Das Atom ist eine grundlegende Einheit der Sache, die aus einem dichten durch eine Wolke negativ beladener Elektronen umgebenen Hauptkern besteht. Der Atomkern enthält eine Mischung positiv beladener Protone und elektrisch neutraler Neutronen (außer im Fall von Wasserstoff 1, der der einzige stabile nuclide ohne Neutronen ist). Die Elektronen eines Atoms werden zum Kern durch die elektromagnetische Kraft gebunden. Ebenfalls kann eine Gruppe von Atomen bestimmt zu einander bleiben, ein Molekül bildend. Ein Atom, das eine gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen enthält, ist elektrisch neutral, sonst hat es eine positive Anklage, wenn es weniger Elektronen (Elektronmangel) oder negative Anklage gibt, wenn es mehr Elektronen (Elektronübermaß) gibt. Positiv oder negativ beladenes Atom ist als ein Ion bekannt. Ein Atom wird gemäß der Zahl von Protonen und Neutronen in seinem Kern klassifiziert: die Zahl von Protonen bestimmt das chemische Element, und die Zahl von Neutronen bestimmt das Isotop des Elements.

Das Namenatom kommt aus dem Griechen (atomos, "unteilbar") von (a-, "nicht") und (temnō, "Ich habe" geschnitten), was uncuttable, oder unteilbar, etwas bedeutet, was weiter nicht geteilt werden kann. Das Konzept eines Atoms als ein unteilbarer Bestandteil der Sache wurde zuerst von frühen griechischen und Indianerphilosophen vorgeschlagen. In den 17. und 18. Jahrhunderten haben Chemiker eine physische Grundlage für diese Idee geschaffen, indem sie gezeigt haben, dass bestimmte Substanzen weiter durch chemische Methoden nicht gebrochen werden konnten. Während der späten 19. und frühen 20. Jahrhunderte haben Physiker subatomare Bestandteile und Struktur innerhalb des Atoms entdeckt, dadurch demonstrierend, dass das 'Atom' teilbar war. Die Grundsätze der Quant-Mechanik wurden verwendet, um das Atom erfolgreich zu modellieren.

Atome sind Minuskelgegenstände mit proportional winzigen Massen. Atome können nur individuell mit speziellen Instrumenten wie die Abtastung tunneling Mikroskop beobachtet werden. Mehr als 99.94 % einer Masse eines Atoms werden im Kern, mit Protonen und Neutronen konzentriert, die grob gleiche Masse haben. Jedes Element hat mindestens ein Isotop mit nicht stabilen Kernen, die radioaktiven Zerfall erleben können. Das kann auf eine Umwandlung hinauslaufen, die die Zahl von Protonen oder Neutronen in einem Kern ändert. Elektronen, die zu Atomen gebunden werden, besitzen eine Reihe stabiler Energieniveaus oder orbitals, und können Übergänge zwischen ihnen durch das Aufsaugen oder das Ausstrahlen von Fotonen erleben, die die Energieunterschiede zwischen den Niveaus vergleichen. Die Elektronen bestimmen die chemischen Eigenschaften eines Elements, und beeinflussen stark magnetische Eigenschaften eines Atoms.

Geschichte

Atomismus

Das Konzept, dass Sache aus Einheiten zusammengesetzt wird und in willkürlich winzige Mengen nicht geteilt werden kann, ist ringsherum seit Millennien gewesen, aber diese Ideen wurden im abstrakten, philosophischen Denken aber nicht dem Experimentieren und der empirischen Beobachtung gegründet. Die Natur von Atomen in der Philosophie hat sich beträchtlich mit der Zeit und zwischen Kulturen und Schulen geändert, und hatte häufig geistige Elemente. Dennoch wurde die Grundidee des Atoms von Wissenschaftlern Tausende von Jahre später angenommen, weil es elegant neue Entdeckungen im Feld der Chemie erklärt hat.

Verweisungen auf das Konzept von Atomen gehen nach dem alten Griechenland und Indien zurück. In Indien können der Ājīvika, Jain und die Cārvāka Schulen des Atomismus auf das 6. Jahrhundert BCE zurückgehen. Die Schulen von Nyaya und Vaisheshika haben später Theorien darüber entwickelt, wie sich Atome in kompliziertere Gegenstände verbunden haben. Im Westen sind die Verweisungen auf Atome im 5. Jahrhundert BCE mit Leucippus erschienen, dessen Student, Democritus, seine Ansichten systematisiert hat. In etwa 450 BCE hat Democritus den Begriff átomos ins Leben gerufen , was "uncuttable" oder "die kleinste unteilbare Partikel der Sache" bedeutet. Obwohl die griechischen und Indianerkonzepte des Atoms rein auf der Philosophie basiert haben, hat moderne Wissenschaft den von Democritus ins Leben gerufenen Namen behalten.

Corpuscularianism ist das Postulat, hat erklärt

im 13. Jahrhundert durch den Alchimisten Pseudo-Geber (Geber), der manchmal mit Paul von Taranto identifiziert ist, dass alle physischen Körper eine innere und Außenschicht von Minutenpartikeln oder Körperchen besitzen. Corpuscularianism ist der Theorie des Atomismus ähnlich, außer dass, wo Atome haben unteilbar sein sollen, Körperchen im Prinzip geteilt werden konnten. Auf diese Weise, zum Beispiel, wurde es theoretisiert, dass Quecksilber in Metalle eindringen und ihre innere Struktur modifizieren konnte. Corpuscularianism ist eine dominierende Theorie im Laufe der nächster mehrerer hundert Jahre geblieben.

1661 hat natürlicher Philosoph Robert Boyle Den Skeptischen Chymist veröffentlicht, in dem er behauptet hat, dass Sache aus verschiedenen Kombinationen von verschiedenem "corpuscules" oder Atomen, aber nicht den klassischen Elementen von Luft, Erde, Feuer und Wasser zusammengesetzt wurde. Während der 1670er Jahre wurde corpuscularianism von Isaac Newton in seiner Entwicklung der Korpuskulartheorie des Lichtes verwendet.

Ursprung der wissenschaftlichen Theorie

Der weitere Fortschritt im Verstehen von Atomen ist nicht vorgekommen, bis die Wissenschaft der Chemie begonnen hat sich zu entwickeln. 1789 haben französischer Adliger und wissenschaftlicher Forscher Antoine Lavoisier das Gesetz der Bewahrung der Masse entdeckt und haben ein Element als eine grundlegende Substanz definiert, die weiter durch die Methoden der Chemie nicht gebrochen werden konnte.

1805 haben englischer Lehrer und natürlicher Philosoph John Dalton das Konzept von Atomen verwendet, um zu erklären, warum Elemente immer in Verhältnissen von kleinen ganzen Zahlen (das Gesetz von vielfachen Verhältnissen) reagieren, und warum sich bestimmtes Benzin besser in Wasser aufgelöst hat als andere. Er hat vorgeschlagen, dass jedes Element aus Atomen eines einzelnen, einzigartigen Typs besteht, und dass diese Atome zusammentreffen können, um chemische Zusammensetzungen zu bilden. Dalton wird als der Schöpfer der modernen Atomtheorie betrachtet.

Die Atomhypothese von Dalton hat die Größe von Atomen nicht angegeben. Gesunder Menschenverstand hat angezeigt, dass sie sehr klein sein müssen, aber niemand hat wie klein gewusst. Deshalb war es ein Hauptgrenzstein, als 1865 Johann Josef Loschmidt die Größe der Moleküle gemessen hat, die Luft zusammensetzen.

