Атом - Atom


Из Википедии, свободной энциклопедии

атом гелия
Гелий атома основное состояние.
Иллюстрация гелия атома, изображающая ядро (розовый) и электронное облако распределение (черный). Ядра (верхний правый) в гелии-4 в действительности сферически симметричной и очень напоминает электронное облако, хотя для более сложных ядер это не всегда так. Черная полоса один ангстрем ( 10 -10  м или 100  м ).
классификация
Наименьший признается деление химического элемента
свойства
Масс-спектр 1,67 × 10 -27 до 4,52 × 10 -25  кг
Электрический заряд ноль (нейтральный) или ионный заряд
Диаметр диапазон 62 вечера ( он ) до 520 часов ( Cs ) ( страница данных )
Компоненты Электроны и компактное ядро из протонов и нейтронов

Атом является наименьшей единицей составляющей обычной материи , который имеет свойства химического элемента . Каждый твердого вещества , жидкости , газа и плазмы состоит из нейтральных или ионизированных атомов. Атомы чрезвычайно малы; типичные размеры около 100  пм (десять миллиардная метра, в короткой шкале ).

Атомы достаточно малы , что попытка предсказать их поведение с помощью классической физики - как если бы они были бильярдные шары , к примеру - дает заметно неверные предсказания из - за квантовых эффектов . Через развитие физики, атомные модели включили квантовые принципы , чтобы лучше объяснить и предсказать это поведение.

Каждый атом состоит из ядра и одного или нескольких электронов , связанных с ядром. Ядро состоит из одного или нескольких протонов и , как правило , такое же число нейтронов . Протоны и нейтроны называются нуклонами . Более 99,94% атом в массе находится в ядре. Протоны имеют положительный электрический заряд , то электроны имеют отрицательный электрический заряд, а нейтроны не имеют электрического заряда. Если число протонов и электронов равно, что атом электрически нейтрален. Если атом имеет большее или меньшее количество электронов , чем протонов, то он имеет общий отрицательный или положительный заряд, соответственно, и это называется ионом .

Электроны атома привлекает протонов в атомном ядре этой электромагнитной силы . Протоны и нейтроны в ядре притягиваются друг к другу с помощью разной силой, в ядерной силой , которая обычно сильнее , чем электромагнитные силы отталкивающей положительно заряженные протоны от друга. При определенных обстоятельствах, отталкивающая сила становится электромагнитная сильнее , чем ядерные силы, и нуклоны могут быть извлечены из ядра, оставляя за собой другой элемент: ядерный распад в результате ядерных превращений .

Число протонов в ядре определяет к какому химическому элементу принадлежит атому: например, все медные атомы содержат 29 протонов. Число нейтронов определяет изотоп элемента. Число электронов оказывает влияние на магнитные свойства атома. Атомы можно прикрепить к одному или более другим атомам с помощью химических связей с образованием химических соединений , такие как молекулы . Способность атомов связывать и диссоциируют отвечает за большинство физических изменений , наблюдаемых в природе и является предметом дисциплины химии .

История атомной теории

Атомы в философии

Идея , что материя состоит из дискретных единиц , это очень старая идея, появляясь во многих древних культурах , таких как Греция и Индия. Слово «атом» ( греческий : ἄτομος ; атомос ), что означает «uncuttable», был придуман в древнегреческих философов Левкиппа и его ученик Демокрит ( с. 460 - с. 370 г. до н.э.). Демокрит учил , что атомы бесконечных числа, несотворенные и вечны, и что качества объекта результата от вида атомов, составляющих его. Атомизм Демокрита был усовершенствован и разработан более позднего философа Эпикура (341-270 до н.э.). В раннем средневековье , атомизм в основном забыт в Западной Европе, но сохранился среди некоторых групп исламских философов. В двенадцатом веке, атомизм стал известен снова в Западной Европе через ссылку на него в недавно переоткрыты трудах Аристотеля .

В четырнадцатом веке, переоткрытием основных работ , описывающая атомистом учения, в том числе и Лукреция «s De Rerum Natura и Диоген Лаэртский » ы жизней и мнения видных философов , привело к росту научного внимания на эту тему. Тем не менее, из - за атомизм был связан с философией эпикурейства , что противоречило ортодоксальному христианскому учению, вера в атомах не считается приемлемой. Французский католический священник Пьер Гассенди (1592-1655) возродил эпикурейский атомизм с изменениями, утверждая , что атомы были созданы Богом и, хотя очень много, не бесконечны. Модифицированная теория Гассенди о атомах популяризировали во Франции врача Франсуа Бернье (1620-1688) и в Англии по натурфилософу Вальтер Чарльтон (1619-1707). Химик Роберт Бойль (1627-1691) и физик Исаак Ньютон (1642-1727) и защищал атомизм и, в конце семнадцатого века, он стал приниматься частями научного сообщества.

Первая теория на основе фактических данных

Различные атомы и молекулы , как показано на Джона Дальтона «s Новая система химической философии (1808).

В начале 1800 - х лет, Джон Дальтон использовал понятие атомов объяснить , почему элементы всегда реагируют в соотношении малых целых чисел ( закон кратных отношений ). Так , например, существует два типа оксида олова : один 88,1% олова и 11,9% кислород , а другой 78,7% олова и 21,3% кислород ( олова (II) , оксид и олово диоксид соответственно). Это означает , что 100 г олова будет сочетать либо с 13.5g или 27g кислорода. 13,5 и 27 образуют соотношение 1: 2, отношение малых целых чисел. Этот общий узор в химии предложил Dalton , что элементы реагируют в упаковке дискретных единиц , - другими словами, атомов. В случае оксидов олова, один атом олова будет сочетать с одним или двумя атомами кислорода.

Dalton также полагал , атомная теория могла бы объяснить , почему вода поглощает различные газы в различных пропорциях. Например, он обнаружил , что вода поглощает углекислый газ гораздо лучше , чем он поглощает азот . Дальтон предположил , что это из - за различия между массами и конфигурацией соответствующих частиц газы, и молекулами двуокиси углерода (CO 2 ) тяжелее и больше , чем молекулы азота (N 2 ).

Броуновское движение

В 1827 году ботаник Роберт Браун использовал микроскоп , чтобы посмотреть на пылевых зерен , плавающих в воде и обнаружил , что они перемещались хаотично, явление , которое стало известно как « броуновское движение ». Считалось , что быть вызвано молекулами воды отбрасывая зерна около. В 1905 году Альберт Эйнштейн доказал реальность этих молекул и их движений, производя первый статистической физики анализ броуновского движения . Французский физик Жан Перрен использовал работу Эйнштейна экспериментально определить массу и размеры атомов, тем самым окончательно проверки теории атома Дальтона .

