Pogledajmo kako je izgrađen atom. Imajte na umu da ćemo govoriti samo o modelima. U praksi, atomi su mnogo složenija struktura. Ali zahvaljujući suvremenom razvoju, u mogućnosti smo objasniti, pa čak i uspješno predvidjeti svojstva kemijskih elemenata (čak i ako ne svih). Dakle, kakva je struktura atoma? Od čega je "napravljen"?
Planetarni model atoma
prvi je predložio danski fizičar N. Bohr 1913. godine. Ovo je prva teorija strukture atoma utemeljena na znanstvenim činjenicama. Osim toga, postavila je temelje modernoj tematskoj terminologiji. U njemu čestice elektrona proizvode rotacijske kretnje oko atoma na isti način kao i planeti oko Sunca. Bohr je sugerirao da oni mogu postojati samo u orbitama koje se nalaze na strogo određenoj udaljenosti od jezgre. Zašto točno, znanstvenik s pozicije znanosti nije mogao objasniti, ali je takav model potvrđen brojnim eksperimentima. Za označavanje orbite korišteni su cjelobrojni brojevi, počevši od jedinice koja je numerirana najbliže jezgri. Sve te orbite nazivaju se i razinama. Atom vodika ima samo jednu razinu na kojoj rotira jedan elektron. Ali složeni atomi imaju više razina. Podijeljeni su na komponente koje ujedinjuju elektrone koji su bliskog energetskog potencijala. Dakle, drugi već ima dvije podrazine - 2s i 2p. Treći već ima tri - 3s, 3p i 3d. itd. Prvo se „naseljuju“podrazine bliže jezgri, a zatim i udaljene. Svaki od njih može zadržati samo određeni broj elektrona. Ali ovo nije kraj. Svaka podrazina je podijeljena na orbitale. Napravimo usporedbu s običnim životom. Elektronski oblak atoma usporediv je s gradom. Nivoi su ulice. Podrazina - privatna kuća ili stan. Orbital je soba. Svaki od njih "živi" jedan ili dva elektrona. Svi imaju određene adrese. Ovo je bio prvi dijagram strukture atoma. I na kraju, o adresama elektrona: one su određene skupovima brojeva, koji se nazivaju "kvantnim".
Valni model atoma
Ali s vremenom je planetarni model revidiran. Predložena je druga teorija strukture atoma. Savršeniji je i omogućuje objašnjenje rezultata praktičnih eksperimenata. Valni model atoma, koji je predložio E. Schrödinger, zamijenio je prvi. Tada je već utvrđeno da se elektron može manifestirati ne samo kao čestica, već i kao val. Što je učinio Schrödinger? Primijenio je jednadžbu koja opisuje gibanje vala u trodimenzionalnom prostoru. Dakle, ne može se pronaći putanja elektrona u atomu, već vjerojatnost njegovog otkrivanja u određenoj točki. Obje teorije ujedinjuje činjenica da se elementarne čestice nalaze naspecifične razine, podrazine i orbitale. Tu prestaje sličnost modela. Navest ću jedan primjer – u teoriji vala orbitala je područje u kojem će biti moguće pronaći elektron s vjerojatnošću od 95%. Ostatak prostora čini 5%. Ali na kraju se pokazalo da su strukturne značajke atoma prikazane pomoću valnog modela, unatoč činjenici da se terminologija koristi općenito.
Koncept vjerojatnosti u ovom slučaju
Zašto je korišten ovaj izraz? Heisenberg je 1927. godine formulirao princip nesigurnosti, koji se danas koristi za opisivanje gibanja mikročestica. Temelji se na njihovoj temeljnoj razlici od običnih fizičkih tijela. Što je? Klasična mehanika je pretpostavljala da osoba može promatrati pojave bez utjecaja na njih (promatranje nebeskih tijela). Na temelju primljenih podataka moguće je izračunati gdje će se objekt nalaziti u određenom trenutku. Ali u mikrokozmosu stvari su nužno drugačije. Tako, na primjer, promatrati elektron bez utjecaja sada nije moguće zbog činjenice da su energije instrumenta i čestice neusporedive. To dovodi do činjenice da se njegov položaj elementarne čestice, stanje, smjer, brzina kretanja i drugi parametri mijenjaju. A o točnim karakteristikama nema smisla govoriti. Sam princip nesigurnosti nam govori da je nemoguće izračunati točnu putanju elektrona oko jezgre. Možete odrediti samo vjerojatnost pronalaska čestice u određenom područjuprostor. To je osobitost strukture atoma kemijskih elemenata. Ali to bi trebali uzeti u obzir isključivo znanstvenici u praktičnim eksperimentima.
Sastav atoma
Ali usredotočimo se na cijelu temu. Dakle, osim dobro promišljene elektronske ljuske, druga komponenta atoma je jezgra. Sastoji se od pozitivno nabijenih protona i neutralnih neutrona. Svima nam je poznat periodni sustav. Broj svakog elementa odgovara broju protona koje ima. Broj neutrona jednak je razlici između mase atoma i broja njegovih protona. Može doći do odstupanja od ovog pravila. Tada kažu da je prisutan izotop elementa. Struktura atoma je takva da je "okružen" elektronskom ljuskom. Broj elektrona obično je jednak broju protona. Masa potonjeg je oko 1840 puta veća od mase prvog i približno je jednaka težini neutrona. Polumjer jezgre je oko 1/200 000 promjera atoma. On sam ima sferni oblik. Ovo je, općenito, struktura atoma kemijskih elemenata. Unatoč razlici u masi i svojstvima, izgledaju otprilike isto.