Ein zusätzlicher Gedankenfaden zur Unterstutzung der Partikel-Theorie (und durch die Erweiterung Atomtheorie) hat 1827 begonnen, als Botaniker Robert Brown ein Mikroskop verwendet hat, um auf Staub-Körner zu schauen, die in Wasser schwimmen, und entdeckt hat, dass sie sich unregelmäßig — ein Phänomen bewegt haben, das bekannt als "Brownsche Bewegung" geworden ist. J. Desaulx hat 1877 vorgeschlagen, dass das Phänomen durch die Wärmebewegung von Wassermolekülen verursacht wurde, und 1905 Albert Einstein die erste mathematische Analyse der Bewegung erzeugt hat. Französischer Physiker Jean Perrin hat die Arbeit von Einstein verwendet, um die Masse und Dimensionen von Atomen experimentell zu bestimmen, dadurch abschließend die Atomtheorie von Dalton nachprüfend.

1869, auf frühere Entdeckungen durch solche Wissenschaftler wie Lavoisier bauend, hat Dmitri Mendeleev das erste funktionelle Periodensystem veröffentlicht. Der Tisch selbst ist eine Sehdarstellung des periodischen Gesetzes, das feststellt, dass sich bestimmte chemische Eigenschaften von Elementen, regelmäßig wenn eingeordnet, durch die Atomnummer wiederholen.

Teilelemente und Quant-Theorie

Der Physiker J. J. Thomson, durch seine Arbeit an Kathode-Strahlen 1897, hat das Elektron entdeckt und hat beschlossen, dass sie ein Bestandteil jedes Atoms waren. So hat er den Glauben gestürzt, dass Atome die unteilbaren, äußersten Partikeln der Sache sind. Thomson hat verlangt, dass die niedrige Masse, negativ beladene Elektronen überall im Atom verteilt wurden, vielleicht in Ringen mit ihrer Anklage rotierend, die durch die Anwesenheit eines gleichförmigen Meeres der positiven Anklage erwogen ist. Das ist später bekannt als das Pflaume-Pudding-Modell geworden.

1909 haben Hans Geiger und Ernest Marsden, unter der Richtung des Physikers Ernest Rutherford, eine Platte von Goldfolie mit Alpha-Strahlen — bis dahin bekannt bombardiert, positiv beladene Helium-Atome zu sein — und haben entdeckt, dass ein kleiner Prozentsatz dieser Partikeln durch viel größere Winkel abgelenkt wurde, als es mit dem Vorschlag von Thomson vorausgesagt wurde. Rutherford hat das Goldfolie-Experiment als das Vorschlagen interpretiert, dass die positive Anklage eines schweren Goldatoms und der grösste Teil seiner Masse in einem Kern am Zentrum des Atoms — das Modell von Rutherford konzentriert wurden.

Während das Experimentieren mit den Produkten des radioaktiven Zerfalls, 1913 radiochemist Frederick Soddy entdeckt hat, dass es geschienen ist, mehr als einen Typ des Atoms an jeder Position auf dem Periodensystem zu geben. Der Begriff Isotop wurde von Margaret Todd als ein passender Name für verschiedene Atome ins Leben gerufen, die demselben Element gehören. J.J. Thomson hat eine Technik geschaffen, um Atom-Typen durch seine Arbeit an ionisiertem Benzin zu trennen, das nachher zur Entdeckung von stabilen Isotopen geführt hat.

Inzwischen, 1913, hat Physiker Niels Bohr vorgeschlagen, dass die Elektronen in klar definierte, gequantelte Bahnen beschränkt wurden, und zwischen diesen springen konnten, aber hat nicht frei spiralförmig innerlich oder äußer in Zwischenstaaten gekonnt. Ein Elektron muss absorbieren oder spezifische Beträge der Energie ausstrahlen, zwischen diesen festen Bahnen zu wechseln. Als das Licht von einem erhitzten Material durch ein Prisma passiert wurde, hat es ein Mehrfarbenspektrum erzeugt. Das Äußere von festen Linien in diesem Spektrum wurde durch diese Augenhöhlenübergänge erfolgreich erklärt.

Später in demselben Jahr hat Henry Moseley zusätzliche experimentelle Beweise für die Theorie von Niels Bohr zur Verfügung gestellt. Diese Ergebnisse haben das Modell von Ernest Rutherford und Antonius Van den Broeks raffiniert, das vorgeschlagen hat, dass das Atom in seinem Kern mehrere positive Kernanklagen enthält, der seiner (atomaren) Zahl im Periodensystem gleich ist. Bis zu diesen Experimenten, wie man bekannt, war Atomnummer keine physische und experimentelle Menge. Dass es der Atomkernanklage gleich ist, bleibt das akzeptierte Atommodell heute.

Chemische Obligationen zwischen Atomen wurden jetzt von Gilbert Newton Lewis 1916 als die Wechselwirkungen zwischen ihren konstituierenden Elektronen erklärt. Da, wie man bekannt, sich die chemischen Eigenschaften der Elemente gemäß dem periodischen Gesetz größtenteils wiederholt haben, 1919 hat der amerikanische Chemiker Irving Langmuir vorgeschlagen, dass das erklärt werden konnte, ob die Elektronen in einem Atom verbunden wurden oder sich auf etwas Weise gesammelt haben. Wie man dachte, haben Gruppen von Elektronen eine Reihe von Elektronschalen über den Kern besetzt.

Das Strenge-Gerlach Experiment von 1922 hat weitere Beweise der Quant-Natur des Atoms zur Verfügung gestellt. Als ein Balken von Silberatomen durch ein magnetisches Feld in der speziellen Form passiert wurde, wurde der Balken gestützt auf der Richtung eines winkeligen Schwungs eines Atoms oder Drehung gespalten. Da diese Richtung zufällig ist, wie man erwarten konnte, hat sich der Balken in eine Linie ausgebreitet. Statt dessen wurde der Balken in zwei Teile je nachdem gespalten, ob die Atomdrehung oder unten orientiert wurde.

1924 hat Louis de Broglie vorgeschlagen, dass sich alle Partikeln in einem Ausmaß wie Wellen benehmen. 1926 hat Erwin Schrödinger diese Idee verwendet, ein mathematisches Modell des Atoms zu entwickeln, das die Elektronen als dreidimensionale Wellenformen aber nicht Punkt-Partikeln beschrieben hat. Eine Folge, Wellenformen zu verwenden, um Partikeln zu beschreiben, besteht darin, dass es mathematisch unmöglich ist, genaue Werte sowohl für die Position als auch für den Schwung einer Partikel zur gleichen Zeit zu erhalten; das ist bekannt als der Unklarheitsgrundsatz geworden, der von Werner Heisenberg 1926 formuliert ist. In diesem Konzept für eine gegebene Genauigkeit im Messen einer Position konnte man nur eine Reihe von wahrscheinlichen Werten für den Schwung, und umgekehrt erhalten. Dieses Modell ist im Stande gewesen, Beobachtungen des Atomverhaltens zu erklären, dass vorherige Modelle nicht wie bestimmte strukturelle und geisterhafte Muster von Atomen gekonnt haben, die größer sind als Wasserstoff. So wurde das planetarische Modell des Atoms für dasjenige verworfen, das Atomaugenhöhlenzonen um den Kern beschrieben hat, wo ein gegebenes Elektron höchstwahrscheinlich beobachtet wird.

