Atomszerkezeti ábra: mag, elektronhéj. Példák

Nézzük meg, hogyan épül fel egy atom.Ne feledje, hogy csak modellekről fogunk beszélni. A gyakorlatban az atomok sokkal összetettebb szerkezetek. De a modern fejlesztéseknek köszönhetően képesek vagyunk megmagyarázni, sőt sikeresen megjósolni a kémiai elemek tulajdonságait (még ha nem is mindet). Tehát mi az atom szerkezete? Miből van"?

Az atom bolygómodellje

Először a dán fizikus, N.Bohr 1913-ban. Ez az atom szerkezetének első tudományos tényeken alapuló elmélete. Emellett lefektette a modern tematikus terminológia alapjait. Ebben az elektron-részecskék ugyanazon az elven keltenek forgási mozgásokat az atom körül, mint a Nap körüli bolygók. Bohr azt javasolta, hogy csak az atommagtól szigorúan meghatározott távolságra elhelyezkedő pályákon létezhetnek. Hogy miért pontosan, azt a tudomány pozíciójából származó tudós nem tudta megmagyarázni, de egy ilyen modellt számos kísérlet megerősített. Egész számokat használtak a pályák kijelölésére, kezdve az atommaghoz legközelebbi számozással. Mindezeket a pályákat szinteknek is nevezik. A hidrogénatomnak csak egy szintje van, amelyen egy elektron forog. De az összetett atomoknak több szintje van. Összetevőkre vannak osztva, amelyek egyesítik az energiapotenciál szempontjából közeli elektronokat. Tehát a másodiknak már két alszintje van - 2s és 2p. A harmadikban már három van - 3s, 3p és 3d. Stb. Először a maghoz közelebbi alszinteket „benépesítjük”, majd a távolabbiakat. Mindegyikük csak bizonyos számú elektront tud tartani. De ez még nem a vége. Minden alszint pályákra van osztva. Vessünk egy összehasonlítást a hétköznapi élettel. Az atom elektronfelhője egy városéhoz hasonlítható. A szintek az utcák. Alszint - magánház vagy lakás. Az Orbital egy szoba. Mindegyikük "él" egy vagy két elektront. Mindegyiknek konkrét címe van. Ez volt az atom szerkezetének első diagramja. És végül, az elektronok címeiről: azokat számhalmazok határozzák meg, amelyeket "kvantumnak" neveznek.

egy atom hullámmodellje

De az idő múlásával a bolygómodell átesettátnézem. Egy második elméletet javasoltak az atom szerkezetére vonatkozóan. Tökéletesebb, és lehetővé teszi a gyakorlati kísérletek eredményeinek magyarázatát. Az E. Schrödinger által javasolt atom hullámmodell váltotta fel az elsőt. Akkor már megállapították, hogy az elektron nemcsak részecskeként, hanem hullámként is megnyilvánulhat. Mit csinált Schrödinger? Alkalmazott egy egyenletet, amely leírja a hullám mozgását háromdimenziós térben. Így nem az elektron röppályáját találhatjuk meg az atomban, hanem annak valószínűségét, hogy egy bizonyos ponton észleljük. Mindkét elméletet egyesíti az a tény, hogy az elemi részecskék meghatározott szinteken, alszinteken és pályákon vannak. Itt ér véget a modellek hasonlósága. Mondok egy példát - a hullámelméletben a pálya egy olyan régió, ahol 95% valószínűséggel lehet elektront találni. A tér többi része 5%-ot tesz ki, de végül kiderült, hogy az atomok szerkezetének jellemzőit hullámmodell segítségével ábrázolják, annak ellenére, hogy a használt terminológia általános.

A valószínűség fogalma ebben az esetben

Miért használták ezt a kifejezést?Heisenberg 1927-ben fogalmazta meg a bizonytalanság elvét, amelyet ma a mikrorészecskék mozgásának leírására használnak. Ez azon alapszik, hogy alapvetően különböznek a közönséges fizikai testektől. Mi az? A klasszikus mechanika azt feltételezte, hogy az ember képes megfigyelni a jelenségeket anélkül, hogy befolyásolná azokat (az égitestek megfigyelése). A kapott adatok alapján ki lehet számítani, hogy egy adott időpontban hol lesz az objektum. De a mikrokozmoszban a dolgok szükségszerűen másként működnek. Így például most nem lehet megfigyelni egy elektront anélkül, hogy befolyásolnánk, mert a műszer és a részecske energiája összehasonlíthatatlan. Ez oda vezet, hogy megváltozik egy elemi részecske elhelyezkedése, állapota, iránya, mozgási sebessége és egyéb paraméterei. És nincs értelme a pontos jellemzőkről beszélni. Maga a bizonytalansági elv azt mondja nekünk, hogy lehetetlen kiszámítani az elektron pontos pályáját az atommag körül. Csak azt a valószínűséget adhatja meg, hogy a tér egy bizonyos területén mekkora a valószínűsége egy részecskének. Ez a kémiai elemek atomjainak szerkezetének sajátossága. De ezt a gyakorlati kísérletek során kizárólag a tudósoknak kell figyelembe venniük.

Atom összetétel

De koncentráljunk az egész tárgyramegfontolás. Tehát a jól megfontolt elektronhéj mellett az atom második komponense az atommag. Pozitív töltésű protonokból és semleges neutronokból áll. Mindannyian ismerjük a periódusos rendszert. Az egyes elemek száma megfelel a benne lévő protonok számának. A neutronok száma egyenlő az atom tömege és a protonok száma közötti különbséggel. Ettől a szabálytól eltérhetnek. Aztán azt mondják, hogy jelen van az elem izotópja. Az atom szerkezete olyan, hogy elektronhéjjal "körülveszik". Az elektronok száma általában megegyezik a protonok számával. Az utóbbi tömege körülbelül 1840-szer nagyobb, mint az előbbié, és megközelítőleg megegyezik a neutron tömegével. Az atommag sugara az atom átmérőjének körülbelül 1/200 000-e. Ő maga gömb alakú. Ez általában a kémiai elemek atomjainak szerkezete. A tömeg és a tulajdonságok különbsége ellenére nagyjából ugyanúgy néznek ki.

Keringők

Ha arról beszélünk, hogy mi az atom szerkezetének sémája, nem lehet hallgatni róluk. Tehát vannak ilyen típusok:

1. s. Gömb alakúak.
2. p. Úgy néznek ki, mint egy terjedelmes nyolcas figura vagy egy orsó.
3. d és f. Bonyolult formájuk van, amelyet formális nyelven nehéz leírni.

Mindegyik típusú elektron 95%-os valószínűséggel lehetmegtalálni a megfelelő pálya területén. A bemutatott információkat nyugodtan kell kezelni, mivel ez inkább egy absztrakt matematikai modell, mintsem egy valós fizikai állapot. De mindezek mellett jó előrejelző ereje van az atomok, sőt a molekulák kémiai tulajdonságait illetően. Minél távolabb van az atommagtól a szint, annál több elektron helyezhető el rajta. Tehát a pályák száma egy speciális képlettel számítható ki: x². Itt x egyenlő a szintek számával. És mivel akár két elektron is elhelyezhető egy pályán, a numerikus keresésük képlete végül így fog kinézni: 2x².

Pályák: műszaki adatok

Ha a fluoratom szerkezetéről beszélünk, akkor azhárom pályája lesz. Mindegyik meg lesz töltve. Az azonos alszinten belüli pályák energiája azonos. Kijelölésükhöz adja hozzá a rétegszámot: 2s, 4p, 6d. Visszatérünk a fluoratom szerkezetéről szóló beszélgetéshez. Két s- és egy p-alszintje lesz. Kilenc protonja és ugyanannyi elektronja van. Az első s-szintű. Ez két elektron. Aztán a második s-szint. Még két elektron. Az 5 pedig kitölti a p-szintet. Íme a szerkezete. A következő alcím elolvasása után saját maga is megteheti a szükséges műveleteket és meggyőződhet róla. Ha a halogének fizikai tulajdonságairól beszélünk, amelyek magukban foglalják a fluort, akkor meg kell jegyezni, hogy bár ugyanabban a csoportban vannak, tulajdonságaikban teljesen különböznek. Tehát forráspontjuk -188 és 309 Celsius fok között van. Akkor miért vannak összevonva? Mindez a kémiai tulajdonságoknak köszönhető. Minden halogénnek és a legnagyobb mértékben a fluornak van a legnagyobb oxidálóereje. Fémekkel reagálnak, és szobahőmérsékleten probléma nélkül spontán meggyulladhatnak.

Hogyan töltődnek ki a pályák?

Milyen szabályok és elvek szerint vannak elrendezve az elektronok? Javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a három fővel, amelyek megfogalmazását a jobb megértés érdekében leegyszerűsítettük:

1. A legkisebb energia elve. Az elektronok általában az energia növekedésének sorrendjében töltik ki a pályákat.
2. Pauli elv. Egy pálya nem tartalmazhat kettőnél több elektront.
3. Hund szabálya. Egy alszinten belül az elektronok először a szabad pályákat töltik meg, és csak ezután alkotnak párokat.

A periodikus rendszer segíti a feltöltéstMengyelejev, és az atom szerkezete ebben az esetben a kép szempontjából érthetőbbé válik. Ezért az elemek áramköreinek felépítésével kapcsolatos gyakorlati munka során kéznél kell tartani.

példa

Az elhangzottak összefoglalása érdekében acikkben mintát készíthet arról, hogyan oszlanak meg egy atom elektronjai szintjeik, alszintjeik és pályái között (vagyis mi a szintek konfigurációja). Megjeleníthető képletként, energiadiagramként vagy rétegdiagramként. Nagyon jó illusztrációk vannak itt, amelyek alapos vizsgálat után segítenek megérteni az atom szerkezetét. Tehát először az első szint töltődik be. Csak egy alszintje van, amelyben csak egy pálya van. Minden szint sorban töltődik ki, a legkisebbtől kezdve. Először is, egy alszinten belül minden pályára egy elektron kerül. Ezután párok jönnek létre. És ha vannak szabadok, akkor átvált egy másik kitöltő tárgyra. És most önállóan megtudhatja, mi a nitrogén- vagy fluoratom szerkezete (amelyet korábban tekintettek). Elsőre kicsit trükkös lehet, de a képeket nézegetve eligazodhatsz. Az érthetőség kedvéért nézzük meg a nitrogénatom szerkezetét. 7 protonja van (az atommagot alkotó neutronokkal együtt) és ugyanennyi elektronja (amelyek az elektronhéjat alkotják). Először az első s-szintet töltik ki. 2 elektronja van. Aztán jön a második s-szint. 2 elektronja is van. A másik három pedig a p-szinten van elhelyezve, ahol mindegyik egy-egy pályát foglal el.

következtetés

Mint látható, az atom szerkezete nem olyan bonyolult.téma (persze ha egy iskolai kémia tantárgy felől közelíted meg). És nem nehéz megérteni ezt a témát. Végül szeretném tájékoztatni Önt néhány funkcióról. Például, ha az oxigénatom szerkezetéről beszélünk, tudjuk, hogy nyolc protonból és 8-10 neutronból áll. És mivel a természetben minden egyensúlyra törekszik, két oxigénatom egy molekulát alkot, ahol két párosítatlan elektron kovalens kötést alkot. Hasonlóképpen egy másik stabil oxigénmolekula, az ózon (O₃). Az oxigénatom szerkezetének ismeretében helyesen lehet megfogalmazni az oxidatív reakciókat a Föld legelterjedtebb anyagával.