7. Materia składa się z atomów

7. Materia składa się z atomów

Powietrze, woda, bakterie, ludzie, komputery, gwiazdy: wszystko zbudowane jest z atomów, choć paradoksalnie atom zieje pustką. Cała jego masa skupia się w jądrze. W przestrzeni otaczającej jądro rozciągającej się na odległość 10 tysięcy razy większą od jego średnicy krąży zaledwie kilka elektronów, na przykład w atomie węgla – 6. Nasze ciała, mimo że wydają się „nabite”, są prawie zupełnie puste.

Ciąg dalszy – pod reklamą.

Doświadczenia

Wykorzystanie technologii cyfrowej jest konieczne (a z PASCO – także łatwe).

Kodowanie

Naukę programowania najlepiej oprzeć o zjawiska obserwowane na co dzień.

STEM

Jak metodę STEM stosować w szkole wszędzie, nie tylko na informatyce?

PASCO w szkole

Obejrzyj krótkie filmiki przedstawiające różne aspekty nauczania w szkole.

Typowy atom ma wielkość około dwóch dziesięciomiliardowych części metra. A zatem dwadzieścia milionów atomów ułożonych w rządku miałoby długość czterech milimetrów.

Centrum każdego atomu, zwane jądrem, składa się z dodatnio naładowanych protonów i nienaładowanych neutronów. Liczba dodatnio naładowanych protonów jądrze atomu nosi nazwę liczby atomowej.

Rysunek przedstawia wizualizację atomu helu. Zaczernione pole reprezentuje chmurę elektronową. Stopień zaciemnienia określa prawdopodobieństwo „spotkania” w danym miejscu elektronu. Jadro atomu jest w rzeczywistości o wiele mniejsze i symetryczne sferycznie.

Źródło: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Helium_atom_QMuniv.svg, Licencja CC BY-SA 3.0

Wokół tego gęstego skupiska protonów i neutronów znajdują się ujemnie naładowane elektrony, które poruszają się w sposób dość nieprzewidywalny. Pierwotnie sądzono, że elektrony krążą wokół jądra w sposób przypominający krążenie planet wokół słońca. To tak zwany „model układu słonecznego” atomu, za który odpowiedzialny jest Niels Bohr. Model ten jest zbyt uproszczony i niepoprawny, ale wystarcza do pewnych obliczeń i dlatego nadal uczymy się o nim na lekcjach chemii w szkole. Ostatecznie model ten został zastąpiony bardziej złożonym modelem orbitali atomowych. Elektrony, podobnie jak fotony, mają bowiem właściwości zarówno cząsteczek, jak i fal.

Na temat Nielsa Bohra, jego koncepcji i odkryć możesz przeczytać także w osobnym artykule.

Wszystkie znane atomy zapisano w układzie okresowym Mendelejewa, który jest podstawą na każdej lekcji chemii. Tabela porządkuje atomy na różne sposoby, z których dwa są szczególnie ważne. Po pierwsze, atomy są ułożone według rosnącej liczby atomowej, która reprezentuje liczbę protonów i określa każdy pierwiastek. Po drugie, każda kolumna tabeli przedstawia liczbę elektronów (tzw. elektroujemność) powłoki zewnętrznej w każdym atomie. Jest to ważne, ponieważ elektrony powłoki zewnętrznej w dużej mierze decydują o rodzaju reakcji chemicznych, w których atomy będą uczestniczyć.

Być może najbardziej fascynującym aspektem układu okresowego jest to, jak powstał. Rosyjski chemik Dymitr Mendelejew jako pierwszy stworzył współczesny układ okresowy. Brakowało w niej jednak pierwiastków. Korzystając ze swojej tabeli, przewidział on prawidłowo istnienie pierwiastków, które zostały odkryte dopiero po jego śmierci. Dziś znamy 118 pierwiastków, a liczby atomowe rosną od 1 do 110, dokładnie o 1.

Po odkryciu jądra atomowego i sformułowaniu w latach dwudziestych XX wieku praw opisujących ruch elektronów wokół niego stało się jasne, że układ okresowy pierwiastków jest obrazem rozwiązań równania Schrödingera, opisujących prawdopodobne położenie elektronów wokół jądra atomu. Elektrony tworzą taką konfigurację, aby jej energia była jak najniższa, ale dany orbital mogą zajmować co najwyżej dwa elektrony.

Elektrony w atomach są umiejscowione na kolejnych powłokach o ściśle określonej maksymalnej liczbę elektronów, jaka może się na nich zmieścić. Kolejne powłoki są zajmowane przez elektrony dopiero po całkowitym zapełnieniu powłok o mniejszej energii. Zjawisko to wynika z zakazu Pauliego. Na jednym orbitalu mogą znajdować się najwyżej dwa elektrony o różnym spinie. Elektrony powłoki walencyjnej (zewnętrznej) są najsłabiej związane z atomem, a więc najbardziej narażone na oderwanie się od orbity i spotkanie z „obcym” elektronem. Tak zachodzą reakcje chemiczne, które tworzą sól kuchenną, plastikowe torebki, oko i bakterię. Każdy związek chemiczny.

Wracając do początku, co sprawia, że nasze ciała są zwarte, skoro składające się na nie atomy są właściwie puste w środku?

Udostępnij: