Ілюстрацыя атамагелю, на якім намалявана ядро (ружовы колер) і разьмеркаваньне электроннага воблака (чорны колер). Ядро (у правым верхнім куце) гелю-4 у рэчаіснасьці сфэрычнае і сымэтрычнае і вельмі нагадвае воблакаэлектронаў, хаця для больш складаных ядраў гэта не заўсёды так.
А́там (па-старажытнагрэцку:ἄτομος — «непадзельны») — маленечкая часьцінкарэчыва, найменшая часьцінкахімічнага элемэнту, што захоўвае ягоныя хімічныя ўласьцівасьці. Атам складаецца з дробнага, але масіўнагаядра, якое нясе дадатныэлектрычны зарад, і шмат лягчэйшыхэлектронаў, якія маюць адмоўны электрычны зарад і ўтвараюць вакол ядра электронныя абалонкі. Памеры атама нашмат большыя за памер ядра і вызначаюцца памерамі электронных абалонак. Ядро складаецца з аднаго або некалькіхпратонаў і шэрагунэўтронаў. Толькі найбольш распаўсюджаны ўСусьвеце элемэнтвадарод ня мае нэўтронаў. Пратоны і нэўтроны называюццануклёнамі. Нэўтроны ня маюць электрычнага зараду.
Больш за 99,94% масы атама знаходзіцца ў ядры. Парадак лінейных памераў атама — 0,1 нм. Для параўнаньня таўшчыня чалавечага воласу — каля мільёна атамаў вугляроду. Гэта менш за любую даўжыню хвалі бачнага сьвятла, таму чалавечае вока ня можа ўбачыць атамы ў звычайным мікраскопе.
Фізычныя і хімічныя ўласьцівасьці атаму вызначаюцца ягонай будовай, якая апісваеццаквантавымі законамі. Электроны атама прыцягваюць пратоны ў атамным ядрыэлектрамагнітнай сілай. Пратоны і нэўтроны ў ядры прыцягваюцца адзін да аднагоядзернай сілай. Звычайна гэтая сіла мацнейшая за электрамагнітную сілу, якая адштурхвае дадатна зараджаныя пратоны адзін ад аднаго. Пры пэўных абставінах электрамагнітная сіла становіцца мацнейшай за ядзерную сілу. У гэтым выпадкуядро разбураецца іпакідае пасьля сябе розныя элемэнты.
Калі колькасьць пратонаў і электронаў роўная, то атам ёсьць электрычна нэўтральным. Калі колькасьць электронаў большая за колькасьць пратонаў, то атам мае адмоўны зарад і называецца адмоўныміёнам, абоаніёнам. У адваротным выпадку атам, які мае дадатны зарад, называецца дадатным іёнам, абокатыёнам. У залежнасьці ад кантэксту, кажучы пра атам, маюць на ўвазе як электранэўтральныя атамы, гэтак і іёны згаданага хімічнага элемэнту, або гавораць пра атам, каб адрозьніць нэўтральную часьцінкурэчыва ад іёну, які мае электрычны зарад. Колькасьць пратонаў у ядры, званаяатамным нумарам, вызначае, да якога хімічнага элемэнту належыць атам. Напрыклад, кожны атам медзі зьмяшчае 29 пратонаў. Атамы з аднолькавай колькасьцю пратонаў, але рознай колькасьцю нэўтронаў называюццаізатопамі элемэнту.
Атам можа далучацца да аднаго або некалькіх іншых атамаў з дапамогай хімічных сувязей, утвараючы хімічныя злучэньні, як томалекулы абокрышталі. Здольнасьць атамаў аб’ядноўвацца і адшчапляцца ёсьць адным з чыньнікаў большасьці фізычных зьменаў, якія назіраюцца ў прыродзе. Вывучэньнем гэтых зьменаў займаецца навукахімія.
