Låt oss titta på hur en atom är uppbyggd. Tänk på att vi bara kommer att prata om modeller. I praktiken är atomer en mycket mer komplex struktur. Men tack vare modern utveckling kan vi förklara och till och med framgångsrikt förutsäga egenskaperna hos kemiska element (även om inte alla). Så, vad är strukturen för en atom? Vad är den "gjord" av?
Planetarisk modell av atomen
föreslogs första gången av den danske fysikern N. Bohr 1913. Detta är den första teorin om atomens struktur baserad på vetenskapliga fakta. Dessutom lade hon grunden för modern tematisk terminologi. I den producerar elektronpartiklar rotationsrörelser runt atomen på samma sätt som planeterna runt solen. Bohr föreslog att de bara kan existera i banor som ligger på ett strikt definierat avstånd från kärnan. Varför exakt kunde forskaren från vetenskapens position inte förklara, men en sådan modell bekräftades av många experiment. Heltal användes för att beteckna banorna, med början med den enhet som var numrerad närmast kärnan. Alla dessa banor kallas också nivåer. Väteatomen har bara en nivå där en elektron roterar. Men komplexa atomer har fler nivåer. De är uppdelade i komponenter som förenar elektroner som är nära i energipotential. Så den andra har redan två undernivåer - 2s och 2p. Den tredje har redan tre - 3:or, 3p och 3d. Etc. Först "befolkas" undernivåerna närmare kärnan och sedan de avlägsna. Var och en av dem kan bara hålla ett visst antal elektroner. Men detta är inte slutet. Varje undernivå är indelad i orbitaler. Låt oss göra en jämförelse med det vanliga livet. En atoms elektronmoln är jämförbart med en stad. Nivåer är gator. Undernivå - ett privat hus eller lägenhet. Orbital är ett rum. Var och en av dem "lever" en eller två elektroner. Alla har specifika adresser. Detta var det första diagrammet över atomens struktur. Och slutligen, om adresserna till elektroner: de bestäms av uppsättningar av tal, som kallas "kvantum".
Vågmodell av atomen
Men med tiden har planetmodellen reviderats. En andra teori om atomens struktur föreslogs. Det är mer perfekt och gör det möjligt att förklara resultaten av praktiska experiment. Vågmodellen av atomen, föreslagen av E. Schrödinger, ersatte den första. Då var det redan fastställt att en elektron kan manifestera sig inte bara som en partikel, utan också som en våg. Vad gjorde Schrödinger? Han tillämpade en ekvation som beskriver en vågs rörelse i det tredimensionella rummet. Således kan man inte hitta elektronens bana i atomen, utan sannolikheten för dess upptäckt vid en viss punkt. Båda teorierna förenas av det faktum att elementarpartiklar finns påspecifika nivåer, undernivåer och orbitaler. Det är där likheten mellan modellerna slutar. Jag ska ge ett exempel - i vågteorin är en orbital ett område där det kommer att vara möjligt att hitta en elektron med en sannolikhet på 95%. Resten av rymden står för 5%. Men till slut visade det sig att atomernas strukturella egenskaper skildras med hjälp av en vågmodell, trots att terminologin används på ett generellt sätt.
Begreppet sannolikhet i det här fallet
Varför användes denna term? Heisenberg formulerade osäkerhetsprincipen 1927, som nu används för att beskriva mikropartiklars rörelse. Den är baserad på deras grundläggande skillnad från vanliga fysiska kroppar. Vad är det? Klassisk mekanik antog att en person kan observera fenomen utan att påverka dem (observation av himlakroppar). Baserat på mottagen data är det möjligt att beräkna var objektet kommer att vara vid en viss tidpunkt. Men i mikrokosmos är saker och ting nödvändigtvis annorlunda. Så att till exempel observera en elektron utan att påverka är det nu inte möjligt på grund av att instrumentets och partikelns energier är ojämförliga. Detta leder till det faktum att dess placering av en elementarpartikel, tillstånd, riktning, rörelsehastighet och andra parametrar förändras. Och det är meningslöst att prata om de exakta egenskaperna. Osäkerhetsprincipen i sig säger oss att det är omöjligt att beräkna den exakta banan för elektronen runt kärnan. Du kan bara ange sannolikheten att hitta en partikel i ett visst områdePlats. Detta är det speciella med strukturen hos atomer av kemiska element. Men detta bör uteslutande tas i beaktande av forskare i praktiska experiment.
Komposition av en atom
Men låt oss fokusera på hela ämnet. Så, förutom det väl övervägda elektronskalet, är den andra komponenten i atomen kärnan. Den består av positivt laddade protoner och neutrala neutroner. Vi är alla bekanta med det periodiska systemet. Antalet av varje element motsvarar antalet protoner som det har. Antalet neutroner är lika med skillnaden mellan massan av en atom och dess antal protoner. Det kan finnas avvikelser från denna regel. Sedan säger de att en isotop av grundämnet finns. Strukturen hos en atom är sådan att den är "omgiven" av ett elektronskal. Antalet elektroner är vanligtvis lika med antalet protoner. Den senares massa är cirka 1840 gånger större än den förra och är ungefär lika med neutronens vikt. Kärnans radie är cirka 1/200 000 av en atoms diameter. Själv har han en sfärisk form. Detta är i allmänhet strukturen hos atomer av kemiska element. Trots skillnaden i massa och egenskaper ser de ungefär likadana ut.
Orbits
När man talar om hur atomens struktur är så kan man inte vara tyst om dem. Så det finns dessa typer:
- s. De är sfäriska.
- p. De ser ut som voluminösa åttor eller spindlar.
- d och f. De har en komplex form som är svår att beskriva i formellt språk.
Elektron av varje typ kan hittas med en sannolikhet på 95 % i territorietmotsvarande orbital. Den presenterade informationen måste tas med lugn, eftersom det snarare är en abstrakt matematisk modell än ett fysiskt verkligt tillstånd. Men med allt detta har den god prediktiv kraft när det gäller de kemiska egenskaperna hos atomer och till och med molekyler. Ju längre från kärnan nivån är placerad, desto fler elektroner kan placeras på den. Så antalet orbitaler kan beräknas med hjälp av en speciell formel: x2. Här är x lika med antalet nivåer. Och eftersom upp till två elektroner kan placeras på orbitalen, kommer den slutliga formeln för deras numeriska sökning att se ut så här: 2x2.
Orbits: tekniska data
Om vi pratar om strukturen hos fluoratomen kommer den att ha tre orbitaler. Alla kommer att fyllas. Orbitalers energi inom samma undernivå är densamma. För att ange dem, lägg till lagernumret: 2s, 4p, 6d. Vi återgår till samtalet om fluoratomens struktur. Den kommer att ha två s- och en p-subnivå. Den har nio protoner och samma antal elektroner. Första en s-nivå. Dessa är två elektroner. Sedan den andra s-nivån. Två elektroner till. Och 5 fyller p-nivån. Här är hans struktur. Efter att ha läst följande underrubrik kan du själv göra de nödvändiga åtgärderna och se själv. Om vi pratar om de fysikaliska egenskaperna hos halogener, som inkluderar fluor, bör det noteras att de, även om de är i samma grupp, helt skiljer sig åt i sina egenskaper. Så deras kokpunkt varierar från -188 till 309grader Celsius. Så varför slås de samman? Allt tack vare de kemiska egenskaperna. Alla halogener, och i allra högsta grad fluor, har den högsta oxidationsförmågan. De reagerar med metaller och kan självantända vid rumstemperatur utan problem.
Hur fylls banor?
Med vilka regler och principer är elektroner ordnade? Vi föreslår att du bekantar dig med de tre huvudsakliga, vars ordalydelse har förenklats för bättre förståelse:
- Princip om minsta energi. Elektroner tenderar att fylla orbitaler i den ordning de ökar energin.
- Pauli-principen. En orbital får inte innehålla mer än två elektroner.
- Hunds regel. Inom en undernivå fyller elektroner först fria orbitaler och bildar först sedan par.
Mendeleevs periodiska system kommer att hjälpa till att fylla, och atomens struktur i det här fallet kommer att bli mer begriplig när det gäller bilden. Därför, i praktiskt arbete med konstruktion av kretsar av element, är det nödvändigt att ha det till hands.
Exempel
För att sammanfatta allt som sägs i artikeln kan du göra ett prov på hur en atoms elektroner är fördelade över deras nivåer, undernivåer och orbitaler (det vill säga vad är nivåkonfigurationen). Det kan visas som en formel, ett energidiagram eller som ett lagerdiagram. Det finns mycket bra illustrationer här, som vid noggrann granskning hjälper till att förstå atomens struktur. Så den första nivån fylls först. Det harendast en undernivå, där det bara finns en orbital. Alla nivåer fylls i tur och ordning, med början med den minsta. Först, inom en undernivå, placeras en elektron i varje orbital. Sedan skapas par. Och om det finns lediga växlar den till ett annat fyllande ämne. Och nu kan du självständigt ta reda på vad som är strukturen hos kväve- eller fluoratomen (som ansågs tidigare). Det kan vara lite knepigt i början, men du kan navigera genom att titta på bilderna. För tydlighetens skull, låt oss titta på strukturen av kväveatomen. Den har 7 protoner (tillsammans med neutroner som utgör kärnan) och samma antal elektroner (som utgör elektronskalet). Den första s-nivån fylls först. Den har 2 elektroner. Sedan kommer den andra s-nivån. Den har också 2 elektroner. Och de andra tre är placerade på p-nivån, där var och en av dem upptar en omloppsbana.
Slutsats
Som du kan se är atomens struktur inte ett så svårt ämne (om man närmar sig det utifrån en skolkemikurs, förstås). Och det är inte svårt att förstå detta ämne. Slutligen skulle jag vilja informera dig om några funktioner. När vi till exempel talar om strukturen hos syreatomen vet vi att den har åtta protoner och 8-10 neutroner. Och eftersom allt i naturen tenderar att balansera, bildar två syreatomer en molekyl, där två oparade elektroner bildar en kovalent bindning. På liknande sätt bildas en annan stabil syremolekyl - ozon (O3). Genom att känna till strukturen av syreatomen är det möjligt att korrekt formulera oxidationsreaktioner, isom involverar det vanligaste ämnet på jorden.
