Atomu struktūras diagramma: kodols, elektronu apvalks. Piemēri

Apskatīsim, kā tiek veidots atoms.Paturiet prātā, ka mēs runāsim tikai par modeļiem. Praksē atomi ir daudz sarežģītāka struktūra. Bet, pateicoties mūsdienu attīstībai, mēs spējam izskaidrot un pat veiksmīgi prognozēt ķīmisko elementu (lai arī ne visu) īpašības. Tātad, kāda ir atoma struktūras diagramma? No kā tas ir veidots"?

Planetārais atoma modelis

Vispirms to ierosināja dāņu fiziķis N.Bohrs 1913. gadā. Šī ir pirmā atoma uzbūves teorija, kuras pamatā ir zinātniski fakti. Turklāt tas lika pamatu mūsdienu tematiskajai terminoloģijai. Tajā elektroni-daļiņas rada rotācijas kustības ap atomu pēc tāda paša principa kā planētas ap Sauli. Bohr ieteica, ka tie var pastāvēt tikai orbītās, kas atrodas stingri noteiktā attālumā no kodola. Kāpēc tas tā ir, zinātnieks no zinātnes viedokļa nevarēja izskaidrot, taču šādu modeli apstiprināja daudzi eksperimenti. Orbītu apzīmēšanai tika izmantoti veseli skaitļi, sākot ar vienību, kas bija numurēta vistuvāk kodolam. Visas šīs orbītas sauc arī par līmeņiem. Ūdeņraža atomam ir tikai viens līmenis, kurā rotē viens elektrons. Bet sarežģītiem atomiem ir vairāk līmeņu. Tie ir sadalīti komponentos, kas apvieno elektronus, kas atrodas tuvu enerģijas potenciālam. Tātad otrajam jau ir divi apakšlīmeni - 2 un 2p. Trešajam jau ir trīs - 3s, 3p un 3d. Utt Pirmkārt, “apdzīvo” apakšlīmeņi, kas atrodas tuvāk kodolam, un pēc tam attālināti. Uz katra no tiem var ievietot tikai noteiktu skaitu elektronu. Bet tas vēl nav beidzies. Katrs apakšlīmenis ir sadalīts orbitālēs. Salīdzināsim ar parasto dzīvi. Elektroniskais atoma mākonis ir salīdzināms ar pilsētu. Līmeņi ir ielas. Apakšlīmenis ir privātmāja vai dzīvoklis. Orbīta ir istaba. Katrs no viņiem "dzīvo" vienu vai divus elektronus. Viņiem visiem ir noteiktas adreses. Šī bija pirmā atoma struktūras diagramma. Un, visbeidzot, par elektronu adresēm: tās nosaka skaitļu kopas, kuras sauc par “kvantiem”.

Atoma viļņu modelis

Bet laika gaitā tika veikts planētas modelispārskatīšana. Tika piedāvāta otra atoma struktūras teorija. Tas ir ideālāks un ļauj izskaidrot praktisko eksperimentu rezultātus. Pirmais tika aizstāts ar atoma viļņu modeli, kuru ierosināja E. Šrēdingers. Tad jau tika noteikts, ka elektrons var izpausties ne tikai kā daļiņa, bet arī kā vilnis. Ko darīja Šrēdingers? Viņš pielietoja vienādojumu, kas apraksta viļņa kustību trīsdimensiju telpā. Tādējādi atomā var atrast nevis elektrona trajektoriju, bet gan tā noteikšanas varbūtību noteiktā punktā. Abas teorijas vieno tas, ka elementārdaļiņas atrodas noteiktos līmeņos, apakšlīmeņos un orbitālēs. Šeit modeļu līdzība beidzas. Ļaujiet man minēt vienu piemēru - viļņu teorijā orbitāle ir reģions, kurā elektronu var atrast ar 95% varbūtību. Pārējā telpa veido 5% .Bet beigās izrādījās, ka atomu struktūras iezīmes tiek attēlotas, izmantojot viļņu modeli, savukārt izmantotā terminoloģija ir vispārēja.

