Все ли атомы имеют одинаковый возраст?

Все ли атомы имеют одинаковый возраст?

Нет, не все. Даже если тория большого взрыва имеет место быть, то и тогда атомы водорода образовывались не все сразу, а имели разное время возникновения, впрочем эту теорию обсуждать не будем. Гораздо понятнее другое, что все атомы больше гелия образовывались в разное время из водорода и гелия. Ну и как не вспомнить радиоактивный распад. Там атомы, образующиеся в результате этого процесса точно имеют разный возраст. Я уже не говорю об искусственно создаваемых атомах, с помощью которых пополняется таблица Менделеева, время жизни которых доли секунды. О каком возрасте здесь вообще может идти речь.

На сегодняшний день считается, что в момент Большого Взрыва (момент образования нашей Вселенной) появились элементарные частицы, вскоре после этого образовались атомы. Но не все, а атомы водорода и совсем немного гелия. Это самые первые, самые древние атомы.

Прочие атомы появились позже.

Атомы водорода объединялись в молекулы, потом из них стали образовываться звёзды. В процессе термоядерных реакций внутри звёзд появлялись атомы других элементов, до железа, они более молодые.

Более тяжелые элементы синтезировались при вспышках сверхновых звёзд — это происходило уже к моменту догорания самых первых звёзд, эти атомы ещё моложе.

Звёзды образуются, горят, взрываются и сейчас, значит весь процесс образования атомов различных элементов из атомов водорода продолжается и сейчас, значит каждую секунду в недрах современных звёзд образуются новые самые молодые атомы.

Получается, что возраст у атомов разный.

Элементарно! Достаточно открыть таблицу Дмитрия Ивановича Менделеева , найти там интересующий вас химический элемент и вы увидите и заряд атома и число электронов и молярную массу и прочее. Если же ваш химический элемент обозначается со знаком "+" или "-" с числом, это означает в случае с плюсом не хватает электронов с минусом -электронов больше чем заряд атома. Например : Fe +1 означает нет одного электрона ,значит заряд атома 26, а количество электронов 26-1=25 электронов у железа +1.

Они постоянно перемешиваются температурной конвекцией, да и просто ветром. Для того, чтобы смесь газов "отстоялась", надо чтобы была строго постоянная температура и отсутствие движения. Вот тогда, через несколько дней-лет газ расслоиться. И в некоторых условиях именно это и происходит. Но это редкие случаи. Потому что даже в пещерах, где вроде бы постоянная температура и нет сквозняков, на самом деле имеется разность температур всего в десятые и сотые доли градусов, между "полом" и "потолком", потому что идет тепловой поток из центра Земли. Вот этой разница вполне достаточно, чтобы перемешивать молекулы разных газов.

Распад атомов (вернее, их ядер) происходит в том случае, если ядро такого атома неустойчивое. Ядро может "распадаться" и в буквальном смысле этого слова, то есть разваливаться на два куска примерно равной массы (как это происходит я ядрами урана и других делящихся элементов). Другие способы распада — выброс ядра гелия (альфа частицы), при этом теряется заряд +2 (то есть получается соответствующий изотоп более легкого элемента, который в периодической таблице отстоит от исходного через клетку влево), а масса уменьшается на четыре единицы. Например, радий-226 превращается при альфа-распаде в радон-222. В случае бета-распада один нейтрон в ядре превращается в протон (заряд ядра увеличивается на 1 и образуется изотоп элемента, стоящего в таблице на одну клетку вправо), одновременно из ядра вылетают электрон и антинейтрино. Есть и другие более редкие виды распада, но все они связаны с нестабильностью ядра.

Нобелевская премия за научные достижения была утверждена Альфредом Нобелем в 1895 году. Премия за достижения в области физики упоминается в завещании первой. По условиям завещания, число награжденных в любой из наук не может быть более трех.

Самым молодым лауреатом на момент присуждения Нобелевской премии по физике стал Уильям Лоренс Брэтт, который получил премию вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэттом. Это событие произошло в 1915 году, а Уильяму Лоренсу Брэтту было тогда всего 25 лет! Кстати, это самый молодой лауреат не только в номинации физики, но и вообще в Нобелевской премии.

Давно научились. Еще в 1995 году был синтезирован атом антиводорода. Насколько я знаю, в настоящее время антиводорода не так много, как хотелось бы, но достаточно для того, чтобы изучать его свойства.

А в 2010 году атомы антивещества (и их составляющие — позитроны и антипротоны) научились ловить в так называемые кратковременные ловушки.

В 2014 году ученые научились выводить атомы антивещества из ловушек (в ловушках они держатся недолго — до 1000 секунд; да и изучать неудобно — магнитное поле мешает).

Только вот производство антивещества очень дорогостоящее удовольствие. И ловля его — тоже.

Более подробная информация о производстве антивещества, о его возможно применении есть в книге американского физика Митио Каку "Физика невозможного".

Вопрос — ответ 102

Каждый день мы сталкиваемся с множеством вопросов. Ответы на одни вопросы находятся быстро и их решение происходит незамедлительно. А что делать если для решения вопроса требуется поиск дополнительных источников информации?

