სახელი "ატომი" ბერძნულიდან ითარგმნება როგორც "განუყოფელი". ყველაფერი ჩვენს ირგვლივ - მყარი, სითხე და ჰაერი - აგებულია მილიარდობით ამ ნაწილაკებისგან.
ვერსიის გამოჩენა ატომის შესახებ
ატომები პირველად ცნობილი გახდა ძვ. მაგრამ მაშინ მათი არსებობის ვერსიის შემოწმება ვერ მოხერხდა. და მიუხედავად იმისა, რომ ამ ნაწილაკებს ვერავინ ხედავდა, იდეა განიხილებოდა, რადგან მეცნიერებს შეეძლოთ აეხსნათ რეალურ სამყაროში მიმდინარე პროცესები. ამიტომ, მათ სჯეროდათ მიკრონაწილაკების არსებობის დიდი ხნით ადრე, სანამ ამ ფაქტს დაამტკიცებდნენ.
მხოლოდ მე-19 საუკუნეში. მათ დაიწყეს გაანალიზება, როგორც ქიმიური ელემენტების უმცირესი შემადგენელი კომპონენტები, რომლებსაც აქვთ ატომების სპეციფიკური თვისებები - სხვებთან ნაერთებში შესვლის უნარი მკაცრად დადგენილი რაოდენობით. მე-20 საუკუნის დასაწყისში ითვლებოდა, რომ ატომები მატერიის უმცირესი ნაწილაკები იყო, სანამ არ დადასტურდა, რომ ისინი შედგებოდნენ კიდევ უფრო მცირე ერთეულებისგან.
რისგან შედგება ქიმიური ელემენტი?
ქიმიური ელემენტის ატომი არის მატერიის მიკროსკოპული სამშენებლო ბლოკი. ატომის მოლეკულური წონა გახდა ამ მიკრონაწილაკების განმსაზღვრელი თვისება. მხოლოდ მენდელეევის პერიოდული კანონის აღმოჩენამ დაამტკიცა, რომ მათი ტიპები ერთი მატერიის სხვადასხვა ფორმაა. ისინი იმდენად მცირეა, რომ მათი დანახვა შეუძლებელია ჩვეულებრივი მიკროსკოპით, მხოლოდ ყველაზე ძლიერი ელექტრონული მოწყობილობებით. შედარებისთვის, ადამიანის ხელზე თმა მილიონჯერ ფართოა.
ატომის ელექტრონულ სტრუქტურას აქვს ბირთვი, რომელიც შედგება ნეიტრონებისა და პროტონებისგან, ასევე ელექტრონებისაგან, რომლებიც ახორციელებენ რევოლუციებს ცენტრის გარშემო მუდმივ ორბიტებში, ისევე როგორც პლანეტები თავიანთი ვარსკვლავების გარშემო. ყველა მათგანი შენარჩუნებულია ელექტრომაგნიტური ძალით, სამყაროს ოთხი ძირითადი ძალიდან ერთ-ერთი. ნეიტრონები არის ნაწილაკები ნეიტრალური მუხტით, პროტონები დაჯილდოებულია დადებითი მუხტით, ხოლო ელექტრონები უარყოფითი. ამ უკანასკნელებს იზიდავთ დადებითად დამუხტული პროტონები, ამიტომ ისინი ორბიტაზე რჩებიან.
ატომის სტრუქტურა
ცენტრალურ ნაწილში არის ბირთვი, რომელიც ავსებს მთელი ატომის მინიმალურ ნაწილს. მაგრამ კვლევები აჩვენებს, რომ მასში თითქმის მთელი მასა (99,9%) მდებარეობს. ყველა ატომი შეიცავს პროტონებს, ნეიტრონებს, ელექტრონებს. მასში მბრუნავი ელექტრონების რაოდენობა დადებითი ცენტრალური მუხტის ტოლია. ნაწილაკებს, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე ბირთვული მუხტი Z, მაგრამ განსხვავებული ატომური მასა და N ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობა, იზოტოპები, ხოლო იგივე A და განსხვავებული Z და N - იზობარები. ელექტრონი არის მატერიის ყველაზე პატარა ნაწილაკი უარყოფითიელექტრული მუხტი e=1,6 10-19 კულონი. იონის მუხტი განსაზღვრავს დაკარგული ან მიღებული ელექტრონების რაოდენობას. ნეიტრალური ატომის დამუხტულ იონში მეტამორფოზის პროცესს იონიზაცია ეწოდება.
ატომის მოდელის ახალი ვერსია
ფიზიკოსებმა დღემდე აღმოაჩინეს მრავალი სხვა ელემენტარული ნაწილაკი. ატომის ელექტრონულ სტრუქტურას აქვს ახალი ვერსია.
მიჩნეულია, რომ პროტონები და ნეიტრონები, რაც არ უნდა მცირე იყვნენ ისინი, შედგება უმცირესი ნაწილაკებისგან, რომელსაც კვარკები ეწოდება. ისინი ქმნიან ატომის აგების ახალ მოდელს. როგორც მეცნიერები აგროვებდნენ მტკიცებულებებს წინა მოდელის არსებობის შესახებ, დღეს ისინი ცდილობენ დაამტკიცონ კვარკების არსებობა.
RTM არის მომავლის მოწყობილობა
თანამედროვე მეცნიერებს შეუძლიათ დაინახონ ნივთიერების ატომური ნაწილაკები კომპიუტერის მონიტორზე, ასევე მათი ზედაპირზე გადატანა სპეციალური ხელსაწყოს გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება სკანირების გვირაბის მიკროსკოპი (RTM).
ეს არის კომპიუტერიზებული ხელსაწყო წვერით, რომელიც ძალიან ნაზად მოძრაობს მასალის ზედაპირთან. წვერის მოძრაობისას ელექტრონები მოძრაობენ წვერსა და ზედაპირს შორის არსებული უფსკრულის გავლით. მიუხედავად იმისა, რომ მასალა გამოიყურება იდეალურად გლუვი, ის რეალურად არათანაბარია ატომურ დონეზე. კომპიუტერი აკეთებს მატერიის ზედაპირის რუკას, ქმნის მისი ნაწილაკების გამოსახულებას და ამით მეცნიერებს შეუძლიათ დაინახონ ატომის თვისებები.
რადიოაქტიური ნაწილაკები
უარყოფითად დამუხტული იონები ტრიალებს ბირთვის გარშემო საკმარისად დიდ მანძილზე. ატომის აგებულება ისეთია, რომ იგი მთლიანიაჭეშმარიტად ნეიტრალურია და არ აქვს ელექტრული მუხტი, რადგან მისი ყველა ნაწილაკი (პროტონი, ნეიტრონი, ელექტრონი) წონასწორობაშია.
რადიოაქტიური ატომი არის ელემენტი, რომელიც ადვილად შეიძლება დაიყოს. მისი ცენტრი შედგება მრავალი პროტონისა და ნეიტრონისგან. ერთადერთი გამონაკლისი არის წყალბადის ატომის დიაგრამა, რომელსაც აქვს ერთი პროტონი. ბირთვს აკრავს ელექტრონების ღრუბელი, სწორედ მათი მიზიდულობა აიძულებს მათ ბრუნონ ცენტრის გარშემო. პროტონები ერთი და იგივე მუხტით იგერიებენ ერთმანეთს.
ეს არ არის პრობლემა მცირე ნაწილაკების უმეტესობისთვის, რომლებსაც აქვთ რამდენიმე მათგანი. მაგრამ ზოგიერთი მათგანი არასტაბილურია, განსაკუთრებით დიდი, როგორიცაა ურანი, რომელსაც აქვს 92 პროტონი. ზოგჯერ მისი ცენტრი ვერ უძლებს ასეთ დატვირთვას. მათ რადიოაქტიურს უწოდებენ, რადგან ისინი ასხივებენ რამდენიმე ნაწილაკს ბირთვიდან. მას შემდეგ, რაც არასტაბილური ბირთვი მოიშორებს პროტონებს, დარჩენილი პროტონები ქმნიან ახალ ქალიშვილს. ის შეიძლება იყოს სტაბილური, რაც დამოკიდებულია ახალ ბირთვში პროტონების რაოდენობაზე, ან შეიძლება შემდგომ გაიყოს. ეს პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ბავშვის სტაბილური ბირთვი დარჩება.