Die Entwicklung des Massenspektrometers hat der genauen Masse von Atomen erlaubt, gemessen zu werden. Das Gerät verwendet einen Magnet, um die Schussbahn eines Balkens von Ionen zu biegen, und der Betrag der Ablenkung wird durch das Verhältnis einer Masse eines Atoms zu seiner Anklage bestimmt. Der Chemiker Francis William Aston hat dieses Instrument verwendet, um zu zeigen, dass Isotope verschiedene Massen hatten. Die Atommasse dieser Isotope, die durch Beträge der ganzen Zahl geändert sind, genannt die Regel der ganzen Zahl. Die Erklärung für diese verschiedenen Isotope hat die Entdeckung des Neutrons, einer neutral beladenen Partikel mit einer Masse erwartet, die dem Proton durch den Physiker James Chadwick 1932 ähnlich ist. Isotope wurden dann als Elemente mit derselben Zahl von Protonen, aber verschiedenen Zahlen von Neutronen innerhalb des Kerns erklärt.

Spaltung, energiereiche Physik und kondensierte Sache

1938 hat der deutsche Chemiker Otto Hahn, ein Student von Rutherford, Neutronen auf Uran-Atome geleitet, die annehmen, transuranium Elemente zu bekommen. Statt dessen haben seine chemischen Experimente Barium als ein Produkt gezeigt. Ein Jahr später haben Lise Meitner und ihr Neffe Otto Frisch nachgeprüft, dass das Ergebnis von Hahn die erste experimentelle Atomspaltung war. 1944 hat Hahn den Nobelpreis in der Chemie erhalten. Trotz der Anstrengungen von Hahn wurden die Beiträge von Meitner und Frisch nicht anerkannt.

In den 1950er Jahren hat die Entwicklung von verbesserten Partikel-Gaspedalen und Partikel-Entdeckern Wissenschaftlern erlaubt, die Einflüsse von Atomen zu studieren, die sich an hohen Energien bewegen. Wie man fand, waren Neutronen und Protone hadrons oder Zusammensetzungen von kleineren Partikeln genannt Quarke. Standardmodelle der Kernphysik wurden entwickelt, der erfolgreich die Eigenschaften des Kerns in Bezug auf diese subatomaren Partikeln und die Kräfte erklärt hat, die ihre Wechselwirkungen regeln.

Bestandteile

Subatomare Partikeln

Obwohl das Wortatom ursprünglich eine Partikel angezeigt hat, die in kleinere Partikeln im modernen wissenschaftlichen Gebrauch nicht geschnitten werden kann, wird das Atom aus verschiedenen subatomaren Partikeln zusammengesetzt. Die konstituierenden Partikeln eines Atoms sind das Elektron, das Proton und das Neutron. Jedoch hat der Wasserstoff 1 Atom hat keine Neutronen und ein positives Wasserstoffion, keine Elektronen.

Das Elektron ist bei weitem von diesen Partikeln an, mit einer negativen elektrischen Anklage und einer Größe am wenigsten massiv, die zu klein ist, um mit verfügbaren Techniken gemessen zu werden. Protone haben eine positive Anklage und eine Masse 1,836mal mehr als das des Elektrons, daran, obwohl das durch Änderungen zur Energie reduziert werden kann, die das Proton in ein Atom bindet. Neutronen haben keine elektrische Anklage und haben eine freie Masse von 1,839mal der Masse von Elektronen, oder. Neutronen und Protone haben vergleichbare Dimensionen — auf der Ordnung — obwohl die 'Oberfläche' dieser Partikeln nicht scharf definiert wird.

Im Standardmodell der Physik werden sowohl Protone als auch Neutronen aus elementaren Partikeln genannt Quarke zusammengesetzt. Das Quark gehört der fermion Gruppe von Partikeln, und ist einer der zwei grundlegenden Bestandteile der Sache — der andere, der lepton seiend, dessen das Elektron ein Beispiel ist. Es gibt sechs Typen von Quarken, jeder, eine elektrische Bruchanklage entweder + oder  habend. Protone werden aus zwei Quarke und ein unten Quark zusammengesetzt, während ein Neutron aus einem Quark und zwei unten Quarke besteht. Diese Unterscheidung ist für den Unterschied in der Masse und Anklage zwischen den zwei Partikeln verantwortlich. Die Quarke werden durch die starke Kernkraft zusammengehalten, die durch gluons vermittelt wird. Der gluon ist ein Mitglied der Familie des Maßes bosons, die elementare Partikeln diese mittelbare ärztliche Untersuchung Kräfte sind.

Kern

Alle bestimmten Protone und Neutronen in einem Atom setzen einen winzigen Atomkern zusammen, und werden Nukleonen insgesamt genannt. Der Radius eines Kerns ist ungefähr gleich

wo A die Gesamtzahl von Nukleonen ist. Das ist viel kleiner als der Radius des Atoms, das auf der Ordnung 10 davon ist. Die Nukleonen werden zusammen durch ein kurz angeordnetes attraktives Potenzial genannt die restliche starke Kraft gebunden. In Entfernungen, die kleiner sind als 2.5 von dieser Kraft, ist viel stärker als die elektrostatische Kraft, die positiv beladene Protone veranlasst, einander zurückzutreiben.

Atome desselben Elements haben dieselbe Zahl von Protonen, genannt die Atomnummer. Innerhalb eines einzelnen Elements kann sich die Zahl von Neutronen ändern, das Isotop dieses Elements bestimmend. Die Gesamtzahl von Protonen und Neutronen bestimmt den nuclide. Die Zahl von Neutronen hinsichtlich der Protone bestimmt die Stabilität des Kerns mit bestimmten Isotopen, die radioaktiven Zerfall erleben.

Das Neutron und das Proton sind verschiedene Typen von fermions. Der Pauli Ausschluss-Grundsatz ist ein Quant mechanische Wirkung, die identischen fermions, wie vielfache Protone, davon verbietet, dasselbe Quant physischer Staat zur gleichen Zeit zu besetzen. So muss jedes Proton im Kern einen verschiedenen Staat mit seinem eigenen Energieniveau besetzen, und dieselbe Regel gilt für alle Neutronen. Dieses Verbot gilt für ein Proton und Neutron nicht, das denselben Quant-Staat besetzt.

Für Atome mit niedrigen Atomnummern kann ein Kern, der eine verschiedene Zahl von Protonen hat als Neutronen, auf einen niedrigeren Energiestaat durch einen radioaktiven Zerfall potenziell fallen, der die Zahl von Protonen und Neutronen veranlasst näher zusammenzupassen. Infolgedessen sind Atome mit rau dem Zusammenbringen von Zahlen von Protonen und Neutronen gegen den Zerfall stabiler. Jedoch, mit der Erhöhung der Atomnummer, verlangt die gegenseitige Repulsion der Protone, dass ein zunehmendes Verhältnis von Neutronen die Stabilität des Kerns aufrechterhält, der diese Tendenz modifiziert. So gibt es keine stabilen Kerne mit dem gleichen Proton und den Neutronzahlen über der Atomnummer Z = 20 (Kalzium); und als Z Zunahmen zu den schwersten Kernen nimmt das Verhältnis von Neutronen pro für die Stabilität erforderliches Proton zu ungefähr 1.5 zu.

Die Zahl von Protonen und Neutronen im Atomkern kann modifiziert werden, obwohl das sehr hohe Energien wegen der starken Kraft verlangen kann. Kernfusion kommt vor, wenn sich vielfache Atompartikeln anschließen, um einen schwereren Kern, solcher als durch die energische Kollision von zwei Kernen zu bilden. Zum Beispiel, am Kern der Sonne-Protone verlangen Energien von 3-10 keV, ihre gegenseitige Repulsion — die Ampere-Sekunde-Barriere — und den zu überwinden

brennen Sie zusammen in einen einzelnen Kern durch. Atomspaltung ist der entgegengesetzte Prozess, einen Kern veranlassend, sich in zwei kleinere Kerne — gewöhnlich durch den radioaktiven Zerfall aufzuspalten. Der Kern kann auch durch die Beschießung durch die hohe Energie subatomare Partikeln oder Fotonen modifiziert werden. Wenn das die Zahl von Protonen in einem Kern, den Atom-Änderungen zu einem verschiedenen chemischen Element modifiziert.