Именно для таких целей наша рубрика «Вопрос и ответ» — каждую субботу и воскресенье вы получаете ответы на интересующие вас вопросы.

Чем вещество отличается от поля?

Вопрос — ответ 102

Они состоят из разных частиц

Казалось бы, вещество — это частицы, а поле — особое состояние пространства. Но квантовая теория поля говорит, что поля тоже состоят из частиц — квантов взаимодействий. Это частицы другого класса. Вещество составляют фермионы. Никакие два фермиона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Грубо говоря, в одну точку нельзя поместить несколько фермионов, поэтому вещество занимает место в пространстве.

Поля же состоят из частиц-бозонов, которые сосуществуют друг с другом. Поля накладываются друг на друга, а лучи света пересекаются без помех.

Что мешает однолетним растениям жить дольше?

Пупырник японский бывает одно- или двулетним в зависимости от региона произрастания

Ничего, у них такая стратегия

Однолетний жизненный цикл не означает малой жизнеспособности растения. Это просто одна из эволюционных стратегий растительного мира. Она выгодна прежде всего сорнякам, то есть пионерным видам.

Сорняки легко захватывают пустующие участки, но не способны прижиться в зрелых растительных сообществах. Поэтому они направляют свои ресурсы не на развитие прочных корней и побегов, а на формирование семян и их распространение.

Кроме того, однолетний цикл выгоден в областях, где значительную часть года рост и развитие невозможны из-за холодной зимы или жаркого лета. В морозы и засуху семена сохраняются гораздо лучше, чем вегетативные части растения.

Почему из-за плоскостопия не берут в армию?

Вопрос — ответ 102

С ним трудно ходить

Человек, страдающий плоскостопием, не может преодолевать большие расстояния пешком. Плоская стопа не пружинит в должной мере, в результате нагрузки на опорно-двигательный аппарат распределяются неправильно. Это ведет к быстрому утомлению и болям, а при регулярной долгой ходьбе — к дальнейшей деформации костей и суставов, даже к тяжелым заболеваниям, например артриту.

Все ли атомы имеют одинаковый возраст?

Вопрос — ответ 102

Крабовидная туманность, остаток сверхновой

Нет

Во время Большого взрыва образовались только ядра атомов водорода. Примерно четверть из них в течение нескольких минут слилась в атомы гелия. Так сформировался первичный элементный состав Вселенной.

Остальные элементы возникли значительно позже в термоядерных реакциях, которые протекают в недрах звезд. При взрывах умирающих светил эти элементы рассеивались в космосе. Впоследствии из них формировались звезды и планеты следующих поколений. Так что по большей части наши тела состоят из бывшего звездного вещества.

Как трамваи в Бордо ездят без проводов?

Вопрос — ответ 102

С помощью третьего рельса

Третий рельс в историческом центре Бордо проложен посередине колеи и состоит из секций длиной 8 метров, отделенных друг от друга трехметровыми изоляционными вставками. Напряжение на секцию подается только в тот момент, когда трамвай полностью накрывает корпусом соответствующий участок. Поэтому для пешеходов такое устройство безопасно.

Почему сечение «кесарево»?

Вопрос — ответ 102

По названию закона

Бытует мнение, что при помощи такой операции появился на свет будущий римский диктатор Юлий Цезарь (он же Кесарь). Однако это, по всей видимости, неправда: в древности женщины неизбежно погибали после такой процедуры, тогда как мать Цезаря намного пережила своего знаменитого сына.

Возможно, название связано с Lex Caesarea (буквально «Кесарев закон»), существовавшим в Древнем Риме. Он предписывал в случае смерти беременной женщины извлекать плод из ее тела путем рассечения живота. Сам термин «кесарево сечение» появился только в конце XVI столетия.

Что за 1 процент микробов не убивают дезинфектанты?

Вопрос — ответ 102

Тех, что оказались в укрытии

Основной дезинфицирующий агент моющих средств — гипохлорит натрия (NaOCl). К нему чувствительны все известные бактерии. Но существует некоторая вероятность их сохранения в микроубежищах, куда не проникает достаточно гипохлорита. Эти случайно выжившие клетки и имеют в виду производители моющих средств, указывая на этикетках отличные от 100% цифры.

Где берут семена для посадки бессемянных арбузов?

Вопрос — ответ 102

Получают гибридизацией

Бессемянные арбузы представляют собой гибриды обычных диплоидных арбузов и специально выведенной тетраплоидной формы. Для каждого поколения таких арбузов гибридизацию приходится проводить заново.

Кроме того, мужские цветки гибрида не образуют жизнеспособной пыльцы, поэтому на бахчах с бессемянными арбузами высаживают диплоидные в качестве опылителей.

Почему у людей лица разные, а у животных одного вида похожие?

Вопрос — ответ 102

Это не так

«Лица» животных различаются размерами и пропорциями глаз, носа, лба. Впечатление одинаковости — это психологический эффект восприятия: в существах другого вида мы выделяем прежде всего видовые признаки, а в людях — индивидуальные.

Зоологи, которые тесно общаются с животными, скоро начинают узнавать их «в лицо», как, например, Джейн Гудолл, изучавшая вольных шимпанзе, или Ясон Бадридзе, проводивший по несколько месяцев в волчьей стае.

