Czy zastanawiasz się nad tym, jak wygląda mikroświat? Jaki jest kształt drobin, które tworzą materię? Czy można je zobaczyć? Czy są kolorowe?

Co to jest atom?

Podstawowymi elementami, z których zbudowana jest materia, są atomy. Substancje tworzące świat materialny składają się z różnych atomów. Mają one masę, objętość i kształt. Każdy pierwiastek składa się z atomów tylko jednego rodzaju: żelazo – z atomów żelaza, a złoto – z atomów złota. Pojedyncze atomy żelaza i złota są zbudowane z tych samych cząstek, tylko inna jest ich liczba. Dlatego różnice te są wystarczające, aby ich zbiory tworzyły pierwiastki o odmiennych właściwościach.

Przyjrzyj się zdjęciom przedstawionym w poniższej galerii interaktywnej.

RUGmheW4LOhiV

Na zdjęciu ukazano duży stos nierówno ułożonych sztabek złota.

R3th6OR5la11J

Na zdjęciu znajduje się żelazny łańcuch.

Niewielkie rozmiary atomów nie pozwalają nam na oglądanie ich w sposób, w jaki przywykliśmy obserwować otaczający nas świat. Obecnie nie dysponujemy urządzeniami, które pozwalałyby nam swobodnie wnikać w głąb każdego rodzaju materii.

Od niedawna możemy jednak w bardzo niskich temperaturach dostrzec cienką warstwę atomów unieruchomionych na powierzchni innych ciał stałych. Pomaga nam w tym przyrząd nazywany skaningowym mikroskopem tunelowym. Na otrzymanych za jego pomocą czarno‑białych obrazach zobaczyliśmy, że atomy mają kształt kulisty, a ich rozmiary są różne i zależą od rodzaju badanego pierwiastka. Już na początku $\text{XIX w}.$ angielski uczony John Dalton (czyt. dżon dalton) twierdził, że atomy tworzące różne pierwiastki są kulami, które różnią się między sobą wielkością.

R12ZilB5KpqDb

Film przedstawia teorie dwóch uczonych: Demokryta z Abdery oraz Johna Daltona na temat budowy materii.

Film przedstawia teorie dwóch uczonych: Demokryta z Abdery oraz Johna Daltona na temat budowy materii.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R12ZilB5KpqDb

Film przedstawia teorie dwóch uczonych: Demokryta z Abdery oraz Johna Daltona na temat budowy materii.

R1UMZT1PnpD9B

Film opowiada o skonstruowaniu pierwszego skaningowego mikroskopu tunelowego, a także o możliwościach, jakie ten wynalazek otworzył. Dzięki niemu uzyskano dokładne obrazy wnętrz atomów, możliwe stało się również ich układanie i przemieszczanie.

Film opowiada o skonstruowaniu pierwszego skaningowego mikroskopu tunelowego, a także o możliwościach, jakie ten wynalazek otworzył. Dzięki niemu uzyskano dokładne obrazy wnętrz atomów, możliwe stało się również ich układanie i przemieszczanie.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1UMZT1PnpD9B

Film opowiada o skonstruowaniu pierwszego skaningowego mikroskopu tunelowego, a także o możliwościach, jakie ten wynalazek otworzył. Dzięki niemu uzyskano dokładne obrazy wnętrz atomów, możliwe stało się również ich układanie i przemieszczanie.

Spoglądamy w głąb atomu

Niemal do końca $\text{XIX w}.$ uważano, że atomy przypominają niewyobrażalnie małe i twarde jak kamień kulki. Dziś już wiemy, że nie są jednorodne i niepodzielne. Okazuje się, że mają złożoną wewnętrzną budowę. W środku każdego atomu, w samym jego centrum, znajduje się jądro atomowe. Poruszające się w różnych kierunkach z dużą szybkością ujemnie naładowane cząstki, zwane elektronami, tworzą chmurę elektronową. Przestrzeń, którą zajmuje jądro atomowe, jest znacznie mniejsza od przestrzeni zajmowanej przez elektrony – średnica atomu jest około $\mathrm{100\; 000}$ razy większa od średnicy jądra.

R1LpZwZQpSgfq

Ilustracja przedstawia stadion piłkarski podczas meczu nocą. Trybuny wokół stadionu wypełnione są kibicami, a na boisku widoczni są piłkarze.

Ciekawostka

Czy składniki atomu są niepodzielne?
Obecny stan wiedzy pozwala nam powiedzieć, że elementarnymi składnikami materii są dwa rodzaje cząstek: leptony i kwarki. Nie wiemy, czy cząstki te mają strukturę wewnętrzną. Elektron należy do leptonów, czyli zgodnie z obecnym stanem wiedzy jest niepodzielny, nie ma wewnętrznej struktury. Z kolei neutrony i protony są zbudowane z kwarków. Znaleziono dowody na istnienie sześciu rodzajów kwarków. Każdemu z nich fizycy nadali angielskie nazwy, nawiązujące bardziej do życia codziennego niż do świata nauki. W języku polskim nazwy te brzmią: górny (u), dolny (d), dziwny (s), powabny (c), niski (spodni) (b), wysoki (t). Nie istnieją one samodzielnie w przyrodzie, jak tylko w grupie, tworząc inne cząstki. Dwa z nich (górny i dolny) biorą udział w tworzeniu nukleonów.

R1OPef6K7plJs

Ilustracja przedstawia schemat budowy materii z podziałem na najdrobniejsze znane cząstki elementarne. Po lewej stronie znajduje się niebieski prostopadłościan z wyróżnionym narożnikiem. Narożnik ten jest ukazany w okręgu po prawej stronie jako składający się z kulek podpisanych: Atomy. Kolejne zbliżenie na pojedynczą kulkę, również w okręgu po prawej stronie prezentuje strukturę atomu w postaci pomarańczowo zaznaczonego jądra i turkusowo zaznaczonej chmury elektronowej. Kolejne zbliżenie przedstawia strukturę jądra w postaci pomarańczowego koła wewnątrz którego kolorem szarym zaznaczono dwa neutrony, a niebieskim dwa protony. Ostatnie dwa zbliżenia dotyczą wewnętrznej struktury tych dwóch cząstek elementarnych składających się z kwarków. Wewnątrz protonu na schemacie znajdują się dwa kwarki d, czyli tak zwane dolne oraz jeden kwark u, czyli górny. W neutronie odwrotnie – dwa kwarki u i jeden d.