Атомът е най-малката градивната частица на елементите, която запазва техните химични свойства. Състои се от атомно ядро с положителен електричен заряд и отрицателно заредени електрони, които формират електронна обвивка. Размерите му са от порядъка на 10-10 m, а маса му е около 10-27 – 10-25 kg. Ядрото на атома заема изключително малка част от неговия обем и е 100 000 пъти по-малко от един атом, като размерите му са около 10-14 – 10-15м. Въпреки това в ядрото е съсредоточена почти цялата маса на атома. То има огромна плътност – 100 000 000 t/cm3. Чрез отдаване или присъединяване на електрон атомът се превръща в положителен или отрицателен йон. Атомите съществуват в свободно или в свързано състояние (молекули).
В основата на атомната физика е откриването на спектралните линии, чието изучаване довежда до създаването на атомния модел от Н. Бор (1913). В този модел на атома Бор взема за основа модела на Ръдърфорд, но с една съществена разлика: електроните обикалят около ядрото само по точно определени кръгови орбити с точни стойности на характеризиращите ги момент на импулса и енергия. Този модел обяснява емисионните и абсорбционни спектрални линии и дискретния характер на спектъра.
През 20-те години на XX век се развива квантовата теория. Квантовата механика е теоретична основа на атомната физика. През 1924 г. Луи дьо Бройл изказва предположението, че всички частици имат поведение и на вълни. През 1926 г. Ервин Шрьодингер създава математически модел на тази идея, представяйки електроните като вълни. Следствие на модела е невъзможността да се определят едновременно положението и импулсът на електрона (принцип на неопределеността на Хайзенберг). Така моделът на Бор става невалиден. Съвременният модел на атома е моделът на атомните орбитали, който описва позицията на електроните спрямо ядрото само като вероятности.
Ядрото на атома е съставено от субатомните частици нуклони: неутрони (незаредена частица) и протони (положително заредена частица), които имат еднакви маси. Самите протони и неутрони са съставени от други частици – кварки. Броят на протоните е равен на броя на електроните и на поредния номер на химичния елемент в периодичната система.
Електронната обвивка е съставена от електроните, обикалящи около ядрото на атома по законите на квантовата механика. Електронът е стабилна отрицателно заредена частица. Според постулатите на Бор в атомите съществуват стационарни орбити на електроните, движението по които не е съпроводено с излъчване на енергия. Стационарните състояния на атомите се характеризират с определени стойности на тяхната енергия Е1, Е2, Е3,….Когато атомът се намира в стационарно състояние (електроните се движат по стационарните орбити), той не излъчва енергия. При преминаване на атома от едно стационарно състояние с енергия Е1 в друго състояние с енергия Е2 (преминаване на един електрон от една “стационарна орбита” на друга) атомът излъчва или поглъща квант енергия hn = Е1 – Е2.
Когато атомът излъчва енергия, спектърът се нарича емисионен, а когато поглъща – абсорбционен. Тъй като енергиите на стационарните състояния са постоянни, то и спектърът не се променя и е характерен за всеки елемент.
Макс Планк предлага хипотеза, според която светлината се излъчва и поглъща на порции, наречени кванти и така полага основите на квантовата механика. Според него големината на енергетичния квант зависи от честотата на лъчението и от един коефициент (константа на Планк). Квантите са наречени фотони. Фотонът е неутрална частица, обуславяща електромагнитните явления. Има нулева маса в покой и се разпространява със скоростта на светлината c. Фотоните притежават корпускулярно–вълнов дуализъм, т.е. те проявят свойства на вълни и на частици.
Луи дьо Бройл предположил, че това е вярно и за протоните и неутроните, което предположение е доказано опитно по-късно. Когато микрочастиците се отнасят като частици, те имат маса и скорост на движение, затова имат и импулс. Когато се отнасят като вълни, те имат дължина на вълната. Дължината на вълната, която притежава една частица зависи от константата на Планк и от импулса – т.е. от масата и скоростта.
Според принципа на неопределеността, формулиран от Вернер Хайзенберг, не е възможно едновременно да се определят импулсът и мястото на електрона в атома. Причината е, че детекцията на електрон става посредством регистриране на фотон, отделен от него, но когато електронът отдаде фотон, неговата енергия се е променила и той вече е различен от първоначалния електрон. Според този принцип няма орбити на електроните, а електронна плътност – вероятността за откриване на електрона в пространството около атомното ядро. Електронен облак е област от пространството, в която електронната плътност е над 90%.
Дафина Стоянова – Зам. директор Учебна дейност