Lad os se på, hvordan et atom er bygget. Husk, at vi kun vil tale om modeller. I praksis er atomer en meget mere kompleks struktur. Men takket være moderne udvikling er vi i stand til at forklare og endda med succes forudsige egenskaberne af kemiske elementer (selvom ikke alle). Så hvad er strukturen af et atom? Hvad er det "lavet" af?
Planetarisk model af atomet
blev første gang foreslået af den danske fysiker N. Bohr i 1913. Dette er den første teori om atomets struktur baseret på videnskabelige fakta. Derudover lagde hun grunden til moderne tematisk terminologi. I den producerer elektronpartikler rotationsbevægelser omkring atomet på samme måde som planeterne omkring Solen. Bohr foreslog, at de kun kan eksistere i baner placeret i en strengt defineret afstand fra kernen. Hvorfor præcist kunne videnskabsmanden fra videnskabens position ikke forklare, men en sådan model blev bekræftet af mange eksperimenter. Hele tal blev brugt til at udpege banerne, begyndende med den enhed, der var nummereret tættest på kernen. Alle disse baner kaldes også niveauer. Brintatomet har kun ét niveau, hvor en elektron roterer. Men komplekse atomer har flere niveauer. De er opdelt i komponenter, der forener elektroner, der er tæt på i energipotentiale. Så den anden har allerede to underniveauer - 2s og 2p. Den tredje har allerede tre - 3'ere, 3p og 3d. Etc. Først "befolkes" underniveauerne tættere på kernen og derefter de fjerne. Hver af dem kan kun indeholde et vist antal elektroner. Men dette er ikke enden. Hvert underniveau er opdelt i orbitaler. Lad os lave en sammenligning med det almindelige liv. Et atoms elektronsky kan sammenlignes med en by. Niveauer er gader. Underniveau - et privat hus eller lejlighed. Orbital er et rum. Hver af dem "lever" en eller to elektroner. Alle har specifikke adresser. Dette var det første diagram over atomets struktur. Og endelig om adresserne på elektroner: de bestemmes af talsæt, som kaldes "kvante".
Bølgemodel af atomet
Men med tiden er planetmodellen blevet revideret. En anden teori om atomets struktur blev foreslået. Det er mere perfekt og giver mulighed for at forklare resultaterne af praktiske eksperimenter. Bølgemodellen af atomet, foreslået af E. Schrödinger, erstattede den første. Da var det allerede fastslået, at en elektron kan manifestere sig ikke kun som en partikel, men også som en bølge. Hvad gjorde Schrödinger? Han anvendte en ligning, der beskriver en bølges bevægelse i det tredimensionelle rum. Således kan man ikke finde elektronens bane i atomet, men sandsynligheden for dets påvisning på et bestemt tidspunkt. Begge teorier er forenet af, at elementarpartikler er placeret påspecifikke niveauer, underniveauer og orbitaler. Det er her ligheden mellem modellerne slutter. Jeg vil give et eksempel - i bølgeteori er en orbital et område, hvor det vil være muligt at finde en elektron med en sandsynlighed på 95%. Resten af rummet står for 5%. Men til sidst viste det sig, at atomernes strukturelle træk er afbildet ved hjælp af en bølgemodel, på trods af at terminologien bruges på en generel måde.
Begrebet sandsynlighed i dette tilfælde
Hvorfor blev dette udtryk brugt? Heisenberg formulerede usikkerhedsprincippet i 1927, som nu bruges til at beskrive mikropartiklers bevægelse. Det er baseret på deres grundlæggende forskel fra almindelige fysiske kroppe. Hvad er det? Klassisk mekanik antog, at en person kan observere fænomener uden at påvirke dem (observation af himmellegemer). Baseret på de modtagne data er det muligt at beregne, hvor objektet vil være på et bestemt tidspunkt. Men i mikrokosmos er tingene nødvendigvis anderledes. Så for eksempel at observere en elektron uden at påvirke det er nu ikke muligt på grund af det faktum, at instrumentets og partiklens energier er uforlignelige. Dette fører til det faktum, at dens placering af en elementær partikel, tilstand, retning, bevægelseshastighed og andre parametre ændres. Og det giver ingen mening at tale om de nøjagtige egenskaber. Selve usikkerhedsprincippet fortæller os, at det er umuligt at beregne den nøjagtige bane for elektronen omkring kernen. Du kan kun angive sandsynligheden for at finde en partikel i et bestemt områdeplads. Dette er det særlige ved strukturen af atomer af kemiske elementer. Men dette bør udelukkende tages i betragtning af videnskabsmænd i praktiske eksperimenter.
sammensætning af et atom
Men lad os fokusere på hele emnet. Så ud over den velovervejede elektronskal er den anden komponent af atomet kernen. Den består af positivt ladede protoner og neutrale neutroner. Vi er alle bekendt med det periodiske system. Antallet af hvert element svarer til antallet af protoner, det har. Antallet af neutroner er lig med forskellen mellem massen af et atom og dets antal protoner. Der kan være afvigelser fra denne regel. Så siger de, at en isotop af grundstoffet er til stede. Strukturen af et atom er sådan, at det er "omgivet" af en elektronskal. Antallet af elektroner er norm alt lig med antallet af protoner. Massen af sidstnævnte er omkring 1840 gange større end førstnævntes og er omtrent lig med neutronens vægt. Radius af kernen er omkring 1/200.000 af diameteren af et atom. Han har selv en sfærisk form. Dette er generelt strukturen af atomer af kemiske elementer. På trods af forskellen i masse og egenskaber ser de nogenlunde ens ud.
