Poglejmo, kako je zgrajen atom. Upoštevajte, da bomo govorili samo o modelih. V praksi so atomi veliko bolj zapletena struktura. Toda zahvaljujoč sodobnemu razvoju smo sposobni razložiti in celo uspešno napovedati lastnosti kemičnih elementov (čeprav ne vseh). Kakšna je torej struktura atoma? Iz česa je "izdelano"?
Planetarni model atoma
je prvi predlagal danski fizik N. Bohr leta 1913. To je prva teorija strukture atoma, ki temelji na znanstvenih dejstvih. Poleg tega je postavila temelje sodobne tematske terminologije. V njem elektronski delci proizvajajo rotacijske premike okoli atoma na enak način kot planeti okoli Sonca. Bohr je predlagal, da lahko obstajajo le v orbitah, ki se nahajajo na strogo določeni razdalji od jedra. Zakaj točno, znanstvenik s stališča znanosti ni znal pojasniti, a so tak model potrdili številni poskusi. Za označevanje orbit so bila uporabljena cela števila, začenši z enoto, ki je bila oštevilčena najbližje jedru. Vse te orbite imenujemo tudi ravni. Atom vodika ima samo eno raven, na kateri se vrti en elektron. Toda kompleksni atomi imajo več ravni. Razdeljeni so na komponente, ki združujejo elektrone, ki so blizu energijskega potenciala. Torej ima drugi že dve podravni - 2s in 2p. Tretji že ima tri - 3s, 3p in 3d. itd. Najprej so "naseljene" podravni, ki so bližje jedru, nato pa še oddaljene. Vsak od njih lahko zadrži le določeno število elektronov. Ampak to še ni konec. Vsaka podnivo je razdeljena na orbitale. Naredimo primerjavo z običajnim življenjem. Elektronski oblak atoma je primerljiv z mestom. Ravni so ulice. Podnivo - zasebna hiša ali stanovanje. Orbital je soba. Vsak od njih "živi" en ali dva elektrona. Vsi imajo določene naslove. To je bil prvi diagram strukture atoma. In končno, o naslovih elektronov: določajo jih nizi številk, ki se imenujejo "kvantni".
Valni model atoma
Toda sčasoma je bil planetarni model revidiran. Predlagana je bila druga teorija strukture atoma. Je bolj popoln in omogoča razlago rezultatov praktičnih poskusov. Valovni model atoma, ki ga je predlagal E. Schrödinger, je nadomestil prvega. Potem je bilo že ugotovljeno, da se elektron lahko manifestira ne le kot delec, ampak tudi kot val. Kaj je naredil Schrödinger? Uporabil je enačbo, ki opisuje gibanje vala v tridimenzionalnem prostoru. Tako je mogoče najti ne trajektorijo elektrona v atomu, temveč verjetnost njegovega zaznavanja na določeni točki. Obe teoriji združuje dejstvo, da se na njem nahajajo elementarni delciposebne ravni, podnivoji in orbitale. Tu se podobnost modelov konča. Navedel bom en primer - v teoriji valov je orbitala območje, kjer bo mogoče najti elektron z verjetnostjo 95%. Preostali prostor predstavlja 5%. Toda na koncu se je izkazalo, da so strukturne značilnosti atomov upodobljene z valovnim modelom, kljub dejstvu, da je terminologija uporabljena na splošno.
Pojem verjetnosti v tem primeru
Zakaj je bil uporabljen ta izraz? Heisenberg je leta 1927 oblikoval načelo negotovosti, ki se danes uporablja za opis gibanja mikrodelcev. Temelji na njihovi temeljni razliki od običajnih fizičnih teles. Kaj je to? Klasična mehanika je domnevala, da lahko človek opazuje pojave, ne da bi nanje vplival (opazovanje nebesnih teles). Na podlagi prejetih podatkov je mogoče izračunati, kje se bo objekt v določenem trenutku nahajal. Toda v mikrokozmosu so stvari nujno drugačne. Tako, na primer, opazovati elektron brez vplivanja zdaj ni mogoče zaradi dejstva, da sta energiji instrumenta in delca neprimerljivi. To vodi v dejstvo, da se spremeni njegova lokacija elementarnega delca, stanje, smer, hitrost gibanja in drugi parametri. In nima smisla govoriti o natančnih značilnostih. Samo načelo negotovosti nam pove, da je nemogoče izračunati točne poti elektrona okoli jedra. Določite lahko le verjetnost, da boste na določenem območju našli delecprostor. To je posebnost strukture atomov kemičnih elementov. Toda to bi morali upoštevati izključno znanstveniki pri praktičnih poskusih.
Sestava atoma
Toda osredotočimo se na celotno temo. Torej je poleg dobro premišljene elektronske lupine druga komponenta atoma jedro. Sestavljen je iz pozitivno nabitih protonov in nevtralnih nevtronov. Vsi poznamo periodni sistem. Število vsakega elementa ustreza številu protonov, ki jih ima. Število nevtronov je enako razliki med maso atoma in njegovim številom protonov. Od tega pravila lahko pride do odstopanj. Potem pravijo, da je prisoten izotop elementa. Struktura atoma je taka, da je "obdan" z elektronsko lupino. Število elektronov je običajno enako številu protonov. Masa slednjega je približno 1840-krat večja od mase prvega in je približno enaka teži nevtrona. Polmer jedra je približno 1/200.000 premera atoma. Sam ima sferično obliko. To je na splošno struktura atomov kemičnih elementov. Kljub razliki v masi in lastnostih so videti približno enaki.
