Az atom ( más görög ἄτομος "oszthatatlan [1] , nem vágott [2] " szóból) az anyag mikroszkopikus méretű és tömegű részecskéje, a kémiai elem legkisebb része , amely tulajdonságainak hordozója [1] [3 ] .
Az atomok egy magból és elektronokból (pontosabban egy elektronfelhőből ) állnak. Az atommag protonokból és neutronokból áll . Az atommagban lévő neutronok száma eltérő lehet: nullától több tízig. Ha az elektronok száma egybeesik az atommagban lévő protonok számával, akkor az atom egésze elektromosan semleges. Ellenkező esetben pozitív vagy negatív töltése van, és ionnak nevezik [1] . Egyes esetekben az atomok csak olyan elektromosan semleges rendszereket értenek, amelyekben az atommag töltése megegyezik az elektronok teljes töltésével, ezzel szemben az elektromosan töltött ionokkal [3] [4] .
Az atommag, amely az atom tömegének szinte teljes (több mint 99,9%-át) hordozza, pozitív töltésű protonokból és töltetlen neutronokból áll, amelyeket erős kölcsönhatás köt össze . Az atomokat az atommagban lévő protonok és neutronok száma szerint osztályozzák: a protonok száma Z megfelel az atom sorozatszámának a Mengyelejev-periódusos rendszerben , és meghatározza, hogy egy adott kémiai elemhez tartozik-e, valamint a neutronok száma N. ennek az elemnek egy bizonyos izotópjának felel meg. Az egyetlen stabil atom, amely nem tartalmaz neutronokat az atommagban, a könnyű hidrogén ( protium ). A Z szám határozza meg az atommag teljes pozitív elektromos töltését ( Z × e ) és a semleges atomban lévő elektronok számát is, ami meghatározza a méretét [5] .
A különböző típusú atomok, különböző mennyiségben, atomközi kötésekkel összekapcsolva, molekulákat alkotnak .
Az atom mint az anyag legkisebb oszthatatlan része fogalmát először az ókori indiai és ókori görög filozófusok fogalmazták meg (lásd: atomizmus ). A 17. és 18. században a kémikusok kísérletileg meg tudták igazolni ezt az elképzelést azzal, hogy kimutatták, hogy bizonyos anyagokat nem lehet kémiai módszerekkel tovább bontani alkotóelemeikre. A 19. század végén és a 20. század elején azonban a fizikusok felfedezték a szubatomi részecskéket és az atom összetett szerkezetét, és világossá vált, hogy a valódi részecske, amely az atom nevet kapta, valójában nem oszthatatlan.
Az 1860-as karlsruhei (Németország) nemzetközi vegyészkongresszuson elfogadták a molekula és az atom fogalmának meghatározását. Az atom egy kémiai elem legkisebb részecskéje, amely egyszerű és összetett anyagok része.
Az atom modern modellje a Bohr-Rutherford bolygómodell továbbfejlesztése. A jelenlegi modell szerint az atommag pozitív töltésű protonokból és töltetlen neutronokból áll, és negatív töltésű elektronok veszik körül . A kvantummechanika fogalmai azonban nem engedik meg azt feltételezni, hogy az elektronok bármilyen meghatározott pályán mozognának az atommag körül (az atomban az elektronkoordináta bizonytalansága összemérhető magának az atomnak a méretével).
Az atomok kémiai tulajdonságait az elektronhéj konfigurációja határozza meg, és a kvantummechanika írja le . Egy atom helyzetét a periódusos rendszerben az atommag elektromos töltése (vagyis a protonok száma) határozza meg, míg a neutronok száma alapvetően nem befolyásolja a kémiai tulajdonságokat; míg általában több neutron van az atommagban, mint proton (lásd: atommag ). Ha egy atom semleges állapotban van, akkor a benne lévő elektronok száma megegyezik a protonok számával. Az atom fő tömege az atommagban koncentrálódik, és az elektronok tömeghányada az atom teljes tömegében jelentéktelen (az atommag tömegének több századszázaléka).
