Hoe Atomen Werken

{h1}

Atomen zitten in je lichaam, de stoel waar je in zit, je bureau en zelfs in de lucht. Leer meer over de deeltjes die het universum mogelijk maken.

-

- Er is gezegd dat de mens in de 20ste eeuw de kracht van het atoom heeft aangewend. We hebben atoombommen gemaakt en elektriciteit opgewekt door kernenergie. We hebben het atoom zelfs in kleinere stukjes genoemd subatomische deeltjes.

Maar wat is precies een atoom? Waar is het van gemaakt? Hoe ziet het eruit? Het nastreven van de structuur van het atoom heeft vele gebieden van chemie en fysica getrouwd in misschien een van de grootste bijdragen van de moderne wetenschap. In dit artikel zullen we dit fascinerende verhaal volgen van hoe ontdekkingen in verschillende wetenschapsgebieden resulteerden in onze moderne visie van het atoom. We zullen kijken naar de gevolgen van het kennen van de structuur van het atoom en hoe deze structuur zal leiden tot nieuwe technologieën.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Wat is een atoom? De erfenis van de oudheid tot in de 19e eeuw

De moderne opvatting van een atoom is afkomstig uit vele gebieden van chemie en fysica. Het idee van een atoom kwam van de oude Griekse wetenschap / filosofie en van de resultaten van de chemie van de 18e en 19e eeuw:

  • concept van het atoom
  • metingen van atomaire massa
  • herhalende of periodieke relatie tussen de elementen

Concept van het Atoom

Van de oude Grieken tot vandaag hebben we nagedacht over wat gewone materie is. Om het probleem te begrijpen, is hier een eenvoudige demonstratie van een boek getiteld "The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things, 3rd Edition" door Carl H. Snyder:

  1. Pak een stapel paperclips (allemaal van hetzelfde formaat en dezelfde kleur).
  2. Verdeel de stapel in twee gelijke stapels.
  3. Verdeel elk van de kleinere stapels in twee gelijke stapels.
  4. Herhaal stap 3 totdat je een stapel hebt met slechts één paperclip. Die ene paperclip doet nog steeds het werk van een paperclip (d.w.z. houd losse papieren bij elkaar).
  5. Neem nu een schaar en snijd die ene paperclip doormidden. Kan de helft van de paperclip hetzelfde werk doen als de afzonderlijke paperclip?

Als je hetzelfde doet met elk element, bereik je een ondeelbaar deel dat dezelfde eigenschappen van het element heeft, zoals de afzonderlijke paperclip. Dit ondeelbare deel wordt een atoom.

Het idee van het atoom werd eerst bedacht door Democritus in 530 B.C. In 1808 werd een Engelse schoolleraar en een wetenschapper genoemd John Dalton stelde de moderne atoomtheorie voor. Modern atoom theorie stelt eenvoudig het volgende:

  • Elk element is gemaakt van atomen - stapels paperclips.
  • Alle atomen van elk element zijn hetzelfde - alle paperclips in de stapel hebben dezelfde maat en dezelfde kleur.
  • Atomen van verschillende elementen zijn verschillend (grootte, eigenschappen) - zoals verschillende maten en kleuren paperclips.
  • Atomen van verschillende elementen kunnen worden gecombineerd om verbindingen te vormen - u kunt verschillende formaten en kleuren paperclips aan elkaar koppelen om nieuwe structuren te maken.
  • In chemische reacties, atomen zijn niet gemaakt, vernietigd of veranderd - er geen nieuwe paperclips verschijnen, geen paperclips verloren gaan en geen paperclips veranderen van de ene grootte / kleur naar de andere.
  • In elke compound, de aantallen en soorten atomen blijven hetzelfde - het totale aantal en soorten paperclips waarmee u begint, zijn hetzelfde als wanneer u klaar bent.

