Mari kita lihat cara atom dibina. Perlu diingat bahawa kami hanya akan bercakap tentang model. Dalam amalan, atom adalah struktur yang lebih kompleks. Tetapi terima kasih kepada perkembangan moden, kami dapat menerangkan dan juga berjaya meramalkan sifat unsur kimia (walaupun tidak semua). Jadi, apakah struktur atom? "Dibuat" daripada apa?
Model planet atom
pertama kali dicadangkan oleh ahli fizik Denmark N. Bohr pada tahun 1913. Ini adalah teori pertama tentang struktur atom berdasarkan fakta saintifik. Di samping itu, dia meletakkan asas untuk istilah tematik moden. Di dalamnya, zarah elektron menghasilkan pergerakan putaran mengelilingi atom dengan cara yang sama seperti planet mengelilingi Matahari. Bohr mencadangkan bahawa mereka boleh wujud hanya dalam orbit yang terletak pada jarak yang ditentukan dengan ketat dari nukleus. Kenapa sebenarnya, saintis dari kedudukan sains tidak dapat menjelaskan, tetapi model sedemikian telah disahkan oleh banyak eksperimen. Nombor integer digunakan untuk menetapkan orbit, bermula dengan unit yang bernombor paling hampir dengan nukleus. Semua orbit ini juga dipanggil tahap. Atom hidrogen hanya mempunyai satu tahap di mana satu elektron berputar. Tetapi atom kompleks mempunyai lebih banyak tahap. Mereka dibahagikan kepada komponen yang menyatukan elektron yang hampir dalam potensi tenaga. Jadi, yang kedua sudah mempunyai dua subperingkat - 2s dan 2p. Yang ketiga sudah mempunyai tiga - 3s, 3p dan 3d. Dan lain-lain. Pertama, subperingkat yang lebih dekat dengan nukleus "berpenduduk", dan kemudian yang jauh. Setiap daripada mereka hanya boleh memegang bilangan elektron tertentu. Tetapi ini bukan penamat. Setiap sublevel dibahagikan kepada orbital. Mari kita buat perbandingan dengan kehidupan biasa. Awan elektron atom adalah setanding dengan bandar. Tahap adalah jalan-jalan. Sublevel - rumah persendirian atau apartmen. Orbital ialah sebuah bilik. Setiap daripada mereka "hidup" satu atau dua elektron. Kesemua mereka mempunyai alamat tertentu. Ini adalah gambar rajah pertama struktur atom. Dan akhirnya, mengenai alamat elektron: ia ditentukan oleh set nombor, yang dipanggil "kuantum".
Model gelombang atom
Tetapi dari semasa ke semasa, model planet telah disemak semula. Teori kedua tentang struktur atom telah dicadangkan. Ia lebih sempurna dan membolehkan untuk menerangkan keputusan eksperimen praktikal. Model gelombang atom, yang dicadangkan oleh E. Schrödinger, menggantikan yang pertama. Kemudian ia telah ditetapkan bahawa elektron boleh menampakkan dirinya bukan sahaja sebagai zarah, tetapi juga sebagai gelombang. Apakah yang dilakukan oleh Schrödinger? Dia menggunakan persamaan yang menerangkan gerakan gelombang dalam ruang tiga dimensi. Oleh itu, seseorang tidak boleh mencari trajektori elektron dalam atom, tetapi kebarangkalian pengesanannya pada titik tertentu. Kedua-dua teori disatukan oleh fakta bahawa zarah asas terletak padaaras, subperingkat dan orbital tertentu. Di sinilah persamaan model berakhir. Saya akan memberikan satu contoh - dalam teori gelombang, orbital adalah kawasan di mana ia mungkin untuk mencari elektron dengan kebarangkalian 95%. Ruang selebihnya menyumbang 5%. Tetapi pada akhirnya ternyata ciri-ciri struktur atom digambarkan menggunakan model gelombang, walaupun pada hakikatnya istilah itu digunakan secara umum.
