Ano ang isang Atom? | Live Science


Ang mga atom ay ang pangunahing yunit ng bagay at ang pagtukoy ng istruktura ng mga elemento. Ang salitang "atom" ay nagmula sa salitang Griyego para sa hindi mahahati, dahil sa minsan ay naisip na ang mga atom ay ang pinakamaliit na mga bagay sa sansinukob at hindi mahahati. Alam natin ngayon na ang mga atomo ay binubuo ng tatlong mga particle: proton, neutron at elektron – na binubuo ng kahit na mas maliit na mga partikulo, tulad ng mga bakla.

Ang mga atom ay nilikha pagkatapos ng Big Bang 13.7 bilyong taon na ang nakalilipas. Habang pinalamig ang mainit, siksik na bagong uniberso, ang mga kondisyon ay naging angkop para mabuo ang mga pagtatalo at mga electron. Ang mga Quarks ay sama-sama upang makabuo ng mga proton at neutron, at ang mga particle na ito ay pinagsama sa nuclei. Nangyari ang lahat sa loob ng unang ilang minuto ng pagkakaroon ng sansinukob, ayon sa CERN.

Tumagal ng 380,000 taon para sa sansinukob na lumamig upang mapabagal ang mga elektron upang makuha ng mga nuclei ang mga ito upang mabuo ang mga unang atom. Ang pinakaunang mga atom ay pangunahin haydrodyen at helium, na kung saan ay pa rin ang pinaka-masaganang elemento sa uniberso, ayon sa Jefferson Lab. Ang kalubha sa kalaunan ay nagdulot ng mga ulap ng gas na mag-coalesce at bumubuo ng mga bituin, at ang mas mabibigat na mga atomo ay (at pa rin ay) nilikha sa loob ng mga bituin at ipinadala sa buong uniberso nang sumabog ang bituin (supernova).

Mga particle ng atom

Ang mga proton at neutron ay mas mabibigat kaysa sa mga electron at naninirahan sa nucleus sa gitna ng atom. Ang mga elektron ay labis na magaan at umiiral sa isang ulap na nag-oorbit sa nucleus. Ang ulap ng elektron ay may radius 10,000 beses na mas malaki kaysa sa nucleus, ayon sa Los Alamos National Laboratory.

Ang mga proton at neutron ay may humigit-kumulang na parehong masa. Gayunpaman, ang isang proton ay tungkol sa 1,835 beses na mas malaki kaysa sa isang elektron. Ang mga Atom ay laging may pantay na bilang ng mga proton at elektron, at ang bilang ng mga proton at neutron ay karaniwang pareho din. Ang pagdaragdag ng isang proton sa isang atom ay gumagawa ng isang bagong elemento, habang ang pagdaragdag ng neutron ay gumagawa ng isang isotope, o mas mabibigat na bersyon, ng atom na iyon.

Nukleus

Ang nuklear ay natuklasan noong 1911 ni Ernest Rutherford, isang pisisista mula sa New Zealand. Noong 1920, iminungkahi ni Rutherford ang proton ng pangalan para sa positibong sisingilin na mga particle ng atom. Ipinag-utos din niya na mayroong isang neutral na butil sa loob ng nucleus, na kung saan si James Chadwick, isang British pisiko at mag-aaral ng Rutherford's, ay nakumpirma noong 1932.

Halos lahat ng masa ng isang atom ay naninirahan sa nucleus nito, ayon sa Chemistry LibreTexts. Ang mga proton at neutron na bumubuo sa nucleus ay humigit-kumulang sa parehong masa (ang proton ay bahagyang mas mababa) at may parehong anggular momentum, o paikutin.

Ang nucleus ay gaganapin ng magkasama malakas na puwersa, isa sa apat na pangunahing puwersa sa kalikasan. Ang puwersa na ito sa pagitan ng mga proton at neutron ay nagtagumpay sa nakasisilaw na de-koryenteng puwersa na kung hindi man itulak ang mga proton na hiwalay, ayon sa mga patakaran ng kuryente. Ang ilang mga atomic nuclei ay hindi matatag dahil ang lakas na nagbubuklod ay nag-iiba para sa iba't ibang mga atomo batay sa laki ng nucleus. Ang mga atom na ito ay pagkatapos ay mabulok sa iba pang mga elemento, tulad ng carbon-14 na pagkabulok sa nitrogen-14.

Narito ang isang simpleng pagguhit ng istraktura ng isang atom.

(Imahe ng credit: Shutterstock)

Proton

Ang mga proton ay positibong sisingilin ng mga particle na matatagpuan sa loob ng nucleic nuclei. Natuklasan sila ni Rutherford sa mga eksperimento sa mga tubo ng cathode-ray na isinagawa sa pagitan ng 1911 at 1919. Ang mga proton ay halos 99.86% bilang napakalaking bilang mga neutron.