Тот же эффект наблюдается при восприятии другой расы: в ХХ веке европейцам, попавшим в Китай, поначалу казалось, что все китайцы на одно лицо.

Как появилось слово ветчинá?

Вопрос — ответ 102

ветчинá

Прежде писали иногда как «ветшина». Оно образовано от прилагательного «ветхий» и противоположно по смыслу слову «свежина» (свежее несоленое мясо).

Откуда мы знаем, что все состоит из атомов?

Горы, звезды, люди — все, что мы видим вокруг, состоит из крошечных атомов. Атомы маленькие. Очень и очень. С детства мы знаем, что все вещество состоит из скоплений этих крошечных штучек. Также мы знаем, что их нельзя увидеть невооруженным глазом. Мы вынуждены слепо верить этим заявлениям, не имея возможности проверить. Атомы взаимодействуют друг с другом и по кирпичикам составляют наш мир. Откуда мы это знаем? Многие не любят принимать утверждения ученых за чистую монету. Давайте вместе с наукой пройдем путь от осознания атомов до непосредственного доказательства их существования.

Может показаться, что есть простой способ доказать существование атомов: засунуть их под микроскоп. Но этот подход не сработает. Даже самые мощные микроскопы, фокусирующие свет, не могут визуализировать один атом. Объект становится видимым, поскольку отражает световые волны. Атомы настолько меньше длины волны видимого света, что они вовсе не взаимодействуют. Иными словами, атомы невидимы даже для света. Однако атомы все же оказывают наблюдаемые эффекты на некоторые вещи, которые мы можем увидеть.

50 лет спустя, в 1827 году, шотландский ботаник Роберт Броун описал нечто удивительно похожее. Изучая пыльцевые гранулы под микроскопом, Броун обнаружил, что некоторые гранулы испускают крошечные частицы — которые затем удалялись от пыльцы в случайном нервном танце.

Сначала Броун подумал, что частицы были каким-то неизвестным организмом. Он повторил эксперимент с другими субстанциями, вроде каменной пыли, которая явно была неживой, и снова увидел странное движение.

Потребовалось почти сто лет, чтобы наука нашла объяснение. Пришел Эйнштейн и разработал математическую формулу, которая предсказывала тот самый особенный тип движения — тогда названный броуновским движением, в честь Роберта Броуна. Теория Эйнштейна заключалась в том, что частицы пыльцевых гранул постоянно перемещались, поскольку в них врезались миллионы крошечных молекул воды — молекул, состоящих из атомов.

«Он объяснил, что это нервное движение, которое вы наблюдаете, на самом деле вызывалось воздействием отдельных молекул воды на частички пыли или что там у вас есть», — объясняет Гарри Клифф из Кембриджского университета, также куратор Музея науки в Лондоне.

К 1908 году наблюдения, подкрепленные расчетами, показали, что атомы реальны. За десять лет физики существенно продвинулись вперед. Растягивая отдельные атомы, они начали понимать их внутреннюю структуру.

Сюрпризом стало то, что атомы можно разделить — особенно в свете того, что само название «атом» вышло из греческого «атомос», означающего «неделимый». Но физики теперь знают, что атомы далеко не базовые кирпичи. Они состоят из трех основных частей: протонов, нейтронов и электронов. Представьте, что протоны и нейтроны вместе образуют «солнце», или ядро, в центре системы. Электроны находятся на орбите этого ядра, подобно планетам.

Но как мы узнали, что эти частицы там? Ответ в том, что они хоть и маленькие, но имеют большое влияние. Британский физик Томсон, открывший электроны, использовал прекрасный метод, чтобы доказать их существование в 1897 году.

У него была трубка Крукса — кусок стекла смешной формы, из которого машиной был высосан почти весь воздух. К одному концу трубки подводили отрицательный электрический заряд. Этого заряда было достаточно, чтобы выбить у молекул оставшегося в трубке газа часть электронов. Электроны заряжены отрицательно, поэтому летели к другому концу трубки. Благодаря частичному вакууму, электроны пролетали через трубку, не встречая на своем пути крупные атомы.

Электрический заряд приводил к тому, что электроны двигались очень быстро — порядка 59 500 километров в секунду — пока не врезались в стекло на дальнем конце, выбивая еще больше электронов, которые прятались в его атомах. Удивительно, но столкновение между этими умопомрачительно крошечными частицами производило столько энергии, что порождало фантастическое зелено-желтое свечение.

«Это был в некотором смысле один из первых ускорителей частиц, — говорит Клифф. — Он ускоряет электроны на одном конце трубки к другому, и они врезаются в экран на другом конце, производя фосфоресцирующее свечение».

Поскольку Томсон обнаружил, что может управлять пучками электронов с помощью магнитов и электрических полей, он знал, что это были не просто странные лучи света, — это были заряженные частицы.

И если вам интересно, как эти электроны могут летать независимо от своих атомов, то это благодаря процессу ионизации, в котором — в данном случае — электрический заряд меняет структуру атома, выбивая электроны в пространство поблизости.