Egy atom tömegét általában atomtömeg-egységekben (dalton) mérik, ami egy stabil , 12 C - os szénizotóp atomjának tömegének 1⁄12-ével egyenlő .
Bár az atom szó eredeti jelentésében olyan részecskét jelentett, amely nem oszlik kisebb részekre, de a tudományos elképzelések szerint kisebb részecskékből áll, amelyeket szubatomi részecskéknek neveznek . Egy atom elektronokból , protonokból áll, a hidrogén-1 kivételével minden atom tartalmaz neutronokat is .
Az elektron a legkönnyebb az atomot alkotó részecskék közül, tömege 9,11⋅10 -31 kg , negatív töltésű , és mérete túl kicsi ahhoz, hogy a modern módszerekkel meg lehessen mérni [8] . Az elektron mágneses momentumának ultraprecíz meghatározásával végzett kísérletek ( Nobel-díj 1989-ben) azt mutatják, hogy az elektron mérete nem haladja meg a 10 −18 m -t [9] [10] .
A protonok pozitív töltésűek, és 1836-szor nehezebbek, mint egy elektron (1,6726⋅10–27 kg ). A neutronok nem rendelkeznek elektromos töltéssel, és 1839-szer nehezebbek, mint egy elektron (1,6749⋅10 −27 kg) [11] .
Ebben az esetben az atommag tömege a tömeghiba jelenség miatt kisebb, mint az azt alkotó protonok és neutronok tömegének összege . A neutronok és protonok mérete hasonló , körülbelül 2,5⋅10-15 m , bár ezeknek a részecskéknek a mérete rosszul meghatározott [12] .
A szabványos részecskemodellben a protonok és a neutronok is kvarknak nevezett elemi részecskékből állnak . A leptonok mellett a kvarkok az anyag egyik fő alkotóeleme. Az első és a második is fermionok . Hat típusú kvark létezik, amelyek mindegyikének tört elektromos töltése + 2 ⁄ 3 vagy (− 1 ⁄ 3 ) elemi töltés . A protonok két u-kvarkból és egy d-kvarkból állnak , míg a neutron egy u-kvarkból és két d-kvarkból áll. Ez a különbség magyarázza a proton és a neutron tömegének és töltéseinek különbségét. A kvarkokat erős nukleáris erők kötik össze , amelyeket gluonok továbbítanak [13] [14] .
Amikor a kvantummechanika keretein belül egy atomban lévő elektronokat írunk le , általában egy n elektronból álló rendszer 3n-dimenziós térbeli valószínűségi eloszlását vesszük figyelembe.
Az atomban lévő elektronok az atommaghoz vonzódnak, és a Coulomb-kölcsönhatás is hat az elektronok között . Ugyanezek az erők tartják az elektronokat az atommagot körülvevő potenciálgátban . Ahhoz, hogy az elektron legyőzze az atommag vonzerejét, külső forrásból kell energiát kapnia. Minél közelebb van az elektron az atommaghoz, annál több energiára van szükség ehhez.
Az elektronokat, mint más részecskéket, a hullám-részecske kettősség jellemzi . Néha azt mondják, hogy az elektron egy pályán mozog , ami helytelen. Az elektronok állapotát egy hullámfüggvénnyel írjuk le , amelynek modulusának négyzete a részecskék megtalálásának valószínűségi sűrűségét a tér adott pontjában adott időpontban, vagy általános esetben a sűrűségoperátorral írja le . Létezik egy diszkrét atompályák halmaza , amelyek az atomban lévő elektronok stacionárius tiszta állapotának felelnek meg.
Minden pályának megvan a maga energiaszintje . Az atomban lévő elektron magasabb energiájú szintre léphet, amikor egy adott atom ütközik egy másik atommal, elektronnal, ionnal, vagy a megfelelő energiájú foton elnyelésével . Alacsonyabb szintre kerülve egy elektron energiát ad le foton kibocsátásával, vagy energiát ad át egy másik elektronnak (sugárzási átmenet, második típusú becsapódások). Akárcsak az abszorpció esetében, a sugárzási átmenet során a foton energiája megegyezik egy elektron energiáinak különbségével ezeken a szinteken (lásd: Bohr posztulátumai ). A kibocsátott sugárzás ν frekvenciája az E fotonenergiához kapcsolódik az E = hν összefüggéssel , ahol h Planck - állandó .
