Mirem com es construeix un àtom. Tingueu en compte que només parlarem de models. A la pràctica, els àtoms són una estructura molt més complexa. Però gràcies als desenvolupaments moderns, podem explicar i fins i tot predir amb èxit les propietats dels elements químics (encara que no tots). Aleshores, quina és l'estructura d'un àtom? De què està "fet"?
Model planetari de l'àtom
va ser proposat per primera vegada pel físic danès N. Bohr el 1913. Aquesta és la primera teoria de l'estructura de l'àtom basada en fets científics. A més, va establir les bases de la terminologia temàtica moderna. En ell, les partícules d'electrons produeixen moviments de rotació al voltant de l'àtom de la mateixa manera que els planetes al voltant del Sol. Bohr va suggerir que només poden existir en òrbites situades a una distància estrictament definida del nucli. Per què exactament, el científic des de la posició de la ciència no podia explicar, però aquest model va ser confirmat per molts experiments. Els nombres enters es van utilitzar per designar les òrbites, començant per la unitat que estava numerada més propera al nucli. Totes aquestes òrbites també s'anomenen nivells. L'àtom d'hidrogen només té un nivell en el qual gira un electró. Però els àtoms complexos tenen més nivells. Es divideixen en components que uneixen electrons propers en potencial energètic. Per tant, el segon ja té dos subnivells: 2s i 2p. El tercer ja té tres: 3s, 3p i 3d. Etc. En primer lloc, els subnivells més propers al nucli són “poblats”, i després els llunyans. Cadascun d'ells només pot contenir un nombre determinat d'electrons. Però aquest no és el final. Cada subnivell es divideix en orbitals. Fem una comparació amb la vida normal. El núvol d'electrons d'un àtom és comparable a una ciutat. Els nivells són carrers. Subnivell: una casa o un apartament privat. Orbital és una habitació. Cadascun d'ells "viu" un o dos electrons. Tots ells tenen adreces específiques. Aquest va ser el primer diagrama de l'estructura de l'àtom. I, finalment, sobre les adreces dels electrons: estan determinats per conjunts de nombres, que s'anomenen "quàntics".
Model d'ona de l'àtom
Però amb el temps, el model planetari s'ha revisat. Es va proposar una segona teoria de l'estructura de l'àtom. És més perfecte i permet explicar els resultats d'experiments pràctics. El model ondulatori de l'àtom, proposat per E. Schrödinger, va substituir el primer. Aleshores ja es va establir que un electró es pot manifestar no només com una partícula, sinó també com una ona. Què va fer Schrödinger? Va aplicar una equació que descrivia el moviment d'una ona en l'espai tridimensional. Així, no es pot trobar la trajectòria de l'electró a l'àtom, sinó la probabilitat de la seva detecció en un punt determinat. Ambdues teories estan unides pel fet que hi ha partícules elementalsnivells, subnivells i orbitals específics. Aquí és on acaba la similitud dels models. Posaré un exemple: en teoria ondulatòria, un orbital és una regió on serà possible trobar un electró amb una probabilitat del 95%. La resta de l'espai representa el 5%. Però al final va resultar que les característiques estructurals dels àtoms es representen mitjançant un model ondulatori, malgrat que la terminologia s'utilitza de manera general.
El concepte de probabilitat en aquest cas
Per què es va utilitzar aquest terme? Heisenberg va formular el principi d'incertesa el 1927, que ara s'utilitza per descriure el moviment de les micropartícules. Es basa en la seva diferència fonamental amb els cossos físics ordinaris. Què es? La mecànica clàssica suposava que una persona pot observar els fenòmens sense afectar-los (observació dels cossos celestes). A partir de les dades rebudes, és possible calcular on estarà l'objecte en un moment determinat. Però en el microcosmos, les coses són necessàriament diferents. Així, per exemple, observar un electró sense influir-hi ara no és possible a causa del fet que les energies de l'instrument i de la partícula són incomparables. Això porta al fet que la seva ubicació d'una partícula elemental, l'estat, la direcció, la velocitat de moviment i altres paràmetres canvien. I no té sentit parlar de les característiques exactes. El mateix principi d'incertesa ens diu que és impossible calcular la trajectòria exacta de l'electró al voltant del nucli. Només podeu especificar la probabilitat de trobar una partícula en una àrea determinadaespai. Aquesta és la peculiaritat de l'estructura dels àtoms dels elements químics. Però això ho haurien de tenir en compte exclusivament pels científics en experiments pràctics.
Composició d'un àtom
Però centrem-nos en tot el tema. Així, doncs, a més de la ben pensada capa d'electrons, el segon component de l'àtom és el nucli. Està format per protons carregats positivament i neutrons neutres. Tots estem familiaritzats amb la taula periòdica. El nombre de cada element correspon al nombre de protons que té. El nombre de neutrons és igual a la diferència entre la massa d'un àtom i el seu nombre de protons. Pot haver-hi desviacions d'aquesta regla. Aleshores diuen que hi ha un isòtop de l'element. L'estructura d'un àtom és tal que està "envoltat" per una capa d'electrons. El nombre d'electrons sol ser igual al nombre de protons. La massa d'aquest últim és unes 1840 vegades més gran que la del primer, i és aproximadament igual al pes del neutró. El radi del nucli és aproximadament 1/200.000 del diàmetre d'un àtom. Ell mateix té una forma esfèrica. Aquesta és, en general, l'estructura dels àtoms dels elements químics. Malgrat la diferència de massa i propietats, tenen el mateix aspecte.
Òrbites
Parlant de quin és l'esquema de l'estructura de l'àtom, no es pot romandre en silenci. Per tant, hi ha aquests tipus:
- s. Són esfèrics.
- p. Semblen xifres o fusos voluminosos.
- d i f. Tenen una forma complexa que és difícil de descriure en llenguatge formal.
Electró de cada tipus es pot trobar amb una probabilitat del 95% al territoriorbital corresponent. La informació presentada s'ha de prendre amb calma, ja que es tracta més aviat d'un model matemàtic abstracte que d'un estat físic real de les coses. Però amb tot això, té un bon poder predictiu pel que fa a les propietats químiques dels àtoms i fins i tot de les molècules. Com més lluny del nucli estigui situat el nivell, més electrons s'hi poden col·locar. Per tant, el nombre d'orbitals es pot calcular mitjançant una fórmula especial: x2. Aquí x és igual al nombre de nivells. I com que es poden col·locar fins a dos electrons a l'orbital, la fórmula final per a la seva cerca numèrica serà així: 2x2.
Òrbites: dades tècniques
Si parlem de l'estructura de l'àtom de fluor, tindrà tres orbitals. Tots ells s'ompliran. L'energia dels orbitals dins del mateix subnivell és la mateixa. Per designar-los, afegiu el número de capa: 2s, 4p, 6d. Tornem a la conversa sobre l'estructura de l'àtom de fluor. Tindrà dos subnivells s i un subnivell p. Té nou protons i el mateix nombre d'electrons. Primer nivell s. Aquests són dos electrons. A continuació, el segon nivell s. Dos electrons més. I 5 omple el nivell p. Aquí teniu la seva estructura. Després de llegir el subtítol següent, podeu fer les accions necessàries vos altres mateixos i comprovar-ho per vos altres mateixos. Si parlem de les propietats físiques dels halògens, que inclouen el fluor, cal assenyalar que, tot i que pertanyen al mateix grup, difereixen completament en les seves característiques. Així, el seu punt d'ebullició oscil·la entre -188 i 309graus centígrads. Aleshores, per què es fusionen? Tot gràcies a les propietats químiques. Tots els halògens, i en la seva major mesura el fluor, tenen el poder oxidant més alt. Reaccionen amb els metalls i es poden encendre espontàniament a temperatura ambient sense cap problema.
Com s'omplen les òrbites?
Segons quines regles i principis es disposen els electrons? Us suggerim que us familiaritzeu amb els tres principals, la redacció de les quals s'ha simplificat per a una millor comprensió:
- Principi de mínima energia. Els electrons tendeixen a omplir els orbitals per ordre d'energia creixent.
- Principi Pauli. Un orbital no pot contenir més de dos electrons.
- La regla de Hund. Dins d'un subnivell, els electrons primer omplen orbitals lliures i només després formen parells.
El sistema periòdic de Mendeleiev ajudarà a omplir, i l'estructura de l'àtom en aquest cas es farà més comprensible en termes de la imatge. Per tant, en el treball pràctic amb la construcció de circuits d'elements, cal tenir-lo a mà.
Exemple
Per tal de resumir tot el que s'ha dit a l'article, podeu fer una mostra de com es distribueixen els electrons d'un àtom pels seus nivells, subnivells i orbitals (és a dir, quina és la configuració del nivell). Es pot mostrar com una fórmula, un diagrama d'energia o com un diagrama de capes. Aquí hi ha molt bones il·lustracions que, després d'un examen atent, ajuden a entendre l'estructura de l'àtom. Per tant, primer s'omple el primer nivell. Ténomés un subnivell, en el qual només hi ha un orbital. Tots els nivells s'omplen seqüencialment, començant pel més petit. En primer lloc, dins d'un subnivell, es col·loca un electró a cada orbital. Després es creen parelles. I si n'hi ha de lliures, es canvia a un altre tema d'ompliment. I ara podeu esbrinar de manera independent quina és l'estructura de l'àtom de nitrogen o fluor (que es va considerar anteriorment). Al principi pot ser una mica complicat, però podeu navegar mirant les imatges. Per a més claredat, mirem l'estructura de l'àtom de nitrogen. Té 7 protons (juntament amb els neutrons que formen el nucli) i el mateix nombre d'electrons (que conformen la capa d'electrons). El primer nivell s'omple primer. Té 2 electrons. Després ve el segon nivell s. També té 2 electrons. I els altres tres es col·loquen al nivell p, on cadascun d'ells ocupa un orbital.
Conclusió
Com podeu veure, l'estructura de l'àtom no és un tema tan difícil (si l'abordeu des de la perspectiva d'un curs de química escolar, és clar). I no és difícil entendre aquest tema. Finalment, m'agradaria informar-vos d'algunes característiques. Per exemple, parlant de l'estructura de l'àtom d'oxigen, sabem que té vuit protons i 8-10 neutrons. I com que tot a la natura tendeix a equilibrar-se, dos àtoms d'oxigen formen una molècula, on dos electrons no aparellats formen un enllaç covalent. De la mateixa manera, es forma una altra molècula d'oxigen estable: l'ozó (O3). Coneixent l'estructura de l'àtom d'oxigen, és possible formular correctament reaccions d'oxidació, enque implica la substància més comuna a la Terra.