Varbūtības jēdziens šajā gadījumā

Kāpēc šis termins tika izmantots?Heizenbergs 1927. gadā formulēja nenoteiktības principu, ko tagad izmanto, lai aprakstītu mikrodaļiņu kustību. Tas ir balstīts uz viņu būtisko atšķirību no parastajiem fiziskajiem ķermeņiem. Kas tas ir? Klasiskā mehānika pieņēma, ka cilvēks var novērot parādības, tos neietekmējot (debesu ķermeņu novērošana). Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, jūs varat aprēķināt, kur objekts atradīsies noteiktā laika posmā. Bet mikrokosmosā lietas noteikti ir atšķirīgas. Tā, piemēram, tagad nav iespējams novērot elektronu, to neietekmējot, tāpēc, ka instrumenta un daļiņas enerģijas nav salīdzināmas. Tas noved pie tā, ka mainās tā elementārdaļiņas atrašanās vieta, stāvoklis, virziens, kustības ātrums un citi parametri. Un nav jēgas runāt par precīzām īpašībām. Pats nenoteiktības princips mums saka, ka nav iespējams aprēķināt precīzu elektrona trajektoriju ap kodolu. Jūs varat norādīt tikai daļiņas atrašanas varbūtību noteiktā kosmosa apgabalā. Tā ir ķīmisko elementu atomu struktūras īpatnība. Bet tas praktiski eksperimentos jāņem vērā tikai zinātniekiem.

Atomu sastāvs

Bet pievērsīsimies visam objektam.apsvērums. Tātad, papildus labi pārdomātam elektronu apvalkam, otra atoma sastāvdaļa ir kodols. Tas sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un neitrāliem neitroniem. Mēs visi esam pazīstami ar periodisko tabulu. Katra elementa numurs atbilst tajā esošo protonu skaitam. Neitronu skaits ir vienāds ar starpību starp atoma masu un tā protonu skaitu. Var būt novirzes no šī noteikuma. Tad saka, ka ir elementa izotops. Atoma struktūras shēma ir tāda, ka to "ieskauj" elektronu apvalks. Elektronu skaits parasti ir vienāds ar protonu skaitu. Pēdējā masa ir aptuveni 1840 reizes lielāka nekā pirmajai un ir aptuveni vienāda ar neitrona svaru. Kodola rādiuss ir aptuveni 1/200000 atoma diametra. Tam pašam ir sfēriska forma. Tā kopumā ir ķīmisko elementu atomu struktūra. Neskatoties uz svara un īpašību atšķirībām, tie izskatās aptuveni vienādi.

Orbītas

Runājot par to, kāda ir atoma struktūras diagramma, par tiem nevar klusēt. Tātad ir šādi veidi:

1. s. Ir sfēriskas.
2. lpp. Tie izskatās kā tilpuma astotnieki vai vārpsta.
3. d un f. Viņiem ir sarežģīta forma, kuru ir grūti aprakstīt oficiālā valodā.

Katra veida elektrons ir iespējams ar varbūtību 95%atrast attiecīgās orbitāles teritorijā. Iesniegtā informācija jāuztver mierīgi, jo tas drīzāk ir abstrakts matemātiskais modelis, nevis fizisks faktiskais stāvoklis. Bet ar visu to tam ir laba prognozēšanas spēja attiecībā uz atomu un pat molekulu ķīmiskajām īpašībām. Jo tālāk līmenis atrodas no kodola, jo vairāk uz tā var novietot elektronus. Tātad orbitāļu skaitu var aprēķināt, izmantojot īpašu formulu: x²... Šeit x ir vienāds ar līmeņu skaitu. Tā kā uz orbitāles var novietot līdz diviem elektroniem, galu galā to skaitliskās meklēšanas formula izskatīsies šādi: 2x².

Orbītas: tehniskie dati

Ja mēs runājam par fluora atoma struktūru, tad tābūs trīs orbitāles. Viņi visi tiks piepildīti. Orbitāļu enerģija tajā pašā apakšlīmenī ir vienāda. Lai tos apzīmētu, pievienojiet slāņa numuru: 2s, 4p, 6d. Mēs atgriežamies pie sarunas par fluora atoma struktūru. Tam būs divi s un viens p apakšlīmenis. Tam ir deviņi protoni un vienāds elektronu skaits. Vispirms viens s līmenis. Tie ir divi elektroni. Tad otrais s līmenis. Vēl divi elektroni. Un 5 aizpildiet p līmeni. Šeit ir viņa struktūra. Pēc nākamā apakšvirsraksta izlasīšanas ar savām rokām varat veikt nepieciešamās darbības un pārliecināties par to. Ja mēs runājam par halogēnu fizikālajām īpašībām, kas ietver fluoru, tad jāatzīmē, ka, lai arī tās ir vienā grupā, tās pēc īpašībām ir pilnīgi atšķirīgas. Tātad, to viršanas temperatūra svārstās no -188 līdz 309 grādiem pēc Celsija. Kāpēc tad viņi tika apvienoti? Tas viss pateicoties ķīmiskajām īpašībām. Visiem halogēniem un galvenokārt fluoram ir visaugstākā oksidēšanas spēja. Viņi reaģē ar metāliem un bez problēmām var spontāni aizdegties istabas temperatūrā.

Kā tiek aizpildītas orbītas?

Kādi ir noteikumi un principi attiecībā uz elektroniem? Mēs iesakām iepazīties ar trim galvenajiem, kuru teksts ir vienkāršots, lai labāk saprastu:

1. Vismazākās enerģijas princips. Elektroni mēdz aizpildīt orbitāles enerģijas pieauguma secībā.
2. Pauli princips. Vienā orbītā var būt ne vairāk kā divi elektroni.
3. Hunda likums. Vienā apakšlīmenī elektroni vispirms aizpilda brīvās orbitāles un tikai pēc tam veido pārus.

Periodiskā sistēma palīdzēs aizpildītMendeļejevs, un atoma struktūra šajā gadījumā kļūs saprotamāka attēla ziņā. Tāpēc praktiskajā darbā ar ķēdes elementu konstrukciju ir nepieciešams turēt to pie rokas.

Piemērs

Lai apkopotu visu sakāmo ietvarosrakstā, jūs varat izveidot paraugu, kā atoma elektroni tiek sadalīti pa to līmeņiem, apakšlīmeniem un orbitālēm (tas ir, kāda ir līmeņu konfigurācija). To var attēlot kā formulu, enerģijas diagrammu vai kā slāņa diagrammu. Šeit ir dažas ļoti labas ilustrācijas, kas, rūpīgi izpētot, palīdz izprast atoma struktūru. Tātad, pirmais līmenis ir aizpildīts. Tam ir tikai viens apakšlīmenis, kurā ir tikai viena orbitāle. Visi līmeņi tiek aizpildīti secīgi, sākot ar zemāko. Pirmkārt, vienā apakšlīmenī uz katra orbitāles tiek novietots viens elektrons. Tad tiek izveidoti pāri. Un, ja ir bezmaksas, ir pāreja uz citu pildīšanas priekšmetu. Un tagad jūs varat patstāvīgi uzzināt, kāda ir slāpekļa vai fluora atoma struktūra (kas tika uzskatīts iepriekš). Sākumā tas var būt nedaudz grūts, bet jūs varat pārvietoties no attēliem. Apskatīsim skaidrības labad slāpekļa atoma struktūru. Tam ir 7 protoni (kopā ar neitroniem, kas veido kodolu) un vienāds elektronu skaits (kas veido elektronu apvalku). Pirmkārt, tiek aizpildīts pirmais s līmenis. Tam ir 2 elektroni. Tad nāk otrais s līmenis. Tam ir arī 2 elektroni. Un pārējie trīs atrodas p līmenī, kur katrs no tiem aizņem vienu orbitālu.

Secinājums

Kā redzat, atoma struktūra nav tik sarežģīta.tēma (protams, ja jūs to izmantojat no skolas ķīmijas kursa perspektīvas). Un nav grūti saprast šo tēmu. Visbeidzot, es vēlos jūs informēt par dažām funkcijām. Piemēram, runājot par skābekļa atoma struktūru, mēs zinām, ka tajā ir astoņi protoni un 8-10 neitroni. Un, tā kā dabā viss cenšas panākt līdzsvaru, divi skābekļa atomi veido molekulu, kur divi nepāra elektroni veido kovalento saiti. Vēl viena stabila skābekļa molekula, ozons (O₃). Zinot skābekļa atoma struktūru, ir iespējams pareizi formulēt oksidatīvo reakciju formulas, kurās piedalās visizplatītākā viela uz Zemes.