Wenn die Masse des Kerns im Anschluss an eine Fusionsreaktion weniger ist als die Summe der Massen der getrennten Partikeln, dann kann der Unterschied zwischen diesen zwei Werten als ein Typ der verwendbaren Energie (wie ein Gammastrahl oder die kinetische Energie einer Beta-Partikel), wie beschrieben, durch die Massenenergie-Gleichwertigkeitsformel von Albert Einstein, E = mc ausgestrahlt werden, wo M der Massenverlust ist und c die Geschwindigkeit des Lichtes ist. Dieses Defizit ist ein Teil der Bindungsenergie des neuen Kerns, und es ist der nichtwiedergutzumachende Verlust der Energie, die die verschmolzenen Partikeln veranlasst, zusammen in einem Staat zu bleiben, der diese Energie verlangt sich zu trennen.

Die Fusion von zwei Kernen, die größere Kerne mit niedrigeren Atomnummern schaffen als Eisen und Nickel — eine Gesamtnukleonenzahl von ungefähr 60 — ist gewöhnlich ein exothermer Prozess, der mehr Energie veröffentlicht, als es erforderlich ist, sie zusammenzubringen. Es ist dieser energieveröffentlichende Prozess, der Kernfusion in Sternen eine Selbstunterstützen-Reaktion macht. Für schwerere Kerne beginnt die Bindungsenergie pro Nukleon im Kern abzunehmen. Das bedeutet Fusionsprozesse, die Kerne erzeugen, die Atomnummern höher haben, als ungefähr 26 und Atommassen höher als ungefähr 60, ein Endothermic-Prozess sind. Diese massiveren Kerne können keine energieerzeugende Fusionsreaktion erleben, die das hydrostatische Gleichgewicht eines Sterns stützen kann.

Elektronwolke

Die Elektronen in einem Atom werden von den Protonen im Kern durch die elektromagnetische Kraft angezogen. Diese Kraft bindet die Elektronen innerhalb eines elektrostatischen Potenzials gut umgebend der kleinere Kern, was bedeutet, dass eine Außenenergiequelle für das Elektron erforderlich ist, um zu flüchten. Je näher ein Elektron zum Kern, desto größer die attraktive Kraft ist. Folglich verlangen Elektronen, die in der Nähe vom Zentrum des Potenzials gut gebunden sind, mehr Energie zu flüchten als diejenigen an größeren Trennungen.

Elektronen, wie andere Partikeln, haben Eigenschaften sowohl einer Partikel als auch einer Welle. Die Elektronwolke ist ein Gebiet innerhalb des Potenzials gut, wo jedes Elektron einen Typ der dreidimensionalen stehenden Welle — eine Welle-Form bildet, die sich hinsichtlich des Kerns nicht bewegt. Dieses Verhalten wird durch einen Atomaugenhöhlen-, eine mathematische Funktion definiert, die die Wahrscheinlichkeit charakterisiert, dass ein Elektron scheint, an einer besonderen Position zu sein, wenn seine Position gemessen wird. Nur ein getrennter (oder d) der Satz dieser orbitals besteht um den Kern, weil andere mögliche Welle-Muster schnell in eine stabilere Form verfallen. Orbitals kann einen oder mehr Ring oder Knotenstrukturen haben, und sie unterscheiden sich von einander in der Größe, Gestalt und Orientierung.

Jeder atomar Augenhöhlen-entspricht zu einem besonderen Energieniveau des Elektrons. Das Elektron kann seinen Staat zu einem höheren Energieniveau durch das Aufsaugen eines Fotons mit der genügend Energie ändern, es in den neuen Quant-Staat zu erhöhen. Ebenfalls, durch die spontane Emission, kann ein Elektron in einem höheren Energiestaat auf einen niedrigeren Energiestaat fallen, während es die Überenergie als ein Foton ausstrahlt. Diese charakteristischen Energiewerte, die durch die Unterschiede in den Energien der Quant-Staaten definiert sind, sind für geisterhafte Atomlinien verantwortlich.

Der Betrag der Energie musste entfernen oder ein Elektron hinzufügen — die Elektronbindungsenergie — ist viel weniger als die Bindungsenergie von Nukleonen. Zum Beispiel verlangt es, dass nur 13.6 eV ein mit dem Boden staatliches Elektron von einem Wasserstoffatom im Vergleich zu 2.23 Millionen eV abziehen, für einen Kern des schweren Wasserstoffs zu spalten. Atome sind elektrisch neutral, wenn sie eine gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen haben. Atome, die entweder ein Defizit oder einen Überschuss von Elektronen haben, werden Ionen genannt. Elektronen, die vom Kern am weitesten sind, können anderen nahe gelegenen Atomen übertragen oder zwischen Atomen geteilt werden. Durch diesen Mechanismus sind Atome im Stande, in Moleküle und andere Typen von chemischen Zusammensetzungen wie ionische und covalent Netzkristalle zu verpfänden.

Eigenschaften

Kerneigenschaften

Definitionsgemäß gehören irgendwelche zwei Atome mit einer identischen Zahl von Protonen in ihren Kernen demselben chemischen Element. Atome mit gleichen Anzahlen von Protonen, aber einer verschiedenen Zahl von Neutronen sind verschiedene Isotope desselben Elements. Zum Beispiel lassen alle Wasserstoffatome genau ein Proton zu, aber Isotope bestehen ohne Neutronen (Wasserstoff 1, bei weitem der grösste Teil der Standardform, auch genannt protium), ein Neutron (schwerer Wasserstoff), zwei Neutronen (Tritium) und mehr als zwei Neutronen. Die bekannten Elemente bilden eine Reihe von Atomnummern, vom einzelnen Protonenelement-Wasserstoff bis zum 118-Protone-Element ununoctium. Alle bekannten Isotope von Elementen mit Atomnummern, die größer sind als 82, sind radioaktiv.

Ungefähr 339 nuclides kommen natürlich auf der Erde vor, von der 255 (ungefähr 75 %) nicht beobachtet worden sind zu verfallen, und "stabile Isotope" genannt werden. Jedoch sind nur 90 dieser nuclides zum ganzen Zerfall sogar in der Theorie stabil. Wie man beobachtet hat, sind weitere 165 (das Holen der Summe zu 255) nicht verfallen, wenn auch in der Theorie es energisch möglich ist. Diese werden auch als "stabil" formell klassifiziert. Zusätzliche 33 radioaktive nuclides haben Halbwertzeiten, die länger sind als 80 Millionen Jahre und sind langlebig genug, um von der Geburt des Sonnensystems da zu sein. Diese Sammlung von 288 nuclides ist als primordialer nuclides bekannt. Schließlich, wie man bekannt, kommen zusätzliche 51 kurzlebige nuclides natürlich, als Tochter-Produkte des primordialen Nuclide-Zerfalls (wie Radium von Uran), oder als Produkte von natürlichen energischen Prozessen auf der Erde, wie kosmische Strahl-Beschießung (zum Beispiel, Kohlenstoff 14) vor.