De atoomtheorie van Dalton vormde in die tijd de grondslag van de chemie. Dalton zag atomen als kleine bollen met haken erop. Met deze haken kon het ene atoom in een andere verhouding met het andere worden gecombineerd. Maar sommige elementen kunnen combineren om verschillende verbindingen te maken (bijv. Waterstof + zuurstof kan water of waterstofperoxide maken). Dus hij kon niets zeggen over de aantallen van elk atoom in de moleculen van specifieke stoffen. Had water één zuurstof met één waterstof of één zuurstof met twee waterstoffen? Dit punt werd opgelost toen chemici erachter kwamen hoe ze atomen moesten wegen.

Belangrijke voorwaarden
  • atoom - kleinste onderdeel van een element dat zijn chemische eigenschappen behoudt
  • samenstelling - stof die door chemische reacties in elementen kan worden gebroken
  • elektron - deeltje in een baan rond de kern van een atoom met een negatieve lading (massa = 9,10 x 10)-28 g)
  • element - stof die niet kan worden afgebroken door chemische reacties
  • ion - elektrisch geladen atoom (d.w.z. overmatige positieve of negatieve lading)
  • molecuul - kleinste stuk van een stof die zijn chemische eigenschappen behoudt (gemaakt van twee of meer atomen)
  • neutron - deeltje in de kern van een atoom zonder lading (massa = 1.675 x 10-24 g)
  • kern - dichte, centrale kern van een atoom (gemaakt van protonen en neutronen)
  • proton - deeltje in de kern van een atoom met een positieve lading (massa = 1.673 x 10)-24 g)

Hoeveel wegen atomen?

Eenvoudigste model van een atoom

Eenvoudigste model van een atoom

Het vermogen om atomen te wegen ontstond door een observatie van een Italiaanse chemicus genaamd Amadeo Avogadro. Avogadro werkte met gassen (stikstof, waterstof, zuurstof, chloor) en merkte op dat wanneer temperatuur en druk hetzelfde waren, deze gassen gecombineerd in bepaalde volumeverhoudingen. Bijvoorbeeld:

  • Eén liter stikstof gecombineerd met drie liter waterstof om ammoniak te vormen (NH3)
  • Eén liter waterstof in combinatie met één liter chloor om waterstofchloride (HCl) te maken

Avogadro zei dat bij dezelfde temperatuur en druk, gelijke volumes van de gassen hetzelfde aantal moleculen hadden. Dus, door de volumes van gassen te wegen, kon hij de verhoudingen van atomaire massa's bepalen. Een liter zuurstof woog bijvoorbeeld 16 keer meer dan een liter waterstof, dus een zuurstofatoom moet 16 keer de massa van een waterstofatoom zijn.Werk van dit type resulteerde in een relatieve massaschaal voor elementen waarin alle elementen met betrekking tot koolstof (gekozen als de standaard -12). Nadat de relatieve massaschaal was gemaakt, konden latere experimenten de massa in grammen van een stof relateren aan het aantal atomen en werd een atomaire massa-eenheid (amu) gevonden; 1 amu of Dalton is gelijk aan 1,66 x 10-24 gram.

Op dit moment kenden scheikundigen de atomaire massa's van elementen en hun chemische eigenschappen, en een verbazingwekkend fenomeen sprong eruit!

De eigenschappen van elementen vertoonden een herhalend patroon

Op het moment dat er atoommassa's waren ontdekt, vernoemde een Russische chemicus Dimitri Mendeleev was het schrijven van een leerboek. Voor zijn boek begon hij elementen te organiseren in termen van hun eigenschappen door de elementen en hun nieuw ontdekte atoommassa's in kaarten te plaatsen. Hij rangschikte de elementen door de atomaire massa te vergroten en merkte op dat elementen met vergelijkbare eigenschappen met regelmatige tussenpozen verschenen of periodes. Mendelejevs tafel had twee problemen:

  • Er waren enkele lacunes in zijn 'periodieke tabel'.
  • Wanneer gegroepeerd op eigenschappen, hadden de meeste elementen toenemende atoomgewichten, maar sommige waren niet in orde.

Om de gaten te verklaren, zei Mendelejev dat de gaten te wijten waren aan onontdekte elementen. Zijn tafel voorspelde zelfs met succes het bestaan ​​van gallium en germanium, die later werden ontdekt. Mendeleev kon echter nooit verklaren waarom sommige elementen niet in orde waren of waarom de elementen dit periodieke gedrag zouden moeten vertonen. Dit zou moeten wachten tot we wisten van de structuur van het atoom.