ატომების თვისებები
ატომის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები ბუნებრივად იცვლება ერთი ელემენტიდან მეორეზე. ისინი განისაზღვრება შემდეგი ძირითადი პარამეტრებით.
ატომური მასა. ვინაიდან მიკრონაწილაკების ძირითად ადგილს იკავებს პროტონები და ნეიტრონები, მათი ჯამი განსაზღვრავს რიცხვს, რომელიც გამოიხატება ატომური მასის ერთეულებში (amu) ფორმულა: A=Z + N.
ატომის რადიუსი. რადიუსი დამოკიდებულია ელემენტის მდებარეობაზე მენდელეევის სისტემაში, ქიმიურიბმები, მეზობელი ატომების რაოდენობა და კვანტური მექანიკური მოქმედება. ბირთვის რადიუსი ასი ათასი ჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე თავად ელემენტის რადიუსი. ატომის სტრუქტურამ შეიძლება დაკარგოს ელექტრონები და გახდეს დადებითი იონი, ან დაამატოთ ელექტრონები და გახდეს უარყოფითი იონი.
მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში ნებისმიერი ქიმიური ელემენტი იკავებს თავის დანიშნულ ადგილს. ცხრილში ატომის ზომა იზრდება ზემოდან ქვემოდან გადაადგილებისას და მცირდება მარცხნიდან მარჯვნივ გადაადგილებისას. აქედან ყველაზე პატარა ელემენტია ჰელიუმი, ხოლო ყველაზე დიდი ცეზიუმი.
ვალენტობა. ატომის გარე ელექტრონულ გარსს უწოდებენ ვალენტურ გარსს და მასში შემავალ ელექტრონებს მიიღეს შესაბამისი სახელწოდება - ვალენტური ელექტრონები. მათი რიცხვი განსაზღვრავს, თუ როგორ უკავშირდება ატომი სხვებს ქიმიური ბმის საშუალებით. ბოლო მიკრონაწილაკების შექმნის მეთოდით ისინი ცდილობენ შეავსონ თავიანთი გარე ვალენტური გარსი.
მიზიდულობა, მიზიდულობა არის ძალა, რომელიც აკავებს პლანეტებს ორბიტაზე, ამის გამო ხელებიდან გამოთავისუფლებული ობიექტები იატაკზე ეცემა. ადამიანი უფრო მეტად ამჩნევს გრავიტაციას, მაგრამ ელექტრომაგნიტური მოქმედება ბევრჯერ უფრო ძლიერია. ძალა, რომელიც იზიდავს (ან მოგერიებს) დამუხტულ ნაწილაკებს ატომში არის 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000-ჯერ უფრო ძლიერი ვიდრე მასში არსებული გრავიტაცია. მაგრამ არის კიდევ უფრო ძლიერი ძალა ბირთვის ცენტრში, რომელსაც შეუძლია პროტონებისა და ნეიტრონების ერთმანეთთან შეკავება.
ბირთვებში რეაქციები ქმნის ენერგიას, როგორც ბირთვულ რეაქტორებში, სადაც ატომები იყოფა. რაც უფრო მძიმეა ელემენტი, მით მეტი ნაწილაკებისგან არის აგებული მისი ატომები. თუ ელემენტში პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობას დავამატებთ, გავიგებთმასა. მაგალითად, ურანს, ბუნებაში აღმოჩენილ ყველაზე მძიმე ელემენტს, აქვს ატომური მასა 235 ან 238.
ატომის დაყოფა დონეებად
ატომის ენერგეტიკული დონეები არის ბირთვის გარშემო არსებული სივრცის ზომა, სადაც ელექტრონი მოძრაობს. სულ 7 ორბიტალია, რაც შეესაბამება პერიოდულ სისტემაში პერიოდების რაოდენობას. რაც უფრო შორს არის ელექტრონის მდებარეობა ბირთვიდან, მით უფრო მნიშვნელოვანი ენერგიის რეზერვი აქვს მას. პერიოდის ნომერი მიუთითებს ატომური ორბიტალების რაოდენობას მისი ბირთვის გარშემო. მაგალითად, კალიუმი მე-4 პერიოდის ელემენტია, რაც ნიშნავს, რომ მას აქვს ატომის 4 ენერგეტიკული დონე. ქიმიური ელემენტის რაოდენობა შეესაბამება მის მუხტს და ელექტრონების რაოდენობას ბირთვის გარშემო.
