Az atomok felépítése (The structure of atoms)

Az atom atommagból és elektronokból áll. Az atommag a pozitív töltésű protonokból és a töltés nélküli neutronokból épül fel. Az atommag körül elektron felhőt alkotva helyezkednek el a negatív töltésű elektronok. Az atom semleges mivel a pozitív töltésű protonok száma megegyezik a negatív töltésű elektronok számával.

Az atomok legfontosabb jellemzője a protonok száma a rendszám. A protonok és a neutronok számának összegét az atom tömegszámának nevezzük. Az atom tömege az atommagban összpontosul. Az atommag az atomnak csak kis térfogatát foglalja el. Az atom átmérője az atommag átmérőjénél kb. százezerszer kisebb.

Az atomok elektronszerkezete

Az elektron atomi pályái: az atomnak azt a részét, amelyben az elektron nagy valószínűséggel előfordul, atompályának nevezzük.

Az atompályák jellemzői: az atompályák megkülönböztetésére illetve azonosítására a kvantumszámokat használjuk.

Az atomban minden atompályát három kvantumszám jellemez:

Főkvantumszám: az atompálya méretét jellemzi. Minél nagyobb a főkvantumszám annál kiterjedtebb az atompálya. Jele: n; értékei: 1, 2, 3, 4…
Mellékkvantumszám: az atompálya alakját jellemzi. Jele: l; érékei: 0, 1, 2, 3… A mellékkvantumszámot gyakran nem számmal, hanem betűvel jelöljük. l = 0, 1, 2, 3…, l = s, p, d, f…

A mágneses kvantumszámnak határozott jelentése akkor van, ha az atom mágneses térbe kerül. Jele: m.

Az elektronszerkezet felépítése

Az atomok elektron szerkezetének leírásához három fontos elvet kell ismernünk.

Az energiaminimum elve szerint az alapállapotú atomban az elektronok mindig a lehető legkisebb energiájú szabad helyet foglalják el.
A pauli elv szerint egy atompályán maximálisan két elektron lehet.
A hund szabály szerint az azonos energiájú atompályákon az elektronok a lehető legtávolabb igyekeznek elhelyezkedni.

Ha egy alhéjon annyi elektron van, amennyit a Pauli-elv maximálisan megenged, telített alhéjról beszélünk. Ha az elektronok száma ennél kevesebb az alhéj telítetlen.

Az atompályák feltöltésének sorrendje: 1s – 2s – 2p – 3s – 3p – 4s – 3d – 4p – 5s – 4d – 5p – 6s – 4f – 5d – 6p – 7s – 5f.

Milyen az atom felépítése?

A neves dán fizikus, Nils Bohr 1913-ban állította fel híres atommodelljét, amely még mai tudásunk szerint is egész jól megközelíti a valóságot. Eszerint az atom úgy épül fel, mint egy parányi naprendszer. A naprendszerben a jelentõs tömegû Nap körül nagy távolságra keringenek a bolygók: a Merkúr, a Vénusz, a Föld, a Mars, a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz, a Neptunusz és a Plutó. Az atom felépítése is hasonló. Középpontjában található a kicsi, de nagy tömegû atommag. Körülötte keringenek, tõle óriási távolságra a piciny, könnyû részecskék, az elektronok. A proton egységnyi pozitív töltéssel, az elektron egységnyi negativ töltéssel rendelkezik. Az elektronokat az elektromos vonzerõ tartja az atommag körüli pályán. A naprendszerben pedig a gravitációs vonzerõ köti a bolygókat a Naphoz.

Azt, hogy milyen kicsi is az atommag, gyorsan tisztázhatjuk: egy vízcsepp körülbelül 6 * 10²¹ darab atomból áll. Ha kiírjuk a nullákat, akkor ez így fest: 6 000 000 000 000 000 000 000.

Bármennyire kicsi is egy atom, az atommag még nála is sokkal kisebb. A mag az atom térfogatának csupán egybilliomod (1/1 000 000 000 000) részét teszi ki. Ha az atommag akkora volna, mint egy cseresznye, és egy futball pálya kellõs közepére tennénk, akkor az elektronjait a lelátó legfelsõ széksorain kellene keresnünk. Bár az atommag térfogatának csak billiomod része, tömege majdnem egyenlõ az egész atom tömegével. Az anyag az atommagban nagyon erõsen tömörített.

Ha a valóságban szeretnénk egy cseresznye méretû atommagot készíteni, akkor az legalább 30 millió tonnát nyomna, és nem maradna nyugalomban a pálya közepén, hanem a föld középpontja felé süllyedne.