In het volgende gedeelte zullen we bekijken hoe we de binnenkant van het atoom hebben ontdekt!

The Structure of the Atom: Early 20th Century Science

Om de structuur van het atoom te kennen, moeten we het volgende weten:

  • Wat zijn de delen van het atoom?
  • Hoe zijn deze delen gearrangeerd?

Tegen het einde van de 19e eeuw werd aangenomen dat het atoom niet meer was dan een kleine ondeelbare bol (Dalton's opvatting). Een reeks ontdekkingen op het gebied van chemie, elektriciteit en magnetisme, radioactiviteit en kwantummechanica aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw hebben dat echter allemaal veranderd. Dit is wat deze velden hebben bijgedragen:

  • De delen van het atoom: chemie en electromagnetisme ---> elektron (eerste subatomaire deeltje) radioactiviteit ---> kern proton neutron
  • Hoe het atoom is gerangschikt - de kwantummechanica brengt het allemaal samen: atoomspectra ---> Bohr model van het atoom golf-deeltjes dualiteit ---> Quantummodel van het atoom

Chemistry and Electromagnetism: Discovering the Electron

In de late 19e eeuw bestudeerden scheikundigen en natuurkundigen de relatie tussen elektriciteit en materie. Ze plaatsten elektrische hoogspanningsstromen door glazen buizen gevuld met lagedrukgas (kwik, neon, xenon) net als neonlichten. Elektrische stroom werd van één elektrode gedragen (kathode) door het gas naar de andere elektrode (anode) door een geroepen straal kathodestralen. In 1897, een Britse fysicus, J. J. Thomson heeft een reeks experimenten uitgevoerd met de volgende resultaten:

  • Hij ontdekte dat als de buis in een elektrisch of magnetisch veld werd geplaatst, de kathodestralen kunnen worden afgebogen of verplaatst (dit is hoe de kathodestraalbuis (CRT) op uw televisie werkt).
  • Door alleen een elektrisch veld aan te leggen, een magnetisch veld alleen, of beide in combinatie, Thomson kon de verhouding van de elektrische lading tot de massa van de kathodestralen meten.
  • Hij vond de dezelfde lading-tot-massaverhouding van kathodestralen werd gezien ongeacht het materiaal in de buis of waar de kathode van gemaakt was.

Thomson concludeerde het volgende:

  • Kathodestralen werden gemaakt van minuscule, negatief geladen deeltjes, die hij belde elektronen.
  • De elektronen moesten van binnenuit de atomen komen van de gas- of metaalelektrode.
  • Omdat de verhouding tussen lading en massa voor elke stof hetzelfde was, was de elektronen waren een basisonderdeel van alle atomen.
  • Omdat de verhouding van lading tot massa van het elektron zeer hoog was, was de elektron moet erg klein zijn.

Later, een Amerikaanse natuurkundige genaamd Robert Milikan gemeten de elektrische lading van een elektron. Met deze twee getallen (lading, lading / massa-verhouding) berekenden natuurkundigen de massa van het elektron als 9,10 x 10-28 gram. Ter vergelijking, een Amerikaanse cent heeft een massa van 2,5 gram; dus 2,7 x 1027 of 2,7 miljard miljard miljard elektronen zou evenveel wegen als een cent!

Twee andere conclusies kwamen uit de ontdekking van het elektron:

  • Omdat het elektron negatief geladen was en atomen elektrisch neutraal waren, er moet ergens in het atoom een ​​positieve lading zijn.
  • Omdat elektronen zoveel kleiner zijn dan atomen, er moeten andere, meer massieve deeltjes in het atoom zijn.

Uit deze resultaten stelde Thomson een model voor van het atoom dat op een watermeloen leek. Het rode gedeelte was de positieve lading en de zaden waren de elektronen.

