Ատոմ անունը հունարենից թարգմանվում է որպես «անբաժանելի»: Մեզ շրջապատող ամեն ինչ՝ պինդ մարմիններ, հեղուկներ և օդ, կառուցված է միլիարդավոր այս մասնիկներից:
Ատոմի մասին վարկածի տեսքը
Ատոմներն առաջին անգամ հայտնի են դարձել մ.թ.ա. 5-րդ դարում, երբ հույն փիլիսոփա Դեմոկրիտոսն առաջարկեց, որ նյութը բաղկացած է շարժվող փոքրիկ մասնիկներից: Բայց հետո նրանց գոյության վարկածը ստուգել չհաջողվեց։ Եվ չնայած ոչ ոք չէր կարող տեսնել այդ մասնիկները, այդ գաղափարը քննարկվեց, քանի որ միակ միջոցը գիտնականները կարող էին բացատրել իրական աշխարհում տեղի ունեցող գործընթացները: Հետևաբար, նրանք հավատում էին միկրոմասնիկների գոյությանը շատ ավելի վաղ, քան նրանք կարող էին ապացուցել այս փաստը:
Միայն 19-րդ դարում. դրանք սկսեցին վերլուծվել որպես քիմիական տարրերի ամենափոքր բաղադրամասեր, որոնք ունեն ատոմների հատուկ հատկություններ՝ մյուսների հետ միացությունների մեջ խստորեն սահմանված քանակությամբ մտնելու ունակություն: 20-րդ դարի սկզբին ենթադրվում էր, որ ատոմները նյութի ամենափոքր մասնիկներն են, մինչև որ ապացուցվեց, որ դրանք կազմված են նույնիսկ ավելի փոքր միավորներից։
Ինչի՞ց է կազմված քիմիական տարրը
Քիմիական տարրի ատոմը նյութի մանրադիտակային շինանյութ է: Ատոմի մոլեկուլային քաշը դարձել է այս միկրոմասնիկի որոշիչ հատկանիշը։ Միայն Մենդելեևի պարբերական օրենքի բացահայտումը հիմնավորեց, որ դրանց տեսակները մեկ նյութի տարբեր ձևեր են։ Դրանք այնքան փոքր են, որ հնարավոր չէ տեսնել սովորական մանրադիտակներով, միայն ամենահզոր էլեկտրոնային սարքերով: Համեմատության համար՝ մարդու ձեռքի մազը միլիոն անգամ ավելի լայն է։
Ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքն ունի միջուկ, որը բաղկացած է նեյտրոններից և պրոտոններից, ինչպես նաև էլեկտրոններից, որոնք կենտրոնի շուրջ պտույտներ են կատարում մշտական ուղեծրերով, ինչպես իրենց աստղերի շուրջ մոլորակները: Դրանք բոլորն իրար են պահում էլեկտրամագնիսական ուժով, որը տիեզերքի չորս հիմնական ուժերից մեկն է: Նեյտրոնները չեզոք լիցքով մասնիկներ են, պրոտոններն օժտված են դրական լիցքով, իսկ էլեկտրոնները՝ բացասական։ Վերջիններս գրավում են դրական լիցքավորված պրոտոնները, ուստի նրանք հակված են մնալ ուղեծրում։
Ատոմի կառուցվածք
Կենտրոնական մասում կա միջուկ, որը լրացնում է ամբողջ ատոմի նվազագույն մասը։ Բայց ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ դրա մեջ է գտնվում գրեթե ողջ զանգվածը (99,9%)։ Յուրաքանչյուր ատոմ պարունակում է պրոտոններ, նեյտրոններ, էլեկտրոններ: Նրանում պտտվող էլեկտրոնների թիվը հավասար է դրական կենտրոնական լիցքին։ Նույն միջուկային լիցք ունեցող Z, բայց տարբեր ատոմային A զանգվածով և N միջուկում նեյտրոնների քանակով մասնիկները կոչվում են իզոտոպներ, իսկ նույն A-ով և տարբեր Z և N-ով կոչվում են իզոբարներ: Էլեկտրոնը նյութի ամենափոքր մասնիկն է, որն ունի բացասականէլեկտրական լիցք e=1,6 10-19 կուլ. Իոնի լիցքը որոշում է կորցրած կամ ձեռք բերված էլեկտրոնների թիվը։ Չեզոք ատոմի լիցքավորված իոնի փոխակերպման գործընթացը կոչվում է իոնացում։
