Kodėl atomai dažniausiai yra tuščia erdvė?
Trumpas atsakymas: Atomai dažniausiai yra tuščia erdvė, nes beveik visa jų masė yra mažame, tankiame branduolyje, o elektronai pasiskirstę po daug didesnį plotą, vadinamą elektronų debesiu. Srityje tarp mažyčio branduolio ir išsibarsčiusių elektronų masė yra labai maža.
Kas iš tikrųjų vyksta?
Atomas turi mažytį centrą, vadinamą branduoliu. Branduolys talpina protonus ir neutronus ir jame telpa beveik visa atomo masė. Elektronai yra daug lengvesni ir juda didelėje srityje aplink branduolį, vadinamoje elektronų debesiu (taip mokslininkai apibūdina, kur greičiausiai yra elektronas).
Elektronų debesis užima didžiąją dalį atomo, nors patys elektronai yra labai lengvi. Tai reiškia, kad didžioji dalis atomo tūrio yra tuščia erdvė. Esant kasdieniams dydžiams, elektrinės jėgos tarp atomų suteikia medžiagoms tvirtumo pojūtį, nors viduje esantys atomai daugiausia yra erdvė.
Kvantinės taisyklės, o ne mažų dalių susidūrimas, neleidžia elektronams patekti į branduolį.
Ką sako fizika
Įvardyti dėsniai / principai: Pavadinimas: Rutherfordo aukso folijos eksperimentas ir kvantinės mechanikos elektronų debesies modelis.
Atomai dažniausiai yra tuščia erdvė, nes branduolys yra mažas ir tankus, o elektronai užima daug didesnį tūrį kaip difuzinis tikimybės debesis. Tipiniai atomo spinduliai yra apie 10^-10 metrų, o branduolio spinduliai yra apie 10^-15 metrų, todėl branduolys yra maždaug 100 000 kartų mažesnis nei visas atomas . Elektronų debesis nėra mažas materijos kamuoliukas; tai yra sritis, kurioje, remiantis kvantine mechanika, greičiausiai yra elektronas.
Kaip mes tai žinome: XX a. pradžioje Rutherfordo aukso folijos eksperimentas siuntė alfa daleles į ploną aukso foliją ir nustatė, kad dauguma dalelių praėjo, bet kelios staigiai atšoko, parodydamos mažą, tankų branduolį atomų centre . Vėlesni metodai, tokie kaip elektronų sklaidos eksperimentai ir instrumentai, kurie kartografuoja elektronų tankį, patvirtino, kad elektronai sudaro išsklaidytą debesį aplink tą mažą branduolį . Šie stebėjimai kartu paaiškina, kodėl didžioji atomo tūrio dalis turi labai mažą masę.
Pastebėk aplink
- Jei atomas būtų futbolo stadiono dydžio, branduolys būtų mažas žirnelis centre, o elektronai būtų tribūnose.
- Rutherfordo aukso folijos eksperimentas (tikras laboratorinis darbas) parodė, kad dauguma dalelių prasiskverbė pro foliją, įrodydamas, kad atomai dažniausiai yra tuščia erdvė.
- Medžiaga jaučiasi kieta, nes elektrinės jėgos ir elektronų debesys neleidžia atomams susilieti vienam su kitu.
- Didžioji atomo svorio dalis gaunama iš mažyčio branduolio, todėl beisbolo kamuoliuko masė gaunama iš daugelio mažyčių tankių centrų atomų viduje.
Išbandymas
Stadiono ir žirnio atomo modelis
Sauga: Mažos dalys gali kelti pavojų užspringti mažiems vaikams. Smulkius daiktus laikykite atokiau nuo vaikų iki 3 metų.
Priemonės
- pripūstas paplūdimio kamuolys arba didelis balionas
- mažas rutuliukas arba žirnis
- žymeklis
Žingsniai
- Pripūskite paplūdimio kamuolį arba balioną, kad jį būtų lengva laikyti.
- Padėkite rutuliuką arba žirnį stalo centre, kad jis pažymėtų branduolį.
- Žymekliu nupieškite ant rutuliuko apskritimą, kuris pavaizduotų atomo kraštą.
- Laikykite rutuliuką virš rutuliuko ir palyginkite rutuliuko ir nupiešto krašto dydžius bei atstumus. Ką tai rodo: Branduolys (rutulėlis) yra mažas, palyginti su visu atomu (rutuleliu), todėl didžioji atomo tūrio dalis yra tuščia erdvė.
Žodžiai, kuriuos verta žinoti
- Atomas: Mažiausias cheminio elemento vienetas, išlaikantis savo chemines savybes.
- Branduolys: Mažas, tankus atomo centras, kuriame yra protonų ir neutronų.
- Elektronas: Labai lengva, neigiamai įkrauta dalelė, judanti aplink branduolį.
- Elektronų debesis: Regionas aplink branduolį, kuriame greičiausiai yra elektronas; jis apibūdina tikimybes, o ne kietą rutulį.
- Rutherfordo aukso folijos eksperimentas: Garsus bandymas, kurio metu mokslininkai šaudė alfa dalelėmis į ploną metalinę foliją ir atrado mažą, tankų atomo branduolį .
Dažni klausimai
Ar atomų viduje tikrai yra tuščios erdvės?
Taip; didžioji atomo tūrio dalis yra erdvė tarp mažyčio branduolio ir elektronų debesies, nors laukai ir dalelės vis dar yra.
Jei atomai dažniausiai tušti, kodėl mes nenukrentame per žemę?
Elektrinės jėgos tarp elektronų ir atomų neleidžia atomams praeiti vienam per kitą ir suteikia medžiagoms tvirtumo pojūtį.
Kodėl elektronai nenukrenta į branduolį?
Kvantinė mechanika teigia, kad elektronai egzistuoja kaip tikimybių debesys su leidžiamais energijos lygmenimis, todėl normaliomis sąlygomis jie nesukasi į branduolį.