Открытие электрона

Эксперимент Гейгера-Марсдена
Топ: Ожидаемые результаты: альфа - частицы , проходящие через сливы пудинга модели атома с незначительным отклонением.
Донные: Наблюдаемые результаты: небольшая часть частиц отклонялись концентрированным положительным зарядом ядра.

Физик Томсон измерил массу катодных лучей , показывая , что они были сделаны из частиц, но был примерно в 1800 раз легче , чем легкий атом, водород . Таким образом, они не были атомами, а новая частица, первые субатомные частицы , чтобы быть обнаруженными, которую он первоначально назывался « корпускула » , но позже был назван электрон , после того, как частицы постулировал Джордж Джонстон Стони в 1874. Он также показал , что они были идентичны частицы, выделяемые фотоэлектрические и радиоактивных материалов. Было признано , что быстро они являются частицы , которые несут электрические токи в металлических проволок, и несут отрицательный электрический заряд внутри атомов. Томсон получил в 1906 году Нобелевскую премию по физике за эту работу. Таким образом , он отменил убеждение , что атомы являются неделимыми, конечными частицами материи. Томсон также ошибочно предположил , что низкая масса, отрицательно заряженные электроны были распределены по всему атому в однородном море положительного заряда. Это стало известно как модель сливы пудинга .

Открытие ядра

В 1909 г. Гейгер и Эрнест Марсден , под руководством Э. Резерфорда , засыпали металлическую фольгу с альфа - частицами , чтобы наблюдать , как они разбросаны. Они ожидали , что все альфа - частица проходить прямо через с небольшим отклонением, потому что модель Томсона сказала , что обвинения в атоме настолько размыты , что их электрические поля не могут повлиять на альфа - частицу значительно. Тем не менее, Гейгер и Марсден заметил альфа - частицы отклоняются на углы больше , чем 90 °, который должен был быть невозможным в зависимости от модели Томсона. Чтобы объяснить это, Резерфорд предположил , что положительный заряд атома сосредоточен в крохотном ядре в центре атома.

Открытие изотопов

Экспериментируя с продуктами радиоактивного распада , в 1913 радиохимика Содди обнаружил , что, как представляется , более чем один тип атома в каждом положении на периодической таблице . Термин изотоп был придуман Маргарет Тодд в качестве подходящего имени для различных атомов , которые принадлежат одному и тому же элементу. Томсон создал метод для разделения изотопов через свою работу на ионизированных газах , которые впоследствии привели к открытию стабильных изотопов .

модель Бора

Бор модель атома, с электроном делает мгновенные «квантовые скачки» с одной орбиты на другую. Эта модель устарела.

В 1913 г. Физик Нильс Бор предложил модель , в которой предполагались , что электроны атома на орбиту ядра , но могут сделать это только в конечном множестве орбит, и может перемещаться между этими орбитами только в дискретных изменениях энергии , соответствующее поглощение или излучение фотона. Это квантование было использовано для объяснения , почему электроны орбита стабильна (при условии , что , как правило, заряды в ускорении, в том числе кругового движения, теряют кинетическую энергию , которая излучается в виде электромагнитного излучения, см синхротронного излучения ) и почему элементы поглощают и испускают электромагнитное излучение в дискретном спектре ,

Позже в том же году Мозли при условии , дополнительные экспериментальные доказательства в пользу теории Нильса Бора . Эти результаты уточнены Ernest Rutherford «s и Антониус Ван ден Брук » модель s, который предположил , что атом содержит в своем ядре ряд положительных ядерных зарядов , равную его (атомного) номера в таблице Менделеева. До этих экспериментов, атомный номер не был известен, что физическая и экспериментальная величина. То , что это равно заряда атомного ядра остается принята атомная модель сегодня.

Химическая связь объяснила

Химические связи между атомами теперь объяснено, с помощью Гилберта Ньютона Льюиса в 1916 году, так как взаимодействие между электронами в их состав. Поскольку химические свойства были известны из элементов , которые в значительной степени повторяют себя в соответствии с периодическим законом , в 1919 году американский химик Ирвинг Ленгмюра предположил , что это можно было бы объяснить , если электроны в атоме были связаны или сгруппированы каким - либо образом. Группы электронов думали, занимает множество электронных оболочек вокруг ядра.

Дальнейшее развитие событий в квантовой физике

Стерн-Герлах 1922 представил дополнительные доказательства квантовой природы атомных свойств. Когда пучок атомов серебра пропускают через специальную форму магнитного поля, луч был разделен таким образом коррелировало с направлением момента атома, либо спина . Поскольку это направление спина изначально случайным образом , луч можно было бы ожидать , чтобы отклонить в случайном направлении. Вместо этого, луч был разделен на два направленные компоненты, соответствующий атомный спин ориентированы вверх или вниз по отношению к магнитному полю.

В 1925 году Вернер Гейзенберг опубликовал первую последовательную математическую формулировку квантовой механики ( матричная механика ). Годом ранее, в 1924 году, Луи де Бройль предложил , что все частицы ведут себя в такой степени , как волны, а в 1926 году Эрвин Шредингер использовал эту идею разработать математическую модель атома (волновая механика) , который описал электроны в трёх- трехмерные формы волны , а не точечные частицы.

Следствием использования формы волны для описания частиц является то , что это математически невозможно получить точные значения как положение и импульс частицы в данный момент времени; этот стало известно как принцип неопределенности , сформулированного Вернер Гейзенбергом в 1927 г. В рамках этой концепции, для заданной точности при измерении положения можно только получить ряд возможных значений импульса, и наоборот. Эта модель была в состоянии объяснить наблюдения атомного поведения , что предыдущие модели не могли, например, некоторые структурные и спектральные закономерности атомов больше , чем водород. Таким образом, планетарная модель атома была отброшена в пользу того , что описанное атомные орбитальные зоны вокруг ядра , где данный электрон, наиболее вероятно, будет наблюдаться.

Открытие нейтрона

Развитие масс - спектрометра позволил массу атомов должны быть измерено с повышенной точностью. Устройство использует магнит , чтобы согнуть траекторию пучка ионов, а величина прогиба определяется отношением массы атома к его заряду. Химик Фрэнсис Уильям Астон использовал этот инструмент , чтобы показать , что изотопы имеют разные массы. Атомная масса этих изотопов изменялись целыми суммами, называется правилом целочисленного . Объяснение этих различных изотопов ожидало открытие нейтрона , незаряженную частицу с массой похожи на протон , по физике Джеймс Чедвик в 1932 г. изотопов затем были объяснена в качестве элементов с одинаковым числом протонов, но различное число нейтронов в ядре.