В частности, благодаря тому что электронами так просто манипулировать и двигать, стали возможны электрические схемы. Электроны в медном проводе движутся подобно поезду от одного атома меди к другому — потому-то провод передается по проводу. Атомы, как мы уже сказали, это не цельные кусочки вещества, а системы, которые можно модифицировать или разобрать на структурные элементы.

Эксперименты начала 20 века выявили эти положительно заряженные частицы и в то же время раскрыли внутреннюю структуру атома — похожую на солнечную систему.

Эрнест Резерфорд и его коллеги взяли очень тонкую металлическую фольгу и поставили ее под луч положительно заряженного излучения — поток крошечных частиц. Большая часть мощного излучения прошла насквозь, как и полагал Резерфорд, учитывая толщину фольги. Но, к удивлению ученых, часть его отскочила.

Резерфорд предположил, что атомы в металлической фольге должны содержать небольшие плотные области с положительным зарядом — ничто иное не обладало бы достаточным потенциалом, чтобы отразить такое мощное излучение. Он обнаружил положительные заряды в атоме — и одновременное доказал, что все они связаны в плотной массе, в отличие от электронов. Другими словами, он продемонстрировал существование плотного ядра в атоме.

Оставалась проблема. К тому моменту уже могли рассчитать массу атома. Но учитывая данные о том, какими тяжелыми должны были быть частицы ядра, идея того, что все они положительно заряжены, не имела смысла.

«Углерод имеет шесть электронов и шесть протонов в ядре — шесть положительных зарядов и шесть отрицательных зарядов, — объясняет Клифф. — Но ядро углерода не весит шесть протонов, оно весит эквиваленту 12 протонов».

Сначала предположили, что в ядре есть шесть других ядерных частиц с массой протона, но заряженных отрицательно: нейтроны. Но никто не смог это доказать. На самом деле, нейтроны не могли найти до 1930-х годов.

За несколько лет до этого другие физики экспериментировали с радиацией. Они запускали положительно заряженное излучение — того типа, который использовал Резерфорд в поисках ядра — в атомы бериллия. Бериллий испускал собственную радиацию: излучение, которое не было заряжено положительно или отрицательно и могло проникать глубоко в материал.

К этому времени другие выяснили, что гамма-излучение было нейтральным и проникало глубоко, поэтому физики считали, что именно его испускают атомы бериллия. Но Чедвик так не считал.

Он самостоятельно произвел новое излучения и направил его на вещество, которое, как он знал, было богатым на протоны. Неожиданно оказалось, что протоны были выбиты из материала словно бы частицами с идентичной массой — будто шарики для бильярда другими шариками.

Гамма-излучение не может отражать протоны таким образом, поэтому Чедвик решил, что искомые частицы должны иметь массу протона, но другой электрический заряд: и это нейтроны.

Все основные частицы атома были найдены, но на этом история не заканчивается.

Хотя мы узнали об атомах много больше, чем знали раньше, их было трудно визуализировать. В 1930-х годах никто не располагал их снимками — и многие люди хотели их увидеть, чтобы принять их существование.

Важно отметить, впрочем, что методы, используемые учеными вроде Томсона, Резерфорда и Чедвика, проложили путь к новому оборудованию, которое в конце концов помогло нам произвести эти снимки. Пучки электронов, которые Томсон генерировал в своем эксперименте с трубкой Крукса, оказались особенно полезными.

Сегодня подобные пучки генерируются электронными микроскопами, и самый мощный из таких микроскопов может на самом деле делать снимки отдельных атомов. Это потому, что электронный пучок обладает длиной волны в тысячи раз короче пучка света — настолько короткой, по сути, что волны электронов могут отражаться от крошечных атомов и выдавать картинку, чего не могут световые пучки.

Нил Скиппер из Университетского колледжа в Лондоне говорит, что такие изображения полезны для людей, которые хотят изучать атомную структуру специальных веществ — вроде тех, что используются в производстве батарей для электромобилей, к примеру. Чем больше мы знаем об их атомной структуре, тем лучше нам удается проектировать батареи, делать их эффективными и надежными.

Можно также понять, как выглядят атомы, просто тыкнув в них. Так, по сути, работает атомно-силовая микроскопия.

Атомно-силовой микроскоп

Недавно ученые опубликовали прекрасные снимки молекулы до и после химической реакции с помощью этого метода.

Скиппер добавляет, что многие атомные ученые исследуют, как структура вещей меняется при воздействии высокого давления или температуры. Большинство людей знает, что когда вещество нагревается, оно часто расширяется. Теперь можно обнаружить атомные изменения, которые происходят при этом, что зачастую оказывается полезным.

«При нагревании жидкости можно заметить, как ее атомы принимают неупорядоченную конфигурацию, — говорит Скиппер. — Вы можете увидеть это непосредственно из структурной карты».

Скиппер и другие физики также могут работать с атомами, используя нейтронные пучки, впервые обнаруженые Чедвиком в 1930-х.

«Мы запускаем много пучков нейтронов в образцы материалов, и из возникающего паттерна рассеяния можно понять, что вы рассеиваете нейтроны в ядрах, — говорит он. — Можно грубо прикинуть массу и размер объекта, который просвечивался».

