Atom - ściaga

NUKLID [łac.], jądro atom. o określonym składzie, tj. określonej liczbie protonów i neutronów; np. jądro węgla, złożone z 6 protonów i 8 neutronów (jądro atomowe) nie posiada izotopów
ATOM [ gr.], najmniejsza cząstka pierwiastka chem. mająca jeszcze własności chem. tego pierwiastka. Atomy danego pierwiastka mają określoną masę oraz specyficzne własności fiz.; atom składa się z jądra o dodatnim ładunku elektr. (jądro atomowe) i otaczających jądro elektronów o ładunkach ujemnych (w obojętnym elektrycznie atomie dodatni ładunek jądra jest równy sumarycznemu ujemnemu ładunkowi elektronów). Właściwości atomu (rodzaj pierwiastka chem.) określa liczba atom. Z, równa liczbie protonów w jądrze; masa atomu, skupiona niemal całkowicie w jądrze(99,9%), jest wyznaczona przez łączną liczbę zawartych w nim protonów i neutronów i energię ich wiązania (masowa liczba). Pomiędzy elektronami i jądrem w atomie działają siły przyciągania elektrostat., a protony i neutrony w jądrze są związane siłami jądrowymi. Atomy mają rozmiary rzędu 10 –10 m, a ich masy zawierają się w granicach 10 –27–10–25 kg. Stosunek rozmiarów atomów do rozmiarów jądra jest rzędu 10 000 : 1. Atomy tego samego pierwiastka chem. różniące się liczbą neutronów w jądrze (masą jądra) stanowią izotopy danego pierwiastka. Znanych jest 108 (1991) pierwiastków, spośród których tylko pierwiastki o Z  83 mają stabilne izotopy (jest ich 273).
Główna liczba kwantowa n przyjmuje wartości całkowite (począwszy od 1) i określa powłokę, na której znajduje się elektron; powłoki te są oznaczone kolejno (poczynając od powłoki najbliższej jądra) literami K, L, M , N, O, P, Q; każda powłoka elektronowa o n większym od 1 składa się z kilku podpowłok określonych orbitalną liczbą kwantową l, która przyjmuje wartości całkowite od 0 do n – 1; kolejnym wartościom liczby kwantowej l odpowiadają podpowłoki oznaczone literami s, p, d, f, g, h,  Trzecia liczba kwantowa — magnet. — m przyjmuje (dla danego l) 2l +1 wartości, czwarta zaś — spinowa — s dwie wartości (+1/ 2, –1/2). Zgodnie z zakazem Pauliego, w danym stanie energ. opisanym przez czwórkę liczb kwantowych może się znajdować w atomie tylko 1 elektron, stąd w każdej powłoce może być 2n2 elektronów (w powłokach K, L, M, N,  odpowiednio 2, 8, 18, 32, ; w podpowłokach s, p, d, f — 2, 6, 10, 14 elektronów). Konfigurację elektronową , czyli sposób rozmieszczenia elektronów na poszczególnych powłokach, opisuje się za pomocą liczb kwantowych n i l; np. w stanie podstawowym (tj. w stanie o najniższej energii) konfiguracja elektronowa litu ma postać 1s 22s1 (2 elektrony na powłoce K i podpowłoce s, 1 na powłoce L i podpowłoce s), sodu 1s 22s2p63 s1 (2 elektrony na powłoce K, 8 na powłoce L, w tym 2 na podpowłoce s i 6 na podpowłoce p, oraz 1 na powłoce M i podpowłoce
JĄDRO ATOMOWE, centr. część atomu o rozmiarach ok. 105 razy mniejszych od rozmiarów atomu, a skupiająca prawie całą jego masę (masa jądra atomowego jest ok. 4000 razy większa od masy elektronów tworzących powłokę atomu). Gęstość materii w jądrze atomowym wynosi ok. 2,8 · 1014 g/cm3. Jądro atomowe jest zbud. z nukleonów, tj. elektrycznie naładowanych protonów i elektrycznie obojętnych neutronów, związanych ze sobą siłami jądrowymi. Liczba protonów Z w jądrze nazywa się liczbą atom. lub liczbą porządkową, a liczba wszystkich nukleonów A = Z + N (N jest liczbą neutronów) — liczbą masową. Jądro o liczbach Z, N i A (nuklid) oznacza się AZXN gdzie za X wpisuje się symbol chem. pierwiastka; np. jądro berylu o Z = 4 i A = 9 : 94Be5 (lub krócej 9Be). Jądro atomowe może znajdować się w wielu stanach; każdy z nich jest scharakteryzowany przez zespół cech, do których należą: energia, całkowity moment pędu (spin), parzystość, a także momenty elektr. i magnet., czas życia, deformacja i in. Badaniem właściwości stanów jądr. oraz przejść pomiędzy nimi, zarówno w jednym jądrze, jak i między różnymi jądrami, zajmuje się spektroskopia jądr.; opiera się ona na badaniu właściwości promieniowania wysyłanego przez jądro (promieniotwórczy rozpad). Stan jądra o najniższej energii nazywa się stanem podstawowym, pozostałe są stanami wzbudzonymi. Jądro atomowe w stanie podstawowym może być trwałe lub nie. Obecnie jest znanych ponad 2000 różnych jąder (nuklidów); mają one liczby atom. od 1 do 109, a liczby masowe od 1 do 266. Najlżejszym jądrem atomowym jest jądro wodoru 1H (proton), a najcięższym jądro 266109 pierwiastka o Z = 109 (nie ma jeszcze nazwy). Wśród poznanych dotychczas jąder tylko ok. 270 jest trwałych; pozostałe rozpadają się; najcięższym jądrem trwałym jest 209Bi. Ładunek jadra atomowego jest równy Ze, gdzie e — ładunek elementarny (ładunek elektryczny). Masa jądra atomowego jest mniejsza od sumy mas jego składników; ten niedobór masy stanowi miarę energii wiązania jadra atomowego. Energia jądr. wyzwolona w procesach rozszczepienia jąder ciężkich lub łączenia się (syntezy) jąder lekkich jest częścią energii wiązania.
IZOTOPY [ gr.], nuklidy o tej samej liczbie protonów a różnej liczbie neutronów, tj. o jednakowej liczbie atom. Z i różnej liczbie masowej A, np. . Ze względu na taką samą strukturę powłoki elektronowej (atom) zajmują to samo miejsce w okresowym układzie pierwiastków. Izotopy mogą być naturalne (występujące w przyrodzie) lub sztuczne (otrzymane w reakcjach jądr.), trwałe lub promieniotwórcze (radioizotopy). Poszczególne pierwiastki mogą nie mieć żadnego trwałego izotopu (np. promet, technet, pierwiastki o liczbie atom. Z > 83), mogą też mieć ich kilka (najwięcej, 10, ma cyna). Obecnie są znane wszystkie izotopy trwałe; liczba poznanych (wytworzonych) izotopów nietrwałych większości pierwiastków wciąż rośnie; dla niektórych z nich (np. rtęć) przekracza już 20. Izotopy tego samego pierwiastka mają różne właściwości (masy, rozmiary, całkowite energie wiązania, spiny, rodzaje statystyki, momenty magnet. itd.), co z kolei powoduje pewne różnice właściwości fiz. substancji o odmiennych składach izotopowych (tzw. efekty izotopowe, jak np. przesunięcie izotopowe linii widmowych, efekt izotopowy w nadprzewodnictwie, różnice gęstości, współczynnika załamania światła, współczynnika dyfuzji, ciepła przemian fazowych i in.). Właściwości chem. substancji w praktyce nie zależą od składu izotopowego, gdyż są uwarunkowane strukturą zewnętrznych powłok elektronowych. Metody rozdzielania izotopów oraz wzbogacania danego pierwiastka w określony izotop opierają się przede wszystkim na wykorzystaniu różnicy mas; stąd rozdzielanie lekkich izotopów jest na ogół znacznie prostszym zagadnieniem techn. niż rozdzielanie izotopów ciężkich. Izotopy promieniotwórcze są szeroko stosowane w wielu dziedzinach nauki, techniki, w medycynie, gł. jako wskaźniki izotopowe, a także jako źródła promieniowania jądr. w radioterapii, defektoskopii, kontroli procesów przem., do automatycznej regulacji procesów technol., w ogniwach izotopowych, analizie aktywacyjnej, a także do sterylizacji, określania wieku substancji (izotopowe datowanie) i in.