Orbite
Ko že govorimo o tem, kakšna je shema zgradbe atoma, o njih ne moremo molčati. Torej, obstajajo te vrste:
- s. So sferične.
- str. Izgledajo kot obsežne osmice ali vretena.
- d in f. Imajo zapleteno obliko, ki jo je težko opisati v formalnem jeziku.
Elektron vsake vrste je mogoče najti z verjetnostjo 95 % na ozemljuustrezna orbitala. Predstavljene informacije je treba jemati mirno, saj gre bolj za abstrakten matematični model kot za fizično realno stanje. Toda ob vsem tem ima dobro napovedno moč glede kemičnih lastnosti atomov in celo molekul. Dlje kot je nivo od jedra, več elektronov je mogoče nanj postaviti. Torej lahko število orbital izračunamo s posebno formulo: x2. Tukaj je x enako številu nivojev. In ker je mogoče na orbitalo postaviti do dva elektrona, bo končna formula za njihovo številčno iskanje videti takole: 2x2.
Orbite: tehnični podatki
Če govorimo o strukturi atoma fluora, bo imel tri orbitale. Vsi bodo zapolnjeni. Energija orbital znotraj istega podnivoja je enaka. Če jih želite označiti, dodajte številko plasti: 2s, 4p, 6d. Vrnimo se k pogovoru o zgradbi atoma fluora. Imel bo dve s- in eno p-podnivo. Ima devet protonov in enako število elektronov. Prva s stopnja. To sta dva elektrona. Nato druga s-stopnja. Še dva elektrona. In 5 zapolni p-ravnjo. Tukaj je njegova struktura. Ko preberete naslednji podnaslov, lahko sami izvedete potrebna dejanja in se sami prepričate. Če govorimo o fizikalnih lastnostih halogenov, ki vključujejo fluor, je treba opozoriti, da se ti, čeprav v isti skupini, popolnoma razlikujejo po svojih značilnostih. Torej se njihovo vrelišče giblje od -188 do 309stopinj Celzija. Zakaj so torej združeni? Vse zahvaljujoč kemičnim lastnostim. Vsi halogeni in v največji meri fluor imajo največjo oksidacijsko moč. Reagirajo s kovinami in se lahko pri sobni temperaturi spontano vnamejo brez težav.
Kako so orbite napolnjene?
Po kakšnih pravilih in načelih so urejeni elektroni? Predlagamo, da se seznanite s tremi glavnimi, katerih besedilo je poenostavljeno za boljše razumevanje:
- Načelo najmanj energije. Elektroni ponavadi polnijo orbitale v vrstnem redu naraščajoče energije.
- Paulijevo načelo. Ena orbitala ne more vsebovati več kot dveh elektronov.
- Hundovo pravilo. V eni podnivoji elektroni najprej zapolnijo proste orbitale in šele nato tvorijo pare.
Periodični sistem Mendelejeva bo pomagal pri polnjenju, struktura atoma pa bo v tem primeru postala bolj razumljiva v smislu slike. Zato ga je treba pri praktičnem delu s konstrukcijo vezij elementov imeti pri roki.
Primer
Da bi povzeli vse, kar je bilo povedano v članku, lahko naredite vzorec, kako so elektroni atoma razporejeni po njihovih nivojih, podravneh in orbitalah (to je, kakšna je konfiguracija nivoja). Lahko se prikaže kot formula, energijski diagram ali kot slojni diagram. Tukaj so zelo dobre ilustracije, ki ob natančnem pregledu pomagajo razumeti strukturo atoma. Torej, prva raven je najprej napolnjena. Imasamo ena podnivo, v kateri je samo ena orbitala. Vse ravni se polnijo zaporedno, začenši z najmanjšo. Prvič, znotraj enega podnivoja je en elektron nameščen v vsako orbitalo. Nato se ustvarijo pari. In če so prosti, se preklopi na drugo polnilno temo. In zdaj lahko samostojno ugotovite, kakšna je struktura atoma dušika ali fluora (kar je veljalo prej). Na začetku je lahko nekoliko težavno, vendar se lahko premikate tako, da pogledate slike. Zaradi jasnosti si oglejmo strukturo dušikovega atoma. Ima 7 protonov (skupaj z nevtroni, ki sestavljajo jedro) in enako število elektronov (ki sestavljajo elektronsko lupino). Prva s-stopnja se izpolni najprej. Ima 2 elektrona. Nato sledi druga s-stopnja. Ima tudi 2 elektrona. Ostali trije pa so postavljeni na nivoju p, kjer vsak zaseda eno orbitalo.
Sklep
Kot vidite, struktura atoma ni tako težka tema (če se je lotite z vidika šolskega tečaja kemije, seveda). In razumeti to temo ni težko. Na koncu bi vas rad obvestil o nekaterih funkcijah. Na primer, ko govorimo o strukturi atoma kisika, vemo, da ima osem protonov in 8-10 nevtronov. In ker vse v naravi teži k ravnovesju, dva kisikova atoma tvorita molekulo, kjer dva neparna elektrona tvorita kovalentno vez. Podobno nastane še ena stabilna molekula kisika - ozon (O3). Če poznamo strukturo atoma kisika, je mogoče pravilno oblikovati oksidacijske reakcije, vki vključuje najpogostejšo snov na Zemlji.