Definíció szerint bármely két atom, amelynek atommagjában azonos számú proton található, ugyanahhoz a kémiai elemhez tartozik . Az azonos számú protonnal, de eltérő számú neutronnal rendelkező atomokat egy adott elem izotópjainak nevezzük . Például a hidrogénatomok mindig tartalmaznak egy protont, de vannak neutron nélküli izotópok ( hidrogén-1 , néha protiumnak is nevezik - a leggyakoribb forma), egy neutronnal ( deutérium ) és két neutronnal ( trícium ) [15] . Az ismert elemek az atommagban lévő protonok számának megfelelően folytonos természetes sorozatot alkotnak, a hidrogénatomtól kezdve egy protonnal és az oganesson atommal végződve , melynek magjában 118 proton található [16] a 83-as számmal kezdődő periodikus rendszer ( bizmut ) radioaktív [17] [18] .
Mivel az atom tömegéhez a legnagyobb mértékben a protonok és a neutronok járulnak hozzá, ezeknek a részecskéknek a teljes számát tömegszámnak nevezzük . Az atom nyugalmi tömegét gyakran atomtömeg-egységekben (a.m.u.) fejezik ki, amelyeket daltonoknak (Da) is neveznek. Ez az egység a 12 - es semleges szénatom maradék tömegének 1⁄12 - e, ami megközelítőleg 1,66⋅10-24 g .a007825 mu [20] Egy atom tömege megközelítőleg megegyezik az atomtömegegységre jutó tömegszám szorzatával [21] A legnehezebb stabil izotóp az ólom-208 [17] , amelynek tömege 207,9766521 amu. e.m. [22]
Mivel még a legnehezebb atomok tömege is közönséges egységekben (például grammban) nagyon kicsi, a kémiában mólokat használnak ezeknek a tömegeknek a mérésére . Bármely anyag egy mólja definíció szerint ugyanannyi atomot tartalmaz (körülbelül 6,022⋅10 23 ). Ezt a számot ( Avogadro-féle szám ) úgy választjuk meg, hogy ha egy elem tömege 1 AU. e. m., akkor ennek az elemnek egy mól atomja tömege 1 g. Például a szén tömege 12 a. e.m., tehát 1 mol szén tömege 12 g. [19]
Az atomoknak nincs határozott külső határa, ezért méretüket a kémiai kötést létrehozó azonos atomok magjai közötti távolság ( kovalens sugár ), vagy az elektronhéj elektronhéján lévő legtávolabbi stabil elektronpályától való távolság határozza meg. atom ( atomsugár ). A sugár függ az atom helyzetétől a periódusos rendszerben, a kémiai kötés típusától, a legközelebbi atomok számától ( koordinációs szám ) és egy kvantummechanikai tulajdonságtól, amelyet spinnek neveznek [23] . Az elemek periodikus rendszerében az atom mérete növekszik, ha egy oszlopban fentről lefelé halad, és csökken, ha egy sorban balról jobbra halad [24] . Ennek megfelelően a legkisebb atom egy 32 pm sugarú héliumatom , a legnagyobb pedig egy céziumatom (225 pm) [25] . Ezek a méretek ezerszer kisebbek, mint a látható fény hullámhossza (400-700 nm ), így az atomok nem láthatók optikai mikroszkóppal . Az egyes atomok azonban megfigyelhetők pásztázó alagútmikroszkóp segítségével .
Az atomok kicsinységét a következő példák mutatják be. Az emberi hajszál milliószor vastagabb, mint egy szénatom [26] . Egy csepp víz 2 szextillió (2⋅10 21 ) oxigénatomot és kétszer annyi hidrogénatomot tartalmaz [27] . Egy karátos , 0,2 g tömegű gyémánt 10 szextillió szénatomot tartalmaz [28] . Ha egy almát a Föld méretűre lehetne növelni , akkor az atomok elérnék az alma eredeti méretét [29] .
