Атомы и химические элементы
Posted Авг 04, 2009 under Что изучает астрономия |Простейший из всех атомов имеет псе-го один протон в качестве ядра и один электрон. Подобные атомы образуют газ водород, который является самым легким из всех химических элементов. Во Вселенной водорода содержится значительно больше, чем чего бы то пи было другого.
Различные химические элементы образуются за счет того, что в ядрах их атомов содержится различное число протонов. Углерод, например, имеет в своем ядре 6 протонов, железо -• 26 протонов, а свинец - 82 протона. Наличие нейтронов в ядре также совершенно необходимо — они придают ему
Астрономы хотят узнать, как образовались галактики, почему звезды светятся, из чего состоят планеты. Чтобы ответить на эти и множество других вопросов, относящихся ко Вселенной, нам необходимо понять, что представляет собой материи. Планета Земля и даже наши собственные тела состоят в точности из тех же самых основных элементов, что и наиболее удаленные галактики. И поэтому все, что узнали в своих лабораториях ученые относительно элементарных частиц, из которых состоит материя, является чрезвычайно важным и для астрономии.
Предположим, что у нас есть микроскоп огромной мощности. Что произойдет, если мы будем разглядывать с его помощью, скажем, кусочек железа? По мере нарастания увеличения, вначале не будет происходить ничего особенного. Маленькие части куска железа выглядят более или менее так же, как и весь кусок. Но если произвести увеличение п миллионы, и миллионы, и миллионы раз, то окажется, что железо состоит из каких-то шариков с нечеткими очертаниями, касающихся друг друга. Наиболее мощные микроскопы дают возможность разглядеть самые мельчайшие кусочки железа.
Приблизительно за 400 лет до и. э. греческий ученый Демокрит предположил, что вся материя состоит из мельчайших неделимых частиц, которые он назвал атомами, что по-грсчески означает «неделимый». Доказать свою идею он, разумеется, не мог, по мы сегодня знаем, что он был абсолютно прав, — за исключением того, что атомы можно расщепить на еще более мелкие частицы.
Внутри атома
Если уложить в ряд несколько миллионов атомов, то длина этого ряда не будет превосходить одного миллиметра. Но внутри каждого атома находится ядро, которое по размеру в тысячи раз меньше самого атома. Представь себе модель атома, в которой ядро по величине4 равно булавочной головке. Тогда весь этот атом имел бы около 10 м п поперечнике.
Атомное ядро состоит из частиц двух видов, протонов и нейтронов. Они притягиваются друг к другу мощными внутриядерными силами. Протоны несут па себе малые положительные электрические заряды, а нейтроны не имеют никакого заряда. Масса обеих частиц примерно одинакова.
Вокруг ядра находится электронное облако, образующее наружную часть атома, его электронную оболочку, каждый электрон имеет такой же по величине электрический заряд, что и протон, по это заряд противоположного (отрицательного) знака. Сила притяжения между положительным зарядом ядра и отрицательным зарядом электронов удерживает их в атоме. Электроны намного легче протонов и нейтронов. Потребовалось бы около 2000 электронов, чтобы составить массу, равную массе протона. Это означает, что почти вся масса атома сосредоточена в ядре, а большая часть атома представляет собой пустое пространство!
Обычный атом содержит одинаковое количество электронов и протонов, так что результирующий электрический заряд атома равен нулю. Но если атом ра-
А Атом химического элемента бериллия имеет в своем ядре четыре протона, несущих положительный электрический заряд, и пять незаряженных нейтронов. Вокруг ядра в атомной оболочке вращаются четыре отрицательно заряженных электрона, в результате чего общий заряд атома равен нулю. На этой схеме размер ядра сильно преувеличен. Он должен был бы равняться неразличимому острию булавки в сравнении с таким размером электронной оболочки.
20
устойчивость (за исключением особого случая - водорода). Ядро углерода содержит 6 нейтронов, ядро железа — 30, а ядро свинца — 126. Свинец плотнее, чем железо, а такой тяжелый он потому, что в каждом из его атомов содержится очень большое количество нейтронов и протонов. Каждый элемент обозначается одной или двумя буквами, взятыми из его латинского названия, например: Н — водород (hydrogen), Не — гелий (helium), С — углерод (carbon).
Некоторые очень тяжелые ядра нестабильны, какое бы количество нейтронов в них ни содержалось. Они выбрасывают частицы, превращаясь при этом в другие, более легкие и стабильные элементы. Такие нестабильные элементы называются радиоактивными. Уран и радон — это два радиоактивных элемента, которые естественным образом существуют в природе. Все элементы, имеющие 84 или более протонов, являются радиоактивными. Всего на пашей планете в природе можно встретить 90 различных химических элементов.