Першапачаткова слова «атам» мела значэньне часьцінкі, якая не падзяляецца на больш дробныя часткі. Аднак паводле сучасных навуковых тэорый атам складаецца з драбнейшых,субатамных часьцінак, найбольш распаўсюджаныя зь якіх —электроны,пратоны дынэўтроны. Найбольш распаўсюджаны ізатопвадароду1H складаецца толькі з электрона ды пратона.
Найлягчэйшай з гэтых трох часьцінак зьяўляецца электрон. Ён мае масу 9,11·10−31 кг, адмоўныэлектрычны зарад і настолькі малыя памеры, што іх немагчыма вызначыць сродкамі сучаснай фізыкі. Да вылічэньня масынэўтрына электрон лічыўся найлягчэйшай часьцінкай з дадатнай масай спакою. Пры нармальных умовах электроны прыцягваюцца да дадатна зараджанага ядраэлектрамагнітнай сілай.
Пратоны ў 1836 разоў цяжэйшыя за электрон (1,6726·10−27 кг) і маюць дадатны электрычны зарад, што прымушае электроны прыцягвацца да пратонаў электрамагнітнымі сіламі. У 1920 року пратоны адкрыўЭрнэст Рэзэрфорд.
Нэўтроны ня маюць электрычнага зараду і ў 1839 разоў цяжэйшыя за электрон (1,6749·10−27 кг). Памеры нэўтронаў ды пратонаў блізкія, каля 2,5·10−15 м. Нэўтроны адкрыў у 1932 року ангельскі фізыкДжэймз Чадвік.
Нэўтроны і пратоны разам называюццануклеоны. Маса ядра меншая за суму масаў ягоных складнікаў. Гэты факт мае назву «дэфэкт масаў».
Устандартнай фізычнай мадэлі лічыцца, што электрон не складаецца з драбнейшых часьцінак. Пратоны ды нэўтроны складаюцца з элемэнтарных часьцінак, якія завуццакваркамі. Яны існуюць двух тыпаў і нясуць частковы электрычны зарад. Пратон складаецца з двухu-кваркаў (кожны зарадам +2/3) ды аднагоd-кварка (зарадам −1/3), нэўтрон — з адного u-кварка ды двух d-кваркаў. Праз гэта ў пратону ды нэўтрону розныя масы і наяўнасьць зараду.
Кваркі трымаюцца разам з дапамогаймоцнага ўзаемадзеяньня (або моцнай сілы), забясьпечванагаглюонамі. У сваю чаргу нэўтроны і пратоны трымаюцца разам у ядрыядзернай сілай — астаткавай моцнай сілай з крыху адрознымі асаблівасьцямі.
Энэргія сувязі для розных ізатопаў, неабходная нуклеону для вырываньня зь ядра
Усе зьвязаныя нэўтроны і пратоны ў атаме, якія ўтвараюцьатамнае ядро, называюццануклеонамі. Радыюс ядра прыкладна роўныфэмтамэтраў, дзе — сумарны лік нуклеонаў. Памер ядра значна меншы за радыюс атама, які мае парадак 105 фм. Нуклеоны трымаюцца разам кароткадзейным прыцягненьнем. На адлегласьцях да 2,5 фм гэтая сіла значна мацнейшая засілу электрычнага ўзаемадзеяньня, якая адштурхоўвае аднайменна зараджаныя пратоны.
У межах аднаго элемэнта можа быць рознай колькасьць нэўтронаў, якая адрозьніваеізатопы гэтага элемэнта. Сумарны лік нэўтронаў і пратонаў вызначаенуклід. Лік нэўтронаў адносна да пратонаў вызначае ўстойлівасьць ядра, і некаторыя ізатопы падлягаюцьрадыяактыўнаму распаду.
Пратоны, электроны і нэўтроны адносяцца дафэрміёнаў. Фэрміёны падпарадкоўваюццапрынцыпу Паўлі, які забараняетоесным фэрміёнам, напрыклад некалькім пратонаў, адначасна займаць аднолькавыквантавы стан. Такім чынам, кожны пратон ядра мусіць займаць квантавы стан, адрозны ад усіх іншых пратонаў; тое самае тычыцца і ўсіх нэўтронаў у ядры, і ўсіх электронаў ухмары.
