Атом

Наименьшая единица химического элемента

Атомы являются основными частицами химических элементов . Атом состоит из ядра протонов и, как правило, нейтронов , окруженного электромагнитно связанным роем электронов . Химические элементы отличаются друг от друга числом протонов, которые находятся в их атомах. Например, любой атом, содержащий 11 протонов, является натрием , а любой атом, содержащий 29 протонов, является медью . Атомы с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами одного и того же элемента.

Атомы чрезвычайно малы, обычно около 100  пикометров в поперечнике. Человеческий волос состоит примерно из миллиона атомов углерода в ширину. Атомы меньше самой короткой длины волны видимого света, что означает, что люди не могут видеть атомы с помощью обычных микроскопов. Они настолько малы, что точное предсказание их поведения с помощью классической физики невозможно из-за квантовых эффектов .

Более 99,94% массы атома находится в ядре. Протоны имеют положительный электрический заряд , а нейтроны не имеют заряда, поэтому ядро ​​заряжено положительно. Электроны заряжены отрицательно, и этот противоположный заряд связывает их с ядром. Если количество протонов и электронов равно, как это обычно и бывает, то атом в целом электрически нейтрален. Если у атома больше электронов, чем протонов, то он имеет общий отрицательный заряд и называется отрицательным ионом (или анионом). И наоборот, если у него больше протонов, чем электронов, он имеет положительный заряд и называется положительным ионом (или катионом).

Электроны атома притягиваются к протонам в атомном ядре электромагнитной силой . Протоны и нейтроны в ядре притягиваются друг к другу ядерной силой . Эта сила обычно сильнее электромагнитной силы, которая отталкивает положительно заряженные протоны друг от друга. При определенных обстоятельствах отталкивающая электромагнитная сила становится сильнее ядерной силы. В этом случае ядро ​​расщепляется и оставляет после себя различные элементы . Это форма ядерного распада .

Атомы могут присоединяться к одному или нескольким другим атомам посредством химических связей , образуя химические соединения, такие как молекулы или кристаллы . Способность атомов присоединяться и отсоединяться друг от друга отвечает за большинство физических изменений, наблюдаемых в природе. Химия — это наука, которая изучает эти изменения.

История атомной теории

В философии

Основная идея о том, что материя состоит из крошечных неделимых частиц, является старой идеей, которая появилась во многих древних культурах. Слово атом происходит от древнегреческого слова atomos , ^[a], что означает «неразрезаемый». Но эта древняя идея была основана на философских рассуждениях, а не на научных рассуждениях. Современная атомная теория не основана на этих старых концепциях. ^{[1] [2]} В начале 19 века ученый Джон Дальтон нашел доказательства того, что материя действительно состоит из дискретных единиц, и поэтому применил слово атом к этим единицам. ^[3]

Закон кратных отношений Дальтона

Различные атомы и молекулы из «Новой системы химической философии» (Джон Дальтон, 1808).

В начале 1800-х годов Джон Дальтон собрал экспериментальные данные, собранные им и другими учеными, и открыл закономерность, которая сейчас известна как « закон кратных пропорций ». Он заметил, что в любой группе химических соединений, которые все содержат два определенных химических элемента, количество элемента A на меру элемента B будет отличаться в этих соединениях на соотношение малых целых чисел. Эта закономерность предполагала, что каждый элемент объединяется с другими элементами в кратных основной единице веса, причем каждый элемент имеет единицу уникального веса. Дальтон решил назвать эти единицы «атомами». ^[4]

Например, существует два типа оксида олова : один представляет собой серый порошок, который состоит из 88,1% олова и 11,9% кислорода, а другой представляет собой белый порошок, который состоит из 78,7% олова и 21,3% кислорода. Корректируя эти цифры, в сером порошке содержится около 13,5 г кислорода на каждые 100 г олова, а в белом порошке содержится около 27 г кислорода на каждые 100 г олова. 13,5 и 27 образуют соотношение 1:2. Дальтон пришел к выводу, что в сером оксиде содержится один атом кислорода на каждый атом олова, а в белом оксиде содержится два атома кислорода на каждый атом олова ( SnO и SnO ₂ ). ^{[5] [6]}

Дальтон также проанализировал оксиды железа . Существует один тип оксида железа, который представляет собой черный порошок, который состоит из 78,1% железа и 21,9% кислорода; и есть другой оксид железа, который представляет собой красный порошок, который состоит из 70,4% железа и 29,6% кислорода. Корректируя эти цифры, в черном порошке содержится около 28 г кислорода на каждые 100 г железа, а в красном порошке содержится около 42 г кислорода на каждые 100 г железа. 28 и 42 образуют соотношение 2:3. Дальтон пришел к выводу, что в этих оксидах на каждые два атома железа приходится два или три атома кислорода соответственно ( Fe ₂ O ₂ и Fe ₂ O ₃ ). ^{[b] [7] [8]}

В качестве последнего примера: закись азота состоит на 63,3% из азота и на 36,7% из кислорода, оксид азота состоит на 44,05% из азота и на 55,95% из кислорода, а диоксид азота состоит на 29,5% из азота и на 70,5% из кислорода. Корректируя эти цифры, получаем, что в закиси азота на каждые 140 г азота приходится 80 г кислорода, в оксиде азота на каждые 140 г азота приходится около 160 г кислорода, а в диоксиде азота на каждые 140 г азота приходится 320 г кислорода. 80, 160 и 320 образуют соотношение 1:2:4. Соответствующие формулы для этих оксидов — N ₂ O , NO и NO 2 . ^{[9] [10]}

Открытие электрона

В 1897 году Дж. Дж. Томсон открыл, что катодные лучи не являются формой света, а состоят из отрицательно заряженных частиц, поскольку они могут отклоняться электрическими и магнитными полями. ^[11] Он измерил, что эти частицы по крайней мере в тысячу раз легче водорода (самого легкого атома). ^[12] Он назвал эти новые частицы корпускулами , но позже они были переименованы в электроны, поскольку это частицы, которые переносят электричество. ^[13] Томсон также показал, что электроны идентичны частицам, испускаемым фотоэлектрическими и радиоактивными материалами. ^[14] Томсон объяснил, что электрический ток - это передача электронов от одного атома к другому, и когда тока нет, электроны внедряются в атомы. Это, в свою очередь, означает, что атомы не являются неделимыми, как думали ученые. Атом состоит из электронов, отрицательный заряд которых уравновешивается некоторым источником положительного заряда, создавая электрически нейтральный атом. Ионы, объяснил Томсон, должны быть атомами, которые имеют избыток или недостаток электронов. ^[15]

Открытие ядра

Эксперименты по рассеянию Резерфорда : Слева
: Все альфа-частицы должны были пройти атом с незначительным отклонением.
Справа: Небольшая часть частиц была сильно отклонена концентрированным зарядом ядра.

Электроны в атоме логически должны были быть уравновешены соразмерным количеством положительного заряда, но Томсон понятия не имел, откуда взялся этот положительный заряд, поэтому он предположил, что этот положительный заряд был повсюду в атоме, поскольку атом имел форму сферы. Исходя из этого, он предположил, что баланс электростатических сил распределит электроны по всей сфере более или менее равномерно. ^[16] Модель Томсона широко известна как модель сливового пудинга , хотя ни Томсон, ни его коллеги не использовали эту аналогию. ^[17] Модель Томсона была неполной, она не могла предсказать никаких других свойств элементов, таких как спектры испускания и валентности . Она вскоре устарела с открытием атомного ядра .

Между 1908 и 1913 годами Эрнест Резерфорд и его коллеги Ганс Гейгер и Эрнест Марсден провели ряд экспериментов, в которых они бомбардировали тонкие металлические фольги пучком альфа-частиц . Они сделали это, чтобы измерить картины рассеяния альфа-частиц. Они заметили небольшое количество альфа-частиц, отклоняющихся на углы больше 90°. Это не должно было быть возможным согласно модели атома Томсона, чьи заряды были слишком рассеяны, чтобы производить достаточно сильное электрическое поле. Все отклонения должны были быть пренебрежимо малыми. Резерфорд предположил, что положительный заряд атома вместе с большей частью массы атома сосредоточены в крошечном ядре в центре атома. Только такая интенсивная концентрация положительного заряда, закрепленная его большой массой и отделенная от отрицательного заряда, могла создать электрическое поле, которое могло бы так сильно отклонять альфа-частицы. ^[18]

модель Бора

Модель атома Бора, в которой электрон совершает мгновенные «квантовые скачки» с одной орбиты на другую с приобретением или потерей энергии. Эта модель электронов на орбитах устарела.

Проблема классической механики заключается в том, что ускоряющаяся заряженная частица испускает электромагнитное излучение, в результате чего частица теряет кинетическую энергию. Круговое движение считается ускорением, что означает, что электрон, вращающийся вокруг центрального заряда, должен по спирали падать в ядро, теряя скорость. В 1913 году физик Нильс Бор предложил новую модель, в которой предполагалось, что электроны атома вращаются вокруг ядра, но могут делать это только по конечному набору орбит и могут перескакивать между этими орбитами только в дискретных изменениях энергии, соответствующих поглощению или излучению фотона. ^[19] Это квантование использовалось для объяснения того, почему орбиты электронов стабильны и почему элементы поглощают и испускают электромагнитное излучение в дискретных спектрах. ^[20] Модель Бора могла предсказать только спектры излучения водорода, но не атомов с более чем одним электроном.

Открытие протонов и нейтронов

Еще в 1815 году Уильям Праут заметил, что атомные веса многих элементов были кратны атомному весу водорода, что на самом деле верно для всех них, если принять во внимание изотопы . В 1898 году Дж. Дж. Томсон обнаружил, что положительный заряд иона водорода равен отрицательному заряду электрона, и это были самые маленькие известные заряженные частицы. ^[21] Позже Томсон обнаружил, что положительный заряд в атоме является положительным кратным отрицательного заряда электрона. ^[22] В 1913 году Генри Мозли обнаружил, что частоты рентгеновского излучения возбужденного атома являются математической функцией его атомного номера и заряда ядра водорода. В 1917 году Резерфорд бомбардировал азот альфа-частицами и обнаружил ионы водорода , испускаемые газом, и пришел к выводу, что они были созданы альфа-частицами, ударяющими и расщепляющими атомы азота. ^[23]

Эти наблюдения привели Резерфорда к выводу, что ядро ​​водорода является особой частицей с положительным зарядом, равным отрицательному заряду электрона. ^[24] Он назвал эту частицу « протоном » в 1920 году. ^[25] Атомный номер элемента , который определялся как положение элемента в периодической таблице , также является числом протонов в его ядре. Атомный вес каждого элемента больше, чем его число протонов, поэтому Резерфорд выдвинул гипотезу, что избыточный вес переносится неизвестными частицами без электрического заряда и с массой, равной массе протона.

В 1928 году Уолтер Боте заметил, что бериллий испускает высокопроникающее, электрически нейтральное излучение при бомбардировке альфа-частицами. Позже было обнаружено, что это излучение может выбивать атомы водорода из парафинового воска . Первоначально считалось, что это было высокоэнергетическое гамма-излучение , поскольку гамма-излучение оказывало аналогичное воздействие на электроны в металлах, но Джеймс Чедвик обнаружил, что эффект ионизации был слишком сильным, чтобы быть следствием электромагнитного излучения, при условии сохранения энергии и импульса во взаимодействии. В 1932 году Чедвик подверг различные элементы, такие как водород и азот, воздействию таинственного «бериллиевого излучения», и, измеряя энергии отскакивающих заряженных частиц, он пришел к выводу, что излучение на самом деле состояло из электрически нейтральных частиц, которые не могли быть безмассовыми, как гамма-лучи, но вместо этого должны были иметь массу, близкую к массе протона. Теперь Чедвик утверждал, что эти частицы были нейтронами Резерфорда. ^[26]

Текущая модель консенсуса

Современная модель атомных орбиталей рисует зоны, в которых электрон с наибольшей вероятностью может находиться в любой момент времени.

В 1925 году Вернер Гейзенберг опубликовал первую последовательную математическую формулировку квантовой механики ( матричная механика ). ^[27] Годом ранее Луи де Бройль предположил, что все частицы ведут себя как волны в некоторой степени, ^[28] и в 1926 году Эрвин Шредингер использовал эту идею для разработки уравнения Шредингера , которое описывает электроны как трехмерные волновые формы, а не как точки в пространстве. ^[29] Следствием использования волновых форм для описания частиц является то, что математически невозможно получить точные значения как для положения , так и для импульса частицы в заданный момент времени. Это стало известно как принцип неопределенности , сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1927 году. ^[27] В этой концепции для заданной точности измерения положения можно получить только диапазон вероятных значений для импульса, и наоборот. ^[30] Таким образом, планетарная модель атома была отвергнута в пользу модели, описывающей атомные орбитальные зоны вокруг ядра, где данный электрон с наибольшей вероятностью может находиться. ^{[31] [32]} Эта модель смогла объяснить наблюдения за поведением атомов, которые не могли объяснить предыдущие модели, такие как определенные структурные и спектральные закономерности атомов, более крупных, чем водород.

Структура

Субатомные частицы

Хотя слово атом изначально обозначало частицу, которую нельзя разрезать на более мелкие частицы, в современном научном использовании атом состоит из различных субатомных частиц . Составными частицами атома являются электрон , протон и нейтрон .

Электрон является наименее массивной из этих частиц на четыре порядка по массе.9,11 × 10 ⁻³¹  кг , с отрицательным электрическим зарядом и размером, который слишком мал для измерения с помощью имеющихся методов. ^[33] Это была самая легкая частица с положительной измеренной массой покоя, до открытия массы нейтрино . В обычных условиях электроны связаны с положительно заряженным ядром притяжением, создаваемым противоположными электрическими зарядами. Если атом имеет больше или меньше электронов, чем его атомный номер, то он становится соответственно отрицательно или положительно заряженным как целое; заряженный атом называется ионом . Электроны были известны с конца 19 века, в основном благодаря Дж. Дж. Томсону ; подробности см. в истории субатомной физики .

Протоны имеют положительный заряд и массу1,6726 × 10 ⁻²⁷  кг . Число протонов в атоме называется его атомным числом . Эрнест Резерфорд (1919) заметил, что азот при бомбардировке альфа-частицами выбрасывает то, что, по-видимому, является ядрами водорода. К 1920 году он признал, что ядро ​​водорода является отдельной частицей в атоме, и назвал его протоном .

Нейтроны не имеют электрического заряда и имеют массу1,6749 × 10 ⁻²⁷  кг . ^{[34] [35]} Нейтроны являются самыми тяжелыми из трех составляющих частиц, но их масса может быть уменьшена за счет ядерной энергии связи . Нейтроны и протоны (совместно известные как нуклоны ) имеют сопоставимые размеры — порядка2,5 × 10−15  м — хотя «поверхность» этих частиц не имеет четких границ. ^{[36] Нейтрон} был открыт в 1932 году английским физиком Джеймсом Чедвиком .

В Стандартной модели физики электроны являются действительно элементарными частицами без внутренней структуры, тогда как протоны и нейтроны являются составными частицами, состоящими из элементарных частиц, называемых кварками . В атомах есть два типа кварков, каждый из которых имеет дробный электрический заряд. Протоны состоят из двух верхних кварков (каждый с зарядом + ⁠2/3⁠ ) ​​и один нижний кварк (с зарядом − ⁠1/3⁠ ). Нейтроны состоят из одного верхнего кварка и двух нижних кварков. Это различие объясняет разницу в массе и заряде между двумя частицами. ^{[37] [38]}

Кварки удерживаются вместе сильным взаимодействием (или сильной силой), которое передается глюонами . Протоны и нейтроны, в свою очередь, удерживаются друг с другом в ядре ядерной силой , которая является остатком сильной силы, имеющей несколько иные свойства диапазона (см. статью о ядерной силе для получения дополнительной информации). Глюон является членом семейства калибровочных бозонов , которые являются элементарными частицами, которые являются посредниками физических сил. ^{[37] [38]}

Ядро

Энергия связи , необходимая для того, чтобы нуклон покинул ядро, для различных изотопов

Все связанные протоны и нейтроны в атоме составляют крошечное атомное ядро ​​и вместе называются нуклонами . Радиус ядра приблизительно равен фемтометрам , где — общее число нуклонов. ^[39] Это намного меньше радиуса атома, который составляет порядка 10 ⁵  фм. Нуклоны связаны друг с другом короткодействующим притягивающим потенциалом, называемым остаточной сильной силой . На расстояниях менее 2,5 фм эта сила намного мощнее электростатической силы , которая заставляет положительно заряженные протоны отталкиваться друг от друга. ^[40] ${\displaystyle 1.07{\sqrt[{3}]{A}}}$  ${\displaystyle A}$

Атомы одного и того же элемента имеют одинаковое число протонов, называемое атомным номером . В пределах одного элемента число нейтронов может варьироваться, определяя изотоп этого элемента. Общее число протонов и нейтронов определяет нуклид . Число нейтронов относительно протонов определяет стабильность ядра, при этом некоторые изотопы подвергаются радиоактивному распаду . ^[41]

Протон, электрон и нейтрон классифицируются как фермионы . Фермионы подчиняются принципу исключения Паули , который запрещает идентичным фермионам, таким как несколько протонов, занимать одно и то же квантовое состояние в одно и то же время. Таким образом, каждый протон в ядре должен занимать квантовое состояние, отличное от всех других протонов, и то же самое относится ко всем нейтронам ядра и всем электронам электронного облака. ^[42]

Ядро, имеющее разное число протонов и нейтронов, может потенциально перейти в состояние с более низкой энергией посредством радиоактивного распада, который приводит к более близкому соответствию числа протонов и нейтронов. В результате атомы с совпадающим числом протонов и нейтронов более устойчивы к распаду, но с увеличением атомного числа взаимное отталкивание протонов требует все большей доли нейтронов для поддержания стабильности ядра. ^[42]

Иллюстрация процесса ядерного синтеза, в результате которого из двух протонов образуется ядро ​​дейтерия, состоящее из протона и нейтрона. Позитрон (e ⁺ ) — электрон антивещества — испускается вместе с электронным нейтрино .

Число протонов и нейтронов в атомном ядре может быть изменено, хотя это может потребовать очень высоких энергий из-за сильного взаимодействия. Ядерный синтез происходит, когда несколько атомных частиц объединяются, чтобы сформировать более тяжелое ядро, например, посредством энергетического столкновения двух ядер. Например, в ядре Солнца протонам требуется энергия от 3 до 10 кэВ, чтобы преодолеть их взаимное отталкивание — кулоновский барьер — и слиться в одно ядро. ^[43] Ядерное деление — это противоположный процесс, заставляющий ядро ​​разделяться на два меньших ядра — обычно посредством радиоактивного распада. Ядро также может быть изменено посредством бомбардировки субатомными частицами высокой энергии или фотонами. Если это изменяет число протонов в ядре, атом превращается в другой химический элемент. ^{[44] [45]}

Если масса ядра после реакции синтеза меньше суммы масс отдельных частиц, то разница между этими двумя значениями может быть испущена как тип полезной энергии (такой как гамма-луч или кинетическая энергия бета -частицы ), как описано в формуле эквивалентности массы и энергии Альберта Эйнштейна , e =mc2 ^, где m — потеря массы, а c — скорость света . Этот дефицит является частью энергии связи нового ядра, и именно невосстановимая потеря энергии заставляет слитые частицы оставаться вместе в состоянии, требующем этой энергии для разделения. ^[46]

Слияние двух ядер, создающее более крупные ядра с меньшими атомными числами, чем у железа и никеля — общее число нуклонов около 60 — обычно является экзотермическим процессом , который высвобождает больше энергии, чем требуется для их соединения. ^[47] Именно этот процесс высвобождения энергии делает ядерный синтез в звездах самоподдерживающейся реакцией. Для более тяжелых ядер энергия связи на нуклон начинает уменьшаться. Это означает, что процесс слияния, производящий ядро ​​с атомным числом выше примерно 26 и массовым числом выше примерно 60, является эндотермическим процессом . Таким образом, более массивные ядра не могут подвергнуться реакции слияния с выделением энергии, которая может поддерживать гидростатическое равновесие звезды. ^[42]

Электронное облако

Потенциальная яма, показывающая, согласно классической механике , минимальную энергию V ( x ), необходимую для достижения каждого положения x . Классически частица с энергией E ограничена диапазоном положений между x ₁ и x ₂ .

Электроны в атоме притягиваются к протонам в ядре электромагнитной силой . Эта сила связывает электроны внутри электростатической потенциальной ямы, окружающей меньшее ядро, что означает, что для того, чтобы электрон вырвался, необходим внешний источник энергии. Чем ближе электрон к ядру, тем больше сила притяжения. Следовательно, электронам, связанным вблизи центра потенциальной ямы, требуется больше энергии для вылета, чем тем, которые находятся на большем расстоянии.

Электроны, как и другие частицы, обладают свойствами как частицы, так и волны . Электронное облако — это область внутри потенциальной ямы, где каждый электрон образует тип трехмерной стоячей волны — волновой формы, которая не движется относительно ядра. Это поведение определяется атомной орбиталью , математической функцией, которая характеризует вероятность того, что электрон окажется в определенном месте при измерении его положения. ^[48] Вокруг ядра существует только дискретный (или квантованный) набор этих орбиталей, поскольку другие возможные волновые паттерны быстро распадаются на более стабильную форму. ^[49] Орбитали могут иметь одну или несколько кольцевых или узловых структур и отличаться друг от друга по размеру, форме и ориентации. ^[50]

3D-изображения некоторых водородоподобных атомных орбиталей, показывающие плотность вероятности и фазу ( g -орбитали и выше не показаны)

Каждая атомная орбиталь соответствует определенному энергетическому уровню электрона. Электрон может изменить свое состояние на более высокий энергетический уровень, поглощая фотон с достаточной энергией, чтобы перейти в новое квантовое состояние. Аналогично, посредством спонтанного излучения , электрон в более высоком энергетическом состоянии может опуститься в более низкое энергетическое состояние, излучая избыточную энергию в виде фотона. Эти характерные значения энергии, определяемые разницей в энергиях квантовых состояний, отвечают за атомные спектральные линии . ^[49]

Количество энергии, необходимое для удаления или добавления электрона — энергия связи электрона — намного меньше энергии связи нуклонов . Например, требуется всего 13,6 эВ, чтобы оторвать электрон в основном состоянии от атома водорода ^[51] , по сравнению с 2,23  миллионами эВ для расщепления ядра дейтерия ^[52] . Атомы электрически нейтральны, если у них равное количество протонов и электронов. Атомы, которые имеют либо дефицит, либо избыток электронов, называются ионами . Электроны, которые находятся дальше всего от ядра, могут быть переданы другим близлежащим атомам или разделены между атомами. Благодаря этому механизму атомы способны связываться в молекулы и другие типы химических соединений, такие как ионные и ковалентные сетчатые кристаллы ^[53] .

Характеристики

Ядерные свойства

По определению, любые два атома с одинаковым числом протонов в их ядрах принадлежат к одному и тому же химическому элементу . Атомы с равным числом протонов, но разным числом нейтронов являются различными изотопами одного и того же элемента. Например, все атомы водорода допускают ровно один протон, но существуют изотопы без нейтронов ( водород-1 , безусловно, самая распространенная форма, ^[54] также называемая протием), с одним нейтроном ( дейтерий ), двумя нейтронами ( тритий ) и более чем двумя нейтронами . Известные элементы образуют набор атомных номеров, от однопротонного элемента водорода до 118-протонного элемента оганесона . ^[55] Все известные изотопы элементов с атомными номерами больше 82 являются радиоактивными, хотя радиоактивность элемента 83 ( висмута ) настолько мала, что ею практически можно пренебречь. ^{[56] [57]}

Около 339 нуклидов встречаются в природе на Земле , ^[58] из которых 251 (около 74%) не распались, и их называют « стабильными изотопами ». Только 90 нуклидов являются стабильными теоретически , в то время как еще 161 (что в сумме составляет 251) не распались, хотя теоретически это энергетически возможно. Они также формально классифицируются как «стабильные». Еще 35 радиоактивных нуклидов имеют период полураспада более 100 миллионов лет и достаточно долгоживущие, чтобы присутствовать с момента рождения Солнечной системы . Этот набор из 286 нуклидов известен как первичные нуклиды . Наконец, известно, что еще 53 короткоживущих нуклида встречаются в природе как дочерние продукты распада первичных нуклидов (например, радий из урана ) или как продукты естественных энергетических процессов на Земле, таких как бомбардировка космическими лучами (например, углерод-14). ^{[59] [примечание 1]}

Для 80 химических элементов существует по крайней мере один стабильный изотоп . Как правило, для каждого из этих элементов существует лишь несколько стабильных изотопов, в среднем 3,1 стабильных изотопа на элемент. Двадцать шесть « моноизотопных элементов » имеют только один стабильный изотоп, в то время как наибольшее количество стабильных изотопов, наблюдаемых для любого элемента, составляет десять, для элемента олова . Элементы 43 , 61 и все элементы с номером 83 или выше не имеют стабильных изотопов. ^{[60] : 1–12}

Стабильность изотопов зависит от соотношения протонов и нейтронов, а также от наличия определенных «магических чисел» нейтронов или протонов, которые представляют собой закрытые и заполненные квантовые оболочки. Эти квантовые оболочки соответствуют набору энергетических уровней в оболочечной модели ядра; заполненные оболочки, такие как заполненная оболочка из 50 протонов для олова, придают нуклиду необычную стабильность. Из 251 известного стабильного нуклида только четыре имеют как нечетное число протонов , так и нечетное число нейтронов: водород-2 ( дейтерий ), литий-6 , бор-10 и азот-14 . ( Тантал-180m является нечетно-нечетным и наблюдаемо стабильным, но, как предсказывают, распадается с очень длительным периодом полураспада.) Кроме того, только четыре естественных радиоактивных нечетно-нечетных нуклида имеют период полураспада более миллиарда лет: калий-40 , ванадий-50 , лантан-138 и лютеций-176 . Большинство нечетно-нечетных ядер крайне нестабильны по отношению к бета-распаду , поскольку продукты распада являются четно-четными и, следовательно, более прочно связаны из-за эффектов ядерного спаривания . ^[61]

Масса

Большая часть массы атома приходится на протоны и нейтроны, из которых он состоит. Общее число этих частиц (называемых «нуклонами») в данном атоме называется массовым числом . Это положительное целое число и безразмерность (вместо того, чтобы иметь размерность массы), поскольку оно выражает количество. Примером использования массового числа является «углерод-12», который имеет 12 нуклонов (шесть протонов и шесть нейтронов).

Фактическая масса атома в состоянии покоя часто выражается в дальтонах (Да), также называемых единой атомной единицей массы (е.м.). Эта единица определяется как двенадцатая часть массы свободного нейтрального атома углерода-12 , что приблизительно равно1,66 × 10 ⁻²⁷  кг . ^[62] Водород-1 (самый легкий изотоп водорода, который также является нуклидом с наименьшей массой) имеет атомный вес 1,007825 Да. ^[63] Значение этого числа называется атомной массой . Данный атом имеет атомную массу, приблизительно равную (в пределах 1%) его массовому числу, умноженному на атомную единицу массы (например, масса азота-14 составляет примерно 14 Да), но это число не будет точно целым числом, за исключением (по определению) случая углерода-12. ^[64] Самый тяжелый стабильный атом - свинец-208, ^[56] с массой207,976 6521  Да . ^[65]

Поскольку даже самые массивные атомы слишком легки, чтобы работать с ними напрямую, химики используют вместо этого единицу моль . Один моль атомов любого элемента всегда имеет одинаковое число атомов (около6,022 × 10 ²³ ). Это число было выбрано таким образом, что если элемент имеет атомную массу 1 а.е.м., моль атомов этого элемента имеет массу, близкую к одному грамму. Из-за определения единой атомной единицы массы , каждый атом углерода-12 имеет атомную массу ровно 12 Да, и поэтому моль атомов углерода-12 весит ровно 0,012 кг. ^[62]

Форма и размер

Атомы не имеют четко определенной внешней границы, поэтому их размеры обычно описываются в терминах атомного радиуса . Это мера расстояния, на которое электронное облако простирается от ядра. ^[66] Это предполагает, что атом имеет сферическую форму, которая соблюдается только для атомов в вакууме или свободном пространстве. Атомные радиусы могут быть получены из расстояний между двумя ядрами, когда два атома соединены химической связью . Радиус меняется в зависимости от местоположения атома на атомной диаграмме, типа химической связи, количества соседних атомов ( координационного числа ) и квантово-механического свойства, известного как спин . ^[67] В периодической таблице элементов размер атома имеет тенденцию увеличиваться при перемещении вниз по столбцам, но уменьшаться при перемещении по строкам (слева направо). ^[68] Следовательно, самым маленьким атомом является гелий с радиусом 32  пм , в то время как одним из самых больших является цезий с радиусом 225 пм. ^[69]

Под воздействием внешних сил, таких как электрические поля , форма атома может отклоняться от сферической симметрии . Деформация зависит от величины поля и типа орбитали электронов внешней оболочки, как показывают групповые теоретические соображения. Асферические отклонения могут быть вызваны, например, в кристаллах , где большие кристаллоэлектрические поля могут возникать в узлах решетки с низкой симметрией . ^{[70] [71]} Было показано, что значительные эллипсоидальные деформации происходят для ионов серы ^[72] и ионов халькогена ^[73] в соединениях типа пирита .

Размеры атомов в тысячи раз меньше длины волны света (400–700  нм ), поэтому их нельзя увидеть с помощью оптического микроскопа , хотя отдельные атомы можно наблюдать с помощью сканирующего туннельного микроскопа . Чтобы наглядно представить себе мельчайшие размеры атома, предположим, что типичный человеческий волос имеет ширину около 1 миллиона атомов углерода. ^[74] Одна капля воды содержит около 2  секстиллионов (2 × 10 ²¹ ) атомов кислорода и в два раза больше атомов водорода. ^[75] Алмаз весом в один карат с массой2 × 10 ⁻⁴  кг содержит около 10 секстиллионов (10 ²² ) атомов углерода . ^{[примечание 2]} Если бы яблоко было увеличено до размеров Земли, то атомы в яблоке были бы примерно такого же размера, как и исходное яблоко. ^[76]

Радиоактивный распад

На этой диаграмме показан период полураспада (T _{1 ⁄ 2} ) различных изотопов с Z протонами и N нейтронами.

Каждый элемент имеет один или несколько изотопов, которые имеют нестабильные ядра, подверженные радиоактивному распаду, заставляя ядро ​​испускать частицы или электромагнитное излучение. Радиоактивность может возникнуть, когда радиус ядра велик по сравнению с радиусом сильного взаимодействия, которое действует только на расстояниях порядка 1 фм. ^[77]

Наиболее распространенными формами радиоактивного распада являются: ^{[78] [79]}

• Альфа-распад : этот процесс происходит, когда ядро ​​испускает альфа-частицу, которая представляет собой ядро ​​гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Результатом испускания является новый элемент с более низким атомным номером .
• Бета-распад (и электронный захват ): эти процессы регулируются слабым взаимодействием и являются результатом превращения нейтрона в протон или протона в нейтрон. Переход нейтрона в протон сопровождается испусканием электрона и антинейтрино , в то время как переход протона в нейтрон (за исключением электронного захвата) вызывает испускание позитрона и нейтрино . Испускание электронов или позитронов называется бета-частицами. Бета-распад либо увеличивает, либо уменьшает атомный номер ядра на единицу. Электронный захват встречается чаще, чем испускание позитронов, поскольку требует меньше энергии. При этом типе распада электрон поглощается ядром, а не позитрон испускается ядром. В этом процессе все еще испускается нейтрино, а протон превращается в нейтрон.
• Гамма-распад : этот процесс происходит из-за изменения энергетического уровня ядра на более низкое состояние, что приводит к испусканию электромагнитного излучения. Возбужденное состояние ядра, которое приводит к испусканию гамма-частицы, обычно происходит после испускания альфа- или бета-частицы. Таким образом, гамма-распад обычно следует за альфа- или бета-распадом.

Другие более редкие типы радиоактивного распада включают выброс нейтронов или протонов или кластеров нуклонов из ядра, или более одной бета-частицы . Аналогом гамма-излучения, который позволяет возбужденным ядрам терять энергию другим способом, является внутренняя конверсия — процесс, который производит высокоскоростные электроны, которые не являются бета-лучами, за которыми следует производство высокоэнергетических фотонов, которые не являются гамма-лучами. Несколько крупных ядер взрываются на два или более заряженных фрагмента различной массы плюс несколько нейтронов в распаде, называемом спонтанным ядерным делением .

Каждый радиоактивный изотоп имеет характерный период распада — период полураспада — который определяется количеством времени, необходимым для распада половины образца. Это экспоненциальный процесс распада , который неуклонно уменьшает долю оставшегося изотопа на 50% за каждый период полураспада. Следовательно, после того, как пройдут два периода полураспада, остается только 25% изотопа и т. д. ^[77]

Магнитный момент

Элементарные частицы обладают внутренним квантово-механическим свойством, известным как спин . Это аналогично моменту импульса объекта, который вращается вокруг своего центра масс , хотя, строго говоря, эти частицы считаются точечными и не могут быть названы вращающимися. Спин измеряется в единицах приведенной постоянной Планка (ħ), причем электроны, протоны и нейтроны все имеют спин 1 ⁄ 2  ħ, или «спин- 1 ⁄ 2 ». В атоме электроны, движущиеся вокруг ядра, обладают орбитальным моментом импульса в дополнение к своему спину, в то время как само ядро ​​обладает моментом импульса из-за своего ядерного спина. ^[80]

Магнитное поле, создаваемое атомом — его магнитный момент — определяется этими различными формами углового момента, так же как вращающийся заряженный объект классически создает магнитное поле, но наиболее доминирующий вклад исходит от электронного спина. Из-за природы электронов, подчиняющихся принципу исключения Паули , в котором никакие два электрона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии , связанные электроны объединяются в пары друг с другом, причем один член каждой пары находится в состоянии со спином вверх, а другой — в противоположном состоянии со спином вниз. Таким образом, эти спины компенсируют друг друга, уменьшая общий магнитный дипольный момент до нуля в некоторых атомах с четным числом электронов. ^[81]

В ферромагнитных элементах, таких как железо, кобальт и никель, нечетное число электронов приводит к неспаренному электрону и общему чистому магнитному моменту. Орбитали соседних атомов перекрываются, и достигается более низкое энергетическое состояние, когда спины неспаренных электронов выстраиваются друг с другом, спонтанный процесс, известный как обменное взаимодействие . Когда магнитные моменты ферромагнитных атомов выстраиваются в линию, материал может создавать измеримое макроскопическое поле. Парамагнитные материалы имеют атомы с магнитными моментами, которые выстраиваются в случайных направлениях, когда магнитное поле отсутствует, но магнитные моменты отдельных атомов выстраиваются в линию в присутствии поля. ^{[81] [82]}

Ядро атома не будет иметь спина, если у него четное число нейтронов и протонов, но для других случаев нечетного числа ядро ​​может иметь спин. Обычно ядра со спином выстраиваются в случайных направлениях из-за теплового равновесия , но для некоторых элементов (таких как ксенон-129 ) можно поляризовать значительную часть ядерных спиновых состояний так, чтобы они выстраивались в одном направлении — состояние, называемое гиперполяризацией . Это имеет важные приложения в магнитно-резонансной томографии . ^{[83] [84]}

Уровни энергии

Эти уровни энергии электронов (не в масштабе) достаточны для основных состояний атомов до кадмия (5s ² 4d ¹⁰ ) включительно. Не забывайте, что даже вершина диаграммы находится ниже несвязанного состояния электрона.

Потенциальная энергия электрона в атоме отрицательна относительно , ​​когда расстояние от ядра стремится к бесконечности ; ее зависимость от положения электрона достигает минимума внутри ядра, примерно обратно пропорционально расстоянию. В квантово-механической модели связанный электрон может занимать только набор состояний, центрированных на ядре, и каждое состояние соответствует определенному уровню энергии ; см. независимое от времени уравнение Шредингера для теоретического объяснения. Уровень энергии можно измерить количеством энергии, необходимой для отсоединения электрона от атома, и обычно указывается в единицах электронвольт (эВ). Самое низкое энергетическое состояние связанного электрона называется основным состоянием, т. е. стационарным состоянием , в то время как переход электрона на более высокий уровень приводит к возбужденному состоянию. ^[85] Энергия электрона увеличивается вместе с n , поскольку (среднее) расстояние до ядра увеличивается. Зависимость энергии от ℓ вызвана не электростатическим потенциалом ядра, а взаимодействием между электронами.

Для перехода электрона между двумя различными состояниями , например, из основного состояния в первое возбужденное состояние , он должен поглотить или испустить фотон с энергией, соответствующей разнице потенциальной энергии этих уровней, согласно модели Нильса Бора , что можно точно рассчитать с помощью уравнения Шредингера . Электроны перескакивают между орбиталями подобно частицам. Например, если один фотон ударяет по электронам, только один электрон меняет состояние в ответ на фотон; см. Свойства электрона .

Энергия испускаемого фотона пропорциональна его частоте , поэтому эти конкретные уровни энергии проявляются как отдельные полосы в электромагнитном спектре . ^[86] Каждый элемент имеет характерный спектр, который может зависеть от заряда ядра, подоболочек, заполненных электронами, электромагнитных взаимодействий между электронами и других факторов. ^[87]

Пример линий поглощения в спектре

Когда непрерывный спектр энергии проходит через газ или плазму, некоторые из фотонов поглощаются атомами, заставляя электроны менять свой энергетический уровень. Те возбужденные электроны, которые остаются связанными со своим атомом, спонтанно испускают эту энергию в виде фотона, перемещаясь в случайном направлении, и таким образом возвращаются на более низкие энергетические уровни. Таким образом, атомы ведут себя как фильтр, который образует ряд темных полос поглощения в выходной энергии. (Наблюдатель, рассматривающий атомы с точки зрения, которая не включает непрерывный спектр на заднем плане, вместо этого видит ряд линий излучения от фотонов, испускаемых атомами.) Спектроскопические измерения силы и ширины атомных спектральных линий позволяют определить состав и физические свойства вещества. ^[88]

Тщательное изучение спектральных линий показывает, что некоторые демонстрируют тонкое структурное расщепление. Это происходит из-за спин-орбитальной связи , которая является взаимодействием между спином и движением самого внешнего электрона. ^[89] Когда атом находится во внешнем магнитном поле, спектральные линии расщепляются на три или более компонентов; явление, называемое эффектом Зеемана . Это вызвано взаимодействием магнитного поля с магнитным моментом атома и его электронов. Некоторые атомы могут иметь несколько электронных конфигураций с одинаковым уровнем энергии, которые, таким образом, появляются как одна спектральная линия. Взаимодействие магнитного поля с атомом сдвигает эти электронные конфигурации на несколько разных энергетических уровней, что приводит к появлению нескольких спектральных линий. ^[90] Наличие внешнего электрического поля может вызвать сопоставимое расщепление и смещение спектральных линий путем изменения уровней энергии электронов, явление, называемое эффектом Штарка . ^[91]

Если связанный электрон находится в возбужденном состоянии, взаимодействующий фотон с соответствующей энергией может вызвать вынужденное излучение фотона с соответствующим уровнем энергии. Чтобы это произошло, электрон должен перейти в более низкое энергетическое состояние, которое имеет разницу энергий, соответствующую энергии взаимодействующего фотона. Затем испущенный фотон и взаимодействующий фотон движутся параллельно и с соответствующими фазами. То есть волновые паттерны двух фотонов синхронизированы. Это физическое свойство используется для создания лазеров , которые могут излучать когерентный луч световой энергии в узкой полосе частот. ^[92]

Валентность и связующее поведение

Валентность — это объединяющая способность элемента. Она определяется числом связей, которые он может образовать с другими атомами или группами. ^[93] Самая внешняя электронная оболочка атома в его необъединенном состоянии известна как валентная оболочка , а электроны в этой оболочке называются валентными электронами . Число валентных электронов определяет поведение связи с другими атомами. Атомы имеют тенденцию химически реагировать друг с другом таким образом, что заполняет (или опустошает) их внешние валентные оболочки. ^[94] Например, передача одного электрона между атомами является полезным приближением для связей, которые образуются между атомами с одним электроном больше, чем заполненная оболочка, и другими, которым на один электрон меньше полной оболочки, как это происходит в соединении хлорида натрия и других химических ионных солях. Многие элементы демонстрируют множественную валентность или тенденцию делиться различным количеством электронов в разных соединениях. Таким образом, химическая связь между этими элементами принимает множество форм обмена электронами, которые являются чем-то большим, чем простые переносы электронов. Примерами служат элемент углерод и органические соединения . ^[95]

Химические элементы часто отображаются в периодической таблице , которая составлена ​​так, чтобы отображать повторяющиеся химические свойства, а элементы с одинаковым числом валентных электронов образуют группу, которая выровнена в одном столбце таблицы. (Горизонтальные ряды соответствуют заполнению квантовой оболочки электронами.) Элементы в крайней правой части таблицы имеют свою внешнюю оболочку, полностью заполненную электронами, что приводит к химически инертным элементам, известным как благородные газы . ^{[96] [97]}

Штаты

Графика, иллюстрирующая образование конденсата Бозе-Эйнштейна

Количества атомов находятся в различных состояниях материи, которые зависят от физических условий, таких как температура и давление . Изменяя условия, материалы могут переходить из твердого состояния в жидкое , газообразное и плазменное . ^[98] В пределах одного состояния материал также может существовать в различных аллотропах . Примером этого является твердый углерод, который может существовать в виде графита или алмаза . ^[99] Существуют также газообразные аллотропы, такие как дикислород и озон .

При температурах, близких к абсолютному нулю , атомы могут образовывать конденсат Бозе-Эйнштейна , в этот момент квантово-механические эффекты, которые обычно наблюдаются только в атомном масштабе, становятся очевидными в макроскопическом масштабе. ^{[100] [101]} Этот переохлажденный набор атомов затем ведет себя как один суператом , что может позволить фундаментальные проверки квантово-механического поведения. ^[102]

Идентификация

Изображение, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа, показывающее отдельные атомы, составляющие эту поверхность золота ( 100 ). Атомы поверхности отклоняются от объемной кристаллической структуры и располагаются в колоннах шириной в несколько атомов с ямками между ними (см. реконструкцию поверхности ).

Хотя атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть, такие устройства, как сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), позволяют визуализировать их на поверхности твердых тел. Микроскоп использует явление квантового туннелирования , которое позволяет частицам проходить через барьер, который был бы непреодолимым в классической перспективе. Электроны туннелируют через вакуум между двумя смещенными электродами, обеспечивая туннельный ток, который экспоненциально зависит от их разделения. Один электрод представляет собой острый наконечник, в идеале заканчивающийся одним атомом. В каждой точке сканирования поверхности высота наконечника регулируется таким образом, чтобы поддерживать туннельный ток на заданном значении. То, насколько наконечник перемещается к поверхности и от нее, интерпретируется как профиль высоты. При низком смещении микроскоп отображает усредненные электронные орбитали по плотно упакованным энергетическим уровням — локальную плотность электронных состояний вблизи уровня Ферми . ^{[103] [104]} Из-за задействованных расстояний оба электрода должны быть чрезвычайно стабильными; только тогда можно наблюдать периодичности, соответствующие отдельным атомам. Этот метод сам по себе не является химически специфичным и не может идентифицировать виды атомов, присутствующих на поверхности.

Атомы можно легко идентифицировать по их массе. Если атом ионизирован путем удаления одного из его электронов, его траектория при прохождении через магнитное поле будет изгибаться. Радиус, на который траектория движущегося иона поворачивается магнитным полем, определяется массой атома. Масс -спектрометр использует этот принцип для измерения отношения массы к заряду ионов. Если образец содержит несколько изотопов, масс-спектрометр может определить долю каждого изотопа в образце, измеряя интенсивность различных пучков ионов. Методы испарения атомов включают атомно-эмиссионную спектроскопию с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой , оба из которых используют плазму для испарения образцов для анализа. ^[105]

Атомно -зондовый томограф имеет субнанометровое разрешение в 3D и может химически идентифицировать отдельные атомы с помощью времяпролетной масс-спектрометрии . ^[106]

Методы электронной эмиссии, такие как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и электронная оже-спектроскопия (AES), которые измеряют энергию связи основных электронов , используются для идентификации атомных видов, присутствующих в образце, неразрушающим способом. При правильной фокусировке оба метода могут быть сделаны специфичными для области. Другим таким методом является спектроскопия потери энергии электронов (EELS), которая измеряет потерю энергии электронного пучка в просвечивающем электронном микроскопе при его взаимодействии с частью образца.

Спектры возбужденных состояний могут быть использованы для анализа атомного состава далеких звезд . Определенные длины волн света , содержащиеся в наблюдаемом свете от звезд, могут быть выделены и связаны с квантованными переходами в атомах свободного газа. Эти цвета могут быть воспроизведены с помощью газоразрядной лампы, содержащей тот же элемент. ^[107] Гелий был открыт таким образом в спектре Солнца за 23 года до того, как он был обнаружен на Земле. ^[108]

Происхождение и современное состояние

Барионная материя составляет около 4% от общей плотности энергии наблюдаемой Вселенной , со средней плотностью около 0,25 частиц/м ³ (в основном протоны и электроны). ^[109] Внутри галактики, такой как Млечный Путь , частицы имеют гораздо более высокую концентрацию, при этом плотность материи в межзвездной среде (ISM) составляет от 10 ⁵ до 10 ⁹ атомов/м ³ . ^[110] Считается, что Солнце находится внутри Местного пузыря , поэтому плотность в окрестностях Солнца составляет всего около 10 ³ атомов/м ³ . ^[111] Звезды образуются из плотных облаков в ISM, и эволюционные процессы звезд приводят к постоянному обогащению ISM элементами, более массивными, чем водород и гелий.

До 95% барионной материи Млечного Пути сосредоточено внутри звезд, где условия неблагоприятны для атомной материи. Общая барионная масса составляет около 10% массы галактики; ^[112] остальная часть массы — это неизвестная темная материя . ^[113] Высокая температура внутри звезд делает большинство «атомов» полностью ионизированными, то есть отделяет все электроны от ядер. В звездных остатках — за исключением их поверхностных слоев — огромное давление делает электронные оболочки невозможными.

Формирование

Периодическая таблица, показывающая происхождение каждого элемента. Элементы от углерода до серы могут быть получены в небольших звездах с помощью альфа-процесса . Элементы после железа производятся в крупных звездах с помощью медленного захвата нейтронов ( s-процесс ). Элементы тяжелее железа могут быть получены в результате слияния нейтронных звезд или сверхновых после r-процесса .

Электроны, как полагают, существуют во Вселенной с ранних стадий Большого взрыва . Атомные ядра образуются в реакциях нуклеосинтеза . Примерно за три минуты нуклеосинтез Большого взрыва произвел большую часть гелия , лития и дейтерия во Вселенной, а также, возможно, часть бериллия и бора . ^{[114] [115] [116]}

Вездесущность и стабильность атомов зависят от их энергии связи , что означает, что атом имеет более низкую энергию, чем несвязанная система ядра и электронов. Там, где температура намного выше потенциала ионизации , материя существует в форме плазмы — газа положительно заряженных ионов (возможно, голых ядер) и электронов. Когда температура падает ниже потенциала ионизации, атомы становятся статистически благоприятными. Атомы (вместе со связанными электронами) стали доминировать над заряженными частицами через 380 000 лет после Большого взрыва — эпоха, называемая рекомбинацией , когда расширяющаяся Вселенная остыла достаточно, чтобы позволить электронам прикрепиться к ядрам. ^[117]

После Большого взрыва, в результате которого не образовалось ни углерода , ни более тяжелых элементов , атомные ядра объединялись в звездах посредством процесса ядерного синтеза, в результате чего образовалось больше элемента гелия и (посредством тройного альфа-процесса ) последовательность элементов от углерода до железа ; ^[118] подробности см . в статье о звездном нуклеосинтезе .

Такие изотопы, как литий-6, а также некоторые бериллий и бор, образуются в космосе в результате расщепления космических лучей . ^[119] Это происходит, когда высокоэнергетический протон сталкивается с атомным ядром, вызывая выброс большого количества нуклонов.

Элементы тяжелее железа образовались в сверхновых и сталкивающихся нейтронных звездах посредством r-процесса , а в звездах AGB посредством s-процесса , оба из которых включают захват нейтронов атомными ядрами. ^[120] Такие элементы, как свинец, образовались в основном посредством радиоактивного распада более тяжелых элементов. ^[121]

Земля

Большинство атомов, из которых состоит Земля и ее обитатели, присутствовали в их нынешнем виде в туманности , которая коллапсировала из молекулярного облака, чтобы сформировать Солнечную систему . Остальные являются результатом радиоактивного распада, и их относительная пропорция может быть использована для определения возраста Земли с помощью радиометрического датирования . ^{[122] [123]} Большая часть гелия в коре Земли (около 99% гелия из газовых скважин, как показывает его более низкое содержание гелия-3 ) является продуктом альфа-распада . ^[124]

На Земле есть несколько следовых атомов, которых не было в начале (т. е. не «изначальных»), и которые не являются результатом радиоактивного распада. Углерод-14 непрерывно генерируется космическими лучами в атмосфере. ^[125] Некоторые атомы на Земле были искусственно созданы либо намеренно, либо как побочные продукты ядерных реакторов или взрывов. ^{[126] [127]} Из трансурановых элементов — тех, у которых атомные числа больше 92 — только плутоний и нептуний встречаются на Земле в природе. ^{[128] [129]} Трансурановые элементы имеют радиоактивное время жизни короче, чем текущий возраст Земли ^[130], и, таким образом, идентифицируемые количества этих элементов давно распались, за исключением следов плутония-244 , возможно, отложившихся вместе с космической пылью. ^[122] Природные месторождения плутония и нептуния образуются путем захвата нейтронов в урановой руде. ^[131]

На Земле содержится около1,33 × 10 ⁵⁰ атомов. ^[132] Хотя существует небольшое количество независимых атомов благородных газов , таких как аргон , неон и гелий , 99% атмосферы связано в форме молекул, включая углекислый газ и двухатомный кислород и азот . На поверхности Земли подавляющее большинство атомов объединяются, образуя различные соединения, включая воду , соль , силикаты и оксиды . Атомы также могут объединяться, создавая материалы, которые не состоят из дискретных молекул, включая кристаллы и жидкие или твердые металлы . ^{[133] [134]} Эта атомная материя образует сетевые структуры, в которых отсутствует определенный тип мелкомасштабного прерывистого порядка, связанного с молекулярной материей. ^[135]

Редкие и теоретические формы

Сверхтяжелые элементы

Все нуклиды с атомным числом выше 82 ( свинец ), как известно, радиоактивны. Ни один нуклид с атомным числом выше 92 ( уран ) не существует на Земле в качестве первичного нуклида , а более тяжелые элементы, как правило, имеют более короткие периоды полураспада. Тем не менее, « остров стабильности », охватывающий относительно долгоживущие изотопы сверхтяжелых элементов ^[136] с атомными числами от 110 до 114 , может существовать. ^[137] Прогнозы для периода полураспада самого стабильного нуклида на острове варьируются от нескольких минут до миллионов лет. ^[138] В любом случае сверхтяжелые элементы (с Z  > 104) не будут существовать из-за увеличивающегося кулоновского отталкивания (что приводит к спонтанному делению со все более короткими периодами полураспада) при отсутствии каких-либо стабилизирующих эффектов. ^[139]

Экзотическая материя

Каждая частица материи имеет соответствующую частицу антиматерии с противоположным электрическим зарядом. Таким образом, позитрон является положительно заряженным антиэлектроном , а антипротон является отрицательно заряженным эквивалентом протона . Когда встречаются материя и соответствующая частица антиматерии, они аннигилируют друг с другом. Из-за этого, наряду с дисбалансом между количеством частиц материи и антиматерии, последние редки во Вселенной. Первые причины этого дисбаланса еще не полностью поняты, хотя теории бариогенезиса могут предложить объяснение. В результате в природе не было обнаружено ни одного атома антиматерии. ^{[140] [141] В 1996 году в лаборатории} ЦЕРНа в Женеве был синтезирован антиматерийский аналог атома водорода ( антиводород ) . ^{[142] [143]}

Другие экзотические атомы были созданы путем замены одного из протонов, нейтронов или электронов другими частицами, имеющими тот же заряд. Например, электрон может быть заменен более массивным мюоном , образуя мюонный атом . Эти типы атомов могут быть использованы для проверки фундаментальных предсказаний физики. ^{[144] [145] [146]}

Смотрите также

• Физический портал
• Химический портал

• История квантовой механики
• Бесконечная делимость
• Очерк химии
• Движение
• Хронология атомной и субатомной физики
• Ядерная модель
• Радионуклид

Примечания

1. Более свежие обновления см. в интерактивной карте нуклидов Брукхейвенской национальной лаборатории . Архивировано 25 июля 2020 г. на Wayback Machine .
2. Карат равен 200 миллиграммам. По определению , углерод-12 имеет 0,012 кг на моль. Постоянная Авогадро определяет6 × 1023 ^атомов на моль.

1. сочетание отрицательного термина «a-» и «τομή», термина, означающего «резать»
2. Формула оксида железа (II) здесь записана как «Fe ₂ O ₂ », а не как более привычная «FeO», поскольку это лучше иллюстрирует объяснение.

Ссылки

1. Пуллман, Бернард (1998). Атом в истории человеческой мысли. Оксфорд, Англия: Oxford University Press. С. 31–33. ISBN 978-0-19-515040-7. Архивировано из оригинала 5 февраля 2021 г. . Получено 25 октября 2020 г. .
2. Мельсен (1952). От Атома к Атому, стр. 18–19.
3. Пуллман (1998). Атом в истории человеческой мысли, стр. 201
4. Пуллман (1998). Атом в истории человеческой мысли , стр. 199: «Постоянные соотношения, выражаемые в целых числах, весов составляющих в составных телах могут быть истолкованы как свидетельство в макроскопическом масштабе взаимодействий на микроскопическом уровне между основными единицами с фиксированными весами. Для Дальтона это согласие настоятельно предполагало корпускулярную структуру материи, хотя оно и не являлось определенным доказательством».
5. Дальтон (1817). Новая система химической философии т. 2, стр. 36
6. Мельсен (1952). От Атомоса к Атому, стр. 137
7. Дальтон (1817). Новая система химической философии т. 2, стр. 28
8. Миллингтон (1906). Джон Далтон, стр. 113
9. Дальтон (1808). Новая система химической философии т. 1, стр. 316–319
10. Холброу и др. (2010). Современная вводная физика, стр. 65–66
11. Дж. Дж. Томсон (1897). «Катодные лучи». Philosophical Magazine . 44 (269): 293-316.
12. В своей книге «Корпускулярная теория материи» (1907) Томсон оценивает массу электронов в 1/1700 массы водорода.
13. «Механизм проводимости в металлах». Архивировано 25 октября 2012 г. на Wayback Machine , Think Quest.
14. Томсон, Дж. Дж. (август 1901 г.). «О телах, меньших атомов». The Popular Science Monthly : 323–335. Архивировано из оригинала 1 декабря 2016 г. Получено 21 июня 2009 г.
15. Дж. Дж. Томсон (1907). О корпускулярной теории материи , стр. 26: «Простейшая интерпретация этих результатов заключается в том, что положительные ионы — это атомы или группы атомов различных элементов, из которых удалены одна или несколько корпускул [...], тогда как отрицательно заряженное тело — это тело с большим количеством корпускул, чем не заряженное».
16. Дж. Дж. Томсон (1907). Корпускулярная теория материи , стр. 103: «За неимением точного знания природы того, каким образом положительное электричество возникает в атоме, мы рассмотрим случай, в котором положительное электричество распределяется способом, наиболее поддающимся математическому расчету, т. е. когда оно возникает в виде сферы однородной плотности, по которой распределены корпускулы».
17. Giora Hon; Bernard R. Goldstein (6 сентября 2013 г.). «Модель атома JJ Thomson’s plum-pudding: Создание научного мифа». Annalen der Physik . 525 (8–9): A129–A133. Bibcode : 2013AnP...525A.129H. doi : 10.1002/andp.201300732. ISSN  0003-3804.
18. Heilbron (2003). Эрнест Резерфорд и взрыв атомов, стр. 64–68.
19. Stern, David P. (16 мая 2005 г.). "Атомное ядро ​​и ранняя модель атома Бора". NASA / Goddard Space Flight Center . Архивировано из оригинала 20 августа 2007 г.
20. Бор, Нильс (11 декабря 1922 г.). «Нильс Бор, Нобелевская премия по физике 1922 г., Нобелевская лекция». Nobel Foundation . Архивировано из оригинала 15 апреля 2008 г.
21. JJ Thomson (1898). «О заряде электричества, переносимом ионами, создаваемыми рентгеновскими лучами». The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 5. 46 (283): 528–545. doi :10.1080/14786449808621229.
22. Дж. Дж. Томсон (1907). Корпускулярная теория материи . стр. 26-27: «В неэлектрифицированном атоме имеется столько же единиц положительного электричества, сколько и отрицательного; атом с единицей положительного заряда является нейтральным атомом, потерявшим одну корпускулу, в то время как атом с единицей отрицательного заряда является нейтральным атомом, к которому присоединена дополнительная корпускула».
23. Резерфорд, Эрнест (1919). «Столкновения альфа-частиц с легкими атомами. IV. Аномальный эффект в азоте». Philosophical Magazine . 37 (222): 581. doi :10.1080/14786440608635919.
24. Развитие теории атомной структуры (Резерфорд, 1936). Перепечатано в Background to Modern Science: Ten Lectures at Cambridge, организованном Комитетом по истории науки в 1936 году :
    «В 1919 году я показал, что при бомбардировке легких атомов α-частицами они могут распадаться с испусканием протона или ядра водорода. Поэтому мы предположили, что протон должен быть одной из единиц, из которых состоят ядра других атомов...»
25. Орм Массон (1921). «Конституция атомов». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 41 (242): 281–285. doi :10.1080/14786442108636219.
    Примечание Эрнеста Резерфорда: «Во время написания этой статьи в Австралии профессор Орм Массон не знал, что название «протон» уже было предложено в качестве подходящего названия для единицы массы, близкой к 1, в терминах кислорода 16, которая, по-видимому, входит в ядерную структуру атомов. Вопрос о подходящем названии для этой единицы обсуждался на неформальном заседании ряда членов Секции А Британской ассоциации в Кардиффе в этом году. Было упомянуто название «барон», предложенное профессором Массоном, но оно было сочтено неподходящим из-за существующего разнообразия значений. Наконец, название «протон» получило всеобщее одобрение, особенно потому, что оно предполагает первоначальный термин «протил», данный Праутом в его известной гипотезе о том, что все атомы состоят из водорода. На необходимость специального названия для ядерной единицы массы 1 обратил внимание сэр Оливер Лодж на заседании секции, и тогда автор предложил название «протон».
26. Джеймс Чедвик (1932). «Возможное существование нейтрона» (PDF) . Nature . 129 (3252): 312. Bibcode :1932Natur.129Q.312C. doi : 10.1038/129312a0 . S2CID  4076465. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
27. Pais, Abraham (1986). Внутренние связи: материя и силы в физическом мире. Нью-Йорк: Oxford University Press. С. 228–230. ISBN 978-0-19-851971-3.
28. МакЭвой, Дж. П.; Сарате, Оскар (2004). Введение в квантовую теорию . Totem Books. стр. 110–114. ISBN 978-1-84046-577-8.
29. Козловский, Мирослав (2019). «Уравнение Шрёдингера. История».
30. Чад Орзел (16 сентября 2014 г.). «Что такое принцип неопределенности Гейзенберга?». TED-Ed . Архивировано из оригинала 13 сентября 2015 г. – через YouTube.
31. Браун, Кевин (2007). "Атом водорода". MathPages. Архивировано из оригинала 5 сентября 2012 года.
32. Харрисон, Дэвид М. (2000). "Развитие квантовой механики". Университет Торонто . Архивировано из оригинала 25 декабря 2007 г.
33. Демтрёдер, Вольфганг (2002). Атомы, молекулы и фотоны: введение в атомно-молекулярную и квантовую физику (1-е изд.). Springer. стр. 39–42. ISBN 978-3-540-20631-6. OCLC  181435713.
34. Воан, Грэм (2000). Кембриджский справочник по физике. Cambridge University Press. стр. 8. ISBN 978-0-521-57507-2. OCLC  224032426.
35. Mohr, PJ; Taylor, BN и Newell, DB (2014), "The 2014 CODATA Recommended Values ​​of the Fundamental Physical Constants" Архивировано 11 февраля 2012 г. на Wayback Machine (веб-версия 7.0). База данных была разработана J. Baker, M. Douma и S. Kotochigova . (2014). Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсберг, Мэриленд 20899.
36. МакГрегор, Малкольм Х. (1992). Загадочный электрон. Oxford University Press. С. 33–37. ISBN 978-0-19-521833-6. OCLC  223372888.
37. Particle Data Group (2002). "Приключение частиц". Lawrence Berkeley Laboratory. Архивировано из оригинала 4 января 2007 года.
38. Schombert, James (18 апреля 2006 г.). «Элементарные частицы». Университет Орегона. Архивировано из оригинала 30 августа 2011 г.
39. Евремович, Татьяна (2005). Ядерные принципы в инженерии . Springer. стр. 63. ISBN 978-0-387-23284-3. OCLC  228384008.
40. Пфеффер, Джереми И.; Нир, Шломо (2000). Современная физика: вводный текст . Imperial College Press. стр. 330–336. ISBN 978-1-86094-250-1. OCLC  45900880.
41. Веннер, Дженнифер М. (10 октября 2007 г.). «Как работает радиоактивный распад?». Карлтонский колледж. Архивировано из оригинала 11 мая 2008 г.
42. Raymond, David (7 апреля 2006 г.). "Nuclear Binding Energies". New Mexico Tech. Архивировано из оригинала 1 декабря 2002 г.
43. Михос, Крис (23 июля 2002 г.). «Преодоление кулоновского барьера». Университет Кейс Вестерн Резерв. Архивировано из оригинала 12 сентября 2006 г.
44. Сотрудники (30 марта 2007 г.). «ABC's of Nuclear Science». Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли. Архивировано из оригинала 5 декабря 2006 г.
45. Макхиджани, Арджун; Сейлска, Скотт (2 марта 2001 г.). «Основы ядерной физики и деления». Институт исследований энергетики и окружающей среды. Архивировано из оригинала 16 января 2007 г.
46. Шультис, Дж. Кеннет; Фоу, Ричард Э. (2002). Основы ядерной науки и техники . CRC Press. С. 10–17. ISBN 978-0-8247-0834-4. OCLC  123346507.
47. Fewell, MP (1995). «Атомный нуклид с самой высокой средней энергией связи». American Journal of Physics . 63 (7): 653–658. Bibcode : 1995AmJPh..63..653F. doi : 10.1119/1.17828.
48. Малликен, Роберт С. (1967). «Спектроскопия, молекулярные орбитали и химическая связь». Science . 157 (3784): 13–24. Bibcode :1967Sci...157...13M. doi :10.1126/science.157.3784.13. PMID  5338306.
49. Brucat, Philip J. (2008). "Квантовый атом". Университет Флориды. Архивировано из оригинала 7 декабря 2006 года.
50. Manthey, David (2001). "Atomic Orbitals". Orbital Central. Архивировано из оригинала 10 января 2008 года.
51. Herter, Terry (2006). "Lecture 8: The Hydrogen Atom". Корнелльский университет. Архивировано из оригинала 22 февраля 2012 года.
52. Белл, RE; Эллиотт, LG (1950). «Гамма-лучи из реакции H ¹ (n,γ)D ² и энергия связи дейтрона». Physical Review . 79 (2): 282–285. Bibcode :1950PhRv...79..282B. doi :10.1103/PhysRev.79.282.
53. Смирнов, Борис М. (2003). Физика атомов и ионов . Springer. С. 249–272. ISBN 978-0-387-95550-6.
54. Matis, Howard S. (9 августа 2000 г.). «Изотопы водорода». Руководство по ядерной настенной диаграмме . Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли. Архивировано из оригинала 18 декабря 2007 г.
55. Вайс, Рик (17 октября 2006 г.). «Ученые объявляют о создании атомарного элемента, самого тяжелого из когда-либо существовавших». Washington Post . Архивировано из оригинала 20 августа 2011 г.
56. Sills, Alan D. (2003). Earth Science the Easy Way. Образовательная серия Barron's. С. 131–134. ISBN 978-0-7641-2146-3. OCLC  51543743.
57. Дюме, Белль (23 апреля 2003 г.). «Висмут побил рекорд полураспада для альфа-распада». Physics World. Архивировано из оригинала 14 декабря 2007 г.
58. Линдси, Дон (30 июля 2000 г.). «Радиоактивные вещества, пропавшие с Земли». Архив Дона Линдси. Архивировано из оригинала 28 апреля 2007 г.
59. Тули, Джагдиш К. (апрель 2005 г.). «Ядерные кошельки». Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 3 октября 2011 г.
60. Справочник Конвенции о правах ребенка (2002).
61. Крейн, К. (1988). Введение в ядерную физику . John Wiley & Sons . С. 68. ISBN 978-0-471-85914-7.
62. Mills, Ian; Cvitaš, Tomislav; Homann, Klaus; Kallay, Nikola; Kuchitsu, Kozo (1993). Величины, единицы и символы в физической химии (2-е изд.). Оксфорд: Международный союз теоретической и прикладной химии , Комиссия по терминологии и единицам физико-химических символов, Blackwell Scientific Publications. стр. 70. ISBN 978-0-632-03583-0. OCLC  27011505.
63. Chieh, Chung (22 января 2001 г.). «Стабильность нуклидов». Университет Ватерлоо. Архивировано из оригинала 30 августа 2007 г.
64. "Атомные веса и изотопные составы всех элементов". Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинала 31 декабря 2006 года . Получено 4 января 2007 года .
65. Audi, G.; Wapstra, AH; Thibault, C. (2003). "The Ame2003 atomic mass evaluation (II)" (PDF) . Nuclear Physics A . 729 (1): 337–676. Bibcode :2003NuPhA.729..337A. doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Архивировано (PDF) из оригинала 16 октября 2005 г.
66. Ghosh, DC; Biswas, R. (2002). «Теоретический расчет абсолютных радиусов атомов и ионов. Часть 1. Атомные радиусы». Int. J. Mol. Sci . 3 (11): 87–113. doi : 10.3390/i3020087 .
67. Шеннон, RD (1976). «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах» (PDF) . Acta Crystallographica A . 32 (5): 751–767. Bibcode :1976AcCrA..32..751S. doi :10.1107/S0567739476001551. Архивировано (PDF) из оригинала 14 августа 2020 г. . Получено 25 августа 2019 г. .
68. Донг, Джуди (1998). «Диаметр атома». The Physics Factbook. Архивировано из оригинала 4 ноября 2007 года.
69. Zumdahl, Steven S. (2002). Введение в химию: Основы (5-е изд.). Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-34342-3. OCLC  173081482. Архивировано из оригинала 4 марта 2008 г.
70. Бете, Ганс (1929). «Termaufspaltung в Кристаллене». Аннален дер Физик . 3 (2): 133–208. Бибкод : 1929АнП...395..133Б. дои : 10.1002/andp.19293950202.
71. Биркхольц, Марио (1995). «Диполи, индуцированные кристаллическим полем в гетерополярных кристаллах – I. концепция». Z. Phys. B . 96 (3): 325–332. Bibcode :1995ZPhyB..96..325B. CiteSeerX 10.1.1.424.5632 . doi :10.1007/BF01313054. S2CID  122527743. 
72. Биркхольц, М.; Рудерт, Р. (2008). «Межатомные расстояния в дисульфидах со структурой пирита — случай эллипсоидального моделирования ионов серы» (PDF) . Physica Status Solidi B . 245 (9): 1858–1864. Bibcode :2008PSSBR.245.1858B. doi :10.1002/pssb.200879532. S2CID  97824066. Архивировано (PDF) из оригинала 2 мая 2021 г. . Получено 2 мая 2021 г. .
73. Биркхольц, М. (2014). «Моделирование формы ионов в кристаллах типа пирита». Кристаллы . 4 (3): 390–403. doi : 10.3390/cryst4030390 .
74. Staff (2007). «Маленькие чудеса: использование нанотехнологий». Университет штата Орегон. Архивировано из оригинала 21 мая 2011 года.– описывает ширину человеческого волоса как105  нм и 10 атомов углерода ^, охватывающих 1 нм.
75. Падилла, Майкл Дж.; Миаулис, Иоаннис; Сир, Марта (2002). Prentice Hall Science Explorer: Химические строительные блоки . Верхняя Сэддл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice-Hall, Inc. стр. 32. ISBN 978-0-13-054091-1. OCLC  47925884. В одной капле воды содержится 2 000 000 000 000 000 000 000 (это 2 секстиллиона) атомов кислорода и в два раза больше атомов водорода.
76. "The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 1: Atoms in Motion". Архивировано из оригинала 30 июля 2022 г. Получено 3 мая 2022 г.
77. "Radioactivity". Splung.com. Архивировано из оригинала 4 декабря 2007 г. Получено 19 декабря 2007 г.
78. L'Annunziata, Michael F. (2003). Справочник по анализу радиоактивности . Academic Press. стр. 3–56. ISBN 978-0-12-436603-9. OCLC  16212955.
79. Firestone, Richard B. (22 мая 2000 г.). «Radioactive Decay Modes». Berkeley Laboratory. Архивировано из оригинала 29 сентября 2006 г.
80. Хорнак, Дж. П. (2006). "Глава 3: Физика спина". Основы ЯМР . Рочестерский технологический институт. Архивировано из оригинала 3 февраля 2007 г.
81. Schroeder, Paul A. (25 февраля 2000 г.). "Магнитные свойства". Университет Джорджии. Архивировано из оригинала 29 апреля 2007 г.
82. Гёбель, Грег (1 сентября 2007 г.). "[4.3] Магнитные свойства атома". Elementary Quantum Physics . На веб-сайте Public Domain. Архивировано из оригинала 29 июня 2011 г.
83. Яррис, Линн (весна 1997 г.). «Говорящие картинки». Обзор исследований лаборатории Беркли . Архивировано из оригинала 13 января 2008 г.
84. Liang, Z.-P.; Haacke, EM (1999). Webster, JG (ред.). Энциклопедия электротехники и электроники: Магнитно-резонансная томография . Том 2. John Wiley & Sons. С. 412–426. ISBN 978-0-471-13946-1.
85. Zeghbroeck, Bart J. Van (1998). "Уровни энергии". Университет Шиппенсбурга. Архивировано из оригинала 15 января 2005 г.
86. Фаулз, Грант Р. (1989). Введение в современную оптику . Courier Dover Publications. стр. 227–233. ISBN 978-0-486-65957-2. OCLC  18834711.
87. Мартин, WC; Визе, WL (май 2007 г.). «Атомная спектроскопия: сборник основных идей, обозначений, данных и формул». Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинала 8 февраля 2007 г.
88. "Atomic Emission Spectra – Origin of Spectral Lines". Веб-сайт Avogadro. Архивировано из оригинала 28 февраля 2006 года . Получено 10 августа 2006 года .
89. Фицпатрик, Ричард (16 февраля 2007 г.). «Тонкая структура». Техасский университет в Остине. Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 г.
90. Вайс, Майкл (2001). "Эффект Зеемана". Калифорнийский университет в Риверсайде. Архивировано из оригинала 2 февраля 2008 года.
91. Бейер, Х. Ф.; Шевелько, В. П. (2003). Введение в физику высокозаряженных ионов . CRC Press. С. 232–236. ISBN 978-0-7503-0481-8. OCLC  47150433.
92. Уоткинс, Тайер. «Когерентность в вынужденном излучении». Университет штата Сан-Хосе. Архивировано из оригинала 12 января 2008 года . Получено 23 декабря 2007 года .
93. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «valence». doi :10.1351/goldbook.V06588
94. Reusch, William (16 июля 2007 г.). «Виртуальный учебник органической химии». Университет штата Мичиган. Архивировано из оригинала 29 октября 2007 г.
95. "Ковалентная связь – Одинарные связи". chemguide. 2000. Архивировано из оригинала 1 ноября 2008 г.
96. Хастед, Роберт и др. (11 декабря 2003 г.). «Периодическая таблица элементов». Национальная лаборатория Лос-Аламоса. Архивировано из оригинала 10 января 2008 г.
97. Baum, Rudy (2003). "It's Elemental: The Periodic Table". Новости химии и машиностроения . Архивировано из оригинала 6 апреля 2011 г.
98. Гудстейн, Дэвид Л. (2002). Состояния материи . Courier Dover Publications. С. 436–438. ISBN 978-0-13-843557-8.
99. Бражкин, Вадим В. (2006). «Метастабильные фазы, фазовые превращения и фазовые диаграммы в физике и химии». Успехи физических наук . 49 (7): 719–724. Bibcode :2006PhyU...49..719B. doi :10.1070/PU2006v049n07ABEH006013. S2CID  93168446.
100. Майерс, Ричард (2003). Основы химии . Greenwood Press. стр. 85. ISBN 978-0-313-31664-7. OCLC  50164580.
101. Сотрудники (9 октября 2001 г.). «Конденсат Бозе–Эйнштейна: новая форма материи». Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинала 3 января 2008 г.
102. Colton, Imogen; Fyffe, Jeanette (3 февраля 1999 г.). «Суператомы из конденсации Бозе–Эйнштейна». Мельбурнский университет. Архивировано из оригинала 29 августа 2007 г.
103. Jacox, Marilyn; Gadzuk, J. William (ноябрь 1997 г.). "Сканирующий туннельный микроскоп". Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинала 7 января 2008 г.
104. "Нобелевская премия по физике 1986 года". Нобелевский фонд. Архивировано из оригинала 17 сентября 2008 года . Получено 11 января 2008 года .В частности, см. Нобелевскую лекцию Г. Биннига и Х. Рорера.
105. Якубовски, Н.; Моенс, Люк; Ванхекке, Франк (1998). «Секторные полевые масс-спектрометры в ИСП-МС». Spectrochimica Acta Часть B: Атомная спектроскопия . 53 (13): 1739–1763. Bibcode : 1998AcSpB..53.1739J. doi : 10.1016/S0584-8547(98)00222-5.
106. Мюллер, Эрвин В .; Паниц, Джон А.; Маклейн , С. Брукс (1968). «Атомно-зондовый полевой ионный микроскоп». Обзор научных приборов . 39 (1): 83–86. Bibcode : 1968RScI...39...83M. doi : 10.1063/1.1683116.
107. Лохнер, Джим; Гибб, Мередит; Ньюман, Фил (30 апреля 2007 г.). «Что нам говорят спектры?». NASA/Goddard Space Flight Center. Архивировано из оригинала 16 января 2008 г.
108. Winter, Mark (2007). "Helium". WebElements. Архивировано из оригинала 30 декабря 2007 года.
109. Хиншоу, Гэри (10 февраля 2006 г.). «Из чего сделана Вселенная?». NASA/WMAP. Архивировано из оригинала 31 декабря 2007 г.
110. Choppin, Gregory R.; Liljenzin, Jan-Olov; Rydberg, Jan (2001). Радиохимия и ядерная химия . Elsevier. стр. 441. ISBN 978-0-7506-7463-8. OCLC  162592180.
111. Дэвидсен, Артур Ф. (1993). «Дальнеультрафиолетовая астрономия в миссии космического челнока Astro-1». Science . 259 (5093): 327–334. Bibcode :1993Sci...259..327D. doi :10.1126/science.259.5093.327. PMID  17832344. S2CID  28201406.
112. Лекё, Джеймс (2005). Межзвездная среда . Springer. стр. 4. ISBN 978-3-540-21326-0. OCLC  133157789.
113. Смит, Найджел (6 января 2000 г.). «Поиск темной материи». Physics World. Архивировано из оригинала 16 февраля 2008 г.
114. Кросвелл, Кен (1991). «Борон, выпуклости и Большой взрыв: была ли материя распределена равномерно, когда началась Вселенная? Возможно, нет; ключи лежат в создании более легких элементов, таких как бор и бериллий». New Scientist (1794): 42. Архивировано из оригинала 7 февраля 2008 года.
115. Copi, Craig J.; Schramm, DN; Turner, MS (1995). «Big-Bang Nucleosynthesis and the Baryon Density of the Universe». Science (Представленная рукопись). 267 (5195): 192–199. arXiv : astro-ph/9407006 . Bibcode :1995Sci...267..192C. doi :10.1126/science.7809624. PMID  7809624. S2CID  15613185. Архивировано из оригинала 14 августа 2019 г.
116. Хиншоу, Гэри (15 декабря 2005 г.). «Испытания Большого взрыва: легкие элементы». NASA/WMAP. Архивировано из оригинала 17 января 2008 г.
117. Эбботт, Брайан (30 мая 2007 г.). «Microwave (WMAP) All-Sky Survey». Планетарий Хейдена. Архивировано из оригинала 13 февраля 2013 г.
118. Хойл, Ф. (1946). «Синтез элементов из водорода». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 106 (5): 343–383. Bibcode : 1946MNRAS.106..343H. doi : 10.1093/mnras/106.5.343 .
119. Knauth, DC; Knauth, DC; Lambert, David L.; Crane, P. (2000). «Вновь синтезированный литий в межзвездной среде». Nature . 405 (6787): 656–658. Bibcode :2000Natur.405..656K. doi :10.1038/35015028. PMID  10864316. S2CID  4397202.
120. Машник, Степан Г. (2000). «О процессах нуклеосинтеза и расщепления в Солнечной системе и космических лучах». arXiv : astro-ph/0008382 .
121. Геологическая служба Канзаса (4 мая 2005 г.). «Возраст Земли». Университет Канзаса. Архивировано из оригинала 5 июля 2008 г.
122. Manuel (2001). Происхождение элементов в Солнечной системе, стр. 40–430, 511–519
123. Dalrymple, G. Brent (2001). «Возраст Земли в двадцатом веке: проблема (в основном) решена». Геологическое общество, Лондон, Специальные публикации . 190 (1): 205–221. Bibcode : 2001GSLSP.190..205D. doi : 10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14. S2CID  130092094. Архивировано из оригинала 11 ноября 2007 г.
124. Андерсон, Дон Л.; Фоулджер, ГР; Мейбом, Андерс (2 сентября 2006 г.). "Гелий: фундаментальные модели". MantlePlumes.org. Архивировано из оригинала 8 февраля 2007 г.
125. Пенникотт, Кэти (10 мая 2001 г.). «Углеродные часы могут показывать неправильное время». PhysicsWeb. Архивировано из оригинала 15 декабря 2007 г.
126. Яррис, Линн (27 июля 2001 г.). «Новые сверхтяжелые элементы 118 и 116 обнаружены в лаборатории Беркли». Лаборатория Беркли. Архивировано из оригинала 9 января 2008 г.
127. Даймонд, Х. и др. (1960). «Распространенность тяжелых изотопов в термоядерном устройстве Майка». Physical Review . 119 (6): 2000–2004. Bibcode : 1960PhRv..119.2000D. doi : 10.1103/PhysRev.119.2000.
128. Постон, Джон У. Ст. (23 марта 1998 г.). «Встречаются ли когда-либо в природе трансурановые элементы, такие как плутоний?». Scientific American . Архивировано из оригинала 27 марта 2015 г.
129. Келлер, К. (1973). «Природное распространение лантаноидов, актинидов и сверхтяжелых элементов». Chemiker Zeitung . 97 (10): 522–530. OSTI  4353086.
130. Зайдер, Марко; Росси, Харальд Х. (2001). Радиационная наука для врачей и работников общественного здравоохранения. Springer. стр. 17. ISBN 978-0-306-46403-4. OCLC  44110319.
131. "Oklo Fossil Reactors". Curtin University of Technology. Архивировано из оригинала 18 декабря 2007 года . Получено 15 января 2008 года .
132. Вайзенбергер, Дрю. «Сколько атомов в мире?». Jefferson Lab. Архивировано из оригинала 22 октября 2007 г. Получено 16 января 2008 г.
133. Пидвирни, Майкл. «Основы физической географии». Университет Британской Колумбии, Оканаган. Архивировано из оригинала 21 января 2008 года . Получено 16 января 2008 года .
134. Андерсон, Дон Л. (2002). «Внутреннее ядро ​​Земли». Труды Национальной академии наук . 99 (22): 13966–13968. Bibcode : 2002PNAS...9913966A. doi : 10.1073/pnas.232565899 . PMC 137819. PMID  12391308 . 
135. Полинг, Лайнус (1960). Природа химической связи . Cornell University Press. С. 5–10. ISBN 978-0-8014-0333-0. OCLC  17518275.
136. Аноним (2 октября 2001 г.). «Вторая открытка с острова стабильности». CERN Courier . Архивировано из оригинала 3 февраля 2008 г.
137. Карпов, АВ; Загребаев, ВИ; Паленсуэла, ЮМ; и др. (2012). "Свойства распада и стабильность самых тяжелых элементов" (PDF) . International Journal of Modern Physics E . 21 (2): 1250013-1–1250013-20. Bibcode :2012IJMPE..2150013K. doi :10.1142/S0218301312500139. Архивировано (PDF) из оригинала 3 декабря 2016 г. . Получено 24 марта 2020 г. .
138. «Подтверждено существование сверхтяжелого элемента 114: ступенька к острову стабильности». Berkeley Lab . 2009. Архивировано из оригинала 20 июля 2019 г. Получено 24 марта 2020 г.
139. Möller, P. (2016). «Пределы ядерной диаграммы, установленные делением и альфа-распадом» (PDF) . EPJ Web of Conferences . 131 : 03002-1–03002-8. Bibcode :2016EPJWC.13103002M. doi : 10.1051/epjconf/201613103002 . Архивировано (PDF) из оригинала 11 марта 2020 г. . Получено 24 марта 2020 г. .
140. Коппес, Стив (1 марта 1999 г.). «Физики из Фермилаб обнаружили новую асимметрию материи-антиматерии». Чикагский университет. Архивировано из оригинала 19 июля 2008 г.
141. Кроми, Уильям Дж. (16 августа 2001 г.). «Жизнь длиной в триллионные доли секунды: ученые исследуют антиматерию». Harvard University Gazette . Архивировано из оригинала 3 сентября 2006 г.
142. Hijmans, Tom W. (2002). "Физика частиц: Холодный антиводород". Nature . 419 (6906): 439–440. Bibcode :2002Natur.419..439H. doi : 10.1038/419439a . PMID  12368837.
143. Сотрудники (30 октября 2002 г.). «Исследователи «заглядывают внутрь» антиматерии». BBC News . Архивировано из оригинала 22 февраля 2007 г.
144. Барретт, Роджер (1990). «Странный мир экзотического атома». New Scientist (1728): 77–115. Архивировано из оригинала 21 декабря 2007 года.
145. Indelicato, Paul (2004). «Экзотические атомы». Physica Scripta . T112 (1): 20–26. arXiv : physics/0409058 . Bibcode : 2004PhST..112...20I. doi : 10.1238/Physica.Topical.112a00020. S2CID  11134265. Архивировано из оригинала 4 ноября 2018 г.
146. Рипин, Барретт Х. (июль 1998 г.). «Недавние эксперименты с экзотическими атомами». Американское физическое общество. Архивировано из оригинала 23 июля 2012 г.

Библиография

• Оливер Мануэль (2001). Происхождение элементов в Солнечной системе: выводы из наблюдений после 1957 года . Springer. ISBN 978-0-306-46562-8. OCLC  228374906.
• Эндрю Г. ван Мелсен (2004) [1952]. От Атомоса к Атому: История концепции атома . Перевод Генри Дж. Корена. Dover Publications. ISBN 0-486-49584-1.
• JP Millington (1906). Джон Далтон. JM Dent & Co. (Лондон); EP Dutton & Co. (Нью-Йорк).
• Charles H. Holbrow; James N. Lloyd; Joseph C. Amato; Enrique Galvez; M. Elizabeth Parks (2010). Современная вводная физика . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-79079-4.
• Джон Дальтон (1808). Новая система химической философии т. 1.
• Джон Дальтон (1817). Новая система химической философии т. 2.
• Джон Л. Хейлброн (2003). Эрнест Резерфорд и взрыв атомов . Oxford University Press . ISBN 0-19-512378-6.
• Жауме Наварро (2012). История электрона: JJ и GP Томсон . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-107-00522-8.
• Бернард Пуллман (1998). Атом в истории человеческой мысли . Перевод Акселя Рейзингера. Oxford University Press. ISBN 0-19-511447-7.
• Жан Перрен (1910) [1909]. Броуновское движение и молекулярная реальность. Перевод Ф. Содди. Тейлор и Фрэнсис.
• Эрик Р. Шерри (2020). Периодическая таблица, ее история и ее значение (2-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0-190-91436-3.

Дальнейшее чтение

• Gangopadhyaya, Mrinalkanti (1981). Индийский атомизм: история и источники . Atlantic Highlands, Нью-Джерси: Humanities Press. ISBN 978-0-391-02177-8. OCLC  10916778.
• Iannone, A. Pablo (2001). Словарь мировой философии . Routledge. ISBN 978-0-415-17995-9. OCLC  44541769.
• Кинг, Ричард (1999). Индийская философия: введение в индуистскую и буддийскую мысль . Издательство Эдинбургского университета. ISBN 978-0-7486-0954-3.
• МакЭвилли, Томас (2002). Форма античной мысли: сравнительные исследования греческой и индийской философии . Allworth Press. ISBN 978-1-58115-203-6.
• Зигфрид, Роберт (2002). От элементов к атомам: история химического состава . Диана. ISBN 978-0-87169-924-4. OCLC  186607849.
• Терези, Дик (2003). Утраченные открытия: Древние корни современной науки. Simon & Schuster. стр. 213–214. ISBN 978-0-7432-4379-7. Архивировано из оригинала 4 августа 2020 . Получено 25 октября 2020 .
• Вюрц, Шарль Адольф (1881). Атомная теория . Нью-Йорк: D. Appleton and company. ISBN 978-0-559-43636-9.

Внешние ссылки

• Атомы в движении - Фейнмановские лекции по физике
• Шарп, Тим (8 августа 2017 г.). «Что такое атом?». Live Science.