השם "אטום" מתורגם מיוונית כ"ניתן לחלוקה". כל מה שסביבנו - מוצקים, נוזלים ואוויר - בנוי ממיליארדים מהחלקיקים האלה.
הופעת הגרסה על האטום
אטומים נודעו לראשונה במאה ה-5 לפני הספירה, כאשר הפילוסוף היווני דמוקריטוס הציע שחומר מורכב מחלקיקים זעירים נעים. אלא שאז לא ניתן היה לבדוק את גרסת קיומם. ולמרות שאיש לא יכול היה לראות את החלקיקים האלה, הרעיון נדון, כי הדרך היחידה שמדענים יכולים להסביר את התהליכים המתרחשים בעולם האמיתי. לכן, הם האמינו בקיומם של מיקרו-חלקיקים הרבה לפני שהצליחו להוכיח עובדה זו.
רק במאה ה-19. הם החלו להיות מנותחים כמרכיבים הקטנים ביותר של יסודות כימיים, בעלי תכונות ספציפיות של אטומים - היכולת להיכנס לתרכובות עם אחרים בכמות שנקבעה בקפדנות. בתחילת המאה ה-20 האמינו שאטומים הם חלקיקי החומר הקטנים ביותר, עד שהוכח שהם מורכבים מיחידות קטנות עוד יותר.
ממה עשוי יסוד כימי?
אטום של יסוד כימי הוא אבן בניין מיקרוסקופית של חומר. המשקל המולקולרי של האטום הפך למאפיין המגדיר של מיקרו-חלקיק זה. רק גילוי החוק התקופתי של מנדלייב הוכיח שסוגיהם הם צורות שונות של עניין יחיד. הם כל כך קטנים שלא ניתן לראות אותם באמצעות מיקרוסקופים רגילים, רק המכשירים האלקטרוניים החזקים ביותר. לשם השוואה, שערה על יד אדם רחבה פי מיליון.
למבנה האלקטרוני של אטום יש גרעין, המורכב מניוטרונים ופרוטונים, כמו גם אלקטרונים, שמבצעים סיבובים סביב המרכז במסלולים קבועים, כמו כוכבי לכת סביב הכוכבים שלהם. כולם מוחזקים יחד בכוח אלקטרומגנטי, אחד מארבעת הכוחות העיקריים ביקום. ניוטרונים הם חלקיקים בעלי מטען ניטרלי, פרוטונים ניחנים במטען חיובי ואלקטרונים בעלי מטען שלילי. האחרונים נמשכים לפרוטונים בעלי מטען חיובי, ולכן הם נוטים להישאר במסלול.
מבנה האטום
בחלק המרכזי יש גרעין שממלא את החלק המינימלי של האטום כולו. אבל מחקרים מראים שכמעט כל המסה (99.9%) נמצאת בו. כל אטום מכיל פרוטונים, נויטרונים, אלקטרונים. מספר האלקטרונים המסתובבים בו שווה למטען המרכזי החיובי. חלקיקים בעלי אותו מטען גרעיני Z, אך מסה אטומית שונה A ומספר הנייטרונים בגרעין N נקראים איזוטופים, ועם אותו A ו-Z ו-N שונים נקראים איזוברים. האלקטרון הוא החלקיק הקטן ביותר של החומר עם שלילימטען חשמלי e=1.6 10-19 קולומב. המטען של יון קובע את מספר האלקטרונים שאבדו או נרכשו. תהליך המטמורפוזה של אטום ניטרלי ליון טעון נקרא יינון.
גרסה חדשה של מודל האטום
פיזיקאים גילו חלקיקים יסודיים רבים אחרים עד כה. למבנה האלקטרוני של האטום יש גרסה חדשה.
מאמינים שהפרוטונים והנייטרונים, לא משנה כמה הם קטנים, מורכבים מהחלקיקים הקטנים ביותר הנקראים קווארקים. הם מהווים מודל חדש לבניית האטום. כפי שמדענים נהגו לאסוף עדויות לקיומו של המודל הקודם, היום הם מנסים להוכיח את קיומם של קווארקים.
RTM הוא מכשיר העתיד
מדענים מודרניים יכולים לראות חלקיקים אטומיים של חומר על צג מחשב, כמו גם להעביר אותם על פני השטח באמצעות כלי מיוחד שנקרא מיקרוסקופ מנהור סורק (RTM).