Für 80 der chemischen Elemente besteht mindestens ein stabiles Isotop. In der Regel gibt es nur eine Hand voll stabile Isotope für jedes dieser Elemente, der Durchschnitt, der 3.2 stabile Isotope pro Element ist. Sechsundzwanzig Elemente haben nur ein einzelne stabile Isotop, während die größte Zahl von stabilen für jedes Element beobachteten Isotopen zehn für die Element-Dose ist. Elemente 43, 61, und alle Elemente haben 83 numeriert, oder haben Sie höher keine stabilen Isotope.

Die Stabilität von Isotopen wird durch das Verhältnis von Protonen zu Neutronen, und auch durch die Anwesenheit bestimmter "Zauberzahlen" von Neutronen oder Protonen betroffen, die geschlossene und gefüllte Quant-Schalen vertreten. Diese Quant-Schalen entsprechen einer Reihe von Energieniveaus innerhalb des Schalenmodells des Kerns; gefüllte Schalen, wie die gefüllte Schale von 50 Protonen für Dose, teilen ungewöhnliche Stabilität auf dem nuclide zu. Der 255 bekannten stabilen nuclides haben nur vier sowohl eine ungerade Zahl von Protonen als auch ungerade Zahl von Neutronen: Wasserstoff 2 (schwerer Wasserstoff), Lithium 6, Bor 10 und Stickstoff 14. Außerdem das nur vier natürlich Auftreten, radioaktive sonderbar-sonderbare nuclides haben eine Halbwertzeit mehr als eine Milliarde Jahre: Kalium 40, Vanadium 50, Lanthan 138 und Tantal-180m. Sonderbar-sonderbarste Kerne sind in Bezug auf den Beta-Zerfall hoch nicht stabil, weil die Zerfall-Produkte gleich-gleich sind, und deshalb wegen zusammenpassender Kerneffekten stärker gebunden werden.

Masse

Die große Mehrheit einer Masse eines Atoms kommt aus den Protonen und Neutronen, die sie zusammensetzen. Die Gesamtzahl dieser Partikeln (genannt "Nukleonen") in einem gegebenen Atom wird die Massenzahl genannt. Die Massenzahl ist eine einfache ganze Zahl, und hat Einheiten von "Nukleonen." Ein Beispiel des Gebrauches einer Massenzahl ist "Kohlenstoff 12," der 12 Nukleonen (sechs Protone und sechs Neutronen) hat.

Die wirkliche Masse eines Atoms wird häufig ruhig mit der vereinigten Atommasseneinheit (u) ausgedrückt, der auch einen dalton (Da) genannt wird. Diese Einheit wird als eine zwölfte von der Masse eines freien neutralen Atoms von Kohlenstoff 12 definiert, der ungefähr ist. Wasserstoff 1, das leichteste Isotop von Wasserstoff und dem Atom mit der niedrigsten Masse, hat ein Atomgewicht von 1.007825 u. Der Wert dieser Zahl wird die Atommasse genannt. Ein gegebenes Atom hat eine Atommasse ungefähr gleich (innerhalb von 1 %) zu seinen Massenzahl-Zeiten die Masse der Atommasseneinheit. Jedoch wird diese Zahl keine genaue ganze Zahl außer im Fall von Kohlenstoff 12 (sieh unten) sein Das schwerste stabile Atom ist Leitung 208, mit einer Masse dessen.

Da sogar die massivsten Atome zu leicht sind, um mit direkt zu arbeiten, verwenden Chemiker stattdessen die Einheit von Maulwürfen. Ein Maulwurf von Atomen jedes Elements hat immer dieselbe Zahl von Atomen (darüber). Diese Zahl wurde gewählt, so dass, wenn ein Element eine Atommasse von 1 u hat, ein Maulwurf von Atomen dieses Elements eine Masse in der Nähe von einem Gramm hat. Wegen der Definition der vereinigten Atommasseneinheit jeder Kohlenstoff hat 12 Atom eine Atommasse von genau 12 u, und so wiegt ein Maulwurf von Kohlenstoff 12 Atome genau 0.012 Kg.

Gestalt und Größe

Atome haben an einer bestimmten Außengrenze Mangel, so werden ihre Dimensionen gewöhnlich in Bezug auf einen Atomradius beschrieben. Das ist ein Maß der Entfernung, bis zu die sich die Elektronwolke vom Kern ausstreckt. Jedoch nimmt das das Atom an, eine kugelförmige Gestalt auszustellen, der nur für Atome im freien oder Vakuumraum gefolgt wird. Atomradien können aus den Entfernungen zwischen zwei Kernen abgeleitet werden, wenn den zwei Atomen bei einem chemischen Band angeschlossen wird. Der Radius ändert sich mit der Position eines Atoms auf der Atomkarte, dem Typ des chemischen Bandes, der Zahl von benachbarten Atomen (Koordinationszahl) und ein Quant mechanisches als Drehung bekanntes Eigentum. Auf dem Periodensystem der Elemente neigt Atom-Größe dazu zuzunehmen, wenn sie Säulen, aber Abnahme herunterlässt, wenn sie Reihen (verlassen zum Recht) bewältigt. Folglich ist das kleinste Atom Helium mit einem Radius von 32 Premierminister, während einer der größten Cäsium um 14:25 Uhr ist.

Wenn unterworfen, Außenfeldern, wie ein elektrisches Feld, kann die Gestalt eines Atoms von diesem eines Bereichs abgehen. Die Deformierung hängt vom Feldumfang und dem Augenhöhlentyp von Außenschale-Elektronen, wie gezeigt, durch gruppentheoretische Rücksichten ab. Abweichungen von Aspherical könnten zum Beispiel in Kristallen entlockt werden, wo große kristallelektrische Felder an Gitter-Seiten der niedrigen Symmetrie vorkommen können. Wie man kürzlich gezeigt hat, sind bedeutende ellipsenförmige Deformierungen für Schwefel-Ionen in Zusammensetzungen des Pyrit-Typs vorgekommen.

Atomdimensionen sind Tausende von Zeiten, die kleiner sind als die Wellenlängen des Lichtes (400-700 nm), so können sie nicht mit einem optischen Mikroskop angesehen werden. Jedoch können individuelle Atome mit einer Abtastung tunneling Mikroskop beobachtet werden. Um sich die Kleinheit des Atoms zu vergegenwärtigen, denken Sie, dass ein typisches menschliches Haar ungefähr 1 Million Kohlenstoff-Atome in Breite ist. Ein einzelner Fall von Wasser enthält ungefähr 2 sextillion Atome von Sauerstoff, und zweimal die Zahl von Wasserstoffatomen. Ein einzelner Karat-Diamant mit einer Masse dessen enthält ungefähr 10 sextillion (10) Atome von Kohlenstoff. Wenn ein Apfel zur Größe der Erde vergrößert würde, dann würden die Atome im Apfel ungefähr die Größe des ursprünglichen Apfels sein.

Radioaktiver Zerfall

Jedes Element hat ein oder mehr Isotope, die nicht stabile Kerne haben, die dem radioaktiven Zerfall unterworfen sind, den Kern veranlassend, Partikeln oder elektromagnetische Radiation auszustrahlen. Radioaktivität kann vorkommen, wenn der Radius eines Kerns im Vergleich zum Radius der starken Kraft groß ist, die nur über Entfernungen auf der Ordnung 1 davon handelt.