Ang bilang ng mga proton sa isang atom ay natatangi sa bawat elemento. Halimbawa, carbon ang mga atomo ay may anim na proton, haydrodyen ang mga atomo ay may isa at oxygen ang mga atomo ay may walong. Ang bilang ng mga proton sa isang atom ay tinutukoy bilang bilang ng atom ng elementong iyon. Ang bilang ng mga proton ay natutukoy din ang pag-uugali ng kemikal ng elemento. Ang mga elemento ay nakaayos sa Pana-panahong Talaan ng Mga Sangkap pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng numero ng atomic.

Tatlong quarks ang bumubuo sa bawat proton – dalawang "up" na mga pag-away (bawat isa ay may positibong singil ng dalawang-katlo) at isang "down" quark (na may isang-ikatlong negatibong singil) – at pinagsama-sama sila ng iba pang mga subatomikong mga particle na tinatawag na mga gluons, na walang masa.

Mga elektron

Maliit ang mga electron kumpara sa mga proton at neutron, higit sa 1,800 beses na mas maliit kaysa sa alinman sa isang proton o isang neutron. Ang mga elektron ay halos 0,054% kasing laki ng mga neutron, ayon sa Jefferson Lab.

Si Joseph John (J.J.) Thomson, isang pisika ng Britanya, ay natuklasan ang elektron noong 1897, ayon sa Science History Institute. Orihinal na kilala bilang "corpuscy," ang mga electron ay may negatibong singil at electrically akit sa positibong sisingilin proton. Ang mga elektron ay nakapaligid sa atomic na nucleus sa mga daanan na tinatawag na mga orbit, isang ideya na inilagay ni Erwin Schrödinger, isang Austrian physicist, noong 1920s. Ngayon, ang modelong ito ay kilala bilang modelo ng quantum o modelo ng ulap ng elektron. Ang mga panloob na orbit na nakapaligid sa atom ay spherical ngunit ang mga panlabas na orbit ay mas kumplikado.

Ang pagsasaayos ng elektron ng isang atom ay tumutukoy sa mga lokasyon ng mga elektron sa isang pangkaraniwang atom. Gamit ang pagsasaayos ng elektron at mga prinsipyo ng pisika, mahuhulaan ng mga chemists ang mga katangian ng isang atom, tulad ng katatagan, punto ng kumukulo at kondaktibiti, ayon sa Los Alamos National Laboratory.

Mga Neutono

Ang pagkakaroon ng neutron ay inilaan ng Rutherford noong 1920 at natuklasan ni Chadwick noong 1932, ayon sa American Physical Society. Ang mga neutron ay natagpuan sa panahon ng mga eksperimento kapag ang mga atomo ay kinunan sa isang manipis na sheet ng beryllium. Ang mga subatomic particle na walang singil ay pinakawalan – ang neutron.

Ang mga neutron ay mga uncharge particle na matatagpuan sa loob ng lahat ng atomic nuclei (maliban sa hydrogen). Ang isang neutron's mass ay bahagyang mas malaki kaysa sa isang proton. Tulad ng mga proton, ang mga neutron ay ginawa rin ng mga pag-away – isang "up" quark (na may positibong singil na 2/3) at dalawang "down" quark (bawat isa ay may negatibong isang-ikatlong singil).

Kasaysayan ng atom

Ang teorya ng atom ay nagmula nang hindi bababa sa abot ng 440 B.C. kay Democritus, isang Greek scientist at pilosopo. Malamang na itinayo ni Democritus ang kanyang teorya ng mga atomo sa gawa ng mga nakaraang pilosopo, ayon kay Andrew G. Van Melsen, may-akda ng "Mula sa Atomos hanggang Atom: Ang Kasaysayan ng Konsepto Atom" (Duquesne University Press, 1952).

Ang paliwanag ni Democritus tungkol sa atom ay nagsisimula sa isang bato. Ang isang bato na gupit sa kalahati ay nagbibigay ng dalawang halves ng parehong bato. Kung ang bato ay dapat na patuloy na i-cut, sa ilang mga oras ay magkakaroon ng isang piraso ng bato na sapat na maliit na hindi na ito mapuputol. Ang salitang "atom" ay nagmula sa salitang Greek para sa hindi mahahati, na natapos ni Democritus ay dapat na ang punto kung saan ang isang tao (anumang anyo ng bagay) ay hindi na mahahati pa.

Kasama sa kanyang paliwanag ang mga ideya na ang mga atomo ay umiiral nang hiwalay sa bawat isa, na mayroong isang walang hanggan na halaga ng mga atom, na ang mga atomo ay maaaring ilipat, na maaari silang pagsamahin upang lumikha ng bagay ngunit hindi pagsamahin upang maging isang bagong atom, at na sila hindi mahahati, ayon sa Unibersaryo Ngayon. Gayunpaman, dahil ang karamihan sa mga pilosopo sa oras – lalo na ang napaka-maimpluwensyang Aristotle – ay naniniwala na ang lahat ng bagay ay nilikha mula sa lupa, hangin, sunog at tubig, ang teorya ng Democritus 'ay isinantabi.