ატომი ენერგიის წყაროა
ალბათ ყველაზე ცნობილი სამეცნიერო ფორმულა აღმოაჩინა გერმანელმა ფიზიკოსმა აინშტაინმა. ის ამტკიცებს, რომ მასა სხვა არაფერია, თუ არა ენერგიის ფორმა. ამ თეორიის საფუძველზე შესაძლებელია მატერიის ენერგიად გადაქცევა და ფორმულით გამოთვლა, რამდენის მიღება შეიძლება. ამ ტრანსფორმაციის პირველი პრაქტიკული შედეგი იყო ატომური ბომბები, რომლებიც ჯერ გამოსცადეს ლოს ალამოსის უდაბნოში (აშშ), შემდეგ კი აფეთქდნენ იაპონიის ქალაქებზე. და მიუხედავად იმისა, რომ ასაფეთქებელი ნივთიერებების მხოლოდ მეშვიდე გადაიქცა ენერგიად, ატომური ბომბის დესტრუქციული ძალა საშინელი იყო.
იმისათვის, რომ ბირთვმა გაათავისუფლოს თავისი ენერგია, ის უნდა დაიშალოს. მის გასაყოფად საჭიროა გარედან ნეიტრონით მოქმედება. შემდეგ ბირთვი იშლება ორ სხვა, უფრო მსუბუქად, რაც უზრუნველყოფს ენერგიის უზარმაზარ განთავისუფლებას. დაშლა იწვევს სხვა ნეიტრონების გამოყოფას,და ისინი აგრძელებენ სხვა ბირთვების გაყოფას. პროცესი ჯაჭვურ რეაქციაში გადაიქცევა, რაც იწვევს ენერგიის უზარმაზარ რაოდენობას.
ატომური რეაქციის გამოყენების დადებითი და უარყოფითი მხარეები ჩვენს დროში
დესტრუქციული ძალა, რომელიც გამოიყოფა მატერიის ტრანსფორმაციის დროს, კაცობრიობა ცდილობს მოთვინიეროს ატომურ ელექტროსადგურებში. აქ ბირთვული რეაქცია აფეთქების სახით კი არ ხდება, არამედ სითბოს თანდათანობითი გამოყოფის სახით.
ატომური ენერგიის წარმოებას აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები. მეცნიერთა აზრით, ჩვენი ცივილიზაციის მაღალ დონეზე შესანარჩუნებლად აუცილებელია ენერგიის ამ უზარმაზარი წყაროს გამოყენება. მაგრამ გასათვალისწინებელია ისიც, რომ ყველაზე თანამედროვე განვითარებაც კი ვერ უზრუნველყოფს ატომური ელექტროსადგურების სრულ უსაფრთხოებას. გარდა ამისა, ენერგიის წარმოების დროს წარმოქმნილი რადიოაქტიური ნარჩენები, თუ არასწორად ინახება, შეიძლება გავლენა იქონიოს ჩვენს შთამომავლებზე ათობით ათასი წლის განმავლობაში.
ჩერნობილის ატომურ ელექტროსადგურზე მომხდარი ავარიის შემდეგ სულ უფრო მეტი ადამიანი მიიჩნევს, რომ ატომური ენერგიის წარმოება კაცობრიობისთვის ძალიან სახიფათოა. ამ ტიპის ერთადერთი უსაფრთხო ელექტროსადგური არის მზე თავისი უზარმაზარი ბირთვული ენერგიით. მეცნიერები ავითარებენ მზის უჯრედების ყველა სახის მოდელს და, შესაძლოა, უახლოეს მომავალში კაცობრიობა შეძლებს უსაფრთხო ატომური ენერგიით უზრუნველყოს.
