Pogledajmo kako je izgrađen atom. Imajte na umu da ćemo govoriti samo o modelima. U praksi, atomi su mnogo složenija struktura. Ali zahvaljujući savremenom razvoju, u mogućnosti smo da objasnimo, pa čak i uspešno predvidimo svojstva hemijskih 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 zasnovana na naučnim činjenicama. Osim toga, postavila je temelje modernoj tematskoj terminologiji. U njemu, čestice elektrona proizvode rotacijske pokrete oko atoma na isti način kao i planete oko Sunca. Bohr je sugerirao da oni mogu postojati samo u orbitama koje se nalaze na strogo određenoj udaljenosti od jezgra. Zašto tačno, naučnik sa pozicije nauke nije mogao da objasni, ali je takav model potvrđen brojnim eksperimentima. Za označavanje orbite korišteni su cjelobrojni brojevi, počevši od jedinice koja je numerirana najbliže jezgru. Sve ove orbite se takođe nazivaju nivoima. Atom vodonika ima samo jedan nivo na kojem jedan elektron rotira. Ali složeni atomi imaju više nivoa. Podijeljeni su na komponente koje ujedinjuju elektrone bliskog energetskog potencijala. Dakle, drugi već ima dva podnivoa - 2s i 2p. Treći već ima tri - 3s, 3p i 3d. itd. Prvo se „naseljuju“podnivoi bliže jezgru, a zatim i udaljeni. Svaki od njih može zadržati samo određeni broj elektrona. Ali ovo nije kraj. Svaki podnivo je podijeljen na orbitale. Hajde da napravimo poređenje sa običnim životom. Elektronski oblak atoma je uporediv sa gradom. Nivoi su ulice. Podnivo - 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 konačno, o adresama elektrona: one su određene skupovima brojeva, koji se nazivaju "kvantnim".
Talasni model atoma
Ali tokom vremena, planetarni model je revidiran. Predložena je druga teorija strukture atoma. Savršeniji je i omogućava objašnjenje rezultata praktičnih eksperimenata. Talasni 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. Šta je radio Šredinger? On je primijenio jednačinu koja opisuje kretanje vala u trodimenzionalnom prostoru. Dakle, ne može se pronaći putanja elektrona u atomu, već vjerovatnoća njegovog otkrivanja u određenoj tački. Obje teorije ujedinjuje činjenica da se na njoj nalaze elementarne česticespecifični nivoi, podnivoi i orbitale. Tu prestaje sličnost modela. Navešću jedan primer - u teoriji talasa, orbitala je oblast u kojoj će biti moguće pronaći elektron sa verovatnoćom od 95%. Ostatak prostora čini 5%. Ali na kraju se ispostavilo da su strukturne karakteristike atoma prikazane pomoću talasnog modela, uprkos činjenici da se terminologija koristi na opšti način.
Koncept vjerovatnoće u ovom slučaju
Zašto je korišten ovaj izraz? Heisenberg je 1927. godine formulirao princip nesigurnosti, koji se danas koristi za opisivanje kretanja mikročestica. Temelji se na njihovoj fundamentalnoj razlici od običnih fizičkih tijela. Šta je? Klasična mehanika je pretpostavljala da osoba može posmatrati pojave bez uticaja na njih (posmatranje nebeskih tijela). Na osnovu primljenih podataka moguće je izračunati gdje će se objekat nalaziti u određenom trenutku. Ali u mikrokosmosu stvari su nužno drugačije. Tako, na primjer, promatrati elektron bez utjecaja sada nije moguće zbog činjenice da su energije instrumenta i čestice neuporedive. To dovodi do činjenice da se njegova lokacija elementarne čestice, stanje, smjer, brzina kretanja i drugi parametri mijenjaju. I nema smisla govoriti o tačnim karakteristikama. Sam princip nesigurnosti nam govori da je nemoguće izračunati tačnu putanju elektrona oko jezgra. Možete odrediti samo vjerovatnoću pronalaska čestice u određenom područjusvemir. Ovo je posebnost strukture atoma hemijskih elemenata. Ali ovo bi trebali uzeti u obzir isključivo naučnici u praktičnim eksperimentima.
Sastav atoma
Ali hajde da se fokusiramo na celu temu. Dakle, pored dobro promišljene elektronske ljuske, druga komponenta atoma je jezgro. Sastoji se od pozitivno nabijenih protona i neutralnih neutrona. Svima nam je poznat periodni sistem. 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 je obično jednak broju protona. Masa potonjeg je oko 1840 puta veća od mase prvog i približno je jednaka težini neutrona. Poluprečnik jezgra je oko 1/200 000 prečnika atoma. On sam ima sferni oblik. Ovo je, općenito, struktura atoma kemijskih elemenata. Uprkos 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. Oni su sferni.
- p. Izgledaju kao obimne osmice ili vretena.
- d i f. Imaju složen oblik koji je teško opisati formalnim jezikom.