Ядро, колькасьць нэўтронаў і пратонаў у якім адрозьніваецца, можа патэнцыйна пераходзіць у ніжэйшы энэргетычны стан шляхам радыяактыўнага распаду. Атамы з аднолькавымі лікамі нэўтронаў і пратонаў больш устойлівыя да распаду (за выключэньнем лёгкіх элемэнтаў, аднак з павелічэньнем атамнага ліку ўзаемнае адштурхваньне пратонаў патрабуе большай прапорцыі нэўтронаў дзеля ўстойлівасьці ядра.
Выява працэсу ядзернага сынтэзу ядра дэўтэрыюму, якое складаецца з пратона і нэўтрона, з двух пратонаў. Пры гэтым вызваляеццапазітрон (e+) — электронантыматэрыі — разам з электроннымнэўтрына.
Лік нэўтронаў і пратонаў у атамным ядры можна зьмяняць, аднак гэта патрабуе надта высокай энэргіі празь дзеяньне моцнай сілы.Тэрмаядзерная рэакцыя адбываецца, калі розныя атамныя часьцінкі складаюць цяжэйшае ядро, напрыклад пры сутыкненьні двух ядраў. Так, у ядры Сонца пратоны пераадольваюць узаемнае адштурхоўваньне энэргіяй ад 3 да 10 кэВ —Кулёнаўскі бар’ер — і ўтвараюць адно ядро. Пры адваротным працэсе —дзяленьні — ядро падзяляецца на два меншыя ў рэакцыі радыяактыўнага распаду. Ядро можна зьмяніць таксама бамбардаваньнем высокаэнэргетычнымі субатамнымі часьцінкамі абофатонамі. Калі пры гэтым у ядры зьмяняецца колькасьць пратонаў, то атам пераўтвараецца ў іншы хімічны элемэнт. Калі маса ядра па сканчэньні ядзернай рэакцыі меншая, чым сума масаў асобных часьцінак, то розьніца між двума гэтымі значэньнямі вызваляецца ў форме спажывальнай энэргіі (напрыклад,гама-выпраменьваньне або кінэтычная энэргіябэта-часьцінак), што апісваеццаайнштайнавай формулайэквівалентнасьці масы і энэргііe=mc², дзеm — зьмяншэньне масы, аc —хуткасьць сьвятла. Гэтая розьніца ідзе наэнэргію сувязі новага ядра і ўтрымлівае злучаныя часьцінкі разам у такім стане, для разбурэньня якога зноўку патрэбная адпаведная колькасьць энэргіі.
Пры сынтэзе зь дзьвюх ядраў аднаго большага, які мае атамны нумар меншы, чымжалеза інікель — то бок агульную колькасьць нуклеонаў да 60 — адбываеццаэкзатэрмічная рэакцыя, у якой вылучаецца энэргіі больш, чым патрэбна для злучэньня двух ядраў. Дзякуючы гэтаму працэс тэрмаядзернага сынтэзу ў зорках сам забясьпечвае сябе энэргіяй. З утварэньнем цяжэйшых ядраў энэргія сувязі нануклеон пачынаецца зьмяншацца. То бок тэрмаядзерны сынтэз ядраў з атамным нумарам вышэй за 26 імасавым лікам вышэйшым за 60 ёсьцьэндатэрмічнай рэакцыяй. Таму цяжэйшыя ядры не забясьпечваюць дастатковай колькасьці энэргіі для падтрымкігідрастатычнай раўнавагі зоркі.
Электроны прыцягваюцца да атамнага ядра. Кожны электрон характарызуецца энэргіяй сувязі, якая вызначаецца адлегласьцю паміж ядром ды электронам. Гэтыя адлегласьці адпавядаюць атамным арбіталям.