Но атомы не всегда просто находятся там, в стабильном состоянии, ожидая, пока их изучат. Иногда они распадаются — то есть являются радиоактивными.

Существует множество естественных радиоактивных элементов. Этот процесс генерирует энергию, которая легла в основу ядерной энергетики — и ядерных бомб. Физики-ядерщики, как правило, пытаются лучше понять реакции, при которых ядро проходит через фундаментальные изменения вроде этих.

«Типы детекторов, которые вы должны использовать, представлены детекторами, которые позволят вам измерять одновременно присутствие излучения и энергии радиации, которая была отложена, — говорит она. — Все потому, что у всех ядер есть особый отпечаток».

Поскольку в области, где была обнаружена радиация, могут присутствовать все типы атомов, особенно после крупной ядерной реакции, важно точно знать, какие радиоактивные изотопы присутствуют. Такое обнаружение обычно проводится на ядерных станциях или в зонах, где произошла ядерная катастрофа.

Харкнесс-Бреннан и ее коллеги сейчас работают над системами обнаружения, которые можно разместить в таких местах, чтобы показать в трех измерениях, где может присутствовать радиация в конкретном помещении. «Вам нужны техники и инструменты, которые позволят составить трехмерную карту пространства и подскажут, где в этой комнате, в этой трубе радиация», — говорит она.

Также можно визуализировать излучение в «камере Вильсона». В рамках этого специального эксперимента охлажденный до -40 градусов по Цельсию спиртовый пар распыляется облаком над радиоактивным источником. Заряженные частицы радиации, летящие от источника излучения, выбивают электроны из молекул спирта. Спирт конденсируется в жидкость рядом с дорожкой излучаемых частиц. Результаты такого типа обнаружения впечатляют.

Мы мало работали непосредственно с атомами — разве что поняли, что это прекрасные сложные структуры, которые могут претерпевать удивительные изменения, многие из которых происходят в природе. Изучая атомы таким образом, мы улучшаем собственные технологии, извлекаем энергию из ядерных реакций и лучше понимаем природный мир вокруг нас. Мы также получили возможность защищать себя от радиации и изучать, как меняются вещества в экстремальных условиях.

«Учитывая, насколько мал атом, просто невероятно, как много физики мы можем извлечь из него», — метко подмечает Харкнесс-Бреннан. Все, что мы видим вокруг себя, состоит из этих мельчайших частиц. И хорошо знать, что они там есть, поскольку именно благодаря им все вокруг стало возможным.

15 самых интригующих фактов об атомах

Все во Вселенной — от ядра Земли до самых дальних галактик — состоит из атомов. Это фундаментальная единица элемента.

К настоящему времени было идентифицировано 118 элементов (все они перечислены в периодической таблице).

Слово «атом», означающее «неделимый», происходит от древнегреческого слова «ἄτομος». Древнегреческие философы считали, что атом невозможно разделить на что-то меньшее. Однако ученые доказали этот факт неправильно в начале 20 века, когда они открыли субатомные частицы (электроны, протоны, нейтроны).

Ниже мы перечислили некоторые из наиболее интригующих фактов об атомах, которые только сделают вас умнее. Так что давайте начнем с самого короткого и простого.

1. Состав атомов

Каждый атом содержит одно ядро ​​[в центре] и один или несколько электронов. Ядро обычно состоит из равного числа протонов и нейтронов, вместе называемых нуклонами.

2. Ядро содержит почти всю массу

Ядро, расположенное в центре атома, составляет более 99,9 % его массы, но занимает лишь одну триллионную его общего объема. Таким образом, большая часть пространства внутри атома пуста.

3. Электроны чрезвычайно малы

Электрон является наиболее активным компонентом атома, но он почти ничего не вносит в массу атома. Например, в атоме водорода масса электрона составляет всего 0,0005 массы ядра.

4. Атом может иметь электрический заряд

Электроны несут отрицательный заряд, протоны несут положительный заряд, а нейтроны не имеют электрического заряда. Атом электрически нейтрален, если он имеет одинаковое количество электронов и протонов.

Однако, если атом имеет меньше или больше протонов, чем электронов, он имеет общий положительный или отрицательный заряд (известный как Ион).

5. Что удерживает протоны и нейтроны вместе?

Ядерная сила удерживает протоны и нейтроны вместе в ядре атома. Электроны притягиваются к протонам другой силой, называемой электромагнитной силой, которая слабее ядерной силы.

Эта ядерная сила примерно в 1038 раз сильнее гравитационной, но действует только в очень малых масштабах.

6. 94 Атома естественного происхождения на Земле

Из 118 известных атомов 94 встречаются в природе, хотя некоторые встречаются в незначительных количествах. Остальные 24 были синтезированы только в лабораториях или ядерных реакторах.

7. Каждый атом уникален

Каждый атом содержит определенное количество протонов в ядре. Например, все атомы натрия содержат 11 протонов, а все атомы серебра содержат 47 протонов.

Изотоп элемента определяется числом нейтронов, а магнитные характеристики зависят от количества электронов в атоме.

