Untuk waktu yang lama banyak sifat materi tetap menjadi rahasia bagi para peneliti. Mengapa beberapa zat dapat menghantarkan listrik dengan baik, sementara yang lain tidak? Mengapa besi secara bertahap terurai di bawah pengaruh atmosfer, sedangkan logam mulia terawetkan dengan sempurna selama ribuan tahun? Banyak dari pertanyaan ini dijawab setelah seseorang menyadari struktur atom: strukturnya, jumlah elektron di setiap lapisan elektron. Selain itu, menguasai bahkan dasar-dasar struktur inti atom membuka era baru bagi dunia.
Dari elemen apa bata dasar materi dibangun, bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain, apa yang dapat kita pelajari dari ini?
Struktur atom dalam pandangan ilmu pengetahuan modern
Saat ini, sebagian besar ilmuwan cenderung mengikuti model planet dari struktur materi. Menurut model ini, di pusat setiap atom terdapat nukleus, sangat kecil bahkan jika dibandingkan dengan atom (berpuluh-puluh ribu kali lebih kecil dari keseluruhanatom). Tetapi hal yang sama tidak dapat dikatakan tentang massa inti. Hampir semua massa atom terkonsentrasi di inti. Inti bermuatan positif.
Elektron berputar mengelilingi nukleus dalam orbit yang berbeda, tidak melingkar, seperti halnya planet-planet di tata surya, tetapi tiga dimensi (bola dan volume delapan). Jumlah elektron dalam atom secara numerik sama dengan muatan inti. Tetapi sangat sulit untuk menganggap elektron sebagai partikel yang bergerak di sepanjang lintasan tertentu.
Orbitnya kecil, dan kecepatannya hampir seperti berkas cahaya, jadi lebih tepat untuk menganggap elektron bersama orbitnya sebagai semacam bola bermuatan negatif.
Anggota keluarga inti
Semua atom terdiri dari 3 unsur penyusun: proton, elektron, dan neutron.
Proton adalah bahan bangunan utama nukleus. Beratnya sama dengan satuan atom (massa atom hidrogen) atau 1,67 10-27 kg dalam sistem SI. Partikel bermuatan positif, dan muatannya diambil sebagai satu unit dalam sistem muatan listrik dasar.
Netron adalah kembaran massa proton, tetapi tidak bermuatan sama sekali.
Dua partikel di atas disebut nuklida.
Sebuah elektron adalah kebalikan dari proton yang bermuatan (muatan dasar adalah 1). Tapi dari segi berat, elektron mengecewakan kita, massanya hanya 9, 12 10-31 kg, yang hampir 2 ribu kali lebih ringan dari proton atau neutron.
Bagaimana "dilihat"
Bagaimana Anda bisa melihat struktur atom, jika cara teknis paling modern pun tidak memungkinkandan dalam jangka pendek tidak akan memungkinkan untuk mendapatkan gambar partikel penyusunnya. Bagaimana para ilmuwan mengetahui jumlah proton, neutron, dan elektron dalam inti dan lokasinya?
Asumsi tentang struktur planet atom dibuat berdasarkan hasil pengeboman foil logam tipis dengan berbagai partikel. Gambar tersebut dengan jelas menunjukkan bagaimana berbagai partikel elementer berinteraksi dengan materi.
Jumlah elektron yang melewati logam dalam percobaan sama dengan nol. Ini dijelaskan secara sederhana: elektron bermuatan negatif ditolak dari kulit elektron logam, yang juga memiliki muatan negatif.
Berkas proton (muatan +) melewati foil, tetapi dengan "kerugian". Beberapa ditolak oleh inti yang menghalangi (kemungkinan hit tersebut sangat kecil), beberapa menyimpang dari lintasan aslinya, terbang terlalu dekat dengan salah satu inti.
Neutron menjadi yang paling "efektif" dalam hal mengatasi logam. Partikel bermuatan netral hilang hanya dalam kasus tabrakan langsung dengan inti zat, sementara 99,99% neutron berhasil melewati ketebalan logam. Omong-omong, adalah mungkin untuk menghitung ukuran inti unsur kimia tertentu berdasarkan jumlah neutron pada input dan output.
Berdasarkan data yang diperoleh, teori struktur materi yang dominan saat ini dibangun, yang berhasil menjelaskan sebagian besar masalah.
Apa dan berapa
Jumlah elektron dalam atom tergantung pada nomor atom. Misalnya, atom hidrogen biasa memilikihanya satu proton. Sebuah elektron tunggal berputar-putar dalam orbit. Elemen berikutnya dari tabel periodik, helium, sedikit lebih rumit. Nukleusnya terdiri dari dua proton dan dua neutron dan dengan demikian memiliki massa atom 4.
Dengan bertambahnya nomor seri, ukuran dan massa atom bertambah. Nomor seri unsur kimia dalam tabel periodik sesuai dengan muatan inti (jumlah proton di dalamnya). Jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah proton. Sebagai contoh, sebuah atom timbal (nomor atom 82) memiliki 82 proton dalam intinya. Ada 82 elektron yang mengorbit di sekitar inti. Untuk menghitung jumlah neutron dalam inti, cukup dengan mengurangi jumlah proton dari massa atom:
207 – 82=125.
Mengapa selalu ada angka yang sama
Setiap sistem di alam semesta kita berjuang untuk stabilitas. Seperti yang diterapkan pada atom, ini dinyatakan dalam netralitasnya. Jika untuk sesaat kita membayangkan bahwa semua atom tanpa kecuali di Semesta memiliki satu atau beberapa muatan dengan besaran yang berbeda dengan tanda yang berbeda, orang dapat membayangkan kekacauan macam apa yang akan terjadi di dunia.
Tetapi karena jumlah proton dan elektron dalam sebuah atom sama, muatan total setiap "batu bata" adalah nol.
Jumlah neutron dalam atom adalah nilai independen. Selain itu, atom dari unsur kimia yang sama dapat memiliki jumlah partikel yang berbeda dengan muatan nol. Contoh:
- 1 proton + 1 elektron + 0 neutron=hidrogen (massa atom 1);
- 1 proton + 1 elektron + 1 neutron=deuterium (massa atom 2);
- 1 proton + 1 elektron + 2neutron=tritium (massa atom 3).
Dalam hal ini, jumlah elektron dalam atom tidak berubah, atom tetap netral, massanya berubah. Variasi unsur kimia seperti itu disebut isotop.
Apakah atom selalu netral
Tidak, jumlah elektron dalam suatu atom tidak selalu sama dengan jumlah proton. Jika satu atau dua elektron tidak dapat "diambil" dari atom untuk sementara waktu, tidak akan ada yang namanya galvanisasi. Atom, seperti materi apa pun, dapat dipengaruhi.
Di bawah pengaruh medan listrik yang cukup kuat dari lapisan luar atom, satu atau lebih elektron dapat "terbang". Dalam hal ini, partikel zat berhenti menjadi netral dan disebut ion. Itu dapat bergerak dalam media gas atau cair, mentransfer muatan listrik dari satu elektroda ke elektroda lainnya. Dengan cara ini, muatan listrik disimpan dalam baterai, dan lapisan tertipis dari beberapa logam diterapkan pada permukaan logam lainnya (pelapisan emas, pelapisan perak, pelapisan krom, pelapisan nikel, dll.).
Jumlah elektron juga tidak stabil dalam logam - penghantar arus listrik. Elektron pada lapisan terluar, seolah-olah, berjalan dari atom ke atom, mentransfer energi listrik melalui konduktor.