Radioactiviteit: Ontdekking van de kern, het proton en de neutron

Rutherfords kijk op het atoom

Rutherfords kijk op het atoom

Ongeveer tegelijkertijd met de experimenten van Thomson met kathodestraling, bestudeerden natuurkundigen zoals Henri Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie en Ernest Rutherford radioactiviteit. Radioactiviteit werd gekenmerkt door drie soorten uitgestraalde stralen (zie Hoe Radioactiviteit werkt voor meer informatie):

  • Alfadeeltjes - positief geladen en enorm. Ernest Rutherford toonde aan dat deze deeltjes de kern van een heliumatoom waren.
  • Beta deeltjes - negatief geladen en licht (later weergegeven als elektronen).
  • Gamma stralen - neutraal geladen en geen massa (d.w.z. energie).

Het experiment van radioactiviteit dat het meest heeft bijgedragen tot onze kennis van de structuur van het atoom, werd gedaan door Rutherford en zijn collega's. Rutherford bombardeerde een dunne folie van goud met een bundel van alfadeeltjes en keek naar de stralen op een fluorescerend scherm, hij merkte het volgende op:

  • De meeste deeltjes gingen recht door de folie heen en sloegen op het scherm.
  • Sommige (0,1 procent) werden afgebogen of verspreid aan de voorkant (onder verschillende hoeken) van de folie, terwijl andere werden verspreid achter de folie.

Rutherford concludeerde dat de goudatomen waren meestal lege ruimte, waardoor de meeste alfadeeltjes door konden. Sommige echter het kleine gebied van het atoom moet dicht zijn geweest genoeg om het alfadeeltje te doen afwijken of verstrooien. Hij noemde deze dichte regio de kern (Zie The Rutherford Experiment voor een uitstekende Java-simulatie van dit belangrijke experiment!); de kern omvatte het grootste deel van de massa van het atoom. Later, toen Rutherford stikstof met alfadeeltjes bombardeerde, werd een positief geladen deeltje dat lichter was dan het alfadeeltje uitgestoten. Hij noemde deze deeltjes protonen en besefte dat ze een fundamenteel deeltje in de kern waren. Protonen hebben een massa van 1.673 x 10-24 gram, ongeveer 1835 keer groter dan een elektron!

Protonen konden echter niet het enige deeltje in de kern zijn omdat het aantal protonen in een bepaald element (bepaald door de elektrische lading) minder was dan het gewicht van de kern. Daarom moet er een derde, neutraal geladen deeltje bestaan! Het was James Chadwick, een Britse fysicus en medewerker van Rutherford, die het derde subatomaire deeltje ontdekte, de neutron. Chadwick bombeerde berylliumfolie met alfadeeltjes en merkte een neutrale straling op. Deze neutrale straling zou op zijn beurt protonen uit de kernen van andere stoffen kunnen stoten. Chadwick concludeerde dat deze straling een stroom van neutraal geladen deeltjes was met ongeveer dezelfde massa als een proton; het neutron heeft een massa van 1.675 x 10-24 gram.

Nu de delen van het atoom bekend waren, hoe waren ze dan geordend om een ​​atoom te maken? Rutherford's goudfolie-experiment gaf aan dat de kern zich in het centrum van het atoom bevond en dat het atoom voornamelijk een lege ruimte was. Dus hij zag het atoom als de positief geladen kern in het centrum met de negatief geladen elektronen eromheen, ongeveer zoals een planeet met manen. Hoewel hij geen bewijs had dat de elektronen de kern omcirkelden, leek zijn model redelijk; het leverde echter een probleem op. Terwijl de elektronen in een cirkel bewogen, verloren ze energie en gaven ze licht af. Het verlies van energie zou de elektronen vertragen. Zoals elke satelliet, zouden de vertragende elektronen in de kern vallen. In feite werd berekend dat een Rutherford-atoom slechts een miljardsten van een seconde zou duren voordat het instortte! Er ontbrak iets!

Quantum Mechanica: Alles samenvoegen

Wit licht dat door een prisma gaat.

Wit licht dat door een prisma gaat.

Op hetzelfde moment dat ontdekkingen werden gedaan met radioactiviteit, bestudeerden natuurkundigen en chemici hoe licht in wisselwerking stond met materie. Deze studies begonnen op het gebied van kwantummechanica en hielp bij het oplossen van de structuur van het atoom.

