Vaatame, kuidas aatom on ehitatud. Pidage meeles, et me räägime ainult mudelitest. Praktikas on aatomid palju keerulisem struktuur. Kuid tänu kaasaegsetele arengutele suudame selgitada ja isegi eduk alt ennustada keemiliste elementide (isegi kui mitte kõigi) omadusi. Niisiis, milline on aatomi struktuur? Millest see on "tehtud"?
Aatomi planeetmudel
pakkus esmakordselt välja Taani füüsik N. Bohr 1913. aastal. See on esimene teaduslikel faktidel põhinev teooria aatomi ehituse kohta. Lisaks pani ta aluse kaasaegsele temaatilisele terminoloogiale. Selles tekitavad elektronosakesed pöörlevaid liikumisi ümber aatomi samamoodi nagu planeedid ümber Päikese. Bohr väitis, et need võivad eksisteerida ainult orbiitidel, mis asuvad tuumast rangelt määratletud kaugusel. Miks täpselt, ei osanud teaduse positsioonilt pärit teadlane selgitada, kuid sellist mudelit kinnitasid paljud katsed. Orbiitide tähistamiseks kasutati täisarve, alustades tuumale lähima numbriga ühikust. Kõiki neid orbiite nimetatakse ka tasemeteks. Vesinikuaatomil on ainult üks tase, millel üks elektron pöörleb. Kuid keerukatel aatomitel on rohkem tasemeid. Need on jagatud komponentideks, mis ühendavad energiapotentsiaali poolest lähedased elektronid. Niisiis, teisel on juba kaks alamtasandit - 2s ja 2p. Kolmandal on juba kolm - 3s, 3p ja 3d. Jne. Esiteks "asustatakse" tuumale lähemal asuvad alamtasandid ja seejärel kaugemad. Igaüks neist mahutab ainult teatud arvu elektrone. Kuid see pole veel lõpp. Iga alamtasand on jagatud orbitaalideks. Teeme võrdluse tavaeluga. Aatomi elektronpilv on võrreldav linnaga. Tasemed on tänavad. Alatasand - eramaja või korter. Orbital on ruum. Igaüks neist "elab" ühe või kahe elektronina. Kõigil neil on kindlad aadressid. See oli esimene aatomi struktuuri diagramm. Ja lõpuks, elektronide aadresside kohta: need on määratud arvude komplektidega, mida nimetatakse "kvantideks".
Aatomi lainemudel
Aga aja jooksul on planeedimudelit muudetud. Pakuti välja teine teooria aatomi struktuuri kohta. See on täiuslikum ja võimaldab selgitada praktiliste katsete tulemusi. E. Schrödingeri pakutud aatomi lainemudel asendas esimest. Siis tehti juba kindlaks, et elektron võib avalduda mitte ainult osakesena, vaid ka lainetuna. Mida Schrödinger tegi? Ta rakendas võrrandit, mis kirjeldab laine liikumist kolmemõõtmelises ruumis. Seega võib leida mitte elektroni trajektoori aatomis, vaid selle tuvastamise tõenäosust teatud punktis. Mõlemat teooriat ühendab asjaolu, et elementaarosakesed asuvadteatud tasemed, alamtasandid ja orbitaalid. Siin lõpeb mudelite sarnasus. Toon ühe näite - laineteoorias on orbitaal piirkond, kus on võimalik leida elektron 95% tõenäosusega. Ülejäänud ruum moodustab 5%. Kuid lõpuks selgus, et aatomite struktuurilisi iseärasusi on kujutatud lainemudeli abil, hoolimata sellest, et terminoloogiat kasutatakse üldiselt.