Orbite
Govoreći o tome kakva je shema strukture atoma, o njima se ne može šutjeti. Dakle, postoje ove vrste:
- s. Kuglaste su.
- str. Izgledaju kao voluminozne osmice ili vretena.
- d i f. Imaju složen oblik koji je teško opisati formalnim jezikom.
Elektron svake vrste može se pronaći s vjerojatnošću od 95% na teritorijuodgovarajuća orbitala. Iznesene informacije treba shvatiti mirno, budući da se radi o apstraktnom matematičkom modelu nego o fizičkom stvarnom stanju stvari. Ali uz sve to, ima dobru prediktivnu moć u pogledu kemijskih svojstava atoma, pa čak i molekula. Što se razina nalazi dalje od jezgre, to se više elektrona može smjestiti na nju. Dakle, broj orbitala može se izračunati pomoću posebne formule: x2. Ovdje je x jednako broju razina. A budući da se na orbitalu mogu postaviti najviše dva elektrona, konačna formula za njihovo numeričko pretraživanje izgledat će ovako: 2x2.
Orbite: tehnički podaci
Ako govorimo o strukturi atoma fluora, on će imati tri orbitale. Svi će oni biti popunjeni. Energija orbitala unutar iste podrazine je ista. Da biste ih označili, dodajte broj sloja: 2s, 4p, 6d. Vraćamo se razgovoru o strukturi atoma fluora. Imat će dvije s- i jednu p-podrazinu. Ima devet protona i isti broj elektrona. Prvi jedan s-razina. To su dva elektrona. Zatim drugi s-razina. Još dva elektrona. I 5 ispunjava p-razinu. Evo njegove strukture. Nakon što pročitate sljedeći podnaslov, sami možete poduzeti potrebne radnje i u to se uvjeriti. Ako govorimo o fizičkim svojstvima halogena, koji uključuju fluor, onda treba napomenuti da se oni, iako u istoj skupini, potpuno razlikuju po svojim karakteristikama. Dakle, njihova točka vrelišta kreće se od -188 do 309stupnjeva Celzija. Pa zašto su spojeni? Sve zahvaljujući kemijskim svojstvima. Svi halogeni, a u najvećoj mjeri fluor, imaju najveću oksidacijsku moć. Oni reagiraju s metalima i mogu se spontano zapaliti na sobnoj temperaturi bez ikakvih problema.
Kako se pune orbite?
Po kojim su pravilima i principima uređeni elektroni? Predlažemo da se upoznate s tri glavna, čija je formulacija pojednostavljena radi boljeg razumijevanja:
- Princip najmanje energije. Elektroni teže ispuniti orbitale redoslijedom povećanja energije.
- Paulijevo načelo. Jedna orbitala ne može sadržavati više od dva elektrona.
- Hundovo pravilo. Unutar jedne podrazine, elektroni prvo ispunjavaju slobodne orbitale, a tek onda formiraju parove.
Periodični sustav Mendeljejeva pomoći će u popunjavanju, a struktura atoma u ovom slučaju postat će razumljivija u smislu slike. Stoga ga je u praktičnom radu s konstrukcijom sklopova elemenata potrebno držati pri ruci.
Primjer
Kako biste saželi sve rečeno u članku, možete napraviti uzorak kako su elektroni atoma raspoređeni po svojim razinama, podrazinama i orbitalama (to jest, kakva je konfiguracija razine). Može se prikazati kao formula, energetski dijagram ili kao dijagram sloja. Ovdje postoje vrlo dobre ilustracije koje, nakon pomnog pregleda, pomažu razumjeti strukturu atoma. Dakle, prva se razina popunjava prva. Imasamo jedna podrazina, u kojoj postoji samo jedna orbitala. Sve razine se popunjavaju uzastopno, počevši od najmanje. Prvo, unutar jedne podrazine, jedan elektron je smješten u svaku orbitalu. Tada se stvaraju parovi. A ako ima slobodnih, prebacuje se na drugi predmet punjenja. A sada možete samostalno saznati koja je struktura atoma dušika ili fluora (što se ranije smatralo). U početku može biti malo zeznuto, ali možete se kretati gledajući slike. Radi jasnoće, pogledajmo strukturu atoma dušika. Ima 7 protona (zajedno s neutronima koji čine jezgru) i isti broj elektrona (koji čine elektronsku ljusku). Prva s-razina se popunjava prva. Ima 2 elektrona. Zatim dolazi druga s-razina. Također ima 2 elektrona. A ostala tri su smještena na p-razini, gdje svaki od njih zauzima jednu orbitalu.
Zaključak
Kao što vidite, struktura atoma nije tako teška tema (ako joj pristupite iz perspektive školskog tečaja kemije, naravno). I nije teško razumjeti ovu temu. Na kraju, želio bih vas obavijestiti o nekim značajkama. Na primjer, govoreći o strukturi atoma kisika, znamo da on ima osam protona i 8-10 neutrona. A budući da sve u prirodi teži ravnoteži, dva atoma kisika tvore molekulu, gdje dva nesparena elektrona tvore kovalentnu vezu. Slično, nastaje još jedna stabilna molekula kisika - ozon (O3). Poznavajući strukturu atoma kisika, moguće je ispravno formulirati reakcije oksidacije, ukoji uključuje najčešću tvar na Zemlji.