Quantum Mechanica werpt licht op het atoom: het Bohr-model

Natuurkundigen en chemici bestudeerden de aard van het licht dat werd afgegeven toen elektrische stromen door buizen werden gevoerd die gasvormige elementen bevatten (waterstof, helium, neon) en wanneer elementen werden verwarmd (bijv. Natrium, kalium, calcium, enz.) In een vlam. Ze passeerden het licht van deze bronnen via een spectrometer (een apparaat met een nauwe spleet en een glazen prisma).

Hoe Atomen werken: zijn

Continu spectrum van wit licht.

Nu, wanneer je zonlicht door een prisma laat gaan, krijg je een continu spectrum van kleuren zoals een regenboog. Toen licht van deze verschillende bronnen door een prisma werd geleid, vonden ze echter een donkere achtergrond met discrete lijnen.

Hoe Atomen werken: werken

Waterstof spectrum

Hoe Atomen werken: atoom

Helium spectrum

Elk element had een uniek spectrum en de golflengte van elke lijn binnen een spectrum had een specifieke energie (zie Hoe licht werkt voor details over de relatie tussen golflengte en energie).

In 1913 werd een Deense natuurkundige genoemd Niels Bohr stopte de bevindingen van Rutherford samen met de waargenomen spectra om met een nieuw model van het atoom in een echte sprong van intuïtie te komen. Bohr suggereerde dat de elektronen die rond een atoom cirkelen alleen konden bestaan ​​op bepaalde energieniveaus (d.w.z. afstanden) van de kern, niet op continue niveaus zoals van Rutherford's model verwacht mag worden. Toen atomen in de gasbuizen de energie van de elektrische stroom absorbeerden, raakten de elektronen opgewonden en sprongen van lage energieniveaus (dichtbij de kern) naar hoge energieniveaus (verder uit de kern). De geëxciteerde elektronen zouden terugvallen naar hun oorspronkelijke niveaus en energie als licht afgeven. Omdat er specifieke verschillen waren tussen de energieniveaus, werden alleen specifieke golflengten van licht in het spectrum gezien (d.w.z. lijnen).

Hoe Atomen werken: werken

Bohr-modellen van verschillende atomen.

Het grote voordeel van het Bohr-model was dat het werkte. Het heeft verschillende dingen uitgelegd:

Atomaire spectra - hierboven besproken

Periodiek gedrag van elementen - elementen met vergelijkbare eigenschappen hadden vergelijkbare atomaire spectra.

  • Elke elektronenbaan van dezelfde grootte of energie (schelp) kon maar zoveel elektronen bevatten. De eerste schil kon bijvoorbeeld twee elektronen bevatten, de tweede kon acht elektronen bevatten, de derde kon 18 elektronen bevatten, de vierde 32 enzovoort totdat hij de zevende bereikte.
  • Toen een schaal was gevuld, werden elektronen gevonden op hogere niveaus.
  • Chemische eigenschappen waren gebaseerd op het aantal elektronen in de buitenste schaal.Elementen met volle buitenschalen reageren niet. Andere elementen nemen elektronen op of geven ze op om een ​​volledige buitenschil te krijgen.

Het blijkt dat Bohr's model ook nuttig is om het gedrag van lasers te verklaren, hoewel deze apparaten pas halverwege de 20e eeuw werden uitgevonden.

Het model van Bohr was het dominante model totdat er nieuwe ontdekkingen in de kwantummechanica werden gedaan.

Kwantummechanica

Tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met de beweging van deeltjes door hun golfeigenschappen op atomair en subatomair niveau.

Elektronen kunnen zich als golven gedragen: het kwantummodel van het atoom

Hoewel het Bohr-model adequaat uitlegde hoe atomaire spectra werkten, waren er verschillende problemen die fysici en chemici hinderden:

  • Waarom zouden elektronen beperkt moeten zijn tot alleen bepaalde energieniveaus?
  • Waarom geven elektronen niet altijd licht? Omdat elektronen van richting veranderen in hun cirkelvormige banen (d.w.z. versnellen), moeten ze licht afgeven.
  • Het Bohr-model kon de spectra van atomen met één elektron in de buitenste schil heel goed verklaren, maar was niet erg goed voor mensen met meer dan één elektron in de buitenste schil.
  • Waarom konden er maar twee elektronen in de eerste schil passen en waarom acht elektronen in elke schaal daarna? Wat was er zo speciaal aan twee en acht?