Tõenäosuse mõiste antud juhul
Miks seda terminit kasutati? Heisenberg sõnastas 1927. aastal määramatuse printsiibi, mida nüüd kasutatakse mikroosakeste liikumise kirjeldamiseks. See põhineb nende põhimõttelisel erinevusel tavalistest füüsilistest kehadest. Mis see on? Klassikaline mehaanika eeldas, et inimene saab jälgida nähtusi neid mõjutamata (taevakehade vaatlemine). Saadud andmete põhjal on võimalik arvutada, kus objekt teatud ajahetkel asub. Kuid mikrokosmoses on asjad tingimata teisiti. Nii et näiteks elektroni vaatlemine ilma mõjutamata ei ole nüüd võimalik, kuna instrumendi ja osakese energiad on võrreldamatud. See toob kaasa asjaolu, et muutub selle elementaarosakese asukoht, olek, suund, liikumiskiirus ja muud parameetrid. Ja täpsetest omadustest pole mõtet rääkida. Määramatuse printsiip ise ütleb meile, et elektroni täpset trajektoori tuuma ümber on võimatu arvutada. Saate määrata ainult osakese leidmise tõenäosuse teatud piirkonnasruumi. See on keemiliste elementide aatomite struktuuri eripära. Kuid seda peaksid praktilistes katsetes arvestama eranditult teadlased.
Aatomi koostis
Aga keskendugem kogu teemale. Niisiis, lisaks hästi läbimõeldud elektronkihile on aatomi teine komponent tuum. See koosneb positiivselt laetud prootonitest ja neutraalsetest neutronitest. Me kõik tunneme perioodilisustabelit. Iga elemendi arv vastab prootonite arvule, mis sellel on. Neutronite arv on võrdne aatomi massi ja selle prootonite arvu vahega. Sellest reeglist võib esineda kõrvalekaldeid. Siis öeldakse, et elemendi isotoop on olemas. Aatomi struktuur on selline, et seda "ümbritseb" elektronkiht. Elektronide arv on tavaliselt võrdne prootonite arvuga. Viimase mass on umbes 1840 korda suurem kui esimese oma ja on ligikaudu võrdne neutroni massiga. Tuuma raadius on umbes 1/200 000 aatomi läbimõõdust. Ta ise on sfäärilise kujuga. See on üldiselt keemiliste elementide aatomite struktuur. Vaatamata massi ja omaduste erinevusele näevad need välja umbes samasugused.
Orbiidid
Rääkides sellest, milline on aatomi ehituse skeem, ei saa neist vaikida. Seega on neid tüüpe:
- s. Need on sfäärilised.
- p. Need näevad välja nagu mahukad kaheksakujulised või spindlid.
- d ja f. Neil on keeruline kuju, mida on formaalses keeles raske kirjeldada.
Iga tüüpi elektrone võib territooriumilt leida 95% tõenäosusegavastav orbitaal. Esitatavasse infosse tuleb suhtuda rahulikult, kuna tegemist on pigem abstraktse matemaatilise mudeliga kui füüsilise tegeliku asjade seisuga. Kuid kõige selle juures on sellel hea ennustamisvõime aatomite ja isegi molekulide keemiliste omaduste osas. Mida kaugemal tuumast nivoo asub, seda rohkem elektrone saab sellele asetada. Seega saab orbitaalide arvu arvutada spetsiaalse valemi abil: x2. Siin on x võrdne tasemete arvuga. Ja kuna orbitaalile saab paigutada kuni kaks elektroni, näeb nende numbrilise otsingu lõplik valem välja järgmine: 2x2.
Orbiidid: tehnilised andmed
Kui me räägime fluori aatomi struktuurist, on sellel kolm orbitaali. Kõik need täidetakse. Samal alamtasandil olevate orbitaalide energia on sama. Nende määramiseks lisage kihi number: 2s, 4p, 6d. Pöördume tagasi vestluse juurde fluori aatomi struktuurist. Sellel on kaks s- ja üks p-alamtaset. Sellel on üheksa prootonit ja sama palju elektrone. Esimene s-tase. Need on kaks elektroni. Siis teine s-tase. Veel kaks elektroni. Ja 5 täidab p-taseme. Siin on tema struktuur. Pärast järgmise alapealkirja lugemist saate vajalikud toimingud ise teha ja ise veenduda. Kui me räägime halogeenide füüsikalistest