8. Самый большой и самый маленький атом

Самым большим элементом (по размеру) является Франций, но поскольку он крайне нестабилен, предпочтение отдается Цезию. У него большая валентная оболочка и относительно менее эффективный заряд ядра.

Наименьший элемент — гелий, первый в группе благородных газов в периодической таблице. Его атомный радиус примерно в 9 раз меньше диаметра цезия.

Иллюстрация атома гелия | Предоставлено: Викимедиа.

9. Самый тяжелый и легкий атом

Оганессон — самый тяжелый элемент (по атомной массе), открытый в 2002 году. Это первый благородный газ, который удивительно химически активен и проявляет очень необычные физические и химические свойства.

Оганессон, однако, является самым тяжелым синтетическим химическим элементом. Самым тяжелым природным элементом является Уран с атомным весом 238,029.

Элемент, который имеет самый легкий атом-это водород. У него есть только один протон, обращающийся вокруг одного электрона. Его самый распространенный изотоп, известный как Протий, состоит из одного протона и нулевых нейтронов.

10. Возможно ли преобразовать один элемент в другой?

В некоторых экстремальных условиях электромагнитная сила (которая отталкивает электроны и протоны) преодолевает сильную ядерную силу, выбрасывая нуклоны из атомного ядра и оставляя после себя совершенно другой элемент. Это именно то, что происходит при делении ядер.

Однако этот процесс [распада] является дорогостоящим и опасным. Ученые пока не смогли безопасно генерировать энергию с помощью ядерного деления.

11. Атомы в человеческом теле

Тело человека весом 70 кг состоит из 7 × 10 27 атомов. Три атома (водород, кислород и углерод) составляют до 99 процентов от общего количества.

Что еще интереснее, 98 процентов этих атомов обновляются каждый год, даже не подозревая об этом. Самая быстро меняющаяся молекула — это вода: почти 50 процентов молекул воды в организме заменяются каждые 8 ​​дней.

Более того, человеческий волос — 100 нанометров в поперечнике — состоит из миллиона атомов углерода.

12. Сколько атомов существует во Вселенной?

Наблюдаемая вселенная огромна: она охватывает приблизительно 93 миллиарда световых лет. Согласно теоретической оценке, в нашей вселенной насчитывается от 10 78 до 10 82 атомов.

Это не какой-то выдуманный номер. Расчеты основаны на достоверных данных (что мы знаем о вселенной). Однако между этими оценками существует огромная разница, что говорит о значительной степени ошибки. Более точные цифры будут доступны, когда мы узнаем больше о космосе.

13. Радиоактивные атомы

В нестабильном атоме силы неуравновешенны. В этом случае атомное ядро содержит избыток либо протонов, либо нейтронов. Атом пытается достичь стабильного состояния, выбрасывая свои дополнительные частицы или высвобождая энергию в других формах. Элементы, содержащие такие нестабильные ядра, называются радиоактивными.

Фермий, например, является радиоактивным элементом: его самый стабильный изотоп (Fm-257) имеет период полураспада 100,5 суток.

14. Видя атомы

Поскольку атомы невероятно малы по сравнению с длиной волны видимого света, их нельзя наблюдать даже с самым мощным в мире оптическим микроскопом.

Сканирующий туннельный микроскоп захватывает атомы кремния на поверхности кристаллического карбида кремния

Вот почему ученые используют микроскоп другого типа, известный как сканирующий туннельный микроскоп. Он может обеспечить боковое разрешение 0,1 нм и разрешение по глубине 0,01 нм, что достаточно для изображения отдельных атомов в материалах.

15. Квантовая природа атомных свойств

Поскольку атомы чрезвычайно малы по размеру, они проявляют квантовые свойства, поэтому предсказание их поведения с применением классической физики всегда приведет к неверным результатам.

Когда электрон прыгает с одного энергетического уровня (орбиты) на другой, он не перемещается в пространстве между ними. Вместо этого он исчезает с одной орбиты, а затем сразу же появляется на другой орбите.

Чтобы лучше описать и оценить их поведение, несколько атомных моделей включили в себя законы квантовой физики.

Спросите Итана №102: всё ли во Вселенной одного возраста?

С Большого взрыва прошло 13,8 миллиарда лет, что мы способны подтвердить при помощи разных доказательств. Но это время прошло для нас – а поскольку оно относительно, что это значит для наблюдателей в других частях Вселенной? Просмотрев ваши вопросы, я выбрал один из них, от Рафаэля Бернала:

Если время относительно, есть ли абсолютное время для всей Вселенной? Когда мы говорим, что Вселенной уже 13,8 миллиарда лет, это верно только для Земли, или для всей Вселенной?

Наша Земля существует в нашей Галактике, и возраст всего, что мы видим в ней, составляет те же самые 13,8 миллиарда лет. Ну, почти.

Возраст планет, звёзд и других источников света, видимых в ночном небе, не совпадает с нашим. Поскольку скорость света конечна, если мы посмотрим на звезду, находящуюся в 100 световых годах от нас, мы будем видеть её такой, какой она была 100 лет назад, а не такой, какова она сегодня. Если сравнить это с 13,8 миллиарда лет – и даже если взять звезду, находящуюся на другом конце Галактики в 100 000 световых годах – эта разница будет незначительной. Разница между 13 800 000 000 и 13 799 900 000 годами не такая уж и большая.

