Back to chapter

2.2:

מבנה אטומי

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Atomic Structure

Languages

Share

יסודות הם חומרים בעלי מאפיינים פיזיקליים וכימיים ייחודיים שלא ניתן לפרקם לחומרים אחרים על-ידי תגובות כימיות. כל יסוד, כגון אשלגן, מורכב מסוג אטום ייחודי שהינו שונה מהאטומים של יסודות אחרים. הבדלים אלו נמצאים בחלקיקים התת-אטומיים המרכיבים כל אטום.שניים מסוגי החלקיקים הללו מקובצים בגרעין מרכזי. פרוטונים נושאים מטען חיובי, בעוד נייטרונים אינם טעונים, הם ניטרליים. אומנם שניהם תורמים למסה, כל אחד נושא יחידת מסה אטומית אחת, זהו המספר של פרוטונים שקובע את היסוד הספציפי, המכונה המספר האטומי.אלקטרונים, סוג שלישי של חלקיק תת-אטומי, טעונים במטען שלילי ונעים במהירות בענן סביב הגרעין. ענן זה הוא בעיקר חלל ריק ומהווה הרוב המוחלט של נפח האטום. אלקטרונים נשארים ליד הגרעין מכיוון שהם נמשכים אל המטען החיובי של פרוטונים.בדרך כלל, אטום מכיל מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים, מה שמבטל את המטענים החיובי והשלילי, והתוצאה היא מטען ניטרלי. עם זאת, בהתאם לתצורת האלקטרונים, הם יכולים להיות לא יציבים כאטומים בודדים. במקרה זה, הם יכולים לאבד אלקטרונים ולהפוך ליונים בעלי מטען חיובי, הנקראים קטיונים, או לקלוט אלקטרונים ולהפוך לאניונים שליליים יותר.

2.2:

מבנה אטומי

Overview

All matter is composed of atoms, the smallest individual units of elements. Each atom is made up of three subatomic particles: protons, neutrons, and electrons. Together, these three particles account for the mass and the charge of an atom.

The History of Atomic Theory

The first person to propose that everything on Earth is made up of tiny particles was the Greek philosopher Democritus, around 450 B.C. He used the term atomos, Greek for “indivisible,” from which the modern term “atom” is derived. His idea was not taken seriously at the time, however, and it was many centuries before the concept of the atom would be revived. In the 19th century, John Dalton proposed the atomic theory that is still largely correct today. He put forth five postulates to explain how atoms made up the world around us: (1) all matter is composed of infinitely small particles, or atoms; (2) all atoms of a given element are identical to one another and (3) are different from the atoms of all other elements; (4) two or more elements can combine in a fixed ratio to form a compound; and (5) atoms cannot be created or destroyed in a chemical reaction, but they can be rearranged to form new substances.

Discovering the Subatomic Particles that Make up the Atom

Dalton was only partially correct about the particles that make up matter. While atoms cannot be broken down further by ordinary chemical or physical processes, they are composed of three smaller subatomic particles. The first clue about the subatomic structure came at the end of the 19th century when J.J. Thomson discovered the electron. Scientists knew that the overall charge of an atom was neutral, but Thomson’s “plum pudding model” of the atom attempted to reconcile this new information regarding the existence of a negatively-charged particle, suggesting that electrons were found studded throughout an area of positive charge. Just a few years later, Ernest Rutherford performed an experiment showing that most of an atom’s mass is concentrated in the nucleus, where protons account for an atom’s positive charge, and the tiny negatively-charged electrons make up most of the space outside of the nucleus. This disproved Thomson’s plum pudding model and brought scientists one step closer to the familiar model of the atom we know today. The neutron was discovered later, in 1932, by James Chadwick. This final piece of the puzzle meant that scientists had now accounted for all the mass present in an atom with protons and neutrons, and all of its charge with protons and electrons.

The Structure of an Atom

Protons are found in the nucleus of an atom, have a positive charge, and a mass of one atomic mass unit (AMU) each. The number of protons is equal to the atomic number on the periodic table and determines the identity of the element. Neutrons are also found in the nucleus. They have no charge, but they have the same mass as protons and thus contribute to the atomic mass of an atom. Electrons orbit around the nucleus in clouds. They have a negative charge and negligible mass, so they contribute to the overall charge of an atom, but not to its mass.