La oss se på hvordan et atom er bygget opp. Husk at vi kun vil snakke om modeller. I praksis er atomer en mye mer kompleks struktur. Men takket være moderne utvikling er vi i stand til å forklare og til og med forutsi egenskapene til kjemiske elementer (selv om ikke alle). Så, hva er strukturen til et atom? Hva er den "laget" av?
Planetarisk modell av atomet
ble først foreslått av den danske fysikeren N. Bohr i 1913. Dette er den første teorien om strukturen til atomet basert på vitenskapelige fakta. I tillegg la hun grunnlaget for moderne tematisk terminologi. I den produserer elektronpartikler rotasjonsbevegelser rundt atomet på samme måte som planetene rundt solen. Bohr foreslo at de bare kan eksistere i baner som ligger i en strengt definert avstand fra kjernen. Hvorfor nøyaktig, kunne forskeren fra vitenskapens stilling ikke forklare, men en slik modell ble bekreftet av mange eksperimenter. Heltall ble brukt for å angi banene, og startet med enheten som var nummerert nærmest kjernen. Alle disse banene kalles også nivåer. Hydrogenatomet har bare ett nivå som ett elektron roterer på. Men komplekse atomer har flere nivåer. De er delt inn i komponenter som forener elektroner som er nært i energipotensial. Så den andre har allerede to undernivåer - 2s og 2p. Den tredje har allerede tre - 3s, 3p og 3d. Etc. Først "befolkes" undernivåene nærmere kjernen, og deretter de fjerne. Hver av dem kan bare inneholde et visst antall elektroner. Men dette er ikke slutten. Hvert undernivå er delt inn i orbitaler. La oss gjøre en sammenligning med det vanlige livet. Elektronskyen til et atom kan sammenlignes med en by. Nivåer er gater. Undernivå - et privat hus eller leilighet. Orbital er et rom. Hver av dem "lever" ett eller to elektroner. Alle har spesifikke adresser. Dette var det første diagrammet over strukturen til atomet. Og til slutt, om adressene til elektroner: de bestemmes av sett med tall, som kalles "kvante".
Bølgemodell av atomet
Men over tid har planetmodellen blitt revidert. En annen teori om strukturen til atomet ble foreslått. Det er mer perfekt og lar deg forklare resultatene av praktiske eksperimenter. Bølgemodellen av atomet, foreslått av E. Schrödinger, erstattet den første. Da var det allerede fastslått at et elektron kan manifestere seg ikke bare som en partikkel, men også som en bølge. Hva gjorde Schrödinger? Han brukte en ligning som beskrev bevegelsen til en bølge i tredimensjon alt rom. Dermed kan man ikke finne banen til elektronet i atomet, men sannsynligheten for dets deteksjon på et bestemt tidspunkt. Begge teoriene er forent ved at elementærpartikler befinner seg påspesifikke nivåer, undernivåer og orbitaler. Det er her likheten mellom modellene slutter. Jeg skal gi ett eksempel - i bølgeteori er en orbital et område hvor det vil være mulig å finne et elektron med en sannsynlighet på 95%. Resten av rommet utgjør 5%. Men til slutt viste det seg at atomenes strukturelle trekk er avbildet ved hjelp av en bølgemodell, til tross for at terminologien brukes på en generell måte.
Begrepet sannsynlighet i dette tilfellet
Hvorfor ble dette begrepet brukt? Heisenberg formulerte usikkerhetsprinsippet i 1927, som nå brukes til å beskrive bevegelsen til mikropartikler. Den er basert på deres grunnleggende forskjell fra vanlige fysiske kropper. Hva er det? Klassisk mekanikk antok at en person kan observere fenomener uten å påvirke dem (observasjon av himmellegemer). Basert på de mottatte dataene er det mulig å beregne hvor objektet vil være på et bestemt tidspunkt. Men i mikrokosmos er ting nødvendigvis annerledes. Så for eksempel å observere et elektron uten å påvirke det er nå ikke mulig på grunn av det faktum at energiene til instrumentet og partikkelen er uforlignelige. Dette fører til det faktum at plasseringen av en elementær partikkel, tilstand, retning, bevegelseshastighet og andre parametere endres. Og det gir ingen mening å snakke om de nøyaktige egenskapene. Selve usikkerhetsprinsippet forteller oss at det er umulig å beregne den nøyaktige banen til elektronet rundt kjernen. Du kan bare spesifisere sannsynligheten for å finne en partikkel i et bestemt områderom. Dette er det særegne ved strukturen til atomer av kjemiske elementer. Men dette bør utelukkende tas i betraktning av forskere i praktiske eksperimenter.
sammensetning av et atom
Men la oss fokusere på hele emnet. Så, i tillegg til det veloverveide elektronskallet, er den andre komponenten av atomet kjernen. Den består av positivt ladede protoner og nøytrale nøytroner. Vi er alle kjent med det periodiske systemet. Antallet på hvert element tilsvarer antallet protoner det har. Antall nøytroner er lik forskjellen mellom massen til et atom og dets antall protoner. Det kan være avvik fra denne regelen. Da sier de at en isotop av grunnstoffet er tilstede. Strukturen til et atom er slik at det er "omgitt" av et elektronskall. Antall elektroner er vanligvis lik antall protoner. Massen til sistnevnte er omtrent 1840 ganger større enn den førstnevnte, og er omtrent lik vekten av nøytronet. Radiusen til kjernen er omtrent 1/200 000 av diameteren til et atom. Selv har han en sfærisk form. Dette er generelt strukturen til atomer av kjemiske elementer. Til tross for forskjellen i masse og egenskaper, ser de omtrent like ut.