Но если мы рассмотрим другие галактики – очень удалённые, то получится совсем другая история.

Каждая точка на этой картинке – отдельная галактика. Зелёные нити известны под именем Великая стена Слоана, находящаяся примерно в миллиарде световых лет от Земли. Галактики, находящиеся в этой структуре, имеют возраст в 12,8 миллиарда лет, а самые удалённые галактики на картинке и того моложе.

Глядя всё дальше, мы находим галактики, существовавшие, когда Вселенной было меньше миллиарда лет, когда её возраст составлял лишь несколько процентов от сегодняшнего.

Если бы у нас были достаточно мощные телескопы, мы могли бы увидеть отдельные звёзды с очень малым содержанием тяжёлых элементов, поскольку более 99% атомов в то время представляли собой только водород и гелий, появившиеся в результате Большого взрыва. Почти не было бы углерода, кислорода, кремния, фосфора, железа, и всего прочего.

Поэтому у них практически не было бы каменистых планет, органических молекул, и шанса на существование жизни. Глядя на галактики в их раннем, первоначальном состоянии, мы буквально заглядываем в прошлое.

Но тут есть важный момент! Мы не смотрим на галактики, какие они сегодня, но мы видим их с нашей точки зрения, заглядывая в прошлое!

Для кого-то на удалённой звезде, в удалённой галактике или в десятках миллиардов световых лет от нас, было бы видно наше прошлое. Для кого-то в 100 световых годах на Земле не было бы признаков ядерных бомб, мы бы не изобрели компьютер, телевизионное вещания, и даже ламповые усилители. Для кого-то из галактики, удалённой на миллиард лет, наше Солнце показалось бы моложе и темнее, на Земле существовали бы только одноклеточные организмы, никаких различимых растений или животных, и континенты нашей планеты были бы голыми, покрытыми лишь льдом и грязью.

Что ещё более пугающе – для наблюдающих за веществом, которое должно превратится в нас, из самых удалённых видимых галактик, не только не существовали бы наша Земля и Солнце, но и вообще наша Галактика. Мы были бы набором небольших газовых облачков и прото-галактик, которым ещё предстоит объединиться в спиральные структуры, из которых родится наш дом. Существовали бы самые древние шаровые скопления, которые сейчас можно обнаружить в гало нашей Галактики, и они были бы полны горячих, молодых, голубых звёзд, исчезнувших уже миллиард лет назад.

Любой из этих наблюдателей, на другой ли звезде, в другой галактике или в другом конце Вселенной, видел бы Вселенную, очень похожую на нашу:
• Вселенную возрастом в 13,8 млрд. лет.
• Вселенную, в которой наблюдения во всех направлениях заглядывали бы в прошлое.
• Вселенную, в которой реликтовое излучение охладилось до 2,725 К.
• Вселенную, в которой великая космическая сеть была бы неотличимой от той, что видим мы.
• Вселенную, в которой, посмотрев на нас, они бы увидели нас в прошлом так далеко, как их видим мы.

Не выглядит ли всё так, что в каком-то смысле существует некая форма абсолютного времени?

Так может показаться, но на самом деле это не так! Действительно, Большой взрыв случился везде одновременно 13,8 млрд. лет назад, и это будет правдой с точки зрения любой галактики. Но что, если существовали бы галактики, двигающиеся со скоростями не в сотни или тысячи километров в секунду относительно системы координат реликтового излучения, но в сотни тысяч километров в секунду, очень близко к скорости света?

Так же, как время идёт по-другому для любого, кто движется близко к скорости света на Земле – для частицы, поезда или человека – если бы была планета, звезда или галактика, давно уже двигающаяся близко к скорости света, она была бы сильно моложе остальной Вселенной!

Представьте, что когда Вселенной был всего миллиард лет, галактика разогналась из-за серии гравитационных взаимодействий, до 99% скорости света. За 12,8 млрд. лет, прошедших с того времени, для этой галактики прошло бы всего 1,8 млрд. лет. По сравнению с известными галактиками она была бы меньше, голубее и менее разросшейся.

Поэтому Вселенная должна выглядеть одинаково для всех наблюдателей, везде должно пройти одно и то же количество времени, и Вселенная должна иметь одинаковые крупномасштабные свойства практически везде. Но для некоторых избранных наблюдателей, проведших значительное время на скорости, близкой к скорости света относительно системы отсчёта реликтового излучения – Вселенная была бы очень странной. В тот момент, когда они замедлились бы относительно РИ и остановились, они бы обнаружили себя, молодых, в странным образом старой Вселенной.

Тот факт, что с Большого взрыва прошло 13,8 миллиарда лет, применим ко всем и всему в наблюдаемой Вселенной, но если вы двигаетесь со скоростью, близкой к световой, вам трудно будет в это поверить!

Атомы и электроны

Мы приступаем к изучению химии — мира молекул и атомов. В этой статье мы рассмотрим базисные понятия и разберемся с электронными формулами элементов.