Ատոմային մոդելի նոր տարբերակ
Ֆիզիկոսները մինչ օրս բազմաթիվ այլ տարրական մասնիկներ են հայտնաբերել: Ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը նոր տարբերակ ունի։
Ենթադրվում է, որ պրոտոնները և նեյտրոնները, անկախ նրանից, թե որքան փոքր են, բաղկացած են ամենափոքր մասնիկներից, որոնք կոչվում են քվարկներ: Դրանք ատոմի կառուցման նոր մոդել են կազմում։ Քանի որ գիտնականները նախկին մոդելի գոյության ապացույցներ էին հավաքում, այսօր նրանք փորձում են ապացուցել քվարկների գոյությունը։
RTM-ն ապագայի սարքն է
Ժամանակակից գիտնականները կարող են տեսնել նյութի ատոմային մասնիկները համակարգչային մոնիտորի վրա, ինչպես նաև դրանք տեղափոխել մակերեսի վրա՝ օգտագործելով հատուկ գործիք, որը կոչվում է սկանավորող թունելային մանրադիտակ (RTM):
Սա համակարգչային գործիք է ծայրով, որը շատ նրբորեն շարժվում է նյութի մակերեսի մոտ: Երբ ծայրը շարժվում է, էլեկտրոնները շարժվում են ծայրի և մակերեսի միջև եղած բացվածքով: Չնայած նյութը կատարյալ հարթ տեսք ունի, այն իրականում անհավասար է ատոմային մակարդակում: Համակարգիչը կազմում է նյութի մակերեսի քարտեզը՝ ստեղծելով դրա մասնիկների պատկերը, և այդպիսով գիտնականները կարող են տեսնել ատոմի հատկությունները։
Ռադիոակտիվ մասնիկներ
Բացասական լիցքավորված իոնները պտտվում են միջուկի շուրջ բավական մեծ հեռավորության վրա: Ատոմի կառուցվածքն այնպիսին է, որ այն ամբողջական էիսկապես չեզոք է և չունի էլեկտրական լիցք, քանի որ նրա բոլոր մասնիկները (պրոտոններ, նեյտրոններ, էլեկտրոններ) հավասարակշռված են։
Ռադիոակտիվ ատոմը այն տարրն է, որը հեշտությամբ կարելի է բաժանել: Նրա կենտրոնը բաղկացած է բազմաթիվ պրոտոններից և նեյտրոններից։ Միակ բացառությունը ջրածնի ատոմի դիագրամն է, որն ունի մեկ պրոտոն։ Միջուկը շրջապատված է էլեկտրոնների ամպով, նրանց ձգողությունն է, որ ստիպում է նրանց պտտվել կենտրոնի շուրջ։ Նույն լիցքով պրոտոնները վանում են միմյանց։
Սա խնդիր չէ փոքր մասնիկների մեծ մասի համար, որոնք ունեն դրանցից մի քանիսը: Բայց դրանցից մի քանիսը անկայուն են, հատկապես խոշորները, ինչպիսին է ուրանը, որն ունի 92 պրոտոն: Երբեմն նրա կենտրոնը չի դիմանում նման ծանրաբեռնվածությանը։ Դրանք կոչվում են ռադիոակտիվ, քանի որ իրենց միջուկից մի քանի մասնիկներ են արձակում։ Անկայուն միջուկը պրոտոններից ազատվելուց հետո մնացած պրոտոնները նոր դուստր են կազմում: Այն կարող է կայուն լինել՝ կախված նոր միջուկի պրոտոնների քանակից, կամ կարող է հետագայում բաժանվել։ Այս գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև մնա կայուն մանկական միջուկ:
Ատոմների հատկություններ
Ատոմի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները բնականաբար փոխվում են մի տարրից մյուսը: Դրանք սահմանվում են հետևյալ հիմնական պարամետրերով։
Ատոմային զանգված. Քանի որ միկրոմասնիկների հիմնական տեղը զբաղեցնում են պրոտոնները և նեյտրոնները, դրանց գումարը որոշում է այն թիվը, որն արտահայտվում է ատոմային զանգվածի միավորներով (amu) Բանաձև՝ A=Z + N.
