Физическая энциклопедия - атом

(от греч. atomos неделимый), часть в-ва микроскопич. размеров и массы (микрочастица), наименьшая часть хим. элемента, являющаяся носителем его св-в. Каждому хим. элементу соответствует определ. род А., обозначаемый хим. символом. А. существуют в свободном (в газе) и в связ. состояниях. Связываясь друг с другом непосредственно или в составе молекул, А.

образуют жидкие и тв. тела. Все хим. и физ. св-ва А. определяются особенностями его строения. Общая характеристика строения атома. А. состоит из тяжёлого ядра, обладающего положит. электрич. зарядом, и окружающих его лёгких ч-ц эл-нов с отрицат. электрич. зарядами, образующих электронные оболочки А. Размеры А. в целом определяются размерами его электронной оболочки и велики по сравнению с размерами ядра А.

(линейные размеры А.=10-8см, ядра =10-12-10-13 см). Электронные оболочки не имеют строго определ. границ, и размеры А. в б. или м. степени зависят от способов их определения (см. АТОМНЫЕ РАДИУСЫ). Заряд ядра осн. хар-ка А., обусловливающая его принадлежность к определ. элементу; он явл. целым кратным элементарного электрич. заряда е, равного по абс.

значению заряду эл-на е, т. е. равен +eZ, где Z ат. номер (порядковый номер элемента в периодической системе элементов). А.электрически нейтр. система: ядро с зарядом +eZ удерживает Z эл-нов с общим зарядом -eZ. А., потерявший один или неск. эл-нов, наз. положит. ионом, его заряд равен +ek, где k кратность ионизации. А., присоединивший эл-ны, явл.

отрицат. ионом. Иногда под термином А. понимают как нейтр. А., так и его ионы. Для отличия положит. и отрицат. ионов от нейтр. А. к хим. символу элемента добавляют индекс, определяющий кратность ионизации (напр., О+ , O8+, О2-). Совокупность нейтр. А. и ионов др. элементов с тем же числом эл-нов образует и з о э л е к т р о н н ы й ряд (напр., водородоподобный ряд Н, Не+ , Li'2+, .

. .). Кратность заряда ядра А. элем. заряду объясняется его строением: в его состав входит Z протонов, имеющих заряд +е, а также нейтр. ч-цы нейтроны. Масса А. возрастает с увеличением Z и обусловлена в основном массой ядра, пропорциональной массовому числу А общему числу протонов и нейтронов в ядре.

Масса эл-на (>0,91•10-27 г) значительно меньше (примерно в 1840 раз) массы протона или нейтрона (> 1,67•10-24 г), поэтому их вклад в ат. массу незначителен . А. одного элемента могут иметь разные массовые числа (число протонов одинаково, а число нейтронов различно); такие разновидности А. одного и того же элемента наз. изотопами. Различие массы ядер почти не сказывается на хим.

и физ. св-вах изотопов одного элемента. Наибольшие отличия (изотопич. эффекты) наблюдаются у изотопов водорода вследствие большой разницы в массах обычного лёгкого водорода (протия, A=1), дейтерия (А=2) и трития (А=3). Точные значения масс А. определяются методами масс-спектроскопии. Измерения показали, что масса А. меньше суммы масс ядра и всех эл-нов на величину, наз.

дефектом масс: Dm = W/c2, где W-энергия связи А. Для тяжёлых А. Dm порядка массы эл-на, для лёгких =10-4 массы эл-на. Энергия атома и её квантование. Благодаря малым размерам и большой массе ядро А. можно приближённо считать точечным и покоящимся в центре масс А. (т. к. общий центр масс ядра и эл-нов находится вблизи ядра, а скорость движения ядра относительно центра масс мала по сравнению со скоростями эл-нов). А. можно рассматривать как систему N эл-нов, движущихся вокруг неподвижного притягивающего центра. Полная внутр. энергия такой системы ? равна сумме кинетич. энергий Т всех эл-нов и потенц. энергии U притяжения их ядром и отталкивания друг от друга.

В простейшем случае А. водорода один эл-н с зарядом -е движется вокруг ядра с зарядом +е. Кинетич. энергия эл-на в таком А. равна: T=1/2mv2 = r2/2m, (1) где т масса, v скорость, р=mv импульс эл-на; потенц. энергия А. U=U(r)=е2/r (2) зависит только от расстояния r эл-на от ядра. Графически ф-ция U(r) изображается кривой (рис.

1, а), неограниченно убывающей (возрастающей по абс. значению) при уменьшении r, т. е. при приближении эл-на к ядру. Значение U(r) при гВ®? принято за нуль. Если полная энергия ?=Т+U0 движение эл-на явл. свободным он может уйти на бесконечность с энергией ?=Т=1/2mv2, т.е. при ?>0 А. водорода становится положит. ионом Н+ . А. явл. квант. системой, т.

е. подчиняется квантово-механич. законам (см. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА); его осн. хар-ка полная внутр. энергия ?, к-рая может принимать лишь одно из значений дискр. ряда: ?1, ?2, ?3, ... (?1 .