Pozrime sa, ako vzniká atóm. Majte na pamäti, že budeme hovoriť iba o modeloch. V praxi sú atómy oveľa zložitejšou štruktúrou. Ale vďaka modernému vývoju sme schopní vysvetliť a dokonca úspešne predpovedať vlastnosti chemických prvkov (aj keď nie všetkých). Aká je teda štruktúra atómu? Z čoho je "vyrobený"?
Planetárny model atómu
prvýkrát navrhol dánsky fyzik N. Bohr v roku 1913. Toto je prvá teória štruktúry atómu založená na vedeckých faktoch. Okrem toho dala základ modernej tematickej terminológii. V ňom elektrónové častice vytvárajú rotačné pohyby okolo atómu rovnakým spôsobom ako planéty okolo Slnka. Bohr navrhol, že môžu existovať iba na obežných dráhach umiestnených v presne definovanej vzdialenosti od jadra. Prečo presne, to vedec z pozície vedy nevedel vysvetliť, no takýto model potvrdili mnohé experimenty. Na označenie obežných dráh sa použili celé čísla, počnúc jednotkou, ktorá bola očíslovaná najbližšie k jadru. Všetky tieto obežné dráhy sa tiež nazývajú úrovne. Atóm vodíka má iba jednu úroveň, na ktorej rotuje jeden elektrón. Ale zložité atómy majú viac úrovní. Sú rozdelené na zložky, ktoré spájajú elektróny, ktoré sú blízko energetického potenciálu. Takže druhá už má dve podúrovne - 2s a 2p. Tretí už má tri - 3s, 3p a 3d. Atď. Najprv sa „obsadia“podúrovne bližšie k jadru a potom tie vzdialené. Každý z nich môže obsahovať iba určitý počet elektrónov. To však nie je koniec. Každá podúroveň je rozdelená na orbitály. Urobme porovnanie s bežným životom. Elektrónový oblak atómu je porovnateľný s mestom. Úrovne sú ulice. Podúroveň - súkromný dom alebo byt. Orbital je miestnosť. Každý z nich „žije“jeden alebo dva elektróny. Všetky majú konkrétne adresy. Toto bol prvý diagram štruktúry atómu. A nakoniec o adresách elektrónov: sú určené súbormi čísel, ktoré sa nazývajú „kvantové“.
Vlnový model atómu
Postupom času bol však planetárny model revidovaný. Bola navrhnutá druhá teória štruktúry atómu. Je dokonalejší a umožňuje vysvetliť výsledky praktických experimentov. Vlnový model atómu, ktorý navrhol E. Schrödinger, nahradil prvý. Vtedy sa už zistilo, že elektrón sa môže prejaviť nielen ako častica, ale aj ako vlna. Čo urobil Schrödinger? Použil rovnicu opisujúcu pohyb vlny v trojrozmernom priestore. Nedá sa teda nájsť dráha elektrónu v atóme, ale pravdepodobnosť jeho detekcie v určitom bode. Obe teórie spája skutočnosť, že elementárne častice sa nachádzajú nakonkrétne úrovne, podúrovne a orbitály. Tu sa podobnosť modelov končí. Uvediem jeden príklad – v teórii vĺn je orbitál oblasť, kde bude možné nájsť elektrón s pravdepodobnosťou 95 %. Zvyšok priestoru predstavuje 5 %. Nakoniec sa však ukázalo, že štrukturálne vlastnosti atómov sú znázornené pomocou vlnového modelu, napriek tomu, že terminológia sa používa všeobecne.
Pojem pravdepodobnosti v tomto prípade
Prečo bol použitý tento výraz? Heisenberg sformuloval v roku 1927 princíp neurčitosti, ktorý sa teraz používa na opis pohybu mikročastíc. Vychádza z ich zásadnej odlišnosti od bežných fyzických tiel. Čo je to? Klasická mechanika predpokladala, že človek môže pozorovať javy bez toho, aby ich ovplyvňoval (pozorovanie nebeských telies). Na základe prijatých údajov je možné vypočítať, kde sa objekt v určitom časovom bode bude nachádzať. Ale v mikrokozme sú veci nevyhnutne iné. Takže napríklad pozorovať elektrón bez toho, aby sme ho ovplyvňovali, teraz nie je možné, pretože energie prístroja a častice sú neporovnateľné. To vedie k tomu, že sa mení jej umiestnenie elementárnej častice, stav, smer, rýchlosť pohybu a ďalšie parametre. A nemá zmysel hovoriť o presných charakteristikách. Samotný princíp neurčitosti nám hovorí, že nie je možné vypočítať presnú dráhu elektrónu okolo jadra. Môžete určiť iba pravdepodobnosť nájdenia častice v určitej oblastipriestor. Toto je zvláštnosť štruktúry atómov chemických prvkov. Toto by však mali brať do úvahy výlučne vedci pri praktických experimentoch.
Zloženie atómu
Poďme sa však sústrediť na celú tému. Takže okrem dobre premysleného elektrónového obalu je druhou zložkou atómu jadro. Pozostáva z kladne nabitých protónov a neutrálnych neutrónov. Všetci poznáme periodickú tabuľku. Počet každého prvku zodpovedá počtu protónov, ktoré má. Počet neutrónov sa rovná rozdielu medzi hmotnosťou atómu a jeho počtom protónov. Od tohto pravidla môžu existovať odchýlky. Potom hovoria, že je prítomný izotop prvku. Štruktúra atómu je taká, že je „obklopený“elektrónovým obalom. Počet elektrónov sa zvyčajne rovná počtu protónov. Hmotnosť druhého je asi 1840-krát väčšia ako hmotnosť prvého a približne sa rovná hmotnosti neutrónu. Polomer jadra je asi 1/200 000 priemeru atómu. On sám má guľovitý tvar. Toto je vo všeobecnosti štruktúra atómov chemických prvkov. Napriek rozdielu v hmotnosti a vlastnostiach vyzerajú približne rovnako.
Orbity
Keď už hovoríme o schéme štruktúry atómu, nemožno o nich mlčať. Takže existujú tieto typy:
- s. Sú sférické.
- p. Vyzerajú ako objemné osmičky alebo vretená.
- d a f. Majú zložitý tvar, ktorý je ťažké opísať formálnym jazykom.
Elektrón každého typu možno nájsť s pravdepodobnosťou 95 % na územízodpovedajúci orbitál. Prezentované informácie treba brať s pokojom, keďže ide skôr o abstraktný matematický model ako o fyzikálny reálny stav vecí. Ale s tým všetkým má dobrú predikčnú schopnosť, pokiaľ ide o chemické vlastnosti atómov a dokonca molekúl. Čím ďalej od jadra sa hladina nachádza, tým viac elektrónov na ňu možno umiestniť. Takže počet orbitálov možno vypočítať pomocou špeciálneho vzorca: x2. Tu sa x rovná počtu úrovní. A keďže na orbitále môžu byť umiestnené až dva elektróny, konečný vzorec pre ich numerické vyhľadávanie bude vyzerať takto: 2x2.
Obežné dráhy: technické údaje
Ak hovoríme o štruktúre atómu fluóru, bude mať tri orbitály. Všetky budú naplnené. Energia orbitálov v rámci tej istej podúrovne je rovnaká. Na ich označenie pridajte číslo vrstvy: 2s, 4p, 6d. Vraciame sa k rozhovoru o štruktúre atómu fluóru. Bude mať dve s- a jednu p-podúroveň. Má deväť protónov a rovnaký počet elektrónov. Prvá úroveň S. Sú to dva elektróny. Potom druhá s-úroveň. Ďalšie dva elektróny. A 5 vypĺňa p-úroveň. Tu je jeho štruktúra. Po prečítaní nasledujúceho podnadpisu môžete vykonať potrebné úkony sami a uvidíte sami. Ak hovoríme o fyzikálnych vlastnostiach halogénov, medzi ktoré patrí fluór, treba poznamenať, že aj keď sú v rovnakej skupine, úplne sa líšia svojimi charakteristikami. Ich bod varu sa teda pohybuje od -188 do 309stupňov Celzia. Prečo sú teda zlúčené? To všetko vďaka chemickým vlastnostiam. Všetky halogény a v najväčšej miere fluór majú najvyššiu oxidačnú silu. Reagujú s kovmi a pri izbovej teplote sa môžu bez problémov spontánne vznietiť.
Ako sa plnia orbity?
Podľa akých pravidiel a princípov sú usporiadané elektróny? Odporúčame, aby ste sa oboznámili s tromi hlavnými, ktorých znenie bolo pre lepšie pochopenie zjednodušené:
- Princíp najmenšej energie. Elektróny majú tendenciu zapĺňať orbitály v poradí s rastúcou energiou.
- Pauliho princíp. Jeden orbitál nemôže obsahovať viac ako dva elektróny.
- Hundovo pravidlo. V rámci jednej podúrovne elektróny najskôr vyplnia voľné orbitály a až potom vytvoria páry.
Periodický systém Mendelejeva pomôže pri plnení a štruktúra atómu sa v tomto prípade stane z hľadiska obrazu zrozumiteľnejšou. Preto je pri praktickej práci s konštrukciou obvodov prvkov potrebné mať ho po ruke.
Príklad
Aby sme zhrnuli všetko, čo bolo povedané v článku, môžete si urobiť ukážku toho, ako sú elektróny atómu rozmiestnené na úrovniach, podúrovniach a orbitáloch (to znamená, aká je konfigurácia úrovní). Môže byť znázornený ako vzorec, energetický diagram alebo ako diagram vrstiev. Sú tu veľmi dobré ilustrácie, ktoré pri podrobnom preskúmaní pomáhajú pochopiť štruktúru atómu. Prvá úroveň je teda vyplnená ako prvá. Málen jedna podúroveň, v ktorej je len jeden orbitál. Všetky úrovne sa plnia postupne, počnúc najmenšou. Po prvé, v rámci jednej podúrovne je do každého orbitálu umiestnený jeden elektrón. Potom sa vytvoria dvojice. A ak sú voľné, prepne sa na iný plniaci predmet. A teraz môžete nezávisle zistiť, aká je štruktúra atómu dusíka alebo fluóru (o čom sa uvažovalo skôr). Spočiatku to môže byť trochu zložité, ale môžete sa orientovať podľa obrázkov. Pre názornosť sa pozrime na štruktúru atómu dusíka. Má 7 protónov (spolu s neutrónmi, ktoré tvoria jadro) a rovnaký počet elektrónov (ktoré tvoria elektrónový obal). Prvá s-úroveň sa naplní ako prvá. Má 2 elektróny. Potom prichádza druhá s-úroveň. Má tiež 2 elektróny. A ďalšie tri sú umiestnené na úrovni p, kde každý z nich zaberá jeden orbitál.
Záver
Ako vidíte, štruktúra atómu nie je až taká ťažká téma (samozrejme, ak k tomu pristupujete z pohľadu školského kurzu chémie). A pochopiť túto tému nie je ťažké. Na záver by som vás rád informoval o niektorých funkciách. Napríklad, keď hovoríme o štruktúre atómu kyslíka, vieme, že má osem protónov a 8-10 neutrónov. A keďže všetko v prírode má tendenciu byť v rovnováhe, dva atómy kyslíka tvoria molekulu, kde dva nepárové elektróny tvoria kovalentnú väzbu. Podobne vzniká ďalšia stabilná molekula kyslíka – ozón (O3). Poznaním štruktúry atómu kyslíka je možné správne formulovať oxidačné reakcie, vktorý zahŕňa najbežnejšiu látku na Zemi.