A Harkovi Fizikai és Technológiai Intézet tudósai bemutatták az atomról készült első képeket a tudomány történetében. A képek készítéséhez a tudósok egy elektronmikroszkópot használtak, amely rögzíti a sugárzást és a mezőket (field-emission elektronmikroszkóp, FEEM). A fizikusok egymás után több tucat szénatomot helyeztek el egy vákuumkamrában, és 425 voltos elektromos kisülést vezettek át rajtuk. A lánc utolsó atomjának a foszfor képernyőre történő sugárzása lehetővé tette az atommag körüli elektronfelhő képének készítését [30] .
Minden kémiai elemnek van egy vagy több instabil magjukkal rendelkező izotópja, amelyek radioaktív bomláson mennek keresztül , aminek következtében az atomok részecskéket vagy elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. Radioaktivitás akkor következik be, ha az atommag sugara nagyobb, mint az erős kölcsönhatások hatássugara (1 fm nagyságrendű távolságok [31] ).
A radioaktív bomlásnak három fő formája van [32] [33] :
Minden radioaktív izotópot felezési idő jellemzi , vagyis az az idő, amely alatt a minta magjainak fele lebomlik. Ez az exponenciális bomlás , amely felére csökkenti a megmaradt magok számát minden felezési idő alatt. Például két felezési idő után az eredeti izotóp magjainak csak 25%-a marad a mintában [31] .
Az elemi részecskék egy belső kvantummechanikai tulajdonsággal rendelkeznek, amelyet spinnek neveznek . Hasonló a saját tömegközéppontja körül forgó objektum szögimpulzusához , bár szigorúan véve ezek a részecskék pontszerű részecskék, és nem beszélhetünk forgásukról. A spint a redukált Planck-állandó ( ) egységeiben mérjük , ekkor az elektronok, protonok és neutronok spinje ½ . Egy atomban az elektronok az atommag körül keringenek, és a spin mellett van egy keringési szögimpulzusuk is, míg magának az atommagnak van impulzusa a magspin miatt [34] .
Az atom mágneses nyomatéka által létrehozott mágneses teret a szögimpulzus e különféle formái határozzák meg, csakúgy, mint a klasszikus fizikában, a forgó töltött tárgyak mágneses teret hoznak létre. A legjelentősebb hozzájárulás azonban a pörgésből származik. Az elektronnak – mint minden fermionnak – azon tulajdonsága miatt, hogy betartja a Pauli-kizárási szabályt , amely szerint két elektron nem lehet ugyanabban a kvantumállapotban , a kötött elektronok párba lépnek egymással, és az egyik elektron spinben van. fel állapotban, a másik pedig - a hát ellentétes vetületével - a lefelé pörgés állapotában. Így az elektronok mágneses momentumai csökkennek, a rendszer teljes mágneses dipólusmomentuma nullára csökken néhány páros számú elektront tartalmazó atomban [35] .
A ferromágneses elemekben, például a vasban, páratlan számú elektron párosítatlan elektront és nullától eltérő teljes mágneses momentumot eredményez. A szomszédos atomok pályái átfedik egymást, és akkor érjük el a legalacsonyabb energiaállapotot, amikor a párosítatlan elektronok összes spinje azonos orientációt vesz fel, ezt a folyamatot cserekölcsönhatásnak nevezik . Amikor a ferromágneses atomok mágneses momentumai egybeesnek, az anyag mérhető makroszkopikus mágneses teret tud létrehozni. A paramágneses anyagok olyan atomokból állnak, amelyek mágneses momentumai mágneses tér hiányában téves orientációjúak, de az egyes atomok mágneses momentumai mágneses tér alkalmazásakor egymáshoz igazodnak [35] [36] .
Az atommagnak nullától eltérő teljes spinje is lehet. Általában termodinamikai egyensúly esetén az atommagok spinjei véletlenszerűen orientáltak. Egyes elemek (például a xenon-129 ) esetében azonban lehetséges a nukleáris spinek jelentős hányadának polarizálása, hogy együtt irányított spinek állapotát hozza létre – ezt az állapotot hiperpolarizációnak nevezik . Ennek az állapotnak nagy gyakorlati jelentősége van a mágneses rezonancia képalkotásban [37] [38] .
