Нека да разгледаме как се изгражда атом. Имайте предвид, че ще говорим само за модели. На практика атомите са много по-сложна структура. Но благодарение на съвременните разработки, ние сме в състояние да обясним и дори успешно да предвидим свойствата на химичните елементи (дори и да не всички). И така, каква е структурата на атома? От какво е "направен"?
Планетарен модел на атома
е предложено за първи път от датския физик Н. Бор през 1913 г. Това е първата теория за структурата на атома, основана на научни факти. Освен това тя положи основата на съвременната тематична терминология. В него електронните частици произвеждат въртеливи движения около атома по същия начин, както планетите около Слънцето. Бор предполага, че те могат да съществуват само в орбити, разположени на строго определено разстояние от ядрото. Защо точно, ученият от позицията на науката не можа да обясни, но такъв модел беше потвърден от много експерименти. За обозначаване на орбитите са използвани цели числа, като се започне с единицата, която е номерирана най-близо до ядрото. Всички тези орбити се наричат още нива. Водородният атом има само едно ниво, на което се върти един електрон. Но сложните атоми имат повече нива. Те са разделени на компоненти, които обединяват електрони, които са близки по енергиен потенциал. И така, второто вече има две поднива - 2s и 2p. Третият вече има три - 3s, 3p и 3d. И т.н. Първо се „населяват“поднивата по-близо до ядрото, а след това и далечните. Всеки от тях може да задържи само определен брой електрони. Но това не е краят. Всяко подниво е разделено на орбитали. Нека направим сравнение с обикновения живот. Електронният облак на атома е сравним с град. Нивата са улици. Подниво - частна къща или апартамент. Orbital е стая. Всеки от тях "живее" един или два електрона. Всички те имат конкретни адреси. Това беше първата диаграма на структурата на атома. И накрая, за адресите на електроните: те се определят от набори от числа, които се наричат "квантови".
Вълнов модел на атома
Но с течение на времето планетарният модел е преработен. Предложена е втора теория за структурата на атома. Той е по-съвършен и позволява да се обяснят резултатите от практическите експерименти. Вълновият модел на атома, предложен от Е. Шрьодингер, заменя първия. Тогава вече беше установено, че електронът може да се прояви не само като частица, но и като вълна. Какво направи Шрьодингер? Той приложил уравнение, описващо движението на вълна в триизмерно пространство. По този начин може да се намери не траекторията на електрона в атома, а вероятността за откриването му в определена точка. И двете теории са обединени от факта, че елементарните частици са разположени върхуспецифични нива, поднива и орбитали. Тук приликата на моделите свършва. Ще дам един пример - във вълновата теория орбитала е област, в която ще бъде възможно да се намери електрон с вероятност от 95%. Останалото пространство представлява 5%. Но в крайна сметка се оказа, че структурните характеристики на атомите са изобразени с помощта на вълнов модел, въпреки факта, че терминологията е използвана по общ начин.
Концепцията за вероятност в този случай
Защо беше използван този термин? Хайзенберг формулира принципа на неопределеността през 1927 г., който сега се използва за описване на движението на микрочастиците. Тя се основава на тяхната фундаментална разлика от обикновените физически тела. Какво е? Класическата механика приема, че човек може да наблюдава явления, без да ги засяга (наблюдение на небесни тела). Въз основа на получените данни е възможно да се изчисли къде ще бъде обектът в определен момент от време. Но в микрокосмоса нещата непременно са различни. Така, например, да се наблюдава електрон, без да се влияе, сега не е възможно поради факта, че енергиите на инструмента и частицата са несравними. Това води до факта, че местоположението на елементарна частица, състоянието, посоката, скоростта на движение и други параметри се променят. И няма смисъл да говорим за точните характеристики. Самият принцип на неопределеност ни казва, че е невъзможно да се изчисли точната траектория на електрона около ядрото. Можете да посочите само вероятността за намиране на частица в определена областпространство. Това е особеността на структурата на атомите на химичните елементи. Но това трябва да се вземе предвид изключително от учените при практически експерименти.
Състав на атом
Но нека се съсредоточим върху цялата тема. Така че, в допълнение към добре обмислената електронна обвивка, вторият компонент на атома е ядрото. Състои се от положително заредени протони и неутрални неутрони. Всички сме запознати с периодичната таблица. Броят на всеки елемент съответства на броя на протоните, които има. Броят на неутроните е равен на разликата между масата на атома и неговия брой протони. Възможно е да има отклонения от това правило. Тогава казват, че има изотоп на елемента. Структурата на атома е такава, че той е "заобиколен" от електронна обвивка. Броят на електроните обикновено е равен на броя на протоните. Масата на последния е около 1840 пъти по-голяма от тази на първата и е приблизително равна на теглото на неутрона. Радиусът на ядрото е около 1/200 000 от диаметъра на атома. Самият той има сферична форма. Това е най-общо структурата на атомите на химичните елементи. Въпреки разликата в масата и свойствата, те изглеждат приблизително еднакво.
