Строение атома: непростые особенности

Само название «атом» подразумевало неделимость. Но оказалось, что все значительно сложнее первоначальной теории Демокрита, горизонты науки значительно расширились, и мы вынуждены использовать понятие «строение атома». Изучают эту единицу вещества на уровне средней школы, хотя первичные понятия даются уже в младшей. И все же некоторые люди не помнят подробности темы «Строение атома».

Ядро – как мячик на футбольном поле

Самое важное, что нужно себе представлять, воображая атом, – это линейные соотношения размеров составных частей. Ядро в тысячи раз меньше по линейным размерам орбиты самых отдаленных его электронов. Но, тем не менее на него приходится более 99% массы всего атома.

Электроны «весят» очень мало. Строение ядра атома намного сложнее структуры атома. Частицы центра атома называются нуклонами (протоны и нейтроны). Интересно то, что сумма массы этих частиц… меньше массы реально существующих целых ядер. А куда делся «вес»? В энергию ядерных взаимодействий!

Расстаться проблематично

Не так просто заставить ядро «отпустить» нуклон – потребуется разрыв связи с введением в систему энергии, количественно равной энергии связи. Именно она удерживает компоненты ядра вместе. Вообще современная теория строения вещества подразумевает целый «зоопарк» элементарных частиц, которые составляют огромное количество составных частей для атомов, связанных сложным образом.

На уровне

Орбита электрона – понятие весьма условное, хотя о ней и говорят, когда описывают строение атома. Невозможно определить, в какой точке электрон будет в определенный момент времени. Поэтому орбиту логичнее изобразить в виде своеобразного облака. Впрочем, в химии и физике частиц активно употребляются понятия уровней электронов. Последние не равны по энергии, которую несут. Одни из них из-за своего энергетического потенциала оказываются ближе к наружной стороне атома, другие – ближе к ядру. Они могут перейти с уровня на уровень, но это вызывает энергетические изменения в атоме.

Не дождетесь!

Даже самые сложные из простых частиц, то есть протоны, очень фундаментальны. Это долго существующие объекты микромира. Сколько ждать распада протона? Живет он очень долго, гораздо больше, чем десять в тридцать второй степени лет. И все же теоретически «поймать момент» можно, ведь протонов на Земле так много. Существуют лаборатории, изучающие строение атома, которые поставили себе целью зафиксировать распад протона. Если за десять лет ни одного не обнаружится, то придется повысить теоретически вычисленную цифру жизни этой частицы.

Основа жизни

Базовым для физиков является атом углерода – ведь именно его двенадцатая часть стала единицей атомной массы. Строение атома углерода достаточно обычно. Ядро с шестью протонами и в среднем с шестью нейтронами. И столько же электронов на орбитах, два – на внешней, четыре – на внутренней. Такое количество вакантных мест и «жителей» делает атом углерода основой жизни, так как он способен формировать огромное количество связей разной сложности. Все органические вещества содержат эту разновидность атомов. Высказываются предположения о возможности жизни на основе подобного ему кремния, но гипотезы пока не подтвердились.