Az atomban lévő elektron kötött állapotban van; gerjesztett szinten van, potenciális energiája van, ami arányos az atommagtól való távolságával. Ezt az energiát általában elektronvoltban (eV) mérik, és maximális értéke megegyezik azzal az energiával, amelyet át kell adni egy elektronnak, hogy megszabaduljon (elszakítsa az atomtól). Ahogy az elektron (az atomban) alacsonyabb szintre kerül, a potenciális energia csökken, de nem kinetikussá válik, hanem a kibocsátott fotonok energiájává. Az atom kvantummechanikai modellje szerint egy kötött elektron csak a megengedett energiaszintek diszkrét halmazát foglalhatja el – bizonyos energiájú állapotokat. A megengedett energiaállapotok közül a legalacsonyabbat alapállapotnak nevezzük (a potenciális energia egyenlő nullával – az elektron már nem tud mélyebbre esni), a többit pedig gerjesztettnek [39] .
Ahhoz, hogy egy elektron az egyik energiaszintről a másikra tudjon mozogni, energiát kell átvinni rá, vagy el kell venni tőle. Ez az energia egy másik részecske ütközésével vagy egy foton elnyelésével, illetve kibocsátásával továbbítható egy atomhoz , és ennek a fotonnak az energiája megegyezik az elektron kezdeti és végső szintjei közötti energia különbségének abszolút értékével. . A kibocsátott sugárzás frekvenciája arányos a foton energiájával, így a különböző energiaszintek közötti átmenetek az elektromágneses spektrum különböző tartományaiban jelennek meg [40] . Minden kémiai elemnek egyedi emissziós spektruma van , amely függ az atommag töltésétől, az elektron-alhéjak feltöltődésétől, az elektronok kölcsönhatásától és egyéb tényezőktől [41] .
Amikor a folyamatos spektrumú sugárzás áthalad az anyagon (például gázon vagy plazmán ), egyes fotonokat atomok vagy ionok abszorbeálnak, ami elektronikus átmeneteket idéz elő olyan energiaállapotok között, amelyek energiakülönbsége megegyezik az elnyelt foton energiájával. Ezek a gerjesztett elektronok aztán spontán módon visszatérnek az energiaskála alacsonyabb szintjére, és ismét fotonokat bocsátanak ki. A kibocsátott fotonok nem abban az irányban bocsátódnak ki, amelyben az elnyelt foton esett, hanem véletlenszerűen 4 pi szteradián térszögben. Ennek eredményeként a folytonos spektrumban nagyon alacsony sugárzású területek jelennek meg, vagyis sötét abszorpciós vonalak. Így az anyag szűrőként viselkedik, és az eredeti folytonos spektrumot abszorpciós spektrummá alakítja , amelyben sötét vonalak és sávok sorozata található. Abból a szögből nézve, ahová az eredeti sugárzás nem irányul, akkor az atomok által kibocsátott emissziós spektrummal rendelkező sugárzás észlelhető. A sugárzási spektrumvonalak energiájának, amplitúdójának és szélességének spektroszkópiai mérései lehetővé teszik a kibocsátó anyag típusának és a benne lévő fizikai feltételek meghatározását [42] .
A spektrumvonalak részletesebb elemzése azt mutatta, hogy némelyikük finom szerkezetű, azaz több közeli vonalra oszlik. Szűk értelemben a spektrumvonalak „ finomszerkezetét ” osztódásuknak szokták nevezni, ami az elektron spinje és forgási mozgása közötti spin-pálya kölcsönhatás miatt következik be [43] .
Az elektron és az atommag mágneses momentumainak kölcsönhatása a spektrumvonalak hiperfinom felhasadásához vezet, ami általában kisebb, mint finom.
