Nézzük meg, hogyan épül fel egy atom. Ne feledje, hogy csak modellekről fogunk beszélni. A gyakorlatban az atomok sokkal összetettebb szerkezetek. De a modern fejlesztéseknek köszönhetően képesek vagyunk megmagyarázni, sőt sikeresen megjósolni a kémiai elemek tulajdonságait (még ha nem is mindet). Tehát mi az atom szerkezete? Miből "készült"?
Az atom bolygómodellje
A
N. Bohr dán fizikus javasolta először 1913-ban. Ez az atom szerkezetének első tudományos tényeken alapuló elmélete. Emellett lefektette a modern tematikus terminológia alapjait. Ebben az elektronrészecskék ugyanúgy forgómozgásokat keltenek az atom körül, mint a Nap körüli bolygók. Bohr azt javasolta, hogy csak az atommagtól szigorúan meghatározott távolságra elhelyezkedő pályákon létezhetnek. Hogy miért pontosan, azt a tudomány pozíciójából származó tudós nem tudta megmagyarázni, de egy ilyen modellt számos kísérlet megerősített. A pályák kijelölésére egész számokat használtak, kezdve az atommaghoz legközelebbi számozással. Mindezeket a pályákat szinteknek is nevezik. A hidrogénatomnak csak egy szintje van, amelyen egy elektron forog. De az összetett atomoknak több szintje van. Összetevőkre vannak osztva, amelyek egyesítik az energiapotenciál szempontjából közeli elektronokat. Tehát a másodiknak már két alszintje van - 2s és 2p. A harmadikban már három van - 3s, 3p és 3d. Stb. Először a maghoz közelebbi alszinteket „benépesítjük”, majd a távolabbiakat. Mindegyikük csak bizonyos számú elektront tartalmazhat. De ez még nem a vége. Minden alszint pályákra van osztva. Vessünk egy összehasonlítást a hétköznapi élettel. Az atom elektronfelhője egy városéhoz hasonlítható. A szintek az utcák. Alszint - magánház vagy lakás. Az Orbital egy szoba. Mindegyikük "él" egy vagy két elektront. Mindegyiknek konkrét címe van. Ez volt az első diagram az atom szerkezetéről. És végül az elektronok címéről: számhalmazok határozzák meg őket, amelyeket "kvantumnak" neveznek.
Az atom hullámmodellje
De idővel a bolygómodellt felülvizsgálták. Egy második elméletet javasoltak az atom szerkezetére vonatkozóan. Tökéletesebb, és lehetővé teszi a gyakorlati kísérletek eredményeinek magyarázatát. Az E. Schrödinger által javasolt atom hullámmodell váltotta fel az elsőt. Akkor már megállapították, hogy az elektron nemcsak részecskeként, hanem hullámként is megnyilvánulhat. Mit csinált Schrödinger? Alkalmazott egy egyenletet, amely leírja a hullám mozgását a háromdimenziós térben. Így nem az elektron röppályáját találhatjuk meg az atomban, hanem annak valószínűségét, hogy egy bizonyos ponton észleljük. Mindkét elméletet egyesíti az a tény, hogy az elemi részecskék a következő helyen helyezkednek elmeghatározott szintek, alszintek és pályák. Itt ér véget a modellek hasonlósága. Mondok egy példát - a hullámelméletben a pálya egy olyan régió, ahol 95% valószínűséggel lehet elektront találni. A tér többi része 5%-ot tesz ki, de végül kiderült, hogy az atomok szerkezeti jellemzőit hullámmodell segítségével ábrázolják, annak ellenére, hogy a terminológiát általánosan használják.
