Să vedem cum este construit un atom. Rețineți că vom vorbi doar despre modele. În practică, atomii sunt o structură mult mai complexă. Dar datorită evoluțiilor moderne, suntem capabili să explicăm și chiar să prezicem cu succes proprietățile elementelor chimice (chiar dacă nu toate). Deci, care este structura unui atom? Din ce este „făcut”?
Modelul planetar al atomului
a fost propus pentru prima dată de fizicianul danez N. Bohr în 1913. Aceasta este prima teorie a structurii atomului bazată pe fapte științifice. În plus, ea a pus bazele terminologiei tematice moderne. În ea, particulele de electroni produc mișcări de rotație în jurul atomului, în același mod ca planetele din jurul Soarelui. Bohr a sugerat că pot exista doar pe orbite situate la o distanță strict definită de nucleu. De ce exact, omul de știință din postura de știință nu a putut explica, dar un astfel de model a fost confirmat de multe experimente. Numerele întregi au fost folosite pentru a desemna orbitele, începând cu unitatea care a fost numerotată cel mai aproape de nucleu. Toate aceste orbite sunt numite și niveluri. Atomul de hidrogen are un singur nivel pe care se rotește un electron. Dar atomii complecși au mai multe niveluri. Ele sunt împărțite în componente care unesc electronii care sunt apropiați ca potențial energetic. Deci, al doilea are deja două subnivele - 2s și 2p. Al treilea are deja trei - 3s, 3p și 3d. etc. În primul rând, subnivelurile mai apropiate de nucleu sunt „populate”, iar apoi cele îndepărtate. Fiecare dintre ele poate conține doar un anumit număr de electroni. Dar acesta nu este sfârșitul. Fiecare subnivel este împărțit în orbitali. Să facem o comparație cu viața obișnuită. Norul de electroni al unui atom este comparabil cu un oraș. Nivelurile sunt străzi. Subnivel - o casă sau un apartament privat. Orbital este o cameră. Fiecare dintre ei „trăiește” unul sau doi electroni. Toate au adrese specifice. Aceasta a fost prima diagramă a structurii atomului. Și, în sfârșit, despre adresele electronilor: acestea sunt determinate de seturi de numere, care se numesc „cuantice”.
Model ondulat al atomului
Dar de-a lungul timpului, modelul planetar a fost revizuit. A fost propusă o a doua teorie a structurii atomului. Este mai perfectă și permite explicarea rezultatelor experimentelor practice. Modelul ondulatoriu al atomului, propus de E. Schrödinger, l-a înlocuit pe primul. Atunci s-a stabilit deja că un electron se poate manifesta nu numai ca o particulă, ci și ca o undă. Ce a făcut Schrödinger? El a aplicat o ecuație care descrie mișcarea unei unde în spațiul tridimensional. Astfel, se poate găsi nu traiectoria electronului în atom, ci probabilitatea detectării acestuia la un anumit punct. Ambele teorii sunt unite de faptul că particulele elementare sunt localizate peniveluri specifice, subniveluri și orbitali. Aici se termină asemănarea modelelor. Voi da un exemplu - în teoria undelor, un orbital este o regiune în care va fi posibil să se găsească un electron cu o probabilitate de 95%. Restul spațiului reprezintă 5%. Dar, în cele din urmă, s-a dovedit că trăsăturile structurale ale atomilor sunt descrise folosind un model ondulat, în ciuda faptului că terminologia este folosită într-un mod general.
Conceptul de probabilitate în acest caz
De ce a fost folosit acest termen? Heisenberg a formulat principiul incertitudinii în 1927, care este acum folosit pentru a descrie mișcarea microparticulelor. Se bazează pe diferența lor fundamentală față de corpurile fizice obișnuite. Ce este? Mecanica clasică presupunea că o persoană poate observa fenomene fără a le afecta (observarea corpurilor cerești). Pe baza datelor primite, este posibil să se calculeze unde va fi obiectul la un anumit moment în timp. Dar în microcosmos lucrurile stau neapărat diferit. Deci, de exemplu, a observa un electron fără a-l influența acum nu este posibil datorită faptului că energiile instrumentului și ale particulei sunt incomparabile. Acest lucru duce la faptul că locația sa a unei particule elementare, starea, direcția, viteza de mișcare și alți parametri se modifică. Și nu are sens să vorbim despre caracteristicile exacte. Principiul incertitudinii în sine ne spune că este imposibil să se calculeze traiectoria exactă a electronului în jurul nucleului. Puteți specifica doar probabilitatea de a găsi o particulă într-o anumită zonăspaţiu. Aceasta este particularitatea structurii atomilor elementelor chimice. Dar acest lucru ar trebui să fie luat în considerare exclusiv de oamenii de știință în experimentele practice.
Compoziția unui atom
Dar să ne concentrăm asupra întregului subiect. Deci, pe lângă învelișul electronic bine considerat, a doua componentă a atomului este nucleul. Este format din protoni încărcați pozitiv și neutroni neutri. Cu toții suntem familiarizați cu tabelul periodic. Numărul fiecărui element corespunde numărului de protoni pe care îi are. Numărul de neutroni este egal cu diferența dintre masa unui atom și numărul său de protoni. Pot exista abateri de la această regulă. Apoi se spune că este prezent un izotop al elementului. Structura unui atom este de așa natură încât este „înconjurat” de un înveliș de electroni. Numărul de electroni este de obicei egal cu numărul de protoni. Masa celui din urmă este de aproximativ 1840 de ori mai mare decât cea a primei și este aproximativ egală cu greutatea neutronului. Raza nucleului este de aproximativ 1/200.000 din diametrul unui atom. El însuși are o formă sferică. Aceasta este, în general, structura atomilor elementelor chimice. În ciuda diferenței de masă și proprietăți, acestea arată aproximativ la fel.
Orbite
Vorbind despre care este schema structurii atomului, nu se poate rămâne tăcut despre ele. Deci, există următoarele tipuri:
- s. Sunt sferice.
- p. Arată ca niște opturi voluminoase sau axuri.
- d și f. Au o formă complexă care este dificil de descris în limbaj formal.
Electron de fiecare tip poate fi găsit cu o probabilitate de 95% în teritoriuorbital corespunzător. Informațiile prezentate trebuie luate cu calm, deoarece este mai degrabă un model matematic abstract decât o stare fizică reală a lucrurilor. Dar cu toate acestea, are o bună putere de predicție în ceea ce privește proprietățile chimice ale atomilor și chiar ale moleculelor. Cu cât nivelul este situat mai departe de nucleu, cu atât mai mulți electroni pot fi plasați pe acesta. Deci, numărul de orbitali poate fi calculat folosind o formulă specială: x2. Aici x este egal cu numărul de niveluri. Și, deoarece pe orbital pot fi plasați până la doi electroni, formula finală pentru căutarea lor numerică va arăta astfel: 2x2.
Orbite: date tehnice
Dacă vorbim despre structura atomului de fluor, acesta va avea trei orbiti. Toate vor fi umplute. Energia orbitalilor din același subnivel este aceeași. Pentru a le desemna, adăugați numărul stratului: 2s, 4p, 6d. Revenim la conversația despre structura atomului de fluor. Va avea două s- și unul p-subnivel. Are nouă protoni și același număr de electroni. Primul nivel s. Aceștia sunt doi electroni. Apoi al doilea s-level. Încă doi electroni. Și 5 umple nivelul p. Iată structura lui. După ce ați citit următorul subtitlu, puteți face singur acțiunile necesare și puteți vedea singur. Dacă vorbim despre proprietățile fizice ale halogenilor, care includ fluor, atunci trebuie remarcat faptul că aceștia, deși sunt în același grup, diferă complet în caracteristicile lor. Deci, punctul lor de fierbere variază de la -188 la 309grade Celsius. Deci de ce sunt fuzionate? Toate datorită proprietăților chimice. Toți halogenii și, în cea mai mare măsură, fluorul au cea mai mare putere de oxidare. Reacționează cu metalele și se pot aprinde spontan la temperatura camerei, fără probleme.
Cum sunt umplute orbitele?
După ce reguli și principii sunt aranjați electronii? Vă sugerăm să vă familiarizați cu cele trei principale, a căror formulare a fost simplificată pentru o mai bună înțelegere:
- Principiul energiei minime. Electronii tind să umple orbitalii în ordinea creșterii energiei.
- Principiul Pauli. Un orbital nu poate conține mai mult de doi electroni.
- Regula lui Hund. În cadrul unui subnivel, electronii umplu mai întâi orbitalii liberi și abia apoi formează perechi.
Sistemul periodic al lui Mendeleev va ajuta la umplere, iar structura atomului în acest caz va deveni mai înțeleasă din punct de vedere al imaginii. Prin urmare, în lucrările practice cu construcția de circuite de elemente, este necesar să-l țineți la îndemână.
Exemplu
Pentru a rezuma tot ce s-a spus în articol, puteți face o mostră despre modul în care electronii unui atom sunt distribuiți pe nivelurile, subnivelurile și orbitalii lor (adică care este configurația nivelului). Poate fi afișat ca o formulă, o diagramă de energie sau ca o diagramă de straturi. Există ilustrații foarte bune aici, care, la o examinare atentă, ajută la înțelegerea structurii atomului. Deci, primul nivel este umplut primul. Areun singur subnivel, în care există un singur orbital. Toate nivelurile sunt completate secvenţial, începând cu cel mai mic. În primul rând, în cadrul unui subnivel, un electron este plasat în fiecare orbital. Apoi sunt create perechi. Și dacă sunt libere, se trece la un alt subiect de umplere. Și acum puteți afla în mod independent care este structura atomului de azot sau fluor (care a fost considerat mai devreme). Poate fi puțin complicat la început, dar poți naviga uitându-te la imagini. Pentru claritate, să ne uităm la structura atomului de azot. Are 7 protoni (împreună cu neutronii care alcătuiesc nucleul) și același număr de electroni (care formează învelișul de electroni). Primul nivel s este completat mai întâi. Are 2 electroni. Apoi vine al doilea nivel s. Are si 2 electroni. Iar celel alte trei sunt plasate la nivelul p, unde fiecare dintre ele ocupă un orbital.
Concluzie
După cum puteți vedea, structura atomului nu este un subiect atât de dificil (dacă o abordați din perspectiva unui curs de chimie școlară, desigur). Și nu este greu de înțeles acest subiect. În sfârșit, aș dori să vă informez despre câteva caracteristici. De exemplu, vorbind despre structura atomului de oxigen, știm că are opt protoni și 8-10 neutroni. Și deoarece totul în natură tinde să se echilibreze, doi atomi de oxigen formează o moleculă, unde doi electroni nepereche formează o legătură covalentă. În mod similar, se formează o altă moleculă stabilă de oxigen - ozonul (O3). Cunoscând structura atomului de oxigen, este posibilă formularea corectă a reacțiilor de oxidare, încare implică cea mai comună substanță de pe Pământ.