Ha egy atomot külső mágneses térbe helyezünk, akkor észrevehetjük a spektrumvonalak két, három vagy több komponensre való szétválását is – ezt a jelenséget Zeeman-effektusnak nevezzük . A külső mágneses tér és az atom mágneses momentumának kölcsönhatása okozza, és az atom nyomatékának és a mágneses tér kölcsönös orientációjától függően ennek a szintnek az energiája növekedhet vagy csökkenhet. Egy atomnak az egyik hasadási állapotból a másikba való átmenete során a fotonok frekvenciája különbözik a foton frekvenciájától ugyanabban az átmenetben, mágneses tér hiányában. Ha a spektrumvonal három vonalra szakad, amikor egy atomot mágneses térbe helyezünk, akkor ezt a Zeeman-effektust normálisnak (egyszerűnek) nevezzük. Gyenge mágneses térben sokkal gyakrabban figyelhető meg anomális (komplex) Zeeman-effektus, amikor 2, 4 vagy több vonalra szakad (az anomális hatás az elektron spin jelenléte miatt következik be). A mágneses tér növekedésével a hasítás típusa egyszerűbbé válik, és az anomális Zeeman-effektus normálissá válik ( Paschen-Back effektus ) [44] . Az elektromos tér jelenléte az energiaszintek változása miatt hasonló eltolódást is okozhat a spektrumvonalakban. Ezt a jelenséget Stark-effektusnak nevezik [45] .
Ha az elektron gerjesztett állapotban van, akkor egy bizonyos energiájú fotonnal való kölcsönhatás egy további, azonos energiájú foton stimulált kibocsátását idézheti elő - ehhez alacsonyabb szintre kell lennie, amelyre az átmenet lehetséges, és az energia A szintek közötti különbségnek meg kell egyeznie a foton energiájával. Stimulált emisszió esetén ez a két foton ugyanabba az irányba mozog, és azonos fázisú lesz . Ezt a tulajdonságot a lézereknél használják ki , amelyek szűk frekvenciatartományban koherens fénysugarat bocsátanak ki [46] .
Az atom külső elektronhéját, ha nincs teljesen kitöltve, vegyértékhéjnak, ennek a héjnak az elektronjait pedig vegyérték - elektronoknak nevezzük. A vegyértékelektronok száma határozza meg, hogy egy atom hogyan kötődik más atomokhoz kémiai kötésen keresztül . A kémiai kötések kialakítása révén az atomok hajlamosak kitölteni külső vegyértékhéjukat [47] .
A kémiai elemek ismétlődő kémiai tulajdonságainak bemutatása érdekében ezeket periódusos rendszerbe rendezzük . Az azonos számú vegyértékelektronnal rendelkező elemek egy csoportot alkotnak, amelyet a táblázatban oszlopként mutatunk be (a vízszintes sor mentén történő mozgás a vegyértékhéj elektronokkal való feltöltésének felel meg). A táblázat jobb szélső oszlopában lévő elemek külső héja teljesen tele van elektronokkal, ezért rendkívül alacsony kémiai aktivitás jellemzi őket, és inert vagy nemesgázoknak nevezzük [48] [49] .
Az atom fontos tulajdonsága a diszperzív vonzásra való hajlam . A szétszóródó erők eredetét 1930-ban F. London magyarázta el . Az atomközi kölcsönhatás két egymáshoz közeli atom töltésingadozása miatt jön létre. Mivel az elektronok mozognak, minden atomnak van egy pillanatnyi dipólusmomentuma, amely különbözik a nullától. Ha a két atom elektronsűrűségének ingadozása nem következetes, akkor nem lenne nettó vonzás az atomok között. Azonban az egyik atomon lévő pillanatnyi dipólus ellentétes irányú dipólust indukál a szomszédos atomban. Ezek a dipólusok egy vonzó erő megjelenése miatt vonzódnak egymáshoz, amelyet diszperziós erőnek vagy Londoni erőnek neveznek. Egy ilyen kölcsönhatás energiája egyenesen arányos az atom α elektronikus polarizálhatóságának négyzetével és fordítottan arányos r 6 -tal , ahol r két atom távolsága [50] .