Die meisten Standardformen des radioaktiven Zerfalls sind:

• Alpha-Zerfall wird verursacht, wenn der Kern ein Alphateilchen ausstrahlt, das ein Helium-Kern ist, der aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. Das Ergebnis der Emission ist ein neues Element mit einer niedrigeren Atomnummer.
• Beta-Zerfall wird durch die schwache Kraft geregelt, und ergibt sich aus einer Transformation eines Neutrons in ein Proton oder ein Proton in ein Neutron. Das erste wird durch die Emission eines Elektrons und eines Antineutrinos, während die zweiten Ursachen die Emission eines Positrons und eines Neutrinos begleitet. Das Elektron oder die Positron-Emissionen werden Beta-Partikeln genannt. Beta-Zerfall entweder vergrößert oder vermindert die Atomnummer des Kerns durch einen.
• Gammazerfall ergibt sich aus einer Änderung im Energieniveau des Kerns zu einem niedrigeren Staat, auf die Emission der elektromagnetischen Radiation hinauslaufend. Das kann im Anschluss an die Emission eines Alphas oder einer Beta-Partikel vom radioaktiven Zerfall vorkommen.

Andere seltenere Typen des radioaktiven Zerfalls schließen Ausweisung von Neutronen oder Protonen oder Trauben von Nukleonen von einem Kern, oder mehr als einer Beta-Partikel oder Ergebnis (durch die innere Konvertierung) in der Produktion von Hochleistungselektronen ein, die nicht Beta-Strahlen und energiereiche Fotonen sind, die nicht Gammastrahlung sind.

Jedes radioaktive Isotop hat einen charakteristischen Zerfall-Zeitabschnitt — die Halbwertzeit — der durch die Zeitdauer beschlossen wird, die für die Hälfte einer Probe erforderlich ist zu verfallen. Das ist ein Exponentialzerfall-Prozess, der fest das Verhältnis des restlichen Isotops um 50 % jede Halbwertzeit vermindert. Folglich, nachdem zwei Halbwertzeiten gegangen sind, sind nur 25 % des Isotops und so weiter da.

Magnetischer Moment

Elementare Partikeln besitzen ein inneres Quant mechanisches als Drehung bekanntes Eigentum. Das ist dem winkeligen Schwung eines Gegenstands analog, der um sein Zentrum der Masse spinnt, obwohl genau genommen, wie man glaubt, diese Partikeln einem Punkt ähnlich sind und nicht gesagt werden können zu rotieren. Drehung wird in Einheiten von reduziertem Planck unveränderlich (ħ), mit Elektronen, Protonen und Neutronen alle gemessen, Drehung ½ ħ oder "spin-½" habend. In einem Atom besitzen Elektronen in der Bewegung um den Kern winkeligen Augenhöhlenschwung zusätzlich zu ihrer Drehung, während der Kern selbst winkeligen Schwung wegen seiner Kerndrehung besitzt.

Das magnetische Feld, das durch ein Atom erzeugt ist — sein magnetischer Moment — wird durch diese verschiedenen Formen des winkeligen Schwungs bestimmt, gerade als ein Drehen angeklagt hat, dass Gegenstand klassisch ein magnetisches Feld erzeugt. Jedoch kommt der dominierendste Beitrag aus der Drehung. Wegen der Natur von Elektronen, um dem Ausschluss-Grundsatz von Pauli zu folgen, in dem keine zwei Elektronen in demselben Quant gefunden werden dürfen, das staatliches, verbundenes Elektronpaar mit einander, mit einem Mitglied jedes Paares in einer Drehung festsetzen und anderer im Gegenteil, unten Staat spinnen. So annullieren diese Drehungen einander, den magnetischen Gesamtdipolmoment auf die Null in einigen Atomen mit der geraden Zahl von Elektronen reduzierend.

In eisenmagnetischen Elementen wie Eisen führt eine ungerade Zahl von Elektronen zu einem allein stehenden Elektron und ein magnetischer gesamter Nettomoment. Der orbitals des benachbarten Atom-Übergreifens und eines niedrigeren Energiestaates wird erreicht, wenn die Drehungen von allein stehenden Elektronen nach einander, ein als eine Austauschwechselwirkung bekannter Prozess ausgerichtet werden. Wenn die magnetischen Momente von eisenmagnetischen Atomen aufgestellt werden, kann das Material ein messbares makroskopisches Feld erzeugen. Paramagnetische Materialien haben Atome mit magnetischen Momenten, die sich in zufälligen Richtungen aufstellen, wenn kein magnetisches Feld da ist, aber die magnetischen Momente der individuellen Atome stellen sich in Gegenwart von einem Feld auf.

Der Kern eines Atoms kann auch eine Nettodrehung haben. Normalerweise werden diese Kerne in zufälligen Richtungen wegen des Thermalgleichgewichts ausgerichtet. Jedoch für bestimmte Elemente (wie xenon-129) ist es möglich, ein bedeutendes Verhältnis der Kerndrehungsstaaten zu polarisieren, so dass sie in derselben Richtung — eine Bedingung genannt Hyperpolarisation ausgerichtet werden. Das hat wichtige Anwendungen in der Kernspinresonanz-Bildaufbereitung.

Energieniveaus

Wenn ein Elektron zu einem Atom gebunden wird, hat es eine potenzielle Energie, die zu seiner Entfernung vom Kern umgekehrt proportional ist. Das wird durch den Betrag der Energie gemessen musste das Elektron vom Atom losbinden, und wird gewöhnlich in Einheiten von electronvolts (eV) gegeben. Im Quant mechanisches Modell kann ein bestimmtes Elektron nur eine Reihe von Staaten besetzen, die auf den Kern in den Mittelpunkt gestellt ist, und jeder Staat entspricht einem spezifischen Energieniveau. Der niedrigste Energiestaat eines bestimmten Elektrons wird den Boden-Staat genannt, während ein Elektron an einem höheren Energieniveau in einem aufgeregten Staat ist.

Für ein Elektron zum Übergang zwischen zwei verschiedenen Staaten muss es absorbieren oder ein Foton an einer Energie ausstrahlen, die den Unterschied in der potenziellen Energie jener Niveaus vergleicht. Die Energie eines ausgestrahlten Fotons ist zu seiner Frequenz proportional, so erscheinen diese spezifischen Energieniveaus als verschiedene Bänder im elektromagnetischen Spektrum. Jedes Element hat ein charakteristisches Spektrum, das von der Kernanklage, Subschalen abhängen kann, die durch Elektronen, die elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen den Elektronen und anderen Faktoren gefüllt sind.

Wenn ein dauerndes Spektrum der Energie durch ein Benzin oder Plasma passiert wird, sind einige der Fotonen von Atomen gefesselt, Elektronen veranlassend, ihr Energieniveau zu ändern. Jene aufgeregten Elektronen, die bestimmt zu ihrem Atom spontan bleiben, strahlen diese Energie als ein Foton aus, in einer zufälligen Richtung, und so Fall zurück reisend, um Energieniveaus zu senken. So benehmen sich die Atome wie ein Filter, der eine Reihe von dunklen Absorptionsbändern in der Energieproduktion bildet. (Ein Beobachter, der die Atome von einer Ansicht ansieht, die das dauernde Spektrum im Vordergrund, nicht einschließt, sieht stattdessen eine Reihe von Emissionslinien von den durch die Atome ausgestrahlten Fotonen.) Spektroskopische Maße der Kraft und Breite von geisterhaften Linien erlauben der Zusammensetzung und den physikalischen Eigenschaften einer Substanz, bestimmt zu werden.