Het is duidelijk dat het Bohr-model iets ontbrak!

In 1924 werd een Franse natuurkundige genoemd Louis de Broglie suggereerde dat, net als licht, elektronen kunnen werken als zowel deeltjes als golven (zie De Broglie Phase Wave Animation voor details). De hypothese van De Broglie werd al snel bevestigd in experimenten die aantoonden dat elektronenstralen konden worden afgebogen of gebogen toen ze door een spleet liepen zoals licht dat kon. Dus, de golven geproduceerd door een elektron opgesloten in zijn baan rondom de kern zetten een staande golf van specifieke golflengte, energie en frequentie (d.w.z. Bohr's energieniveaus) op, net zoals een gitaarsnaar een staande golf opstelt wanneer geplukt.

Een andere vraag volgde snel het idee van De Broglie. Als een elektron als een golf zou reizen, zou je dan de precieze positie van het elektron in de golf kunnen bepalen? Een Duitse natuurkundige, Werner Heisenberg, antwoordde nee in wat hij de onzekerheidsprincipe:

  • Om een ​​elektron in zijn baan te bekijken, moet je een golflengte van licht laten schijnen die kleiner is dan de golflengte van het elektron.
  • Deze kleine golflengte van licht heeft een hoge energie.
  • Het elektron zal die energie absorberen.
  • De geabsorbeerde energie zal de positie van het elektron veranderen.

We kunnen nooit beide kennen momentum en positie van een elektron in een atoom. Daarom zei Heisenberg dat we elektronen niet zouden moeten zien als bewegend in goed gedefinieerde banen rond de kern!

Met de hypothese van De Broglie en het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg in gedachten, noemde een Oostenrijkse fysicus Erwin Schrödinger een reeks vergelijkingen of golffuncties in 1926 voor elektronen. Volgens Schrödinger zouden elektronen die in hun banen zijn opgesloten staande golven maken en zou je alleen de waarschijnlijkheid kunnen beschrijven van waar een elektron zou kunnen zijn. De verdelingen van deze kansen vormden gebieden van de ruimte rond de kern orbitalen. Orbitalen zouden beschreven kunnen worden als elektronendichtheid wolken (zie Atomic & Molecular Orbitals voor een blik op verschillende orbitalen). Het dichtste gebied van de wolk is waar je de grootste kans hebt om het elektron te vinden en het minst dichte gebied is waar je de laagste kans hebt om het elektron te vinden.

Wave-functies

Kwantummodel van een natriumatoom.

Kwantummodel van een natriumatoom.

De golffunctie van elk elektron kan worden beschreven als een set van drie kwantumnummers:

  • Hoofdnummer (n) - beschrijft het energieniveau.
  • Azimutaal nummer (l) - hoe snel het elektron in zijn baan beweegt (impulsmoment); zoals hoe snel een CD draait (rpm). Dit heeft te maken met de vorm van de orbitaal.
  • Magnetisch (m) - zijn oriëntatie in de ruimte.

Later werd gesuggereerd dat geen twee elektronen in exact dezelfde staat konden zijn, dus een vierde kwantumnummer werd toegevoegd. Dit aantal was gerelateerd aan de richting waarin het elektron ronddraait terwijl het in zijn baan beweegt (d.w.z. met de klok mee, tegen de klok in). Slechts twee elektronen kunnen dezelfde baan delen, één draait met de klok mee en de andere draait tegen de klok in.

De orbitalen hadden verschillende vormen en maximale aantallen op elk niveau:

  • s (scherp) - bolvormig (max = 1)
  • p (opdrachtgever) - haltervormig (max = 3)
  • d (diffuus) - vier-lobvormig (max = 5)
  • f (fundamenteel) - zes-kwabvormig (max = 7)

De namen van de orbitalen kwamen van namen van atomaire spectrale kenmerken voordat de kwantummechanica formeel was uitgevonden. Elke orbitaal kan slechts twee elektronen bevatten. Ook hebben de orbitalen een specifieke volgorde van vullen, meestal:

Er is echter enige overlap (elk scheikundeboek heeft de details).