Ատոմային շառավիղ. Շառավիղը կախված է Մենդելեևի համակարգում տարրի տեղակայությունից, քիմկապեր, հարևան ատոմների թիվը և քվանտային մեխանիկական գործողությունը: Միջուկի շառավիղը հարյուր հազար անգամ փոքր է բուն տարրի շառավղից։ Ատոմի կառուցվածքը կարող է կորցնել էլեկտրոններ և դառնալ դրական իոն, կամ ավելացնել էլեկտրոններ և դառնալ բացասական իոն։
Մենդելեևի պարբերական համակարգում ցանկացած քիմիական տարր զբաղեցնում է իր նշանակված տեղը։ Աղյուսակում ատոմի չափը մեծանում է վերևից ներքև շարժվելիս և նվազում է ձախից աջ շարժվելիս: Դրանից ամենափոքր տարրը հելիումն է, իսկ ամենամեծը՝ ցեզիումը։
Վալենտություն. Ատոմի արտաքին էլեկտրոնային թաղանթը կոչվում է վալենտային թաղանթ, իսկ դրանում գտնվող էլեկտրոնները ստացել են համապատասխան անվանումը՝ վալենտային էլեկտրոններ։ Նրանց թիվը որոշում է, թե ինչպես է ատոմը միանում մյուսներին քիմիական կապի միջոցով։ Վերջին միկրոմասնիկի ստեղծման մեթոդով նրանք փորձում են լրացնել իրենց արտաքին վալենտային թաղանթները։
Ձգողականությունը, ձգողականությունը մոլորակներին ուղեծրում պահող ուժն է, որի պատճառով ձեռքերից ազատված առարկաները ընկնում են հատակին: Մարդն ավելի շատ է նկատում ձգողականությունը, բայց էլեկտրամագնիսական գործողությունը բազմապատիկ ավելի հզոր է։ Ատոմում լիցքավորված մասնիկները ձգող (կամ վանող) ուժը 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 անգամ ավելի հզոր է, քան դրա մեջ գտնվող ձգողականությունը: Սակայն միջուկի կենտրոնում կա ավելի ուժեղ ուժ, որը կարող է միասին պահել պրոտոններն ու նեյտրոնները:
Միջուկների ռեակցիաները էներգիա են ստեղծում, ինչպես միջուկային ռեակտորներում, որտեղ ատոմները բաժանվում են: Որքան ծանր է տարրը, այնքան ավելի շատ մասնիկներից են կառուցված նրա ատոմները: Եթե գումարենք տարրի մեջ պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թիվը, ապա կպարզենքզանգվածային. Օրինակ՝ ուրանը, բնության մեջ հայտնաբերված ամենածանր տարրը, ունի 235 կամ 238 ատոմային զանգված։
Ատոմը մակարդակների բաժանելը
Ատոմի էներգիայի մակարդակները միջուկի շուրջ տարածության չափն են, որտեղ էլեկտրոնը շարժման մեջ է: Ընդհանուր առմամբ կան 7 ուղեծրեր, որոնք համապատասխանում են պարբերական աղյուսակի պարբերությունների քանակին։ Որքան հեռու է էլեկտրոնի գտնվելու վայրը միջուկից, այնքան ավելի զգալի էներգիայի պաշար ունի: Ժամանակահատվածի թիվը ցույց է տալիս նրա միջուկի շուրջ ատոմային ուղեծրերի թիվը: Օրինակ՝ կալիումը 4-րդ շրջանի տարր է, ինչը նշանակում է, որ այն ունի ատոմի 4 էներգետիկ մակարդակ։ Քիմիական տարրի թիվը համապատասխանում է նրա լիցքին և միջուկի շուրջ էլեկտրոնների թվին։