A deformációs polarizáció abban nyilvánul meg, hogy az atomok elektromágneses terek hatására rugalmasan deformálják elektronhéjukat. A deformációs polarizáció jelenségének mai felfogása az atomok elektronhéjainak véges rugalmasságának fogalmán alapul, elektromos tér hatására [51] . A külső elektromos tér eltávolítása az atom elektronhéjának helyreállításához vezet.
Az atom elektronhéjának deformációja az atomban az elektronsűrűség eltolódásához vezet, ami egy indukált elektromos dipólusmomentum μ képződésével jár együtt. A dipólusmomentum egyenlő a q pozitív töltés értékének és az L töltések távolságának szorzatával, és a negatív töltéstől a pozitív μ=qL felé irányul. Viszonylag gyenge elektromos térben az indukált dipólusmomentum arányos az E elektromos térerősséggel. μ =α e E, ahol α e az atom elektronikus polarizálhatósága. Az elektronikus polarizálhatóság legnagyobb értéke az alkálifém atomoknál, a minimum a nemesgáz atomoknál figyelhető meg.
Az alkalmazott elektromos tér erősségének magas értékeinél az atom visszafordíthatatlan deformációja figyelhető meg, amelyet egy elektron leválása kísér.
Megtörténik az atom ionizációja, az atom felad egy elektront és pozitív töltésű ionná - kationná alakul . Az elektron leválása az atomról energiafelhasználást igényel, amelyet ionizációs potenciálnak vagy ionizációs energiának nevezünk.
Egy atom ionizációs energiája erősen függ az elektronkonfigurációjától. Az első elektron leválási energiájának változását az elem rendszámától függően az ábra mutatja.
Az alkálifém atomok ionizációs energiája a legalacsonyabb, a nemesgáz atomoké a legmagasabb.
A többelektronos atomok esetében az ionizációs energia I 1 , I 2 , I 3 ... megfelel az első, második, harmadik stb. elektronok szétválásának.
Atom | Elektronaffinitási energia , eV [52] |
---|---|
F | 3,62±0,09 |
Cl | 3,82±0,06 |
Br | 3,54±0,06 |
én | 3,23±0,06 |
Az atomok ilyen vagy olyan mértékben képesek hozzáadni egy további elektront, és negatív ionná - anionná - alakulhatnak .
A semleges atomhoz (E) való kapcsolódás folyamatának energiahatását általában elektronaffinitási energiának nevezik:
E + e - → E - .Az ábra az atomok elektronaffinitási energiájának függését mutatja az elem sorszámától. A halogénatomok elektronaffinitása a legnagyobb (3-4 eV).
Az atom elektronegativitása (χ) az atom alapvető tulajdonsága, hogy a molekulában a közös elektronpárokat maga felé tolja. Egy adott elem atomjának azon képessége, hogy elektronsűrűséget vonjon magára, összehasonlítva a vegyület más elemeivel, az atom ionizációs energiájától és elektronaffinitásától függ. Egy definíció szerint (Mulliken szerint ) egy atom elektronegativitása (χ) kifejezhető ionizációs energiája (i) és elektronaffinitása (F) összegének felével:
Az atom elektronegativitásának körülbelül húsz skálája van, amelyek értékének kiszámításának alapja az anyagok különféle tulajdonságai. A különböző skálák kapott értékei különböznek, de az elemek relatív elrendezése egy elektronegativitás sorozatban megközelítőleg azonos.
Az elektronegativitási skálák közötti kapcsolat részletes kutatása lehetővé tette egy új megközelítés megfogalmazását az atomok elektronegativitásának gyakorlati skála kiválasztásához [53] .
Az emberiség atomkorszakba lépése óta az atom szimbolikus jelentést is kapott. Leggyakrabban az atomot egyszerűsített Bohr-Rutherford modell formájában ábrázolják. A képnek azonban vannak bonyolultabb változatai is. Az atom képe leggyakrabban az atomenergiát („békés atom”), az atomfegyvereket, az atomfizikát vagy általában a tudományt és a tudományos és technológiai haladást szimbolizálja.
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
Részecskék a fizikában | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
alapvető részecskék |
| ||||||||||||
Kompozit részecskék |
| ||||||||||||