Het resulterende model van het atoom wordt het kwantummodel van het atoom.

Natrium heeft 11 elektronen verdeeld in de volgende energieniveaus:

  1. een s orbitaal - twee elektronen
  2. een s orbitaal - twee elektronen en drie p orbitalen (twee elektronen elk)
  3. een s orbitaal - een elektron

Op dit moment is het kwantummodel de meest realistische visie van de algehele structuur van het atoom. Het verklaart veel van wat we weten over chemie en fysica. Hier zijn enkele voorbeelden:

Hoe Atomen werken: werken

De moderne periodieke tabel van de elementen (elementen worden geordend op basis van atoomnummer in plaats van massa).
  • Chemie: het periodiek systeem - het patroon en de opstelling van de tafel weerspiegelt de rangschikking van elektronen in het atoom. Elementen hebben verschillende atoomnummers - het aantal protonen of elektronen neemt toe naarmate de elektronen de schalen vullen.Elementen hebben verschillende atoommassa's - het aantal protonen plus neutronen neemt toe. Rijen - elementen van elke rij hebben hetzelfde aantal energieniveaus (shells). Kolommen - elementen hebben hetzelfde aantal elektronen in het buitenste energieniveau of schaal (één tot acht). Chemische reacties - uitwisseling van elektronen tussen verschillende atomen (geven, nemen of delen). Uitwisseling omvat elektronen in het buitenste energieniveau in pogingen om de buitenste schaal te vullen (d.w.z. meest stabiele vorm van het atoom).
  • Fysica Radioactiviteit - veranderingen in de kern (d.w.z. verval) zenden radioactieve deeltjes uit. Kernreactoren - splijting van de kern (splitsing) Kernbommen - splitsing van de kern (fissie) of vorming van een kern (fusie) Atoomspectra - veroorzaakt door opgewonden elektronen die de energieniveaus veranderen (absorptie of emissie van energie in de vorm van lichtfotonen).

Kunnen we atomen zien?

STM-beeld (7 nm x 7 nm) van een enkele zigzagketen van cesiumatomen (rood) op een gallium-arsenside-oppervlak (blauw)

STM-beeld (7 nm x 7 nm) van een enkele zigzagketen van cesiumatomen (rood) op een gallium-arsenside-oppervlak (blauw)

Atomen zijn zo klein dat we ze niet met onze ogen kunnen zien (d.w.z. microscopisch). Om je een indruk te geven van sommige maten, zijn dit geschatte diameters van verschillende atomen en deeltjes:

  • atoom = 1 x 10-10 meter
  • kern = 1 x 10-15 tot 1 x 10 -14 meter
  • neutron of proton = 1 x 10-15 meter
  • elektron - niet exact bekend, maar wordt verondersteld in de orde van grootte van 1 x 10 te zijn-18 meter

Je kunt een atoom niet zien met een lichtmicroscoop. In 1981 noemde een type microscoop echter een scanning tunneling microscope (STM) was ontwikkeld. De STM bestaat uit het volgende:

  • Een zeer kleine, scherpe tip die elektriciteit geleidt (sonde)
  • Een snel piëzo-elektrisch scanapparaat waaraan de punt is bevestigd
  • Elektronische componenten om de stroom naar de tip te voeden, de scanner te besturen en de signalen van de bewegingssensor te accepteren
  • Computer om het systeem te besturen en data-analyse uit te voeren (gegevensverzameling, verwerking, weergave)

De STM werkt als volgt:

  • Er wordt een stroom toegevoerd aan de punt (probe) terwijl de scanner de tip snel over het oppervlak van een geleidend monster beweegt.
  • Wanneer de punt een atoom raakt,


Video Supplement: .





Wetenschappelijke Ontdekkingen

Onderzoek


Science Nieuws





Populaire Categorieën


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com