Matematika, Fyzika, Chemie, Biologie, Zeměpis stručně

Atomistika

K nejmenším částečkách hmoty patří molekuly, skládající se ze stejných nebo různých atomů.

elektron		1897 — J. J. Thomson (1856-1940)
proton		1920 — E. Rutherford (1871-1937)
neutron		1932 - J. Chadwick (1891-1974)

Látky, které se skládají z různých druhů atomů, se nazývají sloučeniny. Na Zemi i ve vesmíru bylo nalezeno 92 různých přírodních prvků. V laboratořích byla řada dalších prvků připravena uměle. Zatím známe 107 různých prvků. Atom se skládá z jádra a obalu. Atomové jádro se skládá z protonů (nositelů kladného náboje), jejichž počet určuje druh atomu, a elektricky neutrálních neutronů (bez náboje). Atomový obal je tvořen elektrony (nositelé záporného náboje).

Atomy téhož prvku, které mají v jádře stejný počet protonů, ale rozdílný počet neutronů, se nazývají izotopy prvku. Většina prvků je směsí různých izotopů.

Izotopy vodíku (nejlehčímu, neobsahujícímu v jádře neutron, se říká protium).

Látky se skládají z různých druhů atomů. Nejjednodušší atom má vodík. Je složen z jádra s 1 protonem a obalu s 1 elektronem.

Pohyb elektronů kolem jádra se pokusil vysvětlit Niels Bohr. Elektrony se pohybují po kruhových slupkách, orbitách, jejichž obvod je celočíselným násobkem vlnové délky elektronu. Pokud elektron získá nebo ztratí energii, přeskočí na vyšší nebo nižší slupku a vyzáří kvantum energie odpovídající energetickému rozdílu mezi orbity (foton). Počet elektronů ve slupkách je omezen — v nejnižší mohou být nejvýše dva, v druhé 8, ve třetí 18 atd. Vnější, tzv. valenční slupka, může obsahovat až osm tzv. valenčních elektronů, a její obsazení je rozhodující pro chemické vlastnosti prvků.

Bohrův model atomu z roku 1913.

Tato představa postačuje pro základní pochopení struktury atomu. Dnes víme, že elektron má vlastnosti jak částice, tak elektromagnetického vlnění a pohybuje se kolem jádra v tzv. elektronovém obalu. Pravděpodobnost jeho výskytu uvnitř obalu se u jádra blíží nule, pak stoupá až k maximu a pak opět klesá až k nule.

Vlnově mechanický model atomu vodíku.

Jádra lehkých prvků se za vysokých teplot slučují termonukleární reakcí na jádra těžších prvků za uvolnění tzv. jaderné energie. Probíhá v nitru hvězd (přeměna vodíku na helium, helia na uhlík ad.), lidé na tomto principu vyrobili nejstrašnější zbraň, vodíkovou bombu (výbuchem atomové bomby se uvolní energie potřebná k termonukleární reakci).

Termonukleární reakce, jíž z jader deuteria a tritia vzniká jádro helia, neutron a uvolňuje se jaderná energie.

Při štěpné reakci se jádra těžkých prvků (uranu) vniknutím neutronu rozštěpí na dvě přibližně stejně těžká jádra, přičemž se uvolní jaderná energie a další neutrony. Ty způsobí rozbití dalších jader (řetězová reakce). Atomová bomba využívá neřízené štěpné reakce, v jaderných reaktorech se využívá řízené štěpné reakce k výrobě elektrické energie.

Štěpná reakce. Neutron rozbije jádro 235U na jádro 140Ba Kr a 93Kr, přičemž se uvolní tři neutrony a jaderná energie.

Nestabilní atomy vyzařují částice nebo záření. Tomuto jevu říkáme přirozená radioaktivita. Doba, za kterou se rozpadne polovina původního počtu jader, se nazývá poločas rozpadu, a je charakteristická pro každý radioaktivní prvek. Radioaktivita může být vyvolána uměle ostřelováním jader prvků částicemi urychlenými silným magnetickým polem.

Rozpadem alfa se z jádra uvolňují částice alfa (jádra helia složená ze dvou protonů a dvou neutronů). Při rozpadu beta se vyzáří elektron, počet nukleonů se nemění. Rozpad gama je vyzáření fotonu o vysoké energii, tzv. gama-záření.

Rozpad alfa. Vizmut ²¹⁴ Bi se vyzářením jádra helia přemění na thallium ²¹⁰Tl.

Odchylování záření alfa a beta elektrickým polem, záření gama neodchyluje.