Деление, физике высоких энергий и конденсированных сред

В 1938 году немецкий химик Отто Ган , ученик Резерфорда, направленный на нейтронами атомов урана , планирующих получить трансурановые элементы . Вместо этого, его химические эксперименты показали , барий в качестве продукта. Через год, Лизе Мейтнер и ее племянника Отто Фриша подтвердили , что результат Хана были первые экспериментальные деления ядер . В 1944 году Хан получил Нобелевскую премию в области химии. Несмотря на усилия Хана, вклад Мейтнер и Фриш не были признаны.

В 1950 - е годы, разработка усовершенствованных ускорителей частиц и детекторов частиц позволили ученым исследовать воздействие атомов , движущихся в области высоких энергий. Были найдены Нейтроны и протоны , чтобы быть адроны , или композиты из мелких частиц , называемых кварками . Стандартная модель физики элементарных частиц была разработана , что до сих пор успешно объяснило свойство ядра в терминах этих субатомных частиц и сил , которые управляют их взаимодействиями.

Состав

Субатомные частицы

Хотя слово атом первоначально обозначал частицу , которая не может быть нарезать на более мелкие частицы, в современном научном обиходе атом состоит из различных элементарных частиц . Составные частицы атома являются электроном , то протон и нейтрон ; все три являются фермионами . Тем не менее, водород-1 атом не имеет нейтронов и ионы Hydron не имеют электронов.

Электроны гораздо менее массивный из этих частиц при 9,11 × 10 -31  кг , с отрицательным электрическим зарядом и размером , который слишком мал , чтобы быть измерено с использованием имеющихся методов. Он не был самым легким Частица с положительным массой покоем , измеряемого, до открытия нейтрино массы. В обычных условиях электроны связаны с положительно заряженным ядром с привлечением созданного из противоположных электрических зарядов. Если атом имеет большие или меньшее количество электронов , чем его атомный номер, то она становится соответственно отрицательно или положительно заряженной в целом; заряженный атом называется ионом . Электроны были известны еще с конца 19 - го века, в основном благодаря Томсон ; см истории субатомных физики для деталей.

Протоны имеют положительный заряд и массу 1836 раз больше , чем электрон, на 1.6726 × 10 -27  кг . Число протонов в атоме называется его атомный номер . Эрнест Резерфорд (1919) отмечает , что азот при бомбардировке альфа-частицами выталкивает , что оказалось ядер водорода. К 1920 году он признал , что ядро водорода гармоничны частицы в атоме , и назвал его протон .

Нейтроны не имеют электрического заряда и имеют свободный массой 1839 раз больше массы электрона, или 1.6929 × 10 -27  кг , самый тяжелый из трех составных частиц, но она может быть снижена за счет энергии ядерного . Нейтроны и протоны (известные как нуклонов ) имеют сопоставимые размеры о порядке 2,5 × 10 -15  м -Хотя «поверхность» этих частиц не резко выраженным. Нейтрон был открыт в 1932 году английский физик Джеймс Чедвик .

В стандартной модели физики, электроны действительно элементарные частицы, не имеющие внутренней структуры. Однако, как протон и нейтрон являются составными частицами , состоящие из элементарных частиц , называемых кварками . Есть два типа кварков в атомах, каждый из которых имеет дробный электрический заряд. Протоны состоят из двух до кварков (каждый с зарядом + 2 / 3 ) и один вниз кварков (с зарядом - 1 / 3 ). Нейтроны состоят из одного до кварка и двух нижних кварков. Это различие объясняет разницу в массе и заряде между двумя частицами.

Кварки скрепляются с сильным взаимодействием (или сильной силы), которая опосредуется глюонов . Протоны и нейтроны, в свою очередь, удерживаются друг с другом в ядре по ядерной силе , которая представляет собой остаток сильной силы , которая имеет несколько различных диапазон свойства (см статьи о ядерных силах для более). Глюонный является членом семейства калибровочных бозонов , которые являются элементарными частицами , которые опосредуют физические силы.

ядро

Энергия , необходимая для нуклона бежать ядро для различных изотопов

Все связанные протоны и нейтроны в атоме составляют крошечное атомное ядро , и в совокупности называются нуклонами . Радиус ядра приблизительно равен 1,07  3A  фм , где представляет собой общее число нуклонов. Это намного меньше , чем радиус атома, который находится на порядка 10 5  фм. Нуклоны связаны между собой коротким варьировались притягивающего потенциала называется остаточной мощной силой . На расстояниях , меньших 2,5 фм эта сила является гораздо более мощным , чем электростатической силы , что приводит положительно заряженного протона отталкиваться друг от друга.

Атомы одного и того же элемента имеют одинаковое число протонов, называется атомным номером . В пределах одного элемента, число нейтронов может варьироваться, определение изотопа этого элемента. Общее количество протонов и нейтронов определяет нуклид . Число нейтронов по отношению к протонам определяет устойчивость ядра, при некоторых изотопов , подвергшихся радиоактивному распаду .

Протон, электрон и нейтрон классифицируются как фермионы . Фермионы подчиняются принцип Паулей , запрещающий идентичные фермионы, такие как многочисленные протоны, занимать то же квантовое состояние в то же самое время. Таким образом, каждый протон в ядре должны занять квантовое состояние отличается от всех других протонов, и то же самое относится ко всем нейтронов ядра и всех электронов электронного облака.

Ядро, которое имеет разное число протонов, чем нейтроны потенциально может упасть до нижнего энергетического состояния через радиоактивный распад, которое вызывает число протонов и нейтронов более тесно совпадать. В результате атомы с совпадающим числом протонов и нейтронов более стабильны по отношению к распаду. Тем не менее, с увеличением атомного номера, взаимное отталкивание протонов требует все большую долю нейтронов для поддержания стабильности ядра, который слегка изменяет эту тенденцию равного числа протонов до нейтронов.

Иллюстрация процесса термоядерного синтеза , который образует ядро дейтерия, состоящий из протона и нейтрона, из двух протонов. Позитрона+ ) -an антивещества электрон-испускается наряду с электронным нейтрино .

