komponenter i atomen
subatomiska partiklar
även om ordet atom ursprungligen betecknade en partikel som inte kan skäras till mindre partiklar
partiklar, i modern vetenskaplig användning ”atomen” består av olika subatomiska partiklar. De grundläggande partiklarna i en atom består av elektronen, proton och, för andra atomer än väte-1, neutronen.,
elektronen är överlägset den minst massiva av dessa partiklar vid 9.11×10-31 kg, med en negativ elektrisk laddning och en storlek som är så liten att den för närvarande är omätbar. Protoner har en positiv laddning och en massa 1,836 gånger elektronens, vid 1,67×10-27 kg, även om atombindande energiförändringar kan minska detta. Neutroner har ingen elektrisk laddning och har en fri massa av 1,839 gånger massan av elektroner. Neutroner och protoner har jämförbara dimensioner-i storleksordningen 2,5×10-15 m-även om ”ytan” av dessa partiklar inte är mycket skarpt definierad.,
både protoner och neutroner tros nu vara sammansatta av ännu fler elementära partiklar, kallade kvarkar. Kvarken utgör en av de två grundläggande beståndsdelarna i materia, den andra är lepton, som elektronen är ett exempel på. Det finns sex olika typer av kvarkar, och var och en har en fraktionerad elektrisk laddning på antingen +2/3 eller -1/3. Protoner består av två upp kvarkar och en ner kvark, medan en neutron består av en upp kvark och två ner kvarkar., Kvarkarna hålls samman av den starka kärnkraften, medierad av elementära partiklar som kallas gluoner.
kärna
alla bundna protoner och neutroner i en atom utgör en tät, massiv atomkärna och kallas kollektivt nukleoner. Även om den positiva laddningen av protoner får dem att avvärja varandra, är de bundna tillsammans med neutronerna med en kortvarig attraktiv potential som kallas den kvarvarande starka kraften., Radien för en kärna är ungefär lika med fm, där A är totalt antal nukleoner. Detta är mycket mindre än atomens radie, som ligger i storleksordningen 105 fm.
atomer av samma element har samma antal protoner, kallade atomnumret. Inom ett enda element kan antalet neutroner variera och bestämma isotopen av det elementet. Antalet neutroner i förhållande till protonen bestämmer kärnans stabilitet, med vissa isotoper som genomgår radioaktivt förfall på grund av den svaga kraften.,
antalet protoner och neutroner i atomkärnan kan ändras, även om detta kan kräva mycket höga energier på grund av den starka kraften. Kärnfusion uppstår när ytterligare protoner eller neutroner kolliderar med kärnan. Kärnklyvning är den motsatta processen, vilket gör att kärnan avger en viss mängd nukleoner-vanligtvis genom radioaktivt sönderfall. Kärnan kan också modifieras genom bombardemang av hög energi subatomära partiklar eller fotoner., I sådana processer som förändrar antalet protoner i en kärna blir atomen en atom av ett annat kemiskt element.
fusion av två kärnor som har lägre atomnummer än järn och nickel är en exoterm process som släpper ut mer energi än vad som krävs för att föra dem ihop. Det är denna energifrigörande process som gör kärnfusion i stjärnor till en självbärande reaktion. Nettoförlusten av energi från fusionsreaktionen innebär också att massan av de smälta kärnorna är lägre än den kombinerade massan av de enskilda kärnorna., Den energi som frigörs (E) beskrivs av Albert Einsteins massenergi ekvivalens Formel, E= mc2, där m är massförlusten och c är ljusets hastighet.
kärnans massa är mindre än summan av massorna hos de separata partiklarna. Skillnaden mellan dessa två värden är kärnans bindande energi. Det är den energi som avges när de enskilda partiklarna samlas för att bilda kärnan. Bindningsenergin per nukleon ökar med ökande atomnummer tills järn eller nickel uppnås., För tyngre kärnor börjar bindningsenergin minska. Det betyder fusionsprocesser med kärnor som har högre atomnummer är en endotermisk process. Dessa mer massiva kärnor kan inte genomgå en energiproducerande fusionsreaktion som kan upprätthålla den hydrostatiska jämvikten hos en stjärna. Så småningom, vid tillräckligt höga atomnummer blir bindningsenergin negativ, vilket resulterar i en instabil kärna.
elektronmoln
elektronerna bildar ett mycket större elektronmoln som omger kärnan., Dessa elektroner är bundna till protonerna i kärnan av den elektromagnetiska kraften. Antalet elektroner associerade med en atom ändras lättast på grund av den lägre energin för bindning av elektroner.
atomer är elektriskt neutrala om de har lika många protoner och elektroner. Atomer som har antingen ett underskott eller ett överskott av elektroner kallas joner. Elektroner som är längst bort från kärnan kan överföras till andra närliggande atomer eller delas mellan atomer., Genom denna mekanism atomer kan binda till molekyler och andra typer av kemiska föreningar som joniska och kovalenta nätverkskristaller.
varje elektron i en atom existerar vid ett visst energitillstånd inom ett karakteristiskt område om kärnan som definieras av en atomomloppsbana. Denna matematiska funktion beskriver elektronens vågliknande beteende i ett visst kvanttillstånd. Elektronen kan ändra sitt tillstånd till en högre energinivå genom att absorbera en foton med tillräcklig energi för att öka den i det nya kvanttillståndet., På samma sätt, genom spontan utsläpp, kan en elektron i ett högre energitillstånd sjunka till ett lägre energitillstånd samtidigt som den utstrålar överskottsenergin som en foton. Dessa karakteristiska energivärden, definierade av skillnaderna i kvantstaternas energier, är ansvariga för atomspektrala linjer.
elektronmolnets form.
tillbaka till toppen av sidan