Орбити
Говорейки каква е схемата на структурата на атома, не може да се мълчи за тях. И така, има тези типове:
- сек. Те са сферични.
- стр. Те изглеждат като обемни осмици или вретена.
- d и f. Те имат сложна форма, която е трудно да се опише на официален език.
Електрон от всеки тип може да бъде намерен с вероятност от 95% на териториятасъответната орбитала. Представената информация трябва да се приема спокойно, тъй като тя е по-скоро абстрактен математически модел, отколкото физическо реално състояние на нещата. Но с всичко това, той има добра предсказваща сила по отношение на химичните свойства на атомите и дори на молекулите. Колкото по-далече от ядрото е разположено нивото, толкова повече електрони могат да бъдат поставени върху него. И така, броят на орбиталите може да се изчисли по специална формула: x2. Тук x е равно на броя на нивата. И тъй като на орбиталата могат да бъдат поставени до два електрона, окончателната формула за тяхното числово търсене ще изглежда така: 2x2.
Орбити: технически данни
Ако говорим за структурата на флуорния атом, той ще има три орбитали. Всички те ще бъдат запълнени. Енергията на орбиталите в рамките на едно и също подниво е една и съща. За да ги обозначите, добавете номера на слоя: 2s, 4p, 6d. Връщаме се към разговора за структурата на флуорния атом. Ще има две s- и едно p-подниво. Той има девет протона и същия брой електрони. Първо едно s-ниво. Това са два електрона. След това второто s-ниво. Още два електрона. И 5 запълва p-нивото. Ето неговата структура. След като прочетете следващото подзаглавие, можете сами да извършите необходимите действия и да се уверите сами. Ако говорим за физическите свойства на халогените, които включват флуор, тогава трябва да се отбележи, че те, макар и в една и съща група, напълно се различават по своите характеристики. И така, тяхната точка на кипене варира от -188 до 309градуса по Целзий. Така че защо са обединени? Всичко благодарение на химичните свойства. Всички халогени и в най-голяма степен флуорът имат най-висока окислителна сила. Те реагират с метали и могат спонтанно да се запалят при стайна температура без никакви проблеми.
Как се запълват орбитите?
По какви правила и принципи са подредени електроните? Предлагаме ви да се запознаете с трите основни, чиято формулировка е опростена за по-добро разбиране:
- Принцип на най-малко енергия. Електроните са склонни да запълват орбитали в ред на увеличаване на енергията.
- принцип на Паули. Една орбитала не може да съдържа повече от два електрона.
- Правилото на Хънд. В рамките на едно подниво електроните първо запълват свободни орбитали и едва след това образуват двойки.
Периодичната система на Менделеев ще помогне за запълването и структурата на атома в този случай ще стане по-разбираема от гледна точка на изображението. Следователно, при практическата работа с изграждането на вериги от елементи, е необходимо да го държите под ръка.
Пример
За да обобщите всичко казано в статията, можете да направите извадка за това как електроните на атома са разпределени по техните нива, поднива и орбитали (тоест каква е конфигурацията на нивата). Тя може да бъде показана като формула, енергийна диаграма или като диаграма на слоя. Тук има много добри илюстрации, които при внимателно разглеждане помагат да се разбере структурата на атома. И така, първото ниво се попълва първо. То имасамо едно подниво, в което има само една орбитала. Всички нива се запълват последователно, като се започне от най-малкото. Първо, в рамките на едно подниво, един електрон се поставя във всяка орбитала. След това се създават двойки. И ако има свободни, преминава към друга запълваща тема. И сега можете самостоятелно да разберете каква е структурата на азотния или флуорния атом (което беше разгледано по-рано). В началото може да е малко трудно, но можете да навигирате, като гледате снимките. За по-голяма яснота, нека разгледаме структурата на азотния атом. Той има 7 протона (заедно с неутрони, които съставляват ядрото) и същия брой електрони (които съставляват електронната обвивка). Първото s-ниво се попълва първо. Има 2 електрона. След това идва второто s-ниво. Освен това има 2 електрона. А останалите три са поставени на p-ниво, където всеки от тях заема една орбитала.
Заключение
Както виждате, структурата на атома не е толкова трудна тема (ако подходите към нея от гледна точка на училищен курс по химия, разбира се). И не е трудно да се разбере тази тема. И накрая, бих искал да ви информирам за някои функции. Например, като говорим за структурата на кислородния атом, знаем, че той има осем протона и 8-10 неутрона. И тъй като всичко в природата има тенденция да се балансира, два кислородни атома образуват молекула, където два несдвоени електрона образуват ковалентна връзка. По същия начин се образува друга стабилна кислородна молекула - озон (O3). Познавайки структурата на кислородния атом, е възможно правилно да се формулират реакциите на окисление, вкоето включва най-разпространеното вещество на Земята.