A valószínűség fogalma ebben az esetben
Miért használták ezt a kifejezést? Heisenberg 1927-ben fogalmazta meg a bizonytalanság elvét, amelyet ma a mikrorészecskék mozgásának leírására használnak. Ez azon alapszik, hogy alapvetően különböznek a közönséges fizikai testektől. Mi az? A klasszikus mechanika azt feltételezte, hogy az ember képes megfigyelni a jelenségeket anélkül, hogy befolyásolná azokat (az égitestek megfigyelése). A kapott adatok alapján ki lehet számítani, hogy egy adott időpontban hol lesz az objektum. De a mikrokozmoszban a dolgok szükségszerűen másként működnek. Így például egy elektron megfigyelése befolyásolás nélkül most nem lehetséges, mivel a műszer és a részecske energiája összehasonlíthatatlan. Ez oda vezet, hogy megváltozik egy elemi részecske elhelyezkedése, állapota, iránya, mozgási sebessége és egyéb paraméterei. És nincs értelme a pontos jellemzőkről beszélni. Maga a bizonytalansági elv azt mondja nekünk, hogy lehetetlen kiszámítani az elektron pontos pályáját az atommag körül. Csak egy adott területen való részecske megtalálásának valószínűségét adhatja meghely. Ez a kémiai elemek atomjainak szerkezetének sajátossága. De ezt kizárólag a tudósoknak kell figyelembe venniük a gyakorlati kísérletek során.
Egy atom összetétele
De koncentráljunk az egész témára. Tehát a jól megfontolt elektronhéj mellett az atom második összetevője az atommag. Pozitív töltésű protonokból és semleges neutronokból áll. Mindannyian ismerjük a periódusos rendszert. Az egyes elemek száma megfelel a benne lévő protonok számának. A neutronok száma megegyezik az atom tömege és a protonok száma közötti különbséggel. Ettől a szabálytól eltérhetnek. Aztán azt mondják, hogy jelen van az elem izotópja. Az atom szerkezete olyan, hogy elektronhéjjal "körülveszik". Az elektronok száma általában megegyezik a protonok számával. Az utóbbi tömege körülbelül 1840-szer nagyobb, mint az előbbié, és megközelítőleg megegyezik a neutron tömegével. Az atommag sugara az atom átmérőjének körülbelül 1/200 000-e. Ő maga gömb alakú. Ez általában a kémiai elemek atomjainak szerkezete. A tömeg és a tulajdonságok különbsége ellenére nagyjából ugyanúgy néznek ki.
Orbits
Ha arról beszélünk, hogy mi az atom szerkezetének sémája, nem lehet hallgatni róluk. Tehát ezek a típusok:
- s. Gömb alakúak.
- p. Úgy néznek ki, mint egy terjedelmes nyolcas vagy orsó.
- d és f. Bonyolult alakjuk van, amelyet nehéz formális nyelven leírni.
Minden típusú elektron 95%-os valószínűséggel megtalálható a területenmegfelelő orbitális. A bemutatott információt nyugodtan kell kezelni, mivel ez inkább egy absztrakt matematikai modell, semmint egy valós fizikai állapot. Mindezek mellett azonban jó előrejelző ereje van az atomok, sőt a molekulák kémiai tulajdonságait illetően. Minél távolabb van az atommagtól a szint, annál több elektron helyezhető el rajta. Tehát a pályák száma egy speciális képlettel számítható ki: x2. Itt x egyenlő a szintek számával. És mivel akár két elektron is elhelyezhető a pályán, a numerikus keresés végső képlete így fog kinézni: 2x2.