Si John Dalton, isang chemist ng Britanya, na binuo sa mga ideya ni Democritus noong 1803 nang ilabas niya ang kanyang sariling teorya ng atom, ayon sa kagawaran ng kimika sa Purdue University. Ang teorya ni Dalton ay nagsasama ng maraming mga ideya mula sa Democritus, tulad ng mga atomo ay hindi maibabahagi at hindi masisira at ang magkakaibang mga atom ay magkasama upang lumikha ng lahat ng bagay. Ang mga pagdaragdag ni Dalton sa teorya ay kasama ang mga sumusunod na ideya: Na ang lahat ng mga atom ng isang tiyak na elemento ay magkapareho, na ang mga atomo ng isang elemento ay magkakaroon ng iba't ibang mga timbang at mga katangian kaysa sa mga atomo ng ibang elemento, na ang mga atomo ay hindi malilikha o masira at ang bagay na ito ay nabuo ng mga atom na pinagsasama sa simpleng buong numero.

Si Thomson, ang pisikong pisiko ng Britanya na natuklasan ang elektron noong 1897, pinatunayan na ang mga atomo ay maaaring hatiin, ayon sa Foundation ng Chemical Heritage. Nagawa niyang matukoy ang pagkakaroon ng mga electron sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga katangian ng electric discharge sa mga cathode-ray tubes. Ayon sa papel na Thomson ng 1897, ang mga sinag ay na-deflect sa loob ng tubo, na nagpatunay na mayroong isang bagay na negatibong sisingilin sa loob ng vacuum tube. Noong 1899, inilathala ni Thomson ang isang paglalarawan ng kanyang bersyon ng atom, na karaniwang kilala bilang "modelo ng plum puding." Isang sipi ng papel na ito ay matatagpuan sa Chem Team lugar. Ang modelo ng Thomson ng atom ay nagsasama ng isang malaking bilang ng mga electron na nasuspinde sa isang bagay na gumawa ng isang positibong singil na nagbibigay sa atom ng isang pangkalahatang neutral na singil. Ang kanyang modelo ay kahawig ng plum puding, isang tanyag na British dessert na may mga pasas na sinuspinde sa isang round na tulad ng cake.

Ang susunod na siyentipiko upang higit pang baguhin at isulong ang modelo ng atomic ay si Rutherford, na nag-aral sa ilalim ng Thomson, ayon sa kagawaran ng kimika sa Purdue University. Noong 1911, inilathala ni Rutherford ang kanyang bersyon ng atom, na kasama ang isang positibong sisingilin na nucleus na inayos ng mga electron. Ang modelong ito ay lumitaw nang ang Rutherford at ang kanyang mga katulong ay nagpaputok ng mga partikulo ng alpha sa manipis na mga sheet ng ginto. Isang maliit na butil ng alpha ay binubuo ng dalawang proton at dalawang neutron, lahat ay gaganapin ng parehong malakas na puwersa ng nukleyar na nagbubuklod sa nucleus, ayon sa Jefferson Lab.

Napansin ng mga siyentipiko na ang isang maliit na porsyento ng mga parteng alpha ay nakakalat sa napakalaking anggulo sa orihinal na direksyon ng paggalaw habang ang karamihan ay dumaan sa halos hindi nabalisa. Si Rutherford ay nagagawa ng tinatayang laki ng nucleus ng gintong atom, sa paghahanap na ito ay hindi bababa sa 10,000 beses na mas maliit kaysa sa laki ng buong atom na may halos lahat ng atom na walang laman na puwang. Ang modelo ng atom ng Rutherford ay pa rin ang pangunahing modelo na ginagamit ngayon.

Maraming iba pang mga siyentipiko ang nagpaunlad ng modelo ng atomic, kasama Niels Bohr (na binuo sa modelo ni Rutherford upang maisama ang mga katangian ng mga electron batay sa hydrogen spectrum), Erwin Schrödinger (binuo ang modelo ng kabuuan ng atom), si Werner Heisenberg (na nakasaad na ang isa ay hindi maaaring malaman ang parehong posisyon at bilis ng isang elektron nang sabay-sabay), at Murray Gell-Mann at George Zweig (independyenteng binuo ang teorya na ang mga proton at neutron ay binubuo ng mga away).

Mga karagdagang mapagkukunan:

Ang artikulong ito ay na-update noong Setyembre 10, 2019, sa pamamagitan ng Live Science na nag-ambag na Traci Pedersen.