Строение атомов

Удивительный малыш

Каждый человек, каждое живое существо, а также любой неодушевленный предмет вокруг нас состоит из атомов. Атомы — это "кирпичики", из которых строится вся материя. Термин "атом" происходит от греческого слова "атомос", означающего "неделимый", - то есть неделимое первовещество.

Услышав "атомная физика", многие приходят в ужас и трепет. В действительности же это бесконечно увлекательная область, которая может надолго захватить воображение. Первые исследователи атомов шли трудным, а иногда и ложным путем. Лучшим физикам того времени приходилось решать сложнейшие проблемы, поскольку атомы чрезвычайно малы. Сегодня наши познания значительно расширились: например, известно, что сами атомы тоже состоят из "кирпичиков", еще более мелких, и поэтому не являются неделимыми в строгом смысле слова.

К этому вопросу мы еще вернемся, а сейчас зададим себе другой вопрос:

Насколько мал атом? Чтобы составить представление о его невероятно малых размерах, посмотрим на человеческий волос, скажем, Альберта Эйнштейна. Его толщина — около 0,1 мм. Если разделить эту величину на десять, получится одна сотая миллиметра — невооруженным глазом мы уже ничего не различим. Если поделить толщину волоса на миллион, получим диаметр одного атома. Выходит, толщине человеческого волоса соответствует цепочка из одного миллиона атомов.

Эту величину — 10 в минус десятой степени метра — называют ангстремом в честь шведского физика Андерса Ангстрема.

Ядро и оболочка

Каждый атом имеет оболочку из электронов. Они вращаются вокруг атомного ядра, которое находится в центре. Невероятно, но ядра, в зависимости от атома, бывают в 10000 и даже в 100000 раз меньше электронных оболочек. Если бы атом увеличился до размеров футбольного стадиона, ядро выглядело бы как горошина. Самое поразительное — что в этом ядре сосредоточена почти вся масса атома, а пространство между ядром и оболочкой ничем не заполнено.

Если плотно заполнить игральный кубик атомными ядрами, без оболочек, то он весил бы невероятно много — как полмиллиона авиалайнеров, по 350 000 кг каждый.

В природе существует более 100 химических элементов. Их атомы имеют различные массы и самые разные свойства, однако все они построены по одному принципу. Ядро состоит их так называемых нуклонов, которые представлены положительно заряженными протонами и электрически нейтральными нейтронами. Как мы уже знаем, оболочка образована электронами. Они имеют отрицательный заряд. Их количество всегда соответствует количеству протонов в ядре. Поскольку заряды протонов и электронов уравновешивают друг друга, в целом атом является электрически нейтральным.

Простейший атом — атом водорода, ядро которого состоит из единственного протона, а оболочка, соответственно, из единственного электрона.

Дальше идет атом гелия: в нем два протона и, следовательно, два электрона; к тому же ядро содержит еще два нейтрона.

Атом лития состоит из трех протонов, трех электронов и, кроме того, четырех нейтронов.

Атом кислорода имеет восемь протонов, восемь электронов и восемь нейтронов.

Уран — весьма тяжелый элемент: его ядро состоит из 235 нуклонов, из которых 143 являются нейтронами, а 92 — протонами. Электронов, естественно, тоже 92. Они располагаются на разных уровнях, образуя строгую систему.