Orbits
Når man taler om, hvad skemaet for atomets struktur er, kan man ikke forblive tavs om dem. Så der er disse typer:
- s. De er sfæriske.
- p. De ligner voluminøse ottetaller eller spindler.
- d og f. De har en kompleks form, som er svær at beskrive i formelt sprog.
Elektron af hver type kan findes med en sandsynlighed på 95 % i områdettilsvarende orbital. Den præsenterede information skal tages roligt, da det snarere er en abstrakt matematisk model end en fysisk reel tilstand. Men med alt dette har den god forudsigelsesevne med hensyn til de kemiske egenskaber af atomer og endda molekyler. Jo længere fra kernen niveauet er placeret, jo flere elektroner kan der placeres på det. Så antallet af orbitaler kan beregnes ved hjælp af en speciel formel: x2. Her er x lig med antallet af niveauer. Og da der kan placeres op til to elektroner på orbitalen, vil den endelige formel for deres numeriske søgning se sådan ud: 2x2.
Orbits: tekniske data
Hvis vi taler om strukturen af fluoratomet, vil det have tre orbitaler. Alle vil blive fyldt. Orbitalernes energi inden for samme underniveau er den samme. For at udpege dem skal du tilføje lagnummeret: 2s, 4p, 6d. Vi vender tilbage til samtalen om strukturen af fluoratomet. Det vil have to s- og et p-underniveau. Den har ni protoner og det samme antal elektroner. Først et s-niveau. Det er to elektroner. Derefter det andet s-niveau. To elektroner mere. Og 5 fylder p-niveauet. Her er hans struktur. Efter at have læst følgende underoverskrift, kan du selv udføre de nødvendige handlinger og selv se. Hvis vi taler om de fysiske egenskaber af halogener, som inkluderer fluor, skal det bemærkes, at de, selv om de er i samme gruppe, er fuldstændig forskellige i deres egenskaber. Så deres kogepunkt varierer fra -188 til 309grader Celcius. Så hvorfor er de slået sammen? Alt sammen takket være de kemiske egenskaber. Alle halogener, og i højeste grad fluor, har den højeste oxidationsevne. De reagerer med metaller og kan spontant antændes ved stuetemperatur uden problemer.
Hvordan udfyldes baner?
Efter hvilke regler og principper er elektroner arrangeret? Vi foreslår, at du gør dig bekendt med de tre vigtigste, hvis ordlyd er blevet forenklet for en bedre forståelse:
- Princippet om mindst energi. Elektroner har en tendens til at fylde orbitaler i rækkefølge efter stigende energi.
- Pauli-princippet. En orbital kan ikke indeholde mere end to elektroner.
- Hunds regel. Inden for ét underniveau udfylder elektroner først frie orbitaler og danner først derefter par.
Mendeleevs periodiske system vil hjælpe med at fylde, og atomets struktur vil i dette tilfælde blive mere forståelig i forhold til billedet. Derfor er det i praktisk arbejde med konstruktion af kredsløb af elementer nødvendigt at have det ved hånden.
Eksempel
For at opsummere alt, der er sagt i artiklen, kan du lave en prøve af, hvordan elektronerne i et atom er fordelt over deres niveauer, underniveauer og orbitaler (det vil sige, hvad er niveaukonfigurationen). Det kan vises som en formel, et energidiagram eller som et lagdiagram. Der er meget gode illustrationer her, som ved nærmere undersøgelse hjælper med at forstå atomets struktur. Så det første niveau fyldes først. Det harkun ét underniveau, hvor der kun er én orbital. Alle niveauer udfyldes sekventielt, begyndende med det mindste. Først inden for et underniveau placeres en elektron i hver orbital. Derefter oprettes par. Og hvis der er ledige, skifter den til et andet fyldeemne. Og nu kan du uafhængigt finde ud af, hvad der er strukturen af nitrogen- eller fluoratomet (som blev overvejet tidligere). Det kan være lidt tricky i starten, men du kan navigere ved at se på billederne. For klarhedens skyld, lad os se på strukturen af nitrogenatomet. Den har 7 protoner (sammen med neutroner, der udgør kernen) og det samme antal elektroner (som udgør elektronskallen). Det første s-niveau udfyldes først. Den har 2 elektroner. Så kommer det andet s-niveau. Den har også 2 elektroner. Og de tre andre er placeret på p-niveau, hvor hver af dem optager en orbital.
Konklusion
Som du kan se, er strukturen af atomet ikke så svært et emne (hvis du griber det an fra et skolekemikursus, selvfølgelig). Og det er ikke svært at forstå dette emne. Til sidst vil jeg gerne informere dig om nogle funktioner. Når vi for eksempel taler om strukturen af iltatomet, ved vi, at det har otte protoner og 8-10 neutroner. Og da alt i naturen har en tendens til at balancere, danner to iltatomer et molekyle, hvor to uparrede elektroner danner en kovalent binding. På samme måde dannes et andet stabilt iltmolekyle - ozon (O3). Ved at kende strukturen af oxygenatomet er det muligt at formulere oxidationsreaktioner korrekt, isom involverer det mest almindelige stof på Jorden.