Konsep kebarangkalian dalam kes ini
Mengapa istilah ini digunakan? Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastian pada tahun 1927, yang kini digunakan untuk menggambarkan pergerakan zarah mikro. Ia berdasarkan perbezaan asas mereka daripada badan fizikal biasa. Apa itu? Mekanik klasik mengandaikan bahawa seseorang boleh memerhati fenomena tanpa menjejaskannya (pemerhatian benda angkasa). Berdasarkan data yang diterima, adalah mungkin untuk mengira di mana objek akan berada pada masa tertentu. Tetapi dalam mikrokosmos, perkara-perkara semestinya berbeza. Jadi, sebagai contoh, untuk memerhati elektron tanpa mempengaruhinya kini tidak mungkin kerana fakta bahawa tenaga alat dan zarah tidak dapat dibandingkan. Ini membawa kepada fakta bahawa lokasi zarah asas, keadaan, arah, kelajuan pergerakan dan parameter lain berubah. Dan tidak masuk akal untuk bercakap tentang ciri-ciri yang tepat. Prinsip ketidakpastian itu sendiri memberitahu kita bahawa adalah mustahil untuk mengira trajektori tepat elektron di sekeliling nukleus. Anda hanya boleh menentukan kebarangkalian mencari zarah di kawasan tertentuangkasa lepas. Ini adalah keanehan struktur atom unsur kimia. Tetapi ini harus diambil kira secara eksklusif oleh saintis dalam eksperimen praktikal.
Komposisi atom
Tetapi mari fokus pada keseluruhan subjek. Jadi, sebagai tambahan kepada petala elektron yang dianggap baik, komponen kedua atom ialah nukleus. Ia terdiri daripada proton bercas positif dan neutron neutral. Kita semua biasa dengan jadual berkala. Bilangan setiap unsur sepadan dengan bilangan proton yang ada padanya. Bilangan neutron adalah sama dengan perbezaan antara jisim atom dan bilangan protonnya. Mungkin terdapat penyelewengan dari peraturan ini. Kemudian mereka mengatakan bahawa isotop unsur itu ada. Struktur atom adalah sedemikian rupa sehingga ia "dikelilingi" oleh petala elektron. Bilangan elektron biasanya sama dengan bilangan proton. Jisim yang terakhir adalah kira-kira 1840 kali lebih besar daripada yang pertama, dan kira-kira sama dengan berat neutron. Jejari nukleus adalah kira-kira 1/200,000 daripada diameter atom. Dia sendiri mempunyai bentuk sfera. Ini, secara amnya, struktur atom unsur kimia. Walaupun terdapat perbezaan jisim dan sifat, ia kelihatan hampir sama.
Orbit
Bercakap tentang skema struktur atom, seseorang tidak boleh berdiam diri mengenainya. Jadi, terdapat jenis ini:
- s. Ia berbentuk sfera.
- hlm. Ia kelihatan seperti angka lapan besar atau gelendong.
- d dan f. Ia mempunyai bentuk kompleks yang sukar untuk diterangkan dalam bahasa formal.
Elektron setiap jenis boleh ditemui dengan kebarangkalian 95% di wilayahorbital yang sepadan. Maklumat yang disampaikan mesti diambil dengan tenang, kerana ia lebih merupakan model matematik abstrak daripada keadaan sebenar fizikal. Tetapi dengan semua ini, ia mempunyai kuasa ramalan yang baik mengenai sifat kimia atom dan juga molekul. Lebih jauh dari nukleus tahap itu terletak, lebih banyak elektron boleh diletakkan di atasnya. Jadi, bilangan orbital boleh dikira menggunakan formula khas: x2. Di sini x sama dengan bilangan tahap. Dan oleh kerana sehingga dua elektron boleh diletakkan pada orbital, formula akhir untuk carian berangka mereka akan kelihatan seperti ini: 2x2.