Die Nachforschung der geisterhaften Linien offenbart dass etwas Anzeige ein Feinstruktur-Aufspalten. Das kommt wegen der Drehungsbahn-Kopplung vor, die eine Wechselwirkung zwischen der Drehung und Bewegung des äußersten Elektrons ist. Wenn ein Atom in einem magnetischen Außenfeld ist, werden geisterhafte Linien gespalten in drei oder mehr Bestandteile; ein Phänomen hat die Wirkung von Zeeman genannt. Das wird durch die Wechselwirkung des magnetischen Feldes mit dem magnetischen Moment des Atoms und seiner Elektronen verursacht. Einige Atome können vielfache Elektronkonfigurationen mit demselben Energieniveau haben, die so als eine einzelne geisterhafte Linie erscheinen. Die Wechselwirkung des magnetischen Feldes mit dem Atom wechselt diese Elektronkonfigurationen zu ein bisschen verschiedenen Energieniveaus aus, auf vielfache geisterhafte Linien hinauslaufend. Die Anwesenheit eines elektrischen Außenfeldes kann ein vergleichbares Aufspalten und Verschiebung von geisterhaften Linien durch das Ändern der Elektronenergieniveaus verursachen, ein Phänomen hat die Steife Wirkung genannt.

Wenn ein bestimmtes Elektron in einem aufgeregten Staat ist, kann ein aufeinander wirkendes Foton mit der richtigen Energie stimulierte Emission eines Fotons mit einem zusammenpassenden Energieniveau verursachen. Dafür, um vorzukommen, muss das Elektron auf einen niedrigeren Energiestaat fallen, der einen Energieunterschied hat, der die Energie des aufeinander wirkenden Fotons vergleicht. Das ausgestrahlte Foton und das aufeinander wirkende Foton fahren dann in der Parallele und mit dem Zusammenbringen von Phasen ab. D. h. die Welle-Muster der zwei Fotonen werden synchronisiert. Diese physikalische Eigenschaft wird verwendet, um Laser zu machen, die eine zusammenhängende Lichtstrahl-Energie in einem schmalen Frequenzband ausstrahlen können.

Wertigkeit und Abbinden-Verhalten

Die äußerste Elektronschale eines Atoms in seinem ungebundenen Staat ist als die Wertigkeitsschale und die Elektronen in bekannt

diese Schale wird Wertigkeitselektronen genannt. Die Zahl von Wertigkeitselektronen bestimmt das Abbinden

Verhalten mit anderen Atomen. Sich Atome neigen dazu, mit einander gewissermaßen chemisch zu reagieren, der sich füllt (oder leert) ihre Außenwertigkeitsschalen. Zum Beispiel ist eine Übertragung eines einzelnen Elektrons zwischen Atomen eine nützliche Annäherung für Obligationen, die zwischen Atomen mit dem einem Elektron mehr als eine gefüllte Schale bilden und andere, die ein Elektron knapp an einer vollen Schale, solcher sind, die im zusammengesetzten Natriumchlorid und den anderen chemischen ionischen Salzen vorkommt. Jedoch zeigen viele Elemente vielfache Wertigkeiten oder Tendenzen, sich unterscheidende Zahlen von Elektronen in verschiedenen Zusammensetzungen zu teilen. So nimmt das chemische Abbinden zwischen diesen Elementen viele Formen des Elektronteilens an, die mehr sind als einfache Elektronübertragungen. Beispiele schließen den Element-Kohlenstoff und die organischen Zusammensetzungen ein.

Die chemischen Elemente werden häufig in einem Periodensystem gezeigt, das angelegt wird, um wiederkehrende chemische Eigenschaften zu zeigen, und Elemente mit derselben Zahl von Wertigkeitselektronen eine Gruppe bilden, die in derselben Säule des Tisches ausgerichtet wird. (Die horizontalen Reihen entsprechen der Füllung einer Quant-Schale von Elektronen.) Haben die Elemente am weiten Recht auf den Tisch ihre mit Elektronen völlig gefüllte Außenschale, der auf chemisch träge als das edle Benzin bekannte Elemente hinausläuft.

Staaten

Mengen von Atomen werden in verschiedenen Staaten der Sache gefunden, die von den physischen Bedingungen, wie Temperatur und Druck abhängen. Durch das Verändern der Bedingungen können Materialien zwischen Festkörpern, Flüssigkeiten, Benzin und plasmas wechseln.

Innerhalb eines Staates kann ein Material auch in verschiedenen Phasen bestehen. Ein Beispiel davon ist fester Kohlenstoff, der als Grafit oder Diamant bestehen kann.

Bei Temperaturen in der Nähe von der absoluten Null können Atome ein Kondensat von Bose-Einstein bilden, an der Punkt-Quant mechanische Effekten werden die normalerweise nur an der Atomskala beobachtet, werden offenbar auf einer makroskopischen Skala. Diese unterkühlte Sammlung von Atomen

dann benimmt sich als ein einzelnes Superatom, das grundsätzliche Kontrollen des Quants mechanisches Verhalten erlauben kann.

Identifizierung

Die Abtastung tunneling Mikroskop ist ein Gerät, um Oberflächen am Atomniveau anzusehen. Es verwendet das Quant tunneling Phänomen, das Partikeln erlaubt, eine Barriere durchzuführen, die normalerweise unüberwindlich sein würde. Der Elektrontunnel durch das Vakuum zwischen zwei planaren Metallelektroden, auf von denen jedem ein adsorbiertes Atom ist, eine tunneling-aktuelle Dichte zur Verfügung stellend, die gemessen werden kann. Die Abtastung eines Atoms (genommen als der Tipp), als es sich vorbei am anderen bewegt (die Probe) erlaubt, sich der Tipp-Versetzung gegen die seitliche Trennung für einen unveränderlichen Strom zu verschwören. Die Berechnung zeigt das Ausmaß, in dem scanning-tunneling-microscope Images eines individuellen Atoms sichtbar sind. Es bestätigt, dass für die niedrige Neigung das Mikroskop die raumdurchschnittlichen Dimensionen des Elektrons orbitals über nah gepackte Energieniveaus — das Niveau von Fermi lokale Dichte von Staaten darstellt.

Ein Atom kann durch das Entfernen von einem seiner Elektronen ionisiert werden. Die elektrische Anklage veranlasst die Schussbahn eines Atoms sich zu biegen, wenn es ein magnetisches Feld durchführt. Der Radius, durch den die Schussbahn eines bewegenden Ions durch das magnetische Feld gedreht wird, wird durch die Masse des Atoms bestimmt. Das Massenspektrometer verwendet diesen Grundsatz, um das Verhältnis der Masse zur Anklage von Ionen zu messen. Wenn eine Probe vielfache Isotope enthält, kann das Massenspektrometer das Verhältnis jedes Isotops in der Probe durch das Messen der Intensität der verschiedenen Balken von Ionen bestimmen. Techniken, um Atome zu verdunsten, schließen induktiv verbundene Plasmaatomemissionsspektroskopie ein und haben induktiv Plasmamassenspektrometrie verbunden, von denen beide ein Plasma verwenden, um Proben für die Analyse zu verdunsten.

Eine bereichsauswählendere Methode ist Elektronenergieverlust-Spektroskopie, die den Energieverlust eines Elektronbalkens innerhalb eines Übertragungselektronmikroskops misst, wenn es mit einem Teil einer Probe aufeinander wirkt. Der Tomograph der Atom-Untersuchung hat Subnanometer-Entschlossenheit im 3. und kann individuelle Atome chemisch identifizieren, die Massenspektrometrie der Zeit des Flugs verwenden.

Spektren von aufgeregten Staaten können verwendet werden, um die Atomzusammensetzung von entfernten Sternen zu analysieren. Spezifische leichte Wellenlängen, die im beobachteten Licht von Sternen enthalten sind, können getrennt und mit den gequantelten Übergängen in freien Gasatomen verbunden werden. Diese Farben können mit einer Gasentladungslampe wiederholt werden, die dasselbe Element enthält. Helium wurde auf diese Weise im Spektrum der Sonne 23 Jahre entdeckt, bevor es auf der Erde gefunden wurde.

