Tukšas telpas aprēķins atomā (ņemot vērā vienkāršāko ūdeņraža atomu)

By | aprīlis 20, 2022

Viss par atomu,

Atomi ir matērijas pamatvienības un elementu noteicošā struktūra. Atomi sastāv no trim daļiņām: protoniem, neitroniem un elektroniem.

Protoni un neitroni ir smagāki par elektroniem un atrodas atoma centrā, ko sauc par kodolu. Elektroni ir ārkārtīgi viegli un pastāv mākonī, kas riņķo ap kodolu. Elektronu mākoņa rādiuss ir 10 000 reižu lielāks nekā kodolam.

Protoniem un neitroniem ir aptuveni vienāda masa. Tomēr viens protons sver vairāk nekā 1800 elektronu. Atomos vienmēr ir vienāds protonu un elektronu skaits, un arī protonu un neitronu skaits parasti ir vienāds. Pievienojot atomam protonu, tiek izveidots jauns elements, savukārt neitrona pievienošana rada šī atoma izotopu vai smagāku versiju.

Kodols

Kodols tika atklāts 1911. gadā, bet tā daļas tika identificētas tikai 1932. gadā. Praktiski visa atoma masa atrodas kodolā. Kodols tiek turēts kopā ar “spēcīgo spēku”, kas ir viens no četriem dabas pamatspēkiem. Šis spēks starp protoniem un neitroniem pārvar atgrūdošo elektrisko spēku, kas saskaņā ar elektrības noteikumiem pretējā gadījumā izstumtu protonus.

Protoni

Protoni ir pozitīvi lādētas daļiņas, kas atrodamas atomu kodolos. Tos atklāja Ernests Rezerfords eksperimentos, kas tika veikti no 1911. līdz 1919. gadam.

Protonu skaits atomā nosaka, kāds elements tas ir. Piemēram, oglekļa atomiem ir seši protoni, ūdeņraža atomiem ir viens un skābekļa atomiem ir astoņi. Protonu skaitu atomā sauc par šī elementa atomu skaitu. Protonu skaits atomā nosaka arī elementa ķīmisko uzvedību. Elementu periodiskā tabula sakārto elementus augošā atomu skaita secībā.

Protoni ir izgatavoti no citām daļiņām, ko sauc par kvarkiem. Katrā protonā ir trīs kvarki – divi “augšupējie” un viens “lejupējais” kvarks, un tos satur kopā citas daļiņas, ko sauc par gluoniem.

Elektroni

Elektroniem ir negatīvs lādiņš, un tie ir elektriski piesaistīti pozitīvi lādētiem protoniem. Elektroni ieskauj atoma kodolu ceļos, ko sauc par orbitālēm. Iekšējās orbitāles, kas ieskauj atomu, ir sfēriskas, bet ārējās orbitāles ir daudz sarežģītākas.

Atoma elektronu konfigurācija ir orbītas apraksts par elektronu atrašanās vietu neierosinātā atomā. Izmantojot elektronu konfigurāciju un fizikas principus, ķīmiķi var paredzēt atoma īpašības, piemēram, stabilitāti, viršanas temperatūru un vadītspēju.

Parasti ķīmijā ir nozīme tikai attālākajiem elektronu apvalkiem. Iekšējā elektrona apvalka apzīmējums bieži tiek saīsināts, aizstājot garās orbitālās aprakstu ar cēlgāzes simbolu iekavās. Šī apzīmējuma metode ievērojami vienkāršo lielu molekulu aprakstu.

Piemēram, berilija (Be) elektronu konfigurācija ir 1s22s2, bet tā ir rakstīta [He]2s2. [He] ir līdzvērtīgs visām elektronu orbitālēm hēlija atomā. Burti, s, p, d un f apzīmē orbitāļu formu, un augšējais indekss norāda elektronu skaitu šajā orbitālē.

Neitroni

Neitroni ir neuzlādētas daļiņas, kas atrodamas atomu kodolos. Neitrona masa ir nedaudz lielāka nekā protona masa. Tāpat kā protonus, arī neitronus veido kvarki – viens “augšup” un divi “lejupējie” kvarki. Neitronus atklāja Džeimss Čadviks 1932. gadā.

Ļoti gandrīz viss. Apskatīsim ūdeņraža atomu, lai redzētu, cik tukšs tas patiesībā ir.

Ūdeņraža atoms ir izgatavots no viena protona, kuru riņķo viens elektrons. Cik liels ir ūdeņraža atoms? Ūdeņraža atoma rādiuss ir pazīstams kā Bora rādiuss, kas ir vienāds ar.529 × 10-10 metriem. Tas nozīmē, ka ūdeņraža atoma tilpums ir aptuveni 6,2 × 10-31 kubikmetrs.

Cik liels ir protons ūdeņraža atoma centrā? Jaunākie pētījumi liecina, ka protonu rādiuss ir aptuveni,84 × 10-15 metri, kas dod tiem apmēram 2,5 × 10-45 kubikmetru tilpumu.

Mums ir jāveic nedaudz vairāk matemātikas, lai noskaidrotu, cik liela daļa ūdeņraža atoma ir tukša vieta:.

Pilnības procents = 100 × (aizpildītais apjoms/kopējais apjoms)

Pilnības procenti = 100 × (2,5 × 10 ** – 45 m3 / 6,2 × 10 ** – 31 m3)

Pilnības procenti = 100 × (4 × 10 ** – 15)

Pilnības procenti = 4 × 10 ** – 13%

Pilnības procenti = 0,0000000000004%

Ja 0,00000000000004% ūdeņraža atoma ir pilns, tad pārējam jābūt tukšam:

Procenti tukši = 100% — pilni procenti

Procenti tukši = 100% – 0,00000000000000%

Procenti tukši = 99,9999999999996%

Ūdeņraža atoms ir aptuveni 99,9999999999996% tukšas vietas. Citiem vārdiem sakot, ja ūdeņraža atoms būtu Zemes lielumā, protons tā centrā būtu aptuveni 200 metru (600 pēdu) šķērsgriezumā. Lai gan es negribētu, lai kaut kas tik liels nolaižas uz manas galvas, tas ir niecīgs, salīdzinot ar zemes izmēru.

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta.