بیگ بنگ: همه چیز در جهان از اتم‌ها ساخته شده؛ از هسته زمین گرفته تا دورترین کهکشان‌ها. اتم، اساسی‌ترین واحد یک عنصر است.

به گزارش بیگ بنگ، دانشمندان تاکنون 118 عنصر شناسایی کرده‌اند و همۀ این عناصر در جدول تناوبی هستند. واژه «اتم» به معنای «غیرقابل برش» از واژه یونانیِ «atomos» نشات می‌گیرد. فیلسوفان یونان باستان بر این باور بودند که غیرممکن است اتم به هیچ چیز کوچکی تقسیم شود. با این حال، دانشمندان در اوایل قرن بیستم میلادی با کشف ذرات زیراتمی (الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها) ثابت کردند که این ادعا صحت ندارد. در این مقاله چند حقیقت جالب دربارۀ اتم‌ها مطرح شده تا اطلاعات شما در این زمینه افزایش پیدا کند. پس بگذارید کارمان را با کوتاه‌ترین و ساده‌ترین حقیقت آغاز کنیم.

1-ترکیب اتم‌ها

هر اتم دارای یک هسته (در مرکز) و یک یا چند الکترون است. هسته معمولاً از تعداد برابری پروتون و نوترون تشکیل یافته که روی هم به آنها نوکلئون می‌گویند.

2-هسته تقریباً حاوی کل جرم است

هسته که در مرکز اتم قرار دارد، بیش از 99.95 درصد جرم اتم را تشکیل می‌دهد، اما یک تریلیونمِ کل حجم آن را اِشغال می‌کند. بنابراین، بخش اعظم فضای درون اتم خالی است. اگر هسته به اندازۀ تیله کوچک باشد، کل اتم می‌تواند تقریباً به اندازه یک استادیوم فوتبال باشد.

3-الکترون‌ها خیلی کوچک هستند

الکترون فعال‌ترین جزء اتم است، اما تقریباً هیچ تاثیری در جرم اتم ندارد. برای مثال، در اتم هیدروژن، جرم الکترون تنها 0.0005 برابرِ جرم هسته است.

4-اتم می‌تواند بار الکتریکی داشته باشد

الکترون‌ها دارای بار منفی هستند، پروتون‌ها بار مثبت دارند و نوترون‌ فاقد بار الکتریکی است. اتم در صورتی می‌تواند فاقد بار الکتریکی باشد که تعداد الکترون‌ها و پروتون‌های یکسانی داشته باشد. با این حال، اگر اتم تعداد پروتون کمتر یا بیشتری از الکترون داشته باشد، بار کلی آن منفی یا مثبت است (که با عنوان یون شناخته می‌شود).

5-چه چیزی پروتون‌ها و نوترون‌ها را کنار هم نگه می‌دارد؟

نیروی هسته‌ای، پروتون‌ها و نوترون‌ها را درون هسته اتمی کنار هم نگه می‌دارد. الکترون‌ها با نیروی متفاوتی موسوم به نیروی الکترومغناطیسی به سمت پروتون‌ها جذب می‌شوند. نیروی الکترومغناطیسی ضعیف‌تر از نیروی هسته‌ای است. نیروی هسته‌ای تقریباً 1.038 برابر قوی‌تر از نیروی گرانش است، اما فقط در مقیاس خیلی کوچک عمل می‌کند.

6- نود و چهار اتم به صورت طبیعی در زمین یافت می‌شود

از مجموع 118 اتم شناخته شده، 94 اتم به صورت طبیعی وجود دارند و مقدار برخی از آنها خیلی ناچیز است. 24 اتم باقی‌مانده در آزمایشگاه‌ها یا راکتورهای هسته‌ای به صورت ترکیبی ساخته شده‌اند.

7-هر یک از اتم‌ها منحصر به فرد هستند

هر اتم حاوی تعداد مشخصی پروتون در هسته است. برای مثال، همه اتم‌های سدیم حاوی 11 پروتون‌اند، و همۀ اتم‌های نقره 47 پروتون دارند. ایزوتوپ یک عنصر با تعداد نوترون‌ها تعریف می‌شود. خصوصیات مغناطیسی تحت تاثیرِ تعداد الکترون‌های موجود در اتم قرار می‌گیرند.

8-بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین اتم‌ها

بزرگ‌ترین عنصر (به لحاظ اندازه) فرانسیم است، اما چون به شدت ناپایدار است، “سزیوم” به جای آن مد نظر قرار دارد. سزیوم دارای پوسته والانس بزرگ و بار هسته‌ای نسبتاً موثری است. “هلیوم” نیز به عنوان کوچک‌ترین عنصر شناخته می‌شود؛ اولین عنصر در گروه‌ گازهای نجیب در جدول تناوبی است. شعاع اتمیِ آن تقریباً 9 برابر کوچک‌تر از قطر سزیوم است.

9-سنگین‌ترین و سبک‌ترین اتم‌ها

“اوگانسون” سنگین‌ترین عنصری است که در سال 2002 کشف شد. اوگانسون نخستین گاز نجیبی است که در کمال تعجب واکنش‌پذیری شیمیایی دارد و ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی عجیبی در آن مشاهده شده است. با این حال، اوگانسون سنگین‌ترین عنصر شیمیایی ترکیبی است. اما سنگین‌ترین عنصری که به صورت طبیعی یافت می‌شود، “اورانیوم” است که با جرم اتمی 238.02 دارد. هیدروژن عنصری است که سبک‌ترین اتم را دارد. این عنصر فقط یک پروتون دارد و فقط یک الکترون به دور آن می‌چرخد.

10- آیا تبدیلِ عناصر به یکدیگر ممکن است؟

تحت برخی شرایط، نیروی الکترومغناطیسی بر نیروی هسته‌ایِ قوی، فائق آمده و نوکلئون‌ها را از هسته اتمی جدا کرده و عنصر کاملاً متفاوتی بر جای می‌گذارد. این دقیقاً همان اتفاقی است که در “همجوشی هسته‌ای” به وقوع می‌پیوندد. با این وجود، این فرایند تجزیه هزینه‌های زیادی به همراه دارد و خطرناک نیز است. دانشمندان هنوز نتوانسته‌اند به طور امن با استفاده از همجوشی هسته‌ای انرژی تولید کنند، اما کارهایی در حال انجام است.

11- اتم‌های موجود در بدن انسان

بدن انسان با وزن 70 کیلوگرم حاوی 27^10×7 اتم است. سه اتمِ هیدروژن، اکسیژن و کربن در مجموع 99 درصد از کل این رقم را شامل می‌شوند. نکتۀ جالب این است که 98 درصد این اتم‌ها هر سال تجدید می‌شوند، بدون اینکه ما متوجه این موضوع شویم. مولکولی که سریع‌تر از همه عوض می‌شود، مولکول آب است. تقریباً 50 درصد مولکول‌های آب در بدن انسان هر 8 روز یکبار جایگزین مولکول‌های دیگر می‌شوند. علاوه بر این، موی انسان حاوی یک میلیون اتم کربن است.

12-چند اتم در جهان وجود دارد؟

جهان قابل‌مشاهدۀ ما پهناور است و حدود 93 میلیارد سال نوری گستردگی دارد. تخمین زده شده که 78^10 تا 82^10 اتم در جهان وجود دارد. محققان این عدد را به صورت تصادفی ابداع نکرده‌اند. محاسبات آنان بر پایه داده‌هایی است که تاکنون از جهان به دست آورده‌اند. با این حال، اختلاف قابل توجهی میان این برآوردها وجود دارد و میزان خطا بالاست. اگر اطلاعات بیشتری درباره کیهان بدست آوریم، این اعداد با دقت بیشتری بدست خواهند آمد.

13- اتم‌های رادیواکتیو

در یک اتم ناپایدار، نیروها در حالت تعادل نیستند. در این مورد، هستۀ اتمی حاوی مقداری اضافی از پروتون یا نوترون است. اتم سعی می‌کند با بیرون دادنِ ذرات اضافی‌اش یا با نشر انرژی به اشکال دیگر به حالت پایدار برسد. عناصری که دارای هسته‌های ناپایدار هستند، “رادیواکتیو” نامیده می‌شوند. برای مثال، فرمیوم یک عنصر رادیواکتیو است. پایدارترین ایزوتوپِ آن دارای نیم‌عمرِ 100.5 روز است.

14-دیدنِ اتم‌ها

چون اتم‌ها در مقایسه با طول موج نور مرئی خیلی کوچک‌ هستند، امکان مشاهدۀ آنها حتی با قوی‌ترین میکروسکوپ‌های نوری جهان وجود ندارد. دانشمندان از نوع متفاوتی از میکروسکوپ استفاده می‌کنند که میکروسکوپ «scanning tunelling» نامیده می‌شود که می‌تواند رزولوشن عرضی 0.1 نانومتر با عمق 0.01 عرضه کند تا از تک‌تک اتم‌های درون مواد عکس‌برداری شود.

15- ماهیت کوانتومیِ ذرات اتمی

چون اتم‌ها به لحاظ اندازه خیلی کوچک‌اند، دارای ویژگی‌های کوانتومی نیز هستند؛ پس پیش‌بینیِ رفتار آنها با بکارگیری فیزیکِ کلاسیک همواره به نتایج نادرستی ختم می‌شود.

وقتی یک الکترون از یک سطح انرژی به سطح دیگری جهش می‌کند، به فضای مابین وارد نمی‌شود. در عوض، از یک مدار ناپدید شده و در مدار دیگری ظاهر می‌شود.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: rankred.com