Число протонов и нейтронов в атомном ядре может быть изменен, хотя это может потребовать очень высоких энергий из - за сильной силы. Ядерный синтез возникает , когда несколько атомных частиц соединяются, образуя более тяжелое ядро, например, путем энергичного столкновения двух ядер. Например, в сердцевине протонов Sun требует энергии 3-10 к , чтобы преодолеть их взаимное отталкивание-за кулоновский барьер -and запал в единое ядро. Деление ядра является обратным процессом, в результате чего ядра разделить на два меньшие ядра-обычно через радиоактивный распад. Ядро также может быть модифицировано путем бомбардировки элементарных частиц высокой энергии или фотонами. Если это изменяет число протонов в ядре, атом переходит в другой химический элемент.

Если масса ядра после термоядерной реакции меньше , чем сумма масс отдельных частиц, то разница между этими двумя значениями может излучаться как тип полезной энергии (такие , как гамма - лучи , или кинетическая энергия из бета - частиц ), как описано Альберта Эйнштейна «с масс-энергетической эквивалентности формулы, E  =  MC 2 , где т является потеря массы , и с является скоростью света . Этот дефицит является частью энергии связи нового ядра, и это неустранимые потери энергии , что приводит к Конденсированным частицам оставаться вместе в состоянии , которое требует этой энергии для разделения.

Слияние двух ядер , которые создают большие ядра с младшими атомными номерами , чем железо и пятицентовика -a общее число нуклонов около 60-обычно является экзотермическим процессом , который высвобождает больше энергии , чем требуется , чтобы свести их вместе. Именно эта энергия-рилизинг-процесс , который делает ядерного синтеза в звездах самоподдерживающаяся реакция. Для более тяжелых ядер, энергия связи на нуклон в ядре начинает уменьшаться. Это означает , что гибридные процессы , производящие ядра , которые имеют атомные номера выше , чем около 26, и атомных масс выше , чем около 60, является эндотермическим процессом . Эти более массивные ядра не могут пройти энергию продуцирующих реакции синтеза , что может выдержать гидростатическое равновесие звезды.

Электронно облако

Потенциальный хорошо, показывая, согласно классической механике , минимальная энергия V ( х ) , необходимое для достижения каждой позиции х . Классически, частица с энергией Е ограничена в диапазоне положений между х 1 и х 2 .

Электроны в атоме притягиваются к протонам в ядре с помощью электромагнитной силы . Эта сила связывает электроны внутри электростатической потенциальной ямы , окружающей меньше ядра, а это означает , что внешний источник энергии необходим для электронов , чтобы избежать. Чем ближе электрон к ядру, тем больше сила притяжения. Поэтому электроны , связанные в центре потенциальной ямы требуют больше энергии , чтобы избежать , чем на больших расстояниях.

Электроны, как и другие частицы, обладают свойствами как с частицей и волной . Электронное облако представляет собой область внутри потенциальной ямы , где каждый электрон образует тип трехмерной стоячей волны -a формы волны , которая не двигается по отношению к ядру. Такое поведение определяется с помощью атомно - орбитальной , математической функции , которая характеризует вероятность того, что электрон появляется , чтобы быть в определенном месте , когда его положение измеряется. Только дискретное (или квантуются ) множество этих орбиталей существует вокруг ядра, как и другие модели возможно волны быстро распадается в более стабильную форму. Орбитали может иметь один или несколько кольцевых структур или узлов, и отличаются друг от друга по размеру, форме и ориентации.

Волновые функции первых пяти атомных орбиталей. Три 2ра орбитали каждого отображение одного углового узла , который имеет ориентацию и минимум в центре.
Как атомы построены из электронных орбиталей и ссылок на периодическую таблицу.

Каждый атомные орбиты соответствует определенному уровню энергии электрона. Электрон может изменить свое состояние на более высокий энергетический уровень, поглощая фотон с энергией , достаточной , чтобы повысить его в новое квантовое состояние. Кроме того, за счет спонтанного излучения , электрон в более высоком энергетическом состоянии может упасть до более низкого энергетического состояния в то время как излучающий избыток энергии в виде фотона. Эти характерные значения энергии, определяемые различия в энергиях квантовых состояний, ответственны за атомные спектральные линии .

Количество энергии , необходимое , чтобы удалить или добавить электрон-на электронную энергию -это гораздо меньше , чем энергия нуклонов . Например, она требует только 13,6 эВ , чтобы лишить основное состояние электрон из атома водорода, по сравнению с 2,23  миллионов эВ для расщепления дейтерьего ядра. Атомы электрически нейтральным , если они имеют одинаковое количество протонов и электронов. Атомы , которые имеют либо дефицит или избыток электронов, называются ионами . Электроны , которые являются наиболее удаленными от ядра могут быть переданы в другие соседние атомы или разделены между атомами. По этому механизму атомы способны связываться в молекулы и другие типы химических соединений , таких как ионные и ковалентных сетевых кристаллы .

свойства

Ядерные свойства

По определению, любые два атома с одинаковым числом протонов в их ядрах принадлежит к одной и тому же химическому элементу . Атомы с одинаковым количеством протонов , но различным числом нейтронов в различных изотопов одного и того же элемента. Например, все атомы водорода допускают ровно один протон, но существуют изотопы, независимо от нейтронов ( водород-1 , на сегодняшний день наиболее распространенной формой, которая также называется Protium), один нейтрон ( дейтерий ), два нейтрона ( тритий ) и больше , чем два нейтрона , Известные элементы образуют множество атомных номеров, от одного протона элемента водорода до элемента 118 протонов oganesson . Все известные изотопы элементов с атомными номерами больше 82 радиоактивны, хотя радиоактивность элемента 83 ( висмут ) настолько мала, чтобы быть практически незначительны.

Около 339 нуклиды встречаются в природе на Земле , из которых 254 (75%) не наблюдалось к распаду, и упоминаются как « стабильные изотопы ». Тем не менее, только 90 из этих нуклидов устойчивы ко всему гниению, даже в теории . Другой +164 (доведя общее количество до 254) не наблюдалось распада, хотя в теории это энергетически возможно. Они также официально классифицируется как «стабильный». Еще 34 радионуклидов имеют периоды полураспада больше , чем 80 миллионов лет, и долговечны достаточно , чтобы присутствовать от рождения Солнечной системы . Эта коллекция из 288 нуклидов известна как изначальные нуклиды . Наконец, дополнительные 51 короткоживущие нуклиды , как известно, встречаются в природе, как и дочерних продуктов изначального распада нуклидов (например, радия из урана ), или же в качестве продуктов естественных энергетических процессов на Земле, например, космических лучей бомбардировки (например, углерод-14).