ELEKTROLIZA [gr.], proces polegający na wymuszeniu reakcji chem. w wyniku przepływu przez układ prądu elektrycznego. Elektroliza zachodzi w roztworze elektrolitu lub w elektrolicie stopionym (termoelektroliza), w którym umieszczono elektrody metal. lub grafitowe połączone z zewn. źródłem prądu stałego. W wyniku różnicy potencjału elektrod następuje ruch jonów elektrolitu: jony dodatnie — kationy przemieszczają się w kierunku katody (połączonej z ujemnym biegunem źródła prądu), jony ujemne — aniony — w kierunku anody (połączonej z dodatnim biegunem); jony elektrolitu przenoszą ładunek między elektrodami. Przy odpowiedniej różnicy potencjałów na granicy faz elektroda–roztwór biegną nieodwracalne reakcje utleniania (na powierzchni anody) i redukcji (na powierzchni katody) jonów elektrolitu, związków chem. rozpuszczonych w roztworze lub materiału elektrod. W wyniku elektrolizy danego elektrolitu można otrzymać różne produkty zależnie od warunków prowadzenia procesu, m.in. temperatury, przyłożonego napięcia, rodzaju elektrod, np. elektroliza wodnego roztworu chlorku sodu może prowadzić do otrzymania chloru, wodoru i wodorotlenku sodu bądź chloranu sodu. Elektroliza roztworu kwasu solnego, HCl. Cząsteczki kwasu w roztworze wodnym ulegają rozpadowi na jony (*dysocjacja elektrolityczna): HCl = H+ + Cl–; pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego aniony chlorkowe wędrują do anody (elektrody dodatniej) i ulegają na jej powierzchni utlenianiu: 2Cl– = 2e– + Cl2, kationy wodorowe dążą do katody (elektrody ujemnej) i tam ulegają redukcji: 2H+ + 2e = H2; produktami elektrolizy kwasu solnego są zatem chlor i wodór.
ASOCJACJA JONÓW,
łączenie się jonów w roztworze w elektrycznie obojętne lub obdarzone ładunkiem zespoły (pary, trójki, aż do zespołów złożonych z tysięcy jonów); zachodzi w wyniku oddziaływań elektrostatycznych między jonami; zależy gł. od ładunku i rozmiaru jonów oraz dielektrycznych właściwości rozpuszczalnika.
JON [ gr.], atom lub grupa atomów obdarzona ładunkiem elektr.; zależnie od liczby elementarnych ładunków elektr. może być jedno lub wielododatni (zw. kationem) albo ujemny (zw. anionem); jony są nośnikami prądu elektr.; oprócz ładunku elektr. dany jon charakteryzują określony promień jonowy oraz budowa powłoki elektronowej; jony powstają gł. w wyniku jonizacji, przyłączenia elektronów do obojętnych atomów lub cząsteczek oraz dysocjacji elektrolitycznej; jony w roztworach elektrolitów są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem; w gazach stosunkowo szybko ulegają rekombinacji, tj. zobojętnieniu; jony występują też w sieciach krystal. kryształów jonowych, jony swobodne mogą wstępować w reakcje (jonowe reakcje).
ELEKTROUJEMNOŚĆ, elektronegatywność, dążność atomu występującego w cząsteczce związku chem. do przyciągania elektronów; wg L.C. Paulinga największą elektroujemność ma fluor (E = 4), najmniejszą — cez i frans (E = 0,7); im większa różnica elektroujemności atomów tworzących cząsteczkę danego związku chem., tym większa trwałość związku.
PROTON [ gr.], p, trwała cząstka subjądr. naładowana elektrycznie dodatnio; należy do grupy barionów; składnik jąder atom.; jest jednym z 2 stanów ładunkowych nukleonu (neutron); masa równa 1,6726231 · 10–27 kg, ładunek równy ładunkowi elementarnemu 1,602177 · 10–19 C
CZĄSTKA, fiz., chem. część materii, np. cząsteczka, atom, jon, proton, elektron lub ich określony zespół.
NEUTRON [ łac.-gr.], n, elektrycznie obojętna cząstka subjądr. składnik jąder atom.; jest jednym z dwóch stanów ładunkowych nukleonu (proton); masa 1,6749286 · 10 –27kg.
NUKLEON [ łac.], cząstka subjądrowa będąca podstawowym składnikiem jądra atom.; złożony z kwarków; istnieje w dwu stanach ładunkowych (izospin); nukleon występuje jako naładowany elektrycznie dodatnio proton lub obojętny elektrycznie neutron; oba rodzaje nukleonów mają dziwność ; równą zeru,
POLARYZOWALNOŚĆ, , wielkość charakteryzująca zdolność cząsteczki (atomu) do deformacji rozkładu jej ładunków w zewn. polu elektr. (polaryzacja dielektryka); w wyniku takiej deformacji pojawia się indukowany moment dipolowy µ, którego wartość zależy od wartości polaryzowalności i pola elektr. E: µ = E ; polaryzowalność jest tym większa, im słabiej są związane elektrony zewn. powłok z jądrami atom.; polaryzowalność większości cząsteczek zależy od kierunku zewn. pola elektr.; np. dla cząsteczek liniowych jest największa wzdłuż osi cząsteczki.
ELEKTRONOWA POWŁOKA ATOMU,
elektrony związane w atomie siłami elektrycznymi, które w stanie normalnym i przy założeniu występowania tylko centralnego pola jądra atomu wykazują taką samą energię oznaczoną główną liczbą kwantową.