זהו כלי ממוחשב עם קצה שזז בעדינות רבה ליד פני החומר. בזמן שהקצה נע, אלקטרונים נעים דרך הרווח בין הקצה למשטח. למרות שהחומר נראה חלק לחלוטין, הוא למעשה לא אחיד ברמה האטומית. המחשב יוצר מפה של פני החומר, יוצר תמונה של חלקיקיו, וכך מדענים יכולים לראות את תכונות האטום.
חלקיקים רדיואקטיביים
יונים בעלי מטען שלילי מסתובבים סביב הגרעין במרחק גדול מספיק. המבנה של אטום הוא כזה שהוא שלםהוא באמת ניטרלי ואין לו מטען חשמלי מכיוון שכל החלקיקים שלו (פרוטונים, נויטרונים, אלקטרונים) נמצאים באיזון.
אטום רדיואקטיבי הוא יסוד שניתן לפצל בקלות. מרכזו מורכב מפרוטונים וניוטרונים רבים. היוצא מן הכלל היחיד הוא הדיאגרמה של אטום המימן, שיש לו פרוטון בודד אחד. הגרעין מוקף בענן של אלקטרונים, המשיכה שלהם היא שגורמת להם להסתובב סביב המרכז. פרוטונים בעלי אותו מטען דוחים זה את זה.
זו לא בעיה עבור רוב החלקיקים הקטנים שיש להם כמה מהם. אבל חלקם אינם יציבים, במיוחד גדולים כמו אורניום, שיש לו 92 פרוטונים. לפעמים המרכז שלו לא יכול לעמוד בעומס כזה. הם נקראים רדיואקטיביים מכיוון שהם פולטים מספר חלקיקים מהליבה שלהם. לאחר שהגרעין הלא יציב נפטר מהפרוטונים, הפרוטונים הנותרים יוצרים בת חדשה. זה יכול להיות יציב בהתאם למספר הפרוטונים בגרעין החדש, או שהוא יכול להתחלק עוד יותר. תהליך זה נמשך עד שתישאר ליבת צאצא יציבה.
מאפיינים של אטומים
תכונות פיזיות וכימיות של אטום משתנות באופן טבעי מיסוד אחד למשנהו. הם מוגדרים על ידי הפרמטרים העיקריים הבאים.
מסה אטומית. מכיוון שהמקום העיקרי של המיקרו-חלקיקים תפוס על ידי פרוטונים ונויטרונים, הסכום שלהם קובע את המספר, המתבטא ביחידות מסה אטומית (אמו) נוסחה: A=Z + N.
רדיוס אטומי. הרדיוס תלוי במיקום היסוד במערכת מנדלייב, כימיקשרים, מספר אטומים שכנים ופעולה מכנית קוונטית. רדיוס הליבה קטן פי מאה אלף מרדיוס היסוד עצמו. המבנה של אטום יכול לאבד אלקטרונים ולהפוך ליון חיובי, או להוסיף אלקטרונים ולהפוך ליון שלילי.
במערכת המחזורית של מנדלייב, כל יסוד כימי תופס את מקומו המוקצה. בטבלה, גודלו של אטום גדל ככל שאתה עובר מלמעלה למטה ומצטמצם ככל שאתה עובר משמאל לימין. מכאן, היסוד הקטן ביותר הוא הליום והגדול ביותר הוא צזיום.
Valency. קליפת האלקטרון החיצונית של אטום נקראת קליפת הערכיות, והאלקטרונים בה קיבלו את השם המקביל - אלקטרוני ערכיות. מספרם קובע כיצד אטום מחובר לאחרים באמצעות קשר כימי. בשיטה של יצירת המיקרו-חלקיק האחרון, הם מנסים למלא את קליפות הערכיות החיצוניות שלהם.
כוח המשיכה, המשיכה הוא הכוח ששומר על כוכבי הלכת במסלול, בגללו עצמים המשתחררים מהידיים נופלים לרצפה. אדם מבחין יותר בכוח הכבידה, אבל הפעולה האלקטרומגנטית חזקה פי כמה. הכוח שמושך (או דוחה) חלקיקים טעונים באטום הוא חזק פי 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 מכוח הכבידה שבו. אבל יש כוח חזק עוד יותר במרכז הגרעין שיכול להחזיק פרוטונים וניוטרונים ביחד.
