частини атома?
Всі атоми містять принаймні один протон, з числом протонів, що визначає ідентичність елемента. Елемент має атомний номер, унікальний ідентифікатор, пов’язаний з номером протона, та символом з однією або двома буквами (наприклад, Ca для кальцію, елемент номер 20 у періодичній таблиці).
У нейтральному незарядженому стані кожен атом має однакову кількість
електрони як це робить протони. Елементи, що починаються з гелію, також містять ряд нейтрони подібний і, як правило, трохи перевищує число протонів. Варіанти елементів з різною кількістю нейтронів називаються ізотопами.Протони є негативними зарядами і згруповані з нейтронами, утворюючи атомне ядро. Тим часом негативно заряджені електрони рухаються на значній відстані від ядра по відношенню до загального розміру атома, як ви детально побачите.
Які сили визначають атомний розмір?
Атоми характеризуються величезною кількістю незайнятого простору, що є, здавалося б, дивним спостереженням про щось і без того настільки мізерне. Атомний радіус зазвичай визначається як відстань від центру ядра до самого зовнішнього електронна орбіталя. У цьому сенсі атом можна зобразити графічно у вигляді кругового, з ядром у центрі та крайньою електронною оболонкою, що утворює дугу кола.
Коли ви рухаєтеся зліва направо вздовж ряду, число протона та електронне число збільшуються на одиницю з кожною зміною елемента. Однак через те, що електрони додаються розсіяним способом завдяки правилам електронно-орбітального заповнення при одночасному зростанні позитивного заряду ядро залишається зосередженим в одному невеликому просторі, електрони підтягуються ближче до ядра, поки благородні гази в період 18 кожного рядок.
Потім, із переходом до наступного ряду, найавтомніші електрони атомів виявляються на абсолютно новому енергетичному рівні, значно збільшуючи атомний радіус. Потім радіуси зменшуються по новому рядку періодичної таблиці, як і раніше.
Який розмір атомного ядра?
Формальної формули атомного радіуса, яка застосовується до всіх атомів, не існує, але в ковалентно зв’язаних атомах радіус можна оцінити, розділивши відстань між атомними ядрами на два.
Атомні радіуси, як правило, визначаються експериментами та відніманням. Якщо відомий радіус одного атома (скажімо, кальцію, приблизно 178 пікометрів або pm, що дорівнює 1,78 10–10 м), а відстань між ядрами молекули селеніду кальцію (CaSe) становить 278 вечора, ви можете відняти 178 з 278, щоб отримати обґрунтовану оцінку радіуса атома селену (100 пм).
З точки зору реальних аналогій, один класичний розмір атома відноситься до спортивного стадіону. радіус ядра сама по собі лише про 1 × 10–15 м незалежно від елемента, і в типовому атомі найвіддаленіший електрон буде близько до футбольного поля, або приблизно на 100 м.
Діаграма розміру атомів
Див. "Ресурси" для графіку, який показує приблизні значення перших 86 елементів періодичної таблиці. Вони варіюються приблизно від 40 вечора для водню до приблизно 240 вечора для цезію.