Orbits
Når man snakker om skjemaet for strukturen til atomet, kan man ikke tie om dem. Så, det er disse typene:
- s. De er sfæriske.
- p. De ser ut som voluminøse åttere eller spindler.
- d og f. De har en kompleks form som er vanskelig å beskrive på formelt språk.
Elektron av hver type kan bli funnet med en sannsynlighet på 95 % i territoriettilsvarende orbital. Den presenterte informasjonen må tas med ro, siden det snarere er en abstrakt matematisk modell enn en fysisk reell tilstand. Men med alt dette har den god prediktiv kraft når det gjelder de kjemiske egenskapene til atomer og til og med molekyler. Jo lenger fra kjernen nivået er plassert, jo flere elektroner kan plasseres på det. Så antallet orbitaler kan beregnes ved å bruke en spesiell formel: x2. Her er x lik antall nivåer. Og siden opptil to elektroner kan plasseres på orbitalen, vil den endelige formelen for deres numeriske søk se slik ut: 2x2.
Baner: tekniske data
Hvis vi snakker om strukturen til fluoratomet, vil det ha tre orbitaler. Alle vil bli fylt. Energien til orbitaler innenfor samme undernivå er den samme. For å angi dem, legg til lagnummeret: 2s, 4p, 6d. Vi kommer tilbake til samtalen om strukturen til fluoratomet. Den vil ha to s- og ett p-undernivå. Den har ni protoner og samme antall elektroner. Først en s-nivå. Dette er to elektroner. Så det andre s-nivået. To elektroner til. Og 5 fyller p-nivået. Her er strukturen hans. Etter å ha lest følgende underoverskrift, kan du gjøre de nødvendige handlingene selv og se selv. Hvis vi snakker om de fysiske egenskapene til halogener, som inkluderer fluor, bør det bemerkes at de, selv om de er i samme gruppe, er helt forskjellige i deres egenskaper. Så kokepunktet deres varierer fra -188 til 309grader Celsius. Så hvorfor slås de sammen? Alt takket være de kjemiske egenskapene. Alle halogener, og i størst grad fluor, har høyest oksidasjonsevne. De reagerer med metaller og kan spontant antennes ved romtemperatur uten problemer.
Hvordan fylles baner?
Etter hvilke regler og prinsipper er elektroner ordnet? Vi foreslår at du gjør deg kjent med de tre viktigste, hvis ordlyd er forenklet for en bedre forståelse:
- Prinsipp om minst energi. Elektroner har en tendens til å fylle orbitaler i rekkefølge med økende energi.
- Pauli-prinsippet. Én orbital kan ikke inneholde mer enn to elektroner.
- Hunds regel. Innenfor ett undernivå fyller elektroner først frie orbitaler, og først deretter danner de par.
Det periodiske systemet til Mendeleev vil hjelpe med å fylle, og strukturen til atomet i dette tilfellet vil bli mer forståelig med tanke på bildet. Derfor, i praktisk arbeid med konstruksjon av kretser av elementer, er det nødvendig å ha det for hånden.
Eksempel
For å oppsummere alt som er sagt i artikkelen, kan du lage et utvalg av hvordan elektronene til et atom er fordelt over deres nivåer, undernivåer og orbitaler (det vil si hva er nivåkonfigurasjonen). Det kan vises som en formel, et energidiagram eller som et lagdiagram. Det er veldig gode illustrasjoner her, som ved nærmere undersøkelse hjelper til med å forstå strukturen til atomet. Så det første nivået fylles først. Det harbare ett undernivå, der det bare er en orbital. Alle nivåer fylles sekvensielt, og starter med det minste. Først, innenfor ett undernivå, plasseres ett elektron i hver orbital. Deretter opprettes par. Og hvis det er ledige, bytter den til et annet fyllemne. Og nå kan du uavhengig finne ut hva som er strukturen til nitrogen- eller fluoratomet (som ble vurdert tidligere). Det kan være litt vanskelig i starten, men du kan navigere ved å se på bildene. For klarhet, la oss se på strukturen til nitrogenatomet. Den har 7 protoner (sammen med nøytroner som utgjør kjernen) og samme antall elektroner (som utgjør elektronskallet). Det første s-nivået fylles først. Den har 2 elektroner. Så kommer det andre s-nivået. Den har også 2 elektroner. Og de tre andre er plassert på p-nivå, der hver av dem opptar en orbital.
Konklusjon
Som du kan se, er ikke strukturen til atomet et så vanskelig tema (hvis du nærmer deg det fra et skolekjemikurs, selvfølgelig). Og det er ikke vanskelig å forstå dette emnet. Til slutt vil jeg informere deg om noen funksjoner. Når vi for eksempel snakker om strukturen til oksygenatomet, vet vi at det har åtte protoner og 8-10 nøytroner. Og siden alt i naturen har en tendens til å balansere, danner to oksygenatomer et molekyl, der to uparrede elektroner danner en kovalent binding. På samme måte dannes et annet stabilt oksygenmolekyl - ozon (O3). Når du kjenner strukturen til oksygenatomet, er det mulig å formulere oksidasjonsreaksjoner riktig, isom involverer det vanligste stoffet på jorden.