תגובות בגרעינים יוצרות אנרגיה כמו בכורים גרעיניים שבהם אטומים מפוצלים. ככל שהיסוד כבד יותר, כך בנויים יותר חלקיקים האטומים שלו. אם נחבר את המספר הכולל של פרוטונים וניטרונים ביסוד, נגלה זאתמסה. לדוגמה, לאורניום, היסוד הכבד ביותר שנמצא בטבע, יש מסה אטומית של 235 או 238.
חלוקת אטום לרמות
רמות האנרגיה של אטום הן בגודל החלל מסביב לגרעין, שבו האלקטרון בתנועה. ישנם 7 אורביטלים בסך הכל, התואמים למספר התקופות בטבלה המחזורית. ככל שמיקום האלקטרון מרוחק יותר מהגרעין, כך יש לו מאגר אנרגיה משמעותי יותר. מספר התקופה מציין את מספר האורביטלים האטומיים סביב הגרעין שלו. לדוגמה, אשלגן הוא יסוד מהתקופה הרביעית, כלומר יש לו 4 רמות אנרגיה של האטום. המספר של יסוד כימי מתאים למטען שלו ולמספר האלקטרונים מסביב לגרעין.
Atom הוא מקור אנרגיה
ככל הנראה הנוסחה המדעית המפורסמת ביותר התגלתה על ידי הפיזיקאי הגרמני איינשטיין. היא טוענת שמסה אינה אלא סוג של אנרגיה. על סמך תיאוריה זו, ניתן להפוך חומר לאנרגיה ולחשב לפי הנוסחה כמה ממנו ניתן להשיג. התוצאה המעשית הראשונה של טרנספורמציה זו הייתה פצצות אטום, אשר נוסו לראשונה במדבר לוס אלמוס (ארה ב), ולאחר מכן התפוצצו מעל ערים יפניות. ולמרות שרק שביעית מחומר הנפץ הפך לאנרגיה, כוחה ההרסני של פצצת האטום היה נורא.
כדי שהליבה תשחרר את האנרגיה שלה, היא חייבת לקרוס. כדי לפצל אותו, יש צורך לפעול עם נויטרון מבחוץ. ואז הגרעין מתפרק לשניים אחרים, קלים יותר, תוך שהוא מספק שחרור עצום של אנרגיה. ריקבון מוביל לשחרור נויטרונים אחרים,והם ממשיכים לפצל גרעינים אחרים. התהליך הופך לתגובת שרשרת, וכתוצאה מכך כמות עצומה של אנרגיה.
היתרונות והחסרונות של שימוש בתגובה גרעינית בזמננו
כוח הרסני, המשתחרר במהלך השינוי של החומר, האנושות מנסה לאלף בתחנות כוח גרעיניות. כאן התגובה הגרעינית לא מתרחשת בצורה של פיצוץ, אלא כשחרור הדרגתי של חום.
לייצור אנרגיה אטומית יש יתרונות וחסרונות. לדברי מדענים, כדי לשמור על הציוויליזציה שלנו ברמה גבוהה, יש צורך להשתמש במקור האנרגיה העצום הזה. אבל צריך גם לקחת בחשבון שאפילו הפיתוחים המודרניים ביותר אינם יכולים להבטיח את הבטיחות המלאה של תחנות כוח גרעיניות. בנוסף, פסולת רדיואקטיבית הנוצרת במהלך הפקת אנרגיה, אם מאוחסנת בצורה לא נכונה, עלולה להשפיע על צאצאינו במשך עשרות אלפי שנים.
אחרי התאונה בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל, יותר ויותר אנשים רואים בהפקת אנרגיה גרעינית מסוכנת מאוד עבור האנושות. תחנת הכוח הבטוחה היחידה מסוג זה היא השמש עם האנרגיה הגרעינית העצומה שלה. מדענים מפתחים כל מיני מודלים של תאים סולאריים, ואולי בעתיד הקרוב, האנושות תוכל לספק לעצמה אנרגיה אטומית בטוחה.