Elektron svake vrste može se naći sa vjerovatnoćom od 95% na teritorijiodgovarajuća orbitala. Predočene informacije se moraju shvatiti smireno, jer se radi o apstraktnom matematičkom modelu nego o fizičkom stvarnom stanju stvari. Ali uz sve ovo, ima dobru prediktivnu moć u pogledu hemijskih svojstava atoma, pa čak i molekula. Što je nivo dalje od jezgra, to se više elektrona može staviti na njega. Dakle, broj orbitala se može izračunati pomoću posebne formule: x2. Ovdje je x jednako broju nivoa. A pošto se na orbitalu mogu postaviti najviše dva elektrona, konačna formula za njihovo numeričko pretraživanje će izgledati ovako: 2x2.
Orbite: tehnički podaci
Ako govorimo o strukturi atoma fluora, on će imati tri orbitale. Svi oni će biti popunjeni. Energija orbitala unutar istog podnivoa je ista. Da biste ih označili, dodajte broj sloja: 2s, 4p, 6d. Vraćamo se na razgovor o strukturi atoma fluora. Imaće dva s- i jedan p-podnivo. Ima devet protona i isti broj elektrona. Prvi s-nivo. Ovo su dva elektrona. Zatim drugi s-nivo. Još dva elektrona. I 5 ispunjava p-nivo. Evo njegove strukture. Nakon što pročitate sljedeći podnaslov, sami možete poduzeti potrebne radnje i uvjeriti se sami. 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 tačka ključanja se kreće od -188 do 309stepeni Celzijusa. Pa zašto su spojeni? Sve zahvaljujući hemijskim svojstvima. Svi halogeni, a u najvećoj meri fluor, imaju najveću oksidacionu moć. Reaguju sa metalima i mogu se spontano zapaliti na sobnoj temperaturi bez ikakvih problema.
Kako se pune orbite?
Po kojim pravilima i principima su raspoređeni elektroni? Predlažemo da se upoznate sa tri glavna, čija je formulacija pojednostavljena radi boljeg razumijevanja:
- Princip najmanje energije. Elektroni imaju tendenciju da popune orbitale po redu porasta energije.
- Pauli princip. Jedna orbitala ne može sadržavati više od dva elektrona.
- Hundovo pravilo. Unutar jednog podnivoa, elektroni prvo ispunjavaju slobodne orbitale, a tek onda formiraju parove.
Periodični sistem Mendeljejeva pomoći će u popunjavanju, a struktura atoma u ovom slučaju će postati razumljivija u smislu slike. Stoga ga je u praktičnom radu sa konstrukcijom kola elemenata potrebno držati pri ruci.
Primjer
Da biste sumirali sve što je rečeno u članku, možete napraviti uzorak kako su elektroni atoma raspoređeni po svojim nivoima, podnivoima i orbitalama (tj. koja je konfiguracija nivoa). Može se prikazati kao formula, energetski dijagram ili kao dijagram sloja. Ovdje se nalaze vrlo dobre ilustracije koje, nakon pomnog pregleda, pomažu razumjeti strukturu atoma. Dakle, prvi nivo se popunjava prvi. Imasamo jedan podnivo, u kojem postoji samo jedna orbitala. Svi nivoi se popunjavaju uzastopno, počevši od najmanjeg. Prvo, unutar jednog podnivoa, jedan elektron je smješten u svaku orbitalu. Tada se stvaraju parovi. A ako ima slobodnih, prebacuje se na drugi predmet popunjavanja. A sada možete samostalno saznati koja je struktura atoma dušika ili fluora (što se ranije razmatralo). U početku može biti malo nezgodno, ali možete se kretati gledajući slike. Radi jasnoće, pogledajmo strukturu atoma dušika. Ima 7 protona (zajedno sa neutronima koji čine jezgro) i isti broj elektrona (koji čine elektronski omotač). Prvi s-nivo se popunjava prvi. Ima 2 elektrona. Zatim dolazi drugi s-nivo. Takođe ima 2 elektrona. A ostala tri su postavljena na p-nivou, gdje svaki od njih zauzima jednu orbitalu.
Zaključak
Kao što vidite, struktura atoma i nije tako teška tema (ako joj pristupite iz perspektive školskog kursa hemije, naravno). I nije teško razumjeti ovu temu. Na kraju, želio bih vas obavijestiti o nekim karakteristikama. Na primjer, kada govorimo o strukturi atoma kisika, znamo da on ima osam protona i 8-10 neutrona. A pošto sve u prirodi teži ravnoteži, dva atoma kiseonika formiraju molekul, gde dva nesparena elektrona formiraju kovalentnu vezu. Slično, formira se još jedan stabilan molekul kiseonika - ozon (O3). Poznavajući strukturu atoma kisika, moguće je ispravno formulirati reakcije oksidacije, ukoji uključuje najčešću supstancu na Zemlji.