Körpályák: műszaki adatok
Ha a fluoratom szerkezetéről beszélünk, akkor három pályája lesz. Mindegyik meg lesz töltve. Az azonos alszinten belüli pályák energiája azonos. Kijelölésükhöz adja hozzá a rétegszámot: 2s, 4p, 6d. Visszatérünk a fluoratom szerkezetéről szóló beszélgetéshez. Két s- és egy p-alszintje lesz. Kilenc protonja és ugyanannyi elektronja van. Az első s-szintű. Ez két elektron. Aztán a második s-szint. Még két elektron. Az 5 pedig kitölti a p-szintet. Íme a szerkezete. A következő alcím elolvasása után saját maga is elvégezheti a szükséges műveleteket, és saját szemével meggyőződhet róla. Ha a halogének fizikai tulajdonságairól beszélünk, amelyek magukban foglalják a fluort, akkor meg kell jegyezni, hogy bár ugyanabban a csoportban vannak, tulajdonságaikban teljesen különböznek. Tehát forráspontjuk -188 és 309 között vanCelcius fok. Akkor miért vannak összevonva? Mindez a kémiai tulajdonságoknak köszönhető. Minden halogénnek és a legnagyobb mértékben a fluornak van a legnagyobb oxidálóereje. Fémekkel reagálnak, és szobahőmérsékleten probléma nélkül spontán meggyulladhatnak.
Hogyan vannak kitöltve a pályák?
Milyen szabályok és elvek szerint vannak elrendezve az elektronok? Javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a három fővel, amelyek megfogalmazása a jobb megértés érdekében leegyszerűsödött:
- A legkevesebb energia elve. Az elektronok általában az energia növekedésének sorrendjében töltik ki a pályákat.
- Pauli elv. Egy pálya nem tartalmazhat kettőnél több elektront.
- Hund szabálya. Egy alszinten belül az elektronok először a szabad pályákat töltik meg, és csak ezután alkotnak párokat.
Mengyelejev periodikus rendszere segít a kitöltésben, és az atom szerkezete ebben az esetben a kép szempontjából érthetőbbé válik. Ezért az elemek áramköreinek felépítésével kapcsolatos gyakorlati munka során kéznél kell tartani.
Példa
A cikkben leírtak összefoglalása érdekében készíthet egy mintát arról, hogyan oszlanak meg egy atom elektronjai szintjeik, alszintjeik és pályái között (vagyis mi a szintkonfiguráció). Megjeleníthető képletként, energiadiagramként vagy rétegdiagramként. Nagyon jó illusztrációk találhatók itt, amelyek alapos vizsgálat után segítenek megérteni az atom szerkezetét. Tehát először az első szint töltődik be. Megvancsak egy alszint, amelyben csak egy pálya van. Minden szint sorban töltődik ki, a legkisebbtől kezdve. Először is, egy alszinten belül minden pályára egy elektron kerül. Ezután párok jönnek létre. És ha vannak szabadok, akkor átvált egy másik kitöltő tárgyra. És most önállóan megtudhatja, mi a nitrogén- vagy fluoratom szerkezete (amelyet korábban tekintettek). Elsőre kicsit trükkös lehet, de a képeket nézegetve eligazodhatsz. Az érthetőség kedvéért nézzük meg a nitrogénatom szerkezetét. 7 protonja van (az atommagot alkotó neutronokkal együtt) és ugyanennyi elektronja (amelyek az elektronhéjat alkotják). Először az első s-szintet töltik ki. 2 elektronja van. Aztán jön a második s-szint. 2 elektronja is van. A másik három pedig a p-szinten van elhelyezve, ahol mindegyik egy-egy pályát foglal el.
Következtetés
Mint látható, az atom szerkezete nem olyan nehéz téma (persze, ha egy iskolai kémia szemszögéből közelítjük meg). És nem nehéz megérteni ezt a témát. Végül szeretném tájékoztatni Önt néhány funkcióról. Például, ha az oxigénatom szerkezetéről beszélünk, tudjuk, hogy nyolc protonból és 8-10 neutronból áll. És mivel a természetben minden egyensúlyra törekszik, két oxigénatom alkot egy molekulát, ahol két párosítatlan elektron kovalens kötést alkot. Hasonlóképpen egy másik stabil oxigénmolekula képződik - az ózon (O3). Az oxigénatom szerkezetének ismeretében lehetséges az oxidációs reakciók helyes megfogalmazása, inamely a Föld legelterjedtebb anyagát tartalmazza.