Ursprung und aktueller Staat

Atome bilden ungefähr 4 % der Gesamtenergie-Dichte des erkennbaren Weltalls mit einer durchschnittlichen Dichte von ungefähr 0.25 Atomen/M. Innerhalb einer Milchstraße wie die Milchstraße haben Atome eine viel höhere Konzentration, mit der Dichte der Sache im interstellaren Medium (ISMUS) im Intervall von 10 bis 10 Atome/M. Wie man glaubt, ist die Sonne innerhalb der Lokalen Luftblase, eines Gebiets hoch ionisierten Benzins, so ist die Dichte in der Sonnennachbarschaft nur ungefähr 10 Atome/M. Sternform von dichten Wolken im ISMUS und die Entwicklungsprozesse von Sternen laufen auf die unveränderliche Bereicherung des ISMUS mit Elementen hinaus, die massiver sind als Wasserstoff und Helium. Bis zu 95 % der Atome der Milchstraße werden innerhalb von Sternen konzentriert, und die Gesamtmasse von Atomen bildet ungefähr 10 % der Masse der Milchstraße. (Der Rest der Masse ist eine unbekannte dunkle Sache.)

Nucleosynthesis

Stabile Protone und Elektronen sind eine Sekunde nach dem Urknall erschienen. Während der folgenden drei Minuten hat Urknall nucleosynthesis den grössten Teil des Heliums, Lithiums und schweren Wasserstoffs im Weltall, und vielleicht etwas vom Beryllium und Bor erzeugt. Die ersten Atome (abgeschlossen mit bestimmten Elektronen) wurden 380,000 Jahre nach dem Urknall — ein genanntes Zeitalter theoretisch geschaffen, als das dehnbare Weltall genug kühl geworden ist, um Elektronen zu erlauben, beigefügt Kernen zu werden.

Seit dem Urknall, der keinen Kohlenstoff erzeugt hat, sind Atomkerne in Sternen durch den Prozess der Kernfusion verbunden worden, um mehr vom Element-Helium, und (über den dreifachen Alpha-Prozess) die Folge von Elementen von Kohlenstoff bis zu Eisen zu erzeugen.

Isotope wie Lithium 6, sowie etwas Beryllium und Bor werden im Raum durch den kosmischen Strahl spallation erzeugt. Das kommt vor, wenn ein energiereiches Proton einen Atomkern schlägt, große Anzahl von Nukleonen veranlassend, vertrieben zu werden.

Elemente, die schwerer sind als Eisen, wurden in supernovae durch den R-Prozess und in AGB Sternen durch den S-Prozess erzeugt, von denen beide die Festnahme von Neutronen durch Atomkerne einschließen. Elemente wie Leitung haben sich größtenteils durch den radioaktiven Zerfall von schwereren Elementen geformt.

Erde

Die meisten Atome, die die Erde und seine Einwohner zusammensetzen, sind in ihrer aktuellen Form im Nebelfleck da gewesen, der aus einer molekularen Wolke zusammengebrochen ist, um das Sonnensystem zu bilden. Der Rest ist das Ergebnis des radioaktiven Zerfalls, und ihr Verhältnisverhältnis kann verwendet werden, um das Alter der Erde durch die Radiometric-Datierung zu bestimmen. Der grösste Teil des Heliums in der Kruste der Erde (ungefähr 99 % des Heliums von Gasbohrlöchern, wie gezeigt, durch seinen niedrigeren Überfluss an Helium 3) ist ein Produkt des Alpha-Zerfalls.

Es gibt einige Spur-Atome auf der Erde, die am Anfang (d. h., nicht "primordial") nicht da gewesen sind, noch Ergebnisse des radioaktiven Zerfalls sind. Kohlenstoff 14 wird unaufhörlich durch kosmische Strahlen in der Atmosphäre erzeugt. Einige Atome auf der Erde sind entweder absichtlich oder als Nebenprodukte von Kernreaktoren oder Explosionen künstlich erzeugt worden. Der transuranic Elemente — derjenigen mit Atomnummern, die größer sind als 92 — kommen nur Plutonium und Neptunium natürlich auf der Erde vor. Elemente von Transuranic haben radioaktive Lebenszeiten kürzer als das aktuelle Alter der Erde, und so sind identifizierbare Mengen dieser Elemente schon lange, mit Ausnahme von Spuren von Plutonium 244 vielleicht abgelegt durch kosmischen Staub verfallen. Natürliche Ablagerungen von Plutonium und Neptunium werden durch die Neutronfestnahme in Uran-Erz erzeugt.

Die Erde enthält ungefähr Atome. In der Atmosphäre des Planeten bestehen kleine Zahlen von unabhängigen Atomen von edlem Benzin, wie Argon und Neon. Die restlichen 99 % der Atmosphäre werden in der Form von Molekülen, einschließlich des Kohlendioxyds und diatomic Sauerstoffes und Stickstoffs gebunden. An der Oberfläche der Erde verbinden sich Atome, um verschiedene Zusammensetzungen, einschließlich Wassers, Salzes, Silikats und Oxyde zu bilden. Atome können sich auch verbinden, um Materialien zu schaffen, die aus getrennten Molekülen, einschließlich Kristalle und flüssiger oder fester Metalle nicht bestehen. Diese Atomsache bildet vernetzte Maßnahmen, die am besonderen Typ der kleinen unterbrochenen mit der molekularen Sache vereinigten Ordnung Mangel haben.

Seltene und theoretische Formen

Während, wie man bekannt, Isotope mit Atomnummern höher als Leitung (82) radioaktiv sind, ist eine "Insel der Stabilität" für einige Elemente mit Atomnummern oben 103 vorgeschlagen worden. Diese superschweren Elemente können einen Kern haben, der gegen den radioaktiven Zerfall relativ stabil ist. Der wahrscheinlichste Kandidat für ein stabiles superschweres Atom, unbihexium, hat 126 Protone und 184 Neutronen.

Jede Partikel der Sache hat eine entsprechende Antimaterie-Partikel mit der entgegengesetzten elektrischen Anklage. So ist der Positron ein positiv beladenes Antielektron, und das Antiproton ist eine negativ beladene Entsprechung von einem Proton. Wenn sich eine Sache und entsprechende Antimaterie-Partikel treffen, vernichten sie einander. Wegen dessen, zusammen mit einer Unausgewogenheit zwischen der Zahl der Sache und den Antimaterie-Partikeln, sind die Letzteren im Weltall selten. (Die ersten Ursachen dieser Unausgewogenheit werden noch nicht völlig verstanden, obwohl die baryogenesis Theorien eine Erklärung anbieten können.) Infolgedessen sind keine Antimaterie-Atome in der Natur entdeckt worden. Jedoch, 1996, wurde Antiwasserstoff, die Antimaterie-Kopie von Wasserstoff, am CERN Laboratorium in Genf synthetisiert.

Andere exotische Atome sind durch das Ersetzen von einem der Protone, Neutronen oder Elektronen mit anderen Partikeln geschaffen worden, die dieselbe Anklage haben. Zum Beispiel kann ein Elektron durch einen massiveren muon ersetzt werden, ein muonic Atom bildend. Diese Typen von Atomen können verwendet werden, um die grundsätzlichen Vorhersagen der Physik zu prüfen.

Siehe auch

• Geschichte der Quant-Mechanik
• Unendliche Teilbarkeit
• Liste von grundlegenden Chemie-Themen
• Kernmodell
• Radioaktives Isotop
• Subatomare Partikel

Referenzen

Buchverweisungen

Links

• — ein Handbuch zum Atom für das Teenageralter.