Для 80 химических элементов, по меньшей мере , один стабильный изотоп существует. Как правило, существует лишь небольшое число стабильных изотопов для каждого из этих элементов, в среднем 3,2 будучи стабильных изотопов на один элемент. Двадцать шесть элементов имеют только один стабильный изотоп, в то время как наибольшее число стабильных изотопов , наблюдаемые для любого элемента равно десять, для элемента олова . Элементы 43 , 61 , и все элементы пронумерованные 83 или выше не имеют стабильных изотопов.

Устойчивость изотопов зависит от соотношения протонов в нейтроны, а также наличием определенных «магические числа» нейтронов или протонов , которые представляют собой замкнутые , заполненные и квантовые оболочек. Эти квантовые оболочки соответствуют набору уровней энергии в рамках оболочечной модели ядра; заполненные оболочки, например, заполненная оболочка из 50 протонов для олова, придает необычную стабильность на нуклиде. Из 254 известных стабильных нуклидов, только четыре имеет как нечетное число протонов и нечетное число нейтронов: водород-2 ( дейтерий ), литий-6 , бор-10 и азот-14 . Кроме того , только четыре встречающиеся в природе, радиоактивные нечетно-нечетные нуклиды имеют период полураспада более миллиарда лет: калий-40 , ванадий-50 , лантан-138 и тантал-180 м . Большинство нечетно-нечетные ядра очень нестабильны по отношению к бета - распада , так как продукты распада четно-четное, и , следовательно , более сильно связаны, из - за воздействия ядерного спаривания .

масса

Большая часть массы атома поступает из протонов и нейтронов, составляющих его. Общее количество этих частиц (называемое «нуклонами») в данном атоме называется массовым числом . Это является положительным целым числом и безразмерным (вместо того , чтобы измерение массы), так как он выражает подсчет. Пример использование массового числа является «углерод-12» , который имеет 12 нуклонов (шесть протонов и шесть нейтронов).

Фактическая масса атома в состоянии покоя часто выражается с помощью единого блока атомной массы (и), также называемый дальтон (Да). Эта единица определяется как двенадцатую часть массы свободного нейтрального атома углерода-12 , что составляет примерно 1,66 × 10 -27  кг . Водород-1 (самый легкий изотоп водорода , который также нуклид с наименьшей массой) имеет атомный вес 1.007825 и. Значение этого числа называется атомной массой . Данный атом имеет атомную массу , примерно равную ( в пределах 1%) , чтобы его массовое число раз атомная единица массы (например , масса азота-14 составляет примерно 14 и). Тем не менее, это число не будет точно целым числом , кроме как в случае углерода-12 (см ниже). Тяжелым стабильно атом является свинец-208, с массой 207.976 6521  ц .

Поскольку даже самые массивные атомы слишком легкий , чтобы работать с напрямую, химиков вместо того, чтобы использовать единицу молей . Один моль атомов любого элемента всегда имеет такое же число атомов (около 6,022 × 10 23 ). Это число было выбрано так , что если элемент имеет атомную массу 1 U, моль атомов этого элемента имеет массу , близкую к одному граммам. Из определения единого блока массы атома , каждый атом углерода-12 имеет атомную массу ровно 12 U, и так моль атомов углерода-12 весит ровно 0,012 кг.

Форма и размер

Атомы не имеют четко определенную внешнюю границу, поэтому их размеры обычно описываются в терминах атомного радиуса . Это мера расстояния к которой электронное облако простирается от ядра. Тем не менее, это предполагает , что атом выставить сферическую форму, которая только подчинялась для атомов в вакууме или в свободном пространстве. Атомные радиусы могут быть получены из расстояний между двумя ядрами , когда два атома соединяются в химической связи . Радиус изменяется в зависимости от местоположения атома на атомной диаграмме, типа химической связи, число соседних атомов ( координационное число ) и квантово - механическое свойство известно как спин . На периодической таблицы элементов, размер атома имеет тенденцию к увеличению при движении вниз колонны, но уменьшается при перемещении по строкам (слева направо). Следовательно, самый маленький атом гелия с радиусом 32  часов , в то время как один из крупнейших является цезий в 225 часов.

При воздействии внешних сил, например , электрических полей , форма атома может отклоняться от сферической симметрии . Деформации зависит от величины поля и орбитального типа внешних электронов оболочки, как показано на теоретико - групповых соображений. Асферические отклонения могут быть вызваны, например , в кристаллах , где большое кристаллический-электрическое поле может возникать при низкосимметричных узлах решетки. Существенные эллипсоидальные деформации были показаны , что происходит для ионов серы и халькогена ионов в пиритном -типе соединениях.

Атомные размеры в тысячи раз меньше , чем длины волн света (400-700  нм ) , поэтому они не могут быть рассмотрены с помощью оптического микроскопа . Тем не менее, отдельные атомы можно наблюдать с помощью сканирующего туннельного микроскопа . Для визуализации подробности атома, считает , что типичный человеческим волос составляет около 1 млн атомов углерода в ширине. Одна капля воды содержит около 2  секстиллионов ( 2 × 10 21 ) атомов кислорода, и удвоенное число атомов водорода. Один карат алмаза с массой 2 × 10 -4  кг содержит около 10 секстиллионов (10 22 ) атомов углерода . Если яблоко было увеличено до размеров Земли, то атомы в яблоке бы приблизительно размер оригинала яблока.

радиоактивный распад

Эта диаграмма показывает полужизни½ ) различных изотопов с Z протонов и N нейтронов.

Каждый элемент имеет один или несколько изотопов, которые имеют нестабильные ядра, которые подвержены радиоактивный распад, в результате чего ядра испускать частицы или электромагнитное излучение. Радиоактивность может произойти, когда радиус ядра велика по сравнению с радиусом сильной силы, которая действует только на расстояниях порядка 1 фм.

Наиболее распространенные формы радиоактивного распада являются:

  • Альфа - распад : этот процесс происходит , когда ядро испускает альфа - частицу, которая представляет собой ядро гелия , состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Результат излучения является новым элементом с более низким атомным номером .
  • Бета - распадзахват электронов ): эти процессы регулируются слабой силой , а в результате преобразования нейтрона в протон или протона в нейтрон. Нейтрон с переходом протона сопровождается испусканием электрона и антинейтрино , в то время как протон перехода нейтрона ( за исключением электронного захвата) вызывает испускание позитрона и нейтрино . Выбросы электронов или позитронов, называются бета - частицы. Бета - распада увеличивается или уменьшается атомный номер ядра на единицу. Захват электрона является более распространенным , чем позитроны, так как она требует меньше энергии. В этом типе распада, электрон поглощается ядром, а не позитрона , испускаемого из ядра. Нейтрино еще излучаются в этом процессе, и протон переходит в нейтрон.
  • Гамма - распад : этот процесс является результатом изменения энергетического уровня ядра в более низкое состояние, что приводит к эмиссии электромагнитного излучения. Возбужденное состояние ядра , что приводит к гамма - излучения , как правило , происходит после испускания альфа или бета - частицы. Таким образом, гамма - распад обычно следует альфа или бета - распаду.