Orbit: data teknikal
Jika kita bercakap tentang struktur atom fluorin, ia akan mempunyai tiga orbital. Semuanya akan diisi. Tenaga orbital dalam subaras yang sama adalah sama. Untuk menetapkannya, tambahkan nombor lapisan: 2s, 4p, 6d. Kami kembali kepada perbualan tentang struktur atom fluorin. Ia akan mempunyai dua s- dan satu p-subperingkat. Ia mempunyai sembilan proton dan bilangan elektron yang sama. Satu peringkat s pertama. Ini adalah dua elektron. Kemudian tahap s kedua. Dua elektron lagi. Dan 5 mengisi tahap-p. Inilah strukturnya. Selepas membaca subtajuk berikut, anda boleh melakukan sendiri tindakan yang perlu dan lihat sendiri. Jika kita bercakap tentang sifat fizikal halogen, yang termasuk fluorin, maka harus diperhatikan bahawa mereka, walaupun dalam kumpulan yang sama, sama sekali berbeza dalam ciri-ciri mereka. Jadi, takat didihnya berjulat dari -188 hingga 309darjah Celcius. Jadi mengapa mereka digabungkan? Semua terima kasih kepada sifat kimia. Semua halogen, dan pada tahap terbesar fluorin, mempunyai kuasa pengoksidaan tertinggi. Ia bertindak balas dengan logam dan boleh menyala secara spontan pada suhu bilik tanpa sebarang masalah.
Bagaimanakah orbit diisi?
Dengan peraturan dan prinsip apakah elektron disusun? Kami mencadangkan agar anda membiasakan diri dengan tiga yang utama, kata-katanya telah dipermudahkan untuk pemahaman yang lebih baik:
- Prinsip tenaga paling sedikit. Elektron cenderung untuk mengisi orbital mengikut urutan peningkatan tenaga.
- prinsip Pauli. Satu orbital tidak boleh mengandungi lebih daripada dua elektron.
- Peraturan Hund. Dalam satu subperingkat, elektron mula-mula mengisi orbital bebas, dan kemudian membentuk pasangan.
Sistem berkala Mendeleev akan membantu dalam pengisian, dan struktur atom dalam kes ini akan menjadi lebih mudah difahami dari segi imej. Oleh itu, dalam kerja amali dengan pembinaan litar elemen, adalah perlu untuk menyimpannya di tangan.
Contoh
Untuk meringkaskan segala-galanya yang dinyatakan dalam artikel, anda boleh membuat sampel cara elektron bagi atom diedarkan ke atas aras, subperingkat dan orbitalnya (iaitu, apakah konfigurasi aras). Ia boleh ditunjukkan sebagai formula, rajah tenaga, atau sebagai rajah lapisan. Terdapat ilustrasi yang sangat baik di sini, yang, apabila diperiksa dengan teliti, membantu memahami struktur atom. Jadi, tahap pertama diisi dahulu. Ia mempunyaihanya satu sublevel, di mana hanya terdapat satu orbital. Semua peringkat diisi secara berurutan, bermula dengan yang terkecil. Pertama, dalam satu sublevel, satu elektron diletakkan dalam setiap orbital. Kemudian pasangan dicipta. Dan jika ada yang percuma, ia beralih kepada subjek pengisian yang lain. Dan kini anda boleh mengetahui secara bebas apakah struktur atom nitrogen atau fluorin (yang dianggap lebih awal). Ia boleh menjadi agak rumit pada mulanya, tetapi anda boleh menavigasi dengan melihat gambar. Untuk kejelasan, mari kita lihat struktur atom nitrogen. Ia mempunyai 7 proton (bersama-sama dengan neutron yang membentuk nukleus) dan bilangan elektron yang sama (yang membentuk kulit elektron). Tahap s pertama diisi dahulu. Ia mempunyai 2 elektron. Kemudian datang tahap s kedua. Ia juga mempunyai 2 elektron. Dan tiga yang lain diletakkan pada tahap p, di mana setiap satu daripadanya menduduki satu orbital.
Kesimpulan
Seperti yang anda lihat, struktur atom bukanlah topik yang sukar (jika anda mendekatinya dari perspektif kursus kimia sekolah, sudah tentu). Dan tidak sukar untuk memahami topik ini. Akhir sekali, saya ingin memberitahu anda tentang beberapa ciri. Sebagai contoh, bercakap tentang struktur atom oksigen, kita tahu bahawa ia mempunyai lapan proton dan 8-10 neutron. Dan kerana segala-galanya di alam semula jadi cenderung untuk mengimbangi, dua atom oksigen membentuk molekul, di mana dua elektron tidak berpasangan membentuk ikatan kovalen. Begitu juga, satu lagi molekul oksigen yang stabil terbentuk - ozon (O3). Mengetahui struktur atom oksigen, adalah mungkin untuk merumuskan tindak balas pengoksidaan dengan betul, dalamyang melibatkan bahan yang paling biasa di Bumi.
