Katsotaan kuinka atomi rakennetaan. Muista, että puhumme vain malleista. Käytännössä atomit ovat paljon monimutkaisempi rakenne. Mutta nykyaikaisen kehityksen ansiosta pystymme selittämään ja jopa ennustamaan kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksia (vaikka ei kaikkia). Joten mikä on atomin rakenne? Mistä se on "valmistettu"?
Atomin planeettamalli
ehdotti ensimmäisen kerran tanskalainen fyysikko N. Bohr vuonna 1913. Tämä on ensimmäinen teoria atomin rakenteesta, joka perustuu tieteellisiin tosiasioihin. Lisäksi hän loi perustan nykyaikaiselle temaattiselle terminologialle. Siinä elektronihiukkaset tuottavat pyörimisliikkeitä atomin ympärillä samalla tavalla kuin planeetat Auringon ympärillä. Bohr ehdotti, että ne voivat esiintyä vain kiertoradoilla, jotka sijaitsevat tiukasti määritellyllä etäisyydellä ytimestä. Miksi tarkalleen, tiedemies ei voinut selittää, mutta tällainen malli vahvistettiin monilla kokeilla. Kokonaislukuja käytettiin osoittamaan kiertoradat alkaen yksiköstä, joka oli numeroitu lähimpänä ydintä. Kaikkia näitä kiertoradoja kutsutaan myös tasoiksi. Vetyatomilla on vain yksi taso, jolla yksi elektroni pyörii. Mutta monimutkaisilla atomeilla on enemmän tasoja. Ne on jaettu komponentteihin, jotka yhdistävät elektroneja, jotka ovat lähellä energiapotentiaalia. Joten toisella on jo kaksi alatasoa - 2s ja 2p. Kolmannessa on jo kolme - 3s, 3p ja 3d. Jne. Ensin”kansoitettu” ydintä lähempänä olevat alatasot ja sitten kaukaiset. Jokainen niistä voi sisältää vain tietyn määrän elektroneja. Mutta tämä ei ole loppu. Jokainen alataso on jaettu kiertoradalle. Tehdään vertailu tavalliseen elämään. Atomin elektronipilvi on verrattavissa kaupunkiin. Tasot ovat katuja. Alataso - omakotitalo tai huoneisto. Orbital on huone. Jokainen heistä "elää" yhden tai kaksi elektronia. Niillä kaikilla on omat osoitteet. Tämä oli ensimmäinen kaavio atomin rakenteesta. Ja lopuksi elektronien osoitteista: ne määräytyvät lukujoukoilla, joita kutsutaan "kvanteiksi".
Atomin a altomalli
Mutta ajan myötä planeettamallia on tarkistettu. Esitettiin toinen teoria atomin rakenteesta. Se on täydellisempi ja mahdollistaa käytännön kokeiden tulosten selittämisen. E. Schrödingerin ehdottama atomin a altomalli korvasi ensimmäisen. Silloin jo todettiin, että elektroni voi ilmetä paitsi hiukkasena myös a altona. Mitä Schrödinger teki? Hän sovelsi yhtälöä, joka kuvaa aallon liikettä kolmiulotteisessa avaruudessa. Siten ei voida löytää elektronin liikerataa atomista, vaan sen havaitsemisen todennäköisyys tietyssä pisteessä. Molempia teorioita yhdistää se tosiasia, että alkuainehiukkaset sijaitsevattietyt tasot, alatasot ja kiertoradat. Tähän mallien samank altaisuus päättyy. Annan yhden esimerkin - a altoteoriassa orbitaali on alue, josta on mahdollista löytää elektroni 95% todennäköisyydellä. Loput avaruudesta on 5%. Mutta lopulta kävi ilmi, että atomien rakenteelliset piirteet on kuvattu a altomallilla, vaikka terminologiaa käytetään yleisesti.
Todennäköisyyskäsite tässä tapauksessa
Miksi tätä termiä käytettiin? Heisenberg muotoili vuonna 1927 epävarmuusperiaatteen, jota käytetään nykyään kuvaamaan mikrohiukkasten liikettä. Se perustuu niiden perustavanlaatuiseen eroon tavallisiin fyysisiin kehoihin. Mikä se on? Klassinen mekaniikka oletti, että ihminen voi tarkkailla ilmiöitä vaikuttamatta niihin (taivaankappaleiden havainnointi). Saatujen tietojen perusteella voidaan laskea, missä kohde on tietyllä hetkellä. Mutta mikrokosmuksessa asiat ovat välttämättä toisin. Joten esimerkiksi elektronin tarkkaileminen vaikuttamatta nyt ei ole mahdollista johtuen siitä, että instrumentin ja hiukkasen energiat ovat vertaansa vailla. Tämä johtaa siihen, että sen alkuainehiukkasen sijainti, tila, suunta, liikenopeus ja muut parametrit muuttuvat. Ja tarkoista ominaisuuksista ei ole mitään järkeä puhua. Epävarmuusperiaate itsessään kertoo meille, että on mahdotonta laskea tarkkaa elektronin liikerataa ytimen ympärillä. Voit määrittää vain hiukkasen löytämisen todennäköisyyden tietyltä alueeltatilaa. Tämä on kemiallisten alkuaineiden atomien rakenteen erikoisuus. Mutta vain tiedemiesten tulisi ottaa tämä huomioon käytännön kokeissa.
Atomin koostumus
Mutta keskitytään koko aiheeseen. Joten hyvin harkitun elektronikuoren lisäksi atomin toinen komponentti on ydin. Se koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja neutraaleista neutroneista. Me kaikki tunnemme jaksollisen taulukon. Kunkin elementin lukumäärä vastaa siinä olevien protonien määrää. Neutronien lukumäärä on yhtä suuri kuin erotus atomin massan ja sen protonien lukumäärän välillä. Tästä säännöstä voi olla poikkeuksia. Sitten he sanovat, että elementin isotooppi on läsnä. Atomin rakenne on sellainen, että sitä "ympäröi" elektronikuori. Elektronien lukumäärä on yleensä yhtä suuri kuin protonien lukumäärä. Jälkimmäisen massa on noin 1840 kertaa suurempi kuin edellisen, ja se on suunnilleen yhtä suuri kuin neutronin paino. Ytimen säde on noin 1/200 000 atomin halkaisijasta. Hänellä itsellään on pallomainen muoto. Tämä on yleensä kemiallisten alkuaineiden atomien rakenne. Massa- ja ominaisuuksien eroista huolimatta ne näyttävät suunnilleen sam alta.
Kierrät
Atomin rakenteen kaaviosta puhuttaessa niistä ei voi olla hiljaa. Joten näitä tyyppejä on:
- s. Ne ovat pallomaisia.
- p. Ne näyttävät suurilta kahdeks alta tai kar alta.
- d ja f. Niillä on monimutkainen muoto, jota on vaikea kuvailla virallisella kielellä.
Kunkin elektronityyppi löytyy alueelta 95 %:n todennäköisyydellävastaava kiertorata. Esitetty tieto on otettava rauhallisesti, koska se on pikemminkin abstrakti matemaattinen malli kuin fyysinen todellinen asioiden tila. Mutta kaiken tämän kanssa sillä on hyvä ennustevoima atomien ja jopa molekyylien kemiallisten ominaisuuksien suhteen. Mitä kauempana ytimestä taso sijaitsee, sitä enemmän siihen voidaan sijoittaa elektroneja. Joten orbitaalien lukumäärä voidaan laskea käyttämällä erityistä kaavaa: x2. Tässä x on yhtä suuri kuin tasojen lukumäärä. Ja koska kiertoradalle voidaan sijoittaa jopa kaksi elektronia, niiden numeerisen haun lopullinen kaava näyttää tältä: 2x2.
Rata: tekniset tiedot
Jos puhumme fluoriatomin rakenteesta, sillä on kolme kiertorataa. Ne kaikki täytetään. Saman alitason kiertoradan energia on sama. Nimeä ne lisäämällä kerroksen numero: 2s, 4p, 6d. Palaamme keskusteluun fluoriatomin rakenteesta. Siinä on kaksi s- ja yksi p-alataso. Siinä on yhdeksän protonia ja sama määrä elektroneja. Ensimmäinen s-taso. Nämä ovat kaksi elektronia. Sitten toinen s-taso. Kaksi muuta elektronia. Ja 5 täyttää p-tason. Tässä on hänen rakenteensa. Kun olet lukenut seuraavan alaotsikon, voit tehdä tarvittavat toimenpiteet itse ja nähdä itse. Jos puhumme halogeenien fysikaalisista ominaisuuksista, joihin sisältyy fluori, on huomattava, että ne, vaikka ne ovat samassa ryhmässä, eroavat täysin ominaisuuksiltaan. Joten niiden kiehumispiste vaihtelee välillä -188 - 309celsiusastetta. Joten miksi ne yhdistetään? Kaikki kemiallisten ominaisuuksien ansiosta. Kaikilla halogeeneilla ja suurimmassa määrin fluorilla on suurin hapetuskyky. Ne reagoivat metallien kanssa ja voivat syttyä itsestään huoneenlämmössä ilman ongelmia.
Miten kiertoradat täytetään?
Millä säännöillä ja periaatteilla elektronit järjestetään? Suosittelemme, että tutustut kolmeen pääasiaan, joiden sanamuotoa on yksinkertaistettu ymmärtämisen helpottamiseksi:
- Vähimmän energian periaate. Elektroneilla on tapana täyttää kiertoradat kasvavan energian järjestyksessä.
- Pauli-periaate. Yksi orbitaali voi sisältää enintään kaksi elektronia.
- Hundin sääntö. Yhdellä alatasolla elektronit täyttävät ensin vapaat kiertoradat ja vasta sitten muodostavat pareja.
Mendelejevin jaksollinen järjestelmä auttaa täyttämisessä, ja atomin rakenne tulee tässä tapauksessa ymmärrettävämmäksi kuvan kann alta. Siksi käytännön työssä elementtien piirien rakentamisessa on välttämätöntä pitää se käsillä.
Esimerkki
Jotta tiivistää kaikki artikkelissa sanottu, voit tehdä näytteen siitä, kuinka atomin elektronit jakautuvat tasoilleen, alatasoilleen ja kiertoradalle (eli mikä on tasokonfiguraatio). Se voidaan esittää kaavana, energiakaaviona tai kerroskaaviona. Tässä on erittäin hyviä kuvia, jotka tarkkaan tarkasteltuna auttavat ymmärtämään atomin rakennetta. Joten ensimmäinen taso täytetään ensin. Sillä onvain yksi alitaso, jossa on vain yksi kiertorata. Kaikki tasot täytetään peräkkäin, alkaen pienimmästä. Ensinnäkin yhden alitason sisällä jokaiselle kiertoradalle sijoitetaan yksi elektroni. Sitten luodaan pareja. Ja jos vapaita on, se vaihtaa toiseen täyteaineeseen. Ja nyt voit itsenäisesti selvittää, mikä on typpi- tai fluoriatomin rakenne (jota pidettiin aiemmin). Se voi olla aluksi hieman hankalaa, mutta voit navigoida katsomalla kuvia. Selvyyden vuoksi tarkastellaan typpiatomin rakennetta. Siinä on 7 protonia (yhdessä ytimen muodostavien neutronien kanssa) ja sama määrä elektroneja (jotka muodostavat elektronikuoren). Ensimmäinen s-taso täytetään ensin. Siinä on 2 elektronia. Sitten tulee toinen s-taso. Siinä on myös 2 elektronia. Ja loput kolme on sijoitettu p-tasolle, jossa jokainen niistä on yhdellä kiertoradalla.
Johtopäätös
Kuten näet, atomin rakenne ei ole niin vaikea aihe (jos sitä lähestyy tietysti koulun kemian kurssin näkökulmasta). Ja tämän aiheen ymmärtäminen ei ole vaikeaa. Lopuksi haluaisin kertoa teille joistakin ominaisuuksista. Esimerkiksi happiatomin rakenteesta puhuttaessa tiedämme, että siinä on kahdeksan protonia ja 8-10 neutronia. Ja koska luonnossa kaikki pyrkii tasapainottumaan, kaksi happiatomia muodostavat molekyylin, jossa kaksi paritonta elektronia muodostavat kovalenttisen sidoksen. Samalla tavalla muodostuu toinen stabiili happimolekyyli - otsoni (O3). Tietäen happiatomin rakenteen, on mahdollista formuloida oikein hapettumisreaktiotjoka sisältää yleisimmän aineen maan päällä.