Ատոմը էներգիայի աղբյուր է
Հավանաբար ամենահայտնի գիտական բանաձեւը հայտնաբերել է գերմանացի ֆիզիկոս Էյնշտեյնը։ Նա պնդում է, որ զանգվածը ոչ այլ ինչ է, քան էներգիայի ձև: Այս տեսության հիման վրա հնարավոր է նյութը վերածել էներգիայի և բանաձևով հաշվարկել, թե դրանից որքան կարելի է ստանալ։ Այս փոխակերպման առաջին գործնական արդյունքը ատոմային ռումբերն էին, որոնք սկզբում փորձարկվեցին Լոս Ալամոս անապատում (ԱՄՆ), իսկ հետո պայթեցին ճապոնական քաղաքների վրա։ Եվ չնայած պայթուցիկի միայն յոթերորդն էր վերածվել էներգիայի, ատոմային ռումբի կործանարար ուժը սարսափելի էր։
Որպեսզի միջուկն ազատի իր էներգիան, այն պետք է փլուզվի: Այն պառակտելու համար անհրաժեշտ է գործել դրսից նեյտրոնով։ Այնուհետև միջուկը բաժանվում է երկու այլ՝ ավելի թեթև միջուկների՝ միաժամանակ ապահովելով էներգիայի հսկայական արտազատում: Քայքայումը հանգեցնում է այլ նեյտրոնների արտազատմանը,և նրանք շարունակում են պառակտել այլ միջուկներ: Գործընթացը վերածվում է շղթայական ռեակցիայի, որի արդյունքում առաջանում է հսկայական էներգիա։
Մեր ժամանակներում միջուկային ռեակցիայի օգտագործման դրական և բացասական կողմերը
Քայքայիչ ուժը, որն ազատվում է նյութի փոխակերպման ժամանակ, մարդկությունը փորձում է ընտելացնել ատոմակայաններում. Այստեղ միջուկային ռեակցիան տեղի է ունենում ոչ թե պայթյունի, այլ ջերմության աստիճանական արտազատման տեսքով։
Ատոմային էներգիայի արտադրությունն ունի իր դրական և բացասական կողմերը. Գիտնականների կարծիքով՝ մեր քաղաքակրթությունը բարձր մակարդակի վրա պահելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել էներգիայի այս հսկայական աղբյուրը։ Բայց պետք է նաև հաշվի առնել, որ նույնիսկ ամենաժամանակակից զարգացումները չեն կարող երաշխավորել ատոմակայանների ամբողջական անվտանգությունը։ Բացի այդ, էներգիայի արտադրության ժամանակ արտադրված ռադիոակտիվ թափոնները, եթե ոչ պատշաճ կերպով պահվեն, կարող են ազդել մեր ժառանգների վրա տասնյակ հազարավոր տարիներ:
Չեռնոբիլի ատոմակայանում տեղի ունեցած վթարից հետո ավելի ու ավելի շատ մարդիկ ատոմային էներգիայի արտադրությունը համարում են մարդկության համար շատ վտանգավոր։ Այս տեսակի միակ անվտանգ էլեկտրակայանը Արեգակն է՝ իր հսկայական միջուկային էներգիայով: Գիտնականները մշակում են արեգակնային բջիջների բոլոր տեսակի մոդելներ, և, հավանաբար, մոտ ապագայում մարդկությունը կկարողանա ապահովել իրեն անվտանգ ատոմային էներգիա։