Атом (греч. а — отриц. частица + tomos — отдел, греч. atomos — неделимый) — электронейтральная частица вещества микроскопических размеров и массы, состоящая из положительно заряженного ядра (протонов) и отрицательно заряженных электронов (электронные орбитали).

Описываемая модель атома называется «планетарной» и была предложена в 1913 году великими физиками: Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом

Планетарная модель атома

Протон (греч. protos — первый) — положительно заряженная (+1) элементарная частица, вместе с нейтронами образует ядра атомов элементов. Нейтрон (лат. neuter — ни тот, ни другой) — нейтральная (0) элементарная частица, присутствующая в ядрах всех химических элементов, кроме водорода.

Электрон (греч. elektron — янтарь) — стабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом (-1), заряд атома — порядковый номер в таблице Менделеева — равен числу электронов (и, соответственно, протонов).

Запомните, что в невозбужденном состоянии атом содержит одинаковое число электронов и протонов. Так у кальция (порядковый номер 20) в ядре находится 20 протонов, а вокруг ядра на электронных орбиталях 20 электронов.

Электроны и протоны

Я еще раз подчеркну эту важную деталь. На данном этапе будет отлично, если вы запомните простое правило: порядковый номер элемента = числу электронов. Это наиболее важно для практического применения и изучения следующей темы.

Электронная конфигурация атома

Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим электроны занимают различные энергетические уровни.

Состоит из s-подуровня: одной «1s» ячейки, в которой помещаются 2 электрона (заполненный электронами — 1s 2 )

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (2s 2 ) и p-подуровня: трех «p» ячеек (2p 6 ), на которых помещается 6 электронов

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (3s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (3p 6 ) и d-подуровня: пяти «d» ячеек (3d 10 ), в которых помещается 10 электронов

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (4s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (4p 6 ), d-подуровня: пяти «d» ячеек (4d 10 ) и f-подуровня: семи «f» ячеек (4f 14 ), на которых помещается 14 электронов

Энергетические уровни

Зная теорию об энергетических уровнях и порядковый номер элемента из таблицы Менделеева, вы должны расположить определенное число электронов, начиная от уровня с наименьшей энергией и заканчивая к уровнем с наибольшей. Чуть ниже вы увидите несколько примеров, а также узнаете об исключении, которое только подтверждает данные правила.

Подуровни: «s», «p» и «d», которые мы только что обсудили, имеют в определенную конфигурацию в пространстве. По этим подуровням, или атомным орбиталям, движутся электроны, создавая определенный «рисунок».

S-орбиталь похожа на сферу, p-орбиталь напоминает песочные часы, d-орбиталь — клеверный лист.

Атомные орбитали

Правила заполнения электронных орбиталей и примеры
  • Сперва следует заполнить орбитали с наименьшей энергией, и только после переходить к энергетически более высоким
  • На орбитали (в одной «ячейке») не может располагаться более двух электронов
  • Орбитали заполняются электронами так: сначала в каждую ячейку помещают по одному электрону, после чего орбитали дополняются еще одним электроном с противоположным направлением
  • Порядок заполнения орбиталей: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s

Должно быть, вы обратили внимание на некоторое несоответствие: после 3p подуровня следует переход к 4s, хотя логично было бы заполнить до конца 4s подуровень. Однако природа распорядилась иначе.

Запомните, что, только заполнив 4s подуровень двумя электронами, можно переходить к 3d подуровню.

Без практики теория мертва, так что приступает к тренировке. Нам нужно составить электронную конфигурацию атомов углерода и серы. Для начала определим их порядковый номер, который подскажет нам число их электронов. У углерода — 6, у серы — 16.

Теперь мы располагаем указанное количество электронов на энергетических уровнях, руководствуясь правилами заполнения.

Электронные конфигурации углерода и серы

Обращаю ваше особе внимание: на 2p-подуровне углерода мы расположили 2 электрона в разные ячейки, следуя одному из правил. А на 3p-подуровне у серы электронов оказалось много, поэтому сначала мы расположили 3 электрона по отдельным ячейкам, а оставшимся одним электроном дополнили первую ячейку.

  • Углерод — 1s 2 2s 2 2p 2
  • Серы — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
Внешний уровень и валентные электроны
  • Углерод — 2s 2 2p 2 (4 валентных электрона)
  • Сера -3s 2 3p 4 (6 валентных электронов)

Неспаренные валентные электроны способны к образованию химической связи. Их число соответствует количеству связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. Таким образом неспаренные валентные электроны тесно связаны с валентностью — способностью атомов образовывать определенное число химических связей.

Валентные электроны углерода и серы

  • Углерод — 2s 2 2p 2 (2 неспаренных валентных электрона)
  • Сера -3s 2 3p 4 (2 неспаренных валентных электрона)
Тренировка

Потренируйтесь и сами составьте электронную конфигурацию для магния и скандия. Определите число электронов на внешнем (валентном) уровне и число неспаренных электронов. Ниже будет дано наглядное объяснение этой задаче.

Электронные конфигурации магния и фтора и их валентные электроны

  • Магний — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
  • Скандий — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1

никогда не сдавайся 4 фильм 2011

пираты карибского моря выйдет ли новая часть

шерлок фильм 3

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector