Atom i jądro - budowa, cechy, funkcje

Budowa atomu i jądra atomowego
1. Rozwój poglądów na temat budowy atomu.
Prawie dwa i pół tysiąca lat temu grecki filozof Arystoteles głosił, że świat składa się z czterech żywiołów – wody, ognia, ziemi i powietrza. Żywioły te miały, w zależności od wzajemnych proporcji, tworzyć różne substancje.
Inny starożytny Grek – Demokryt z Abdery – sądził, że wszechświat to próżnia, po której pędzą z ogromną prędkością atomy – najmniejsze fragmenty („ziarna”) materii. Atomos po grecku oznacza „niepodzielny”.
Od Demokryta pośrednio wywodzi się dzisiejszy pogląd na budowę materii. Zakłada on, że wszystkie substancje zbudowane są z cząsteczek, które nieustannie się poruszają. Różnica między ciałami stałymi, cieczą a gazem tkwi w prędkości i „swobodzie ruchu” cząsteczek
Dalton, angielski fizyk i chemik, twórca nowożytnej atomistyki. Największym jego osiągnięciem jest teoria, że materia składa się z atomów. Twierdził, że atomy różnych pierwiastków różnią się masą, wielkością i własnościami.
Thomson badając wyładowania elektryczne w gazach rozrzedzonych odkrył ujemne cząstki – elektrony – o wiele mniejsze niż atomy. Od tego momentu poglądy na temat atomów rozwijały się bardzo szybko.
Według Bohr’a elektrony nie mogą krążyć wokół jądra po dowolnych orbitach, lecz tylko po ściśle określonych, które noszą nazwę orbit stacjonarnych lub inaczej dozwolonych. Rozmiary tych orbit są dziesiątki tysięcy razy większe od rozmiarów jąder. Według niego elektron poruszający się po konkretnej, dozwolonej orbicie ma określoną energię, której wartość nie zmienia się podczas okrążania jądra.
W 1911 r. Rutherford ogłosił swoje poglądy na temat modelu budowy atomu. „Elektrony krążą wokół jądra atomowego, jak planety wokół słońca. Atom jest elektrycznie obojętny. W atomie liczba protonów jest równa liczbie elektronów. Jądro atomowe ma ładunek dodatni (+), natomiast elektrony mają ujemny (-). Liczba neutronów w jądrze (oprócz wodoru) jest równa lub większa od liczby protonów. Między protonami i neutronami działają siły jądrowe. Dośrodkowa siła elektrostatyczna trzyma elektrony na uwięzi w atomie.
Doświadczenie Ruhteforda – w 1911 przeprowadził doświadczenie, w którym strumień dodatnich cząsteczek alfa a (cząstkę a stanowią 2 protony i 2 neutrony) został skierowany na bardzo cienką płytkę wykonaną ze złota. Z tyłu za nią znajdował się ekran. Otóż zdecydowanie większość cząsteczek a przeszła przez płytkę i padając na ekran powodowała słabe błyski. Tylko bardzo nieliczne cząstki a zostały odbite bądź odchylone na skutek zderzenia z dodatnim jądrem atomu.

2. Rozmiary atomu i jądra

Badania atomów różnych pierwiastków pokazały, że jego średnica jest wielkością bardzo małą i wynosi około 0,0000000002 = 2 x 10-10 m, a masa około 5 x 10-26 kg. Atom jest tak mały, że nie dostrzeżemy go pod lupą, a także pod mikroskopem. Wyodrębnienie pojedynczego atomu jest więc praktycznie niemożliwe.
Jądro atomowe jest około 105 razy mniejsze od rozmiarów atomu – 2 x 10-15 .

3. Budowa jądra atomowego

Jądro atomowe składa się z protonów i neutronów oraz z elektronów krążących dookoła jądra atomowego po orbitach. Dotychczas nie opracowano jednoznacznej teorii wyjaśniającej jaka własność jądra wynika z własności i liczby neutronów i protonów w jądrze atomowym.

4. Siły jądrowe
Między dodatnio naładowanymi protonami występuje odpychanie elektryczne, którego efekty są równoważone przez oddziaływanie silne między nukleonami. Oddziaływania silne przeważają na małych odległościach i mają własność wysycania, na większych odległościach przeważają siły odpychania elektrycznego.


Notatka:
1.Rozwój poglądów na temat budowy atomu
a) Arystoteles – 4 żywioły
b) Demokryt – wszechświat to próżnia, po której krążą atomy
c) Dalton – materia składa się z atomów
d) Rutherford – elektrony krążą wokół jądra atomowego, jądro (+), elektrony (-)
e) Bohr – elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny
f) Thomson – elektrony – ujemne cząsteczki krążące wokół jądra

2. Rozmiary atomu i jądra
a) jądro - 2 x 10-15 m
b) atom - 2 x 10-10 m

3. Budowa jądra atomowego
(RYSUNEK)
4. Siły jądrowe:
Między dodatnio naładowanymi protonami występuje odpychanie elektryczne, którego efekty są równoważone przez oddziaływanie silne między nukleonami. Oddziaływania silne przeważają na małych odległościach i mają własność wysycania, na większych odległościach przeważają siły odpychania elektrycznego.

5. Przejście elektronu z niższego poziomu energetycznego na poziom wyższy jest możliwe tylko wtedy, gdy atom pobierze porcję energii. Natomiast przejście ze stanu o energii wyższej do stanu o energii niższej wiąże się z oddaniem energii.

ŹRÓDŁO:
- Internet: Wiklipedia.pl, Encyklopedia.Interia.pl
- Podręcznik „Fizyka dla gimnazjum” część 3
- Encyklopedia PWN