Другие более редкие виды радиоактивного распада включают в себя выброс нейтронов или протонов или кластеров нуклонов из ядра, или более чем одну бета - частицы . Аналог гамма - излучения , которая позволяет возбужденные ядра терять энергию другим способом, является внутренней конверсии процесс -a , который производит высокоскоростные электроны, которые не являются бета - лучи, после чего производство высокоэнергетических фотонов, которые не являются гамма - лучи. Несколько крупных ядра взрываются на две или более заряженных фрагменты различной массы плюс нескольких нейтронов, в распаде называется спонтанным делением ядер .

Каждый радиоактивный изотоп имеет характерное время затухания периода с периодом полураспада , то есть определяется количеством времени , необходимого для половины образца к распаду. Это экспоненциальный спад процесс , который постепенно уменьшается доля остальных изотопа на 50% каждый период полураспада. Следовательно , после того, как два полураспада прошли только 25% изотопа присутствует, и так далее.

магнитный момент

Элементарные частицы обладают свойственными квантовыми механическими свойствами , известными как спин . Это аналогично моментом предмета , который крутится вокруг его центра масс , хотя , строго говоря , эти частицы , как полагают, точечными и нельзя сказать , чтобы вращаться. Спин измеряется в единицах восстановленной постоянной Планка (h), с электронов, протонов и нейтронов , которые все имеют спин ½ ч, или «спин-½». В атоме, электроны в движении вокруг ядра обладают орбитальным угловым моментом в дополнении к их спине, в то время как само ядро обладает моментом импульса из - за его ядерный спин.

Магнитное поле производится с помощью атомно-его магнитного мгновения -is определенно этих различных формами момента, так же , как вращающийся заряженный объект классически создает магнитное поле. Однако наиболее доминирующий вклад происходит от спина электрона. Из - за природы электронов подчиняться принципу Паули , в котором нет двух электронов не может быть найден в том же квантовом состоянии , связанные электроны паре друг с другом, с одним членом каждой пары в спиновом до состояния , а другой в наоборот, спины вниз состояние. Таким образом , эти спины компенсируют друг друга, уменьшая полный магнитный дипольный момент к нулю в некоторых атомах с четным числом электронов.

В ферромагнитных элементов , таких как железо, кобальт и никель, нечетное число электронов приводит к неспаренный электрон , а чистый общий магнитный момент. Орбиталей соседних атомов перекрываются и более низкое энергетическое состояние достигается , когда спины неспаренных электронов совмещены друг с другом, спонтанный процесс , известный как обменное взаимодействие . Когда магнитные моменты ферромагнитных атомов выстроены, материал может создавать измеримое макроскопическое поле. Парамагнитные материалы имеют атомы с магнитными моментами , которые выстраиваются в разных направлениях , когда нет магнитного поля не присутствует, но магнитные моменты отдельных атомов выстраиваются в присутствии поля.

Ядро атома не будет иметь спина , когда он имеет четное число обоего протонов и нейтронов, но и для других случаев нечетных чисел, ядро может иметь вращение. Обычно ядра со спином выровнены в разных направлениях из - за термического равновесия . Тем не менее, для некоторых элементов (например, ксенон-129 ) можно поляризовать значительную часть спиновых состояний ядерных так , чтобы они были выровнены в том же направлении , -состояние называется гиперполяризации . Это имеет важные приложения в магнитно - резонансной томографии .

уровни энергии

Эти энергетические уровни электрона (не в масштабе) являются достаточными для основных состояний атомов до кадмия (5s 2 4d 10 ) включительно. Не стоит забывать , что даже верхняя часть схемы ниже несвязанного состояния электрона.

Потенциальная энергия электрона в атоме отрицательная , его зависимости от его положения достигает минимум (наиболее абсолютное значение ) внутри ядра, и исчезает , когда расстояние от ядра к бесконечности , примерно в обратной пропорции к расстоянию , В квантово-механической модели, связанный электрон может занимать только набор состояний , центрированных на ядре, и каждое состояние соответствует определенному уровню энергии ; см зависящего от времени уравнения Шредингера для теоретического объяснения. Уровень энергии может быть измерена по количеству энергии , необходимой для отвязать электрона от атома, и обычно задается в единицах электронвольт (эВ). Низшее состояние энергии связанного электрона называется состояния, т.е. стационарного состояния , в то время как электронный переход на более высокий уровень результатов в возбужденном состоянии. Энергия электрона возникает , когда п возрастает , так как в (среднего) расстояния до ядра растет. Зависимость энергии на л обусловлено не электростатическим потенциалом ядра, но в результате взаимодействия между электронами.

Для электрона , чтобы переход между двумя различными состояниями , например , заземлен состояние на первый возбужденный уровень ( ионизации ), то он должен поглощать или излучать фотоны при энергии , соответствующей разности потенциальной энергии этих уровней, в соответствии с Нильса Бора модели, что может быть точно вычислены по уравнению Шредингера . Электроны переход между орбиталями в частицеподобной моде. Например, если один фотон ударяет электроны, только один электрон меняет состояния в ответ на фотон; см свойства Electron .

Энергия излучаемого фотона пропорциональна его частоте , так что эти конкретные энергетические уровни выглядят как отдельные полосы в электромагнитном спектре . Каждый элемент имеет характерный спектр , который может зависеть от заряда ядра, подоболочек заполнены электронами, электромагнитные взаимодействия между электронами и другими факторами.

Пример линий поглощения в спектре

При непрерывной спектр энергии передается через газ или плазму, некоторые из фотонов поглощаются атомами, в результате чего электроны , чтобы изменить их энергетический уровень. Эти возбужденные электроны , которые остаются , связанными с их атомом самопроизвольно испускают эту энергию в виде фотона, путешествующими в случайном направлении, и таким образом , чтобы падение обратно низкие уровни энергии. Таким образом, атомы ведут себя как фильтр , который формирует ряд темных полос поглощения в выходе энергии. (Наблюдатель просмотра атомов из тем , что не содержит непрерывный спектр в фоновом режиме, а не видит ряд линий излучения от фотонов , испускаемых атомами.) Спектроскопические измерения силы и шириной спектральных линий атомов позволить композиции и физические свойства вещества , которые будут определены.

Тщательное изучение спектральных линий показывает , что некоторые отображения тонкой структуры расщепления. Это происходит из - за спин-орбитальной связи , которая представляет собой взаимодействие между спином и движением самого внешнего электрона. Когда атом находится во внешнем магнитном поле, спектральные линии становятся разбить на три или более компонентов; явление называется эффект Зеемана . Это вызвано взаимодействием магнитного поля с магнитным моментом атома и его электронов. Некоторые атомы могут иметь несколько конфигураций электронов с одинаковым уровнем энергии, которые , таким образом , выступать в качестве одной спектральной линии. Взаимодействие магнитного поля с атомом сдвигает эти электронные конфигурации немного разные уровни энергии, в результате чего в нескольких спектральных линиях. Наличие внешнего электрического поля может вызвать сравнимый расщепление и смещение спектральных линий путем изменения уровней энергии электронов, явление называется эффектом Штарка .

Если связанный электрон находится в возбужденном состоянии, взаимодействующий фотон с соответствующей энергией может вызвать вынужденное излучение фотона с уровнем соответствия энергии. Для того чтобы это произошло, электрон должен упасть до более низкого энергетического состояния , которое имеет разность энергии , соответствующую энергию взаимодействующего фотона. Излучается фотон и взаимодействующего фотон затем отъезжать параллельно и с соответствующими фазами. То есть, волновые паттерны двух фотонов синхронизированы. Это физическое свойство используется для изготовления лазеров , которые могут излучать когерентный пучок световой энергии в узкой полосе частот.

Валентность и поведение склеивания

Валентность является объединение мощности элемента. Оно равно числу атомов водорода , что атом может объединить или вытесняет в формировании соединений. Внешняя электронная оболочка атома в его несвязанном состоянии известна как валентная оболочка , а электроны в этих оболочках называются валентными электронами . Число валентных электронов определяет связующее поведение с другими атомами. Атомы , как правило, вступают в химической реакции друг с другом таким образом , что заполняющим (или опорожняет) их внешние валентные оболочки. Например, переход одного электрона между атомами является полезным приближением для облигаций , которые образуют между атомами с одним-электроном более заполненной оболочкой, а также другими , которые являются одним электроном короткими полного корпуса, например, происходит в соединении хлористый натрий и другие химические ионные соли. Однако, многие элементы отображение нескольких валентностей, или тенденции делиться различным числом электронов в различных соединениях. Таким образом, химическая связь между этими элементами имеет много форм электронного обмена , которые являются более простой передачей электронов. Примеры включают в себя углерод элемента и органические соединения .

Эти химические элементы часто отображается в виде таблицы Менделеева , что выложено отображать повторяющиеся химические свойства, а элементы с таким же количеством валентных электронов образуют группу, выровненная в том же столбце таблицы. (Горизонтальные строки соответствуют заполнению квантовой оболочки электронов.) В в правой части таблицы элемента имеет их внешнюю оболочку полностью заполнена электронами, что приводит в химически инертных элементах , известных как благородные газы .

состояния

Графический иллюстрирующую формирование конденсата Бозе-Эйнштейна

Количества атомов находятся в различных состояниях вещества , которые зависят от физических условий, таких как температура и давление . Варьируя условия, вещества могут переходить между твердыми веществами , жидкостями , газами и плазмой . В состоянии, материал может также существовать в различных аллотропных . Примером этого является твердый углерод, который может существовать в виде графита или алмаза . Газообразные аллотропы существовать , например, такие , как молекулярный кислород и озон .

При температурах , близких к абсолютному нулю , атомы могут образовывать конденсат Бозе-Эйнштейна , при котором точечные квантово механические эффекты, которые , как правило , наблюдается только на атомном уровне, станут очевидными в макроскопическом масштабе. Это переохлажденной набор атомов ведет себя как единый супер атом , который может позволить фундаментальные проверки квантово - механического поведения.

Удостоверение личности

Сканирующий туннельный микроскоп изображение , показывающее отдельные атомы, составляющие эту золотую ( 100 поверхность). Атомы поверхности отклоняться от объемной кристаллической структуры и шириной устроить в столбцах несколько атомов с ямами между ними (см реконструкции поверхности ).

Сканирующий туннельный микроскоп является устройством для просмотра поверхности на атомном уровне. Он использует квантовое туннельное явление, которое позволяет частицам проходить через барьер , который обычно непреодолимый. Электроны туннель через вакуум между двумя плоскими металлическими электродами, на каждом из которых представляет собой адсорбированный атом, обеспечивая туннельную-плотность тока , которые могут быть измерены. Сканирующий один атом (взятый в качестве наконечника) , как он перемещается мимо другого (образца) разрешает строят графики наконечника перемещения против бокового отделения для постоянного тока. Расчет показывает , в какой степени сканирующего туннельного микроскопа-изображения отдельного атома являются видимыми. Это подтверждает , что при малом смещении, микроскоп изображение космических усредненных размеров электронных орбиталей через плотно упакованные уровни-энергию уровня Ферми локальной плотность состояний .

Атом может быть ионизирован путем удаления одного из своих электронов. Электрический заряд вызывает траекторию атома изгибаться , когда он проходит через магнитное поле . Радиус , по которому траектория движущегося иона поворачивается магнитным полем определяется массы атома. Масс - спектрометр использует этот принцип для измерения отношения массы к заряду ионов. Если образец содержит несколько изотопов, масс - спектрометр может определить долю каждого изотопа в образце путем измерения интенсивности различных пучков ионов. Методы испаряться атомы включают в себя индуктивно связанной плазмы атомной эмиссионной спектроскопии и индуктивно связанной плазмы масс - спектрометрии , оба из которых используют плазму , чтобы испарить образцы для анализа.

Более площадь-селективный метод электронной спектроскопии потерь энергии , который измеряет энергетических потерь электронного пучка в просвечивающем электронном микроскопе , когда она взаимодействует с частью образца. Атом-зонд Томограф имеет разрешение субнанометрового в 3-D и может идентифицировать химически отдельные атомы с использованием времени пролета масс - спектрометрии.

Спектры возбужденных состояний могут быть использованы для анализа атомного состава отдаленных звезд . Конкретная света длины волны , содержащиеся в наблюдаемом свете от звезд могут быть выделены и связаны с квантованными переходами в свободных атомах газа. Эти цвета могут быть воспроизведены с помощью газоразрядной лампы , содержащей один и тот же элемент. Гелий был обнаружен в этом случае в спектре Солнца 23 лет до того , как было обнаружено на Земле.

Возникновение и современное состояние

Атомы составляют около 4% от общей плотности энергии наблюдаемой Вселенной , со средней плотностью около 0,25 атомов / м 3 . В галактике , такие как Млечный Путь , атомы имеют намного более высокую концентрацию, при плотности вещества в межзвездной среде (ISM) в пределах от 10 5 до 10 9 атомов / м 3 . Солнца , как полагают, внутри локальной пузыря , область высоко ионизированного газа, так что плотность в окрестности Солнца составляет лишь около 10 3 атомов / м 3 . Звезды образуются из плотных облаков в ISM и эволюционные процессы звезд приводят к устойчивому обогащению ISM с элементами более массивными , чем водород и гелий. До 95% атомов Млечного Пути сосредоточены в звездах и суммарная масса атомов составляет около 10% от массы галактики. (Остальная часть массы неизвестная темная материя .)

формирование

Электроны , как полагают , существуют во Вселенной с ранних стадиях Большого Взрыва . Атомные ядра в формах нуклеосинтеза реакций. Примерно через три минуты Большого Взрыва нуклеосинтеза производила большую часть гелия , литий и дейтерий во Вселенной, и , возможно , некоторые из бериллия и бора .

Повсеместности и стабильность атомов зависит от их энергии , что означает , что атом имеет более низкую энергию , чем несвязанная система ядра и электроны. Там , где температура значительно выше , чем потенциал ионизации , материя существует в виде плазмы -a газа положительно заряженных ионов (возможно, голые ядер) и электронов. Когда температура падает ниже потенциала ионизации, атомы становятся статистически благоприятны. Атомы ( в комплекте с связанными электронами) становится преобладать над заряжена частицами 380000 лет после Большого Взрыва-эпоха под названием рекомбинация , когда расширяющаяся Вселенная охлаждается достаточно , чтобы электроны привязываться к ядрам.

Поскольку Большой взрыв, который не дал углерод или более тяжелые элементов , атомные ядра были объединены в звездах через процесс ядерного синтеза для получения более элемент гелия , и (через тройной процесс альфа ) последовательность элементов из углерода до железо ; см звездного нуклеосинтеза для деталей.

Изотопы , такие как литий-6, а также некоторые бериллия и бора генерируются в пространстве с помощью расщепления космических лучей . Это происходит , когда высокие энергии протоны поражает атомное ядро, в результате чего большое количества нуклонов быть извлечено.

Элементы более тяжелые , чем железо были произведены в сверхновых через г-процесс , так и в АВГЕ звездах через вторы-процесс , оба из которых включают захват нейтронов атомных ядер. Такие элементы, как свинец образуется в основном за счет радиоактивного распада тяжелых элементов.

земной шар

Большинство атомов, составляющих Землю и ее обитателей присутствовали в их нынешнем виде в туманности , которая разрушилась из молекулярного облака для формирования солнечной системы . Остальные являются результатом радиоактивного распада, и их относительная доля может быть использована для определения возраста Земли через радиометрического датирования . Большая часть гелия в земной коре (около 99% гелия из газовых скважин, как показано на его нижнем обилие гелия-3 ) является продуктом альфа - распада .

Существуют несколько атомов следов на Земле , которые не присутствовали в начале (т.е. не «первобытный»), и не являются результатом радиоактивного распада. Углерод-14 непрерывно генерируется космическими лучами в атмосфере. Некоторые атомы на Земле были искусственно созданными намеренно или в качестве побочных продуктов ядерных реакторов или взрыва. Из трансурановых элементов -those с атомными номерами больше 92 только плутония и нептуния происходить в естественных условиях на Земле. Трансурановые элементы имеют радиоактивные жизни короче текущий возраст Земли и , таким образом , идентифицируемые количества этих элементов уже давно распадались, за исключением следов плутония-244 , возможно , депонированных космической пылью. Природные залежи плутония и нептуния производятся захвата нейтронов в урановой руды.

Земли содержит приблизительно 1,33 × 10 50 атомов. Несмотря на то небольшое число независимых атомов инертных газов существуют, например, аргон , неон и гелий , 99% атмосферы связывается в виде молекул, в том числе двуокиси углерода и двухатомного кислорода и азота . На поверхности Земли, подавляющее большинство атомов объединяются с образованием различных соединений, в том числе воды , соли , силикаты и оксиды . Атомы могут также объединяются , чтобы создать материалы , которые не состоят из отдельных молекул, в том числе кристаллов и жидких или твердых металлов . Эта атомная материя создает сетевые механизмы , которые испытывают недостаток в конкретном типе мелкосерийных прервал заказ , связанный с молекулярной материей.

Редкие и Обводы

Сверхтяжелые элементы

В то время как изотопы с атомным номером выше , чем свинца (82) , как известно, радиоактивные, « островом стабильности » было предложено для некоторых элементов с атомным номером выше 103. Эти сверхтяжелых элементов могут иметь ядро , которое является относительно устойчив к радиоактивного распада. Наиболее вероятный кандидат для стабильного сверхтяжелого атома, unbihexium , имеет 126 протонов и 184 нейтронов.

Экзотическая материя

Каждая частица материи имеет соответствующие антивещества частицы с противоположным электрическим зарядом. Таким образом, позитронно представляет собой положительно заряженный тиэлектрон и антипротон это отрицательно заряженный эквивалент протона . Когда материя и антиматерия встречается соответствующие частицы, они аннигилируют друг с другом. Из - за этого, а также с дисбалансом между количеством вещества и антивещества частиц, последняя редкость во Вселенной. Первые причины этого дисбаланса еще до конца не поняли, хотя теории бариогенезиса могут объяснить. В результате, не атомы антиматерии не были обнаружены в природе. Тем не менее, в 1996 году антивещество аналогом атома водорода ( антиводороду синтезировали) в ЦЕРН лаборатории в Женеву .

Другие экзотические атомы были созданы путем замены одного из протонов, нейтронов или электронов с другими частицами , которые имеют один и тот же заряд. Так , например, электрон может быть заменен более массивным мюоном , образуя мезоатом . Эти типы атомов могут быть использованы для проверки фундаментального предсказания физики.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

источники

  • Мануэль, Оливер (2001). Происхождение элементов в Солнечной системе: Последствия после 1957 наблюдений . Springer. ISBN  978-0-306-46562-8 . OCLC  228374906 .

дальнейшее чтение

внешняя ссылка