Атомы и молекулы
Любое вещество состоит из ничтожно малых частиц — так называемых атомов. Часто атомы объединяются в группы, которые называют молекулами. Размеры атомов настолько малы, что увидеть их через обычный микроскоп невозможно. Ученые придумали много способов обнаружения субатомных частиц (электронов, протонов, нейтронов и кварков). Одним из самых первых было использование пузырьковой камеры. Она заполнена перегретой жидкостью, в которой остаются треки (следы) электрически заряженных субатомных частиц. Атомы состоят главным образом из пустого пространства. Если представить себе атом размером с концертный зал, то его ядро будет не больше крупинки соли. Молекулы твоего тела состоят в основном из четырех элементов: кислорода, углерода, водорода и азота.
Все, что есть в природе, состоит приблизительно из 100 основных веществ, называемых элементами. Атом — это мельчайшая доля элемента, которая еще остается самим элементом (сохраняет все его свойства). Он настолько мал, что потребовалось бы более 4 млрд атомов, чтобы составить диаметр обыкновенной точки. Более 200 лет назад химик Джон Дальтон установил, что вес атомов разных элементов разный. Теперь мы знаем, что у каждого элемента свой тип атома. Хотя элементов в природе всего около ста, из них состоят миллионы различных веществ. Дело в том, что атомы разных элементов могут соединяться вместе, образуя совершенно новые вещества. Их называют соединения. Например, вода — это соединение двух элементов: водорода и кислорода.
Соединения и молекулы:
Самую мелкую часть воды, которая еще сохраняет ее свойства, называют молекулой воды. Она состоит из двух атомов водорода, соединенных с одним атомом кислорода. Самые простые молекулы содержат в себе всего два или три атома, иногда одного и того же элемента. Но самые крупные молекулы могут состоять из миллионов атомов. Многие молекулы растительных и животных организмов именно такие.
Устройство атомов:
Атомы состоят из еще более мелких частиц — электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны соединяются вместе, образуя находящееся в центре атома ядро. Электроны, гораздо более легкие, вращаются вокруг этого ядра. Каждый электрон несет на себе отрицательный (-) электрический заряд, а каждый протон — равный ему положительный (+) заряд. Нейтроны не несут электрического заряда. В каждом атоме содержится одинаковое количество электронов и протонов, и в результате атомы нейтральны.
Электроны открыл Дж. Дж. Томсон в 1897 г., когда обнаружил, что из атомов могут исходить очень мелкие электрически заряженные частицы. В 1911 г. Эрнест Резерфорд наблюдал, как золотая фольга отклоняет направленные на нее атомные частицы, и пришел к заключению, что атом должен состоять главным образом из пустого пространства со сгустком концентрированной (сосредоточенной, скопленной) материи в центре. Этот сгусток он назвал ядром атома. Резерфорд предположил, что электроны должны вращаться вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Согласно взглядам современной науки, правильнее представлять себе электроны как облака электрического заряда. Поведение электронов физики описывают с помощью математического аппарата квантовой механики. А протоны и нейтроны,по мнению ученых, сами состоят из еще более мелких частиц — их называют кварками.
Атомы и элементы:
В атомах различных элементов содержится разное количество частиц. В ядре атома водорода, самого легкого элемента, только один протон. А в ядре урана, одного из самых тяжелых элементов, 92 протона. Во всех атомах любого конкретного элемента количество протонов (и электронов), одинаково, количество нейтронов может быть разное. Такие варианты одного и того же элемента называют изотопами. Чтобы обозначить изотоп, после названия элемента ученые ставят определенное число. Например, уран-235 — это изотоп урана, содержащий 235 нейтронов и протонов.
Деление и синтез:
Ядра некоторых атомов неустойчивы. В какой-то момент они распадаются, испуская мельчайшие частицы, а иногда — волны высокой энергии. Подобные атомы называют радиоактивными. Как частицы, так и волны несут энергию, до того хранившуюся в ядре.
Уран-235 радиоактивен. В обычном состоянии его ядра распадаются медленно. Но этот процесс можно ускорить, если использовать ядерный реактор. В таком реакторе атомы урана-235 подвергаются бомбардировке нейтронами. Если нейтрон ударяется в ядро урана-235, оно расщепляется, высвобождая энергию и дополнительные нейтроны. Эти нейтроны могут расщепить другие ядра — и так далее, по цепной реакции. Такой процесс ядерным делением. На ядерной электростанции управляемая цепная реакция обеспечивает постоянное выделение тепла. А неуправляемая цепная реакция, используемая в атомном оружии, дает почти мгновенный выброс энергии.
Ядерная энергия может также высвобождаться и иначе — при слиянии (соединении) ядер водорода. Этот процесс называют ядерным синтезом. Именно в ходе ядерного синтеза выделяется энергия Солнца. Мощь водородной бомбы — тоже его результат. Электростанции, работающие на основе ядерного синтеза, еще только предполагается строить, но в XXI в. они могут стать важным источником электроэнергии.
Понравилась статья? Расскажи друзьям!
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
Комментарии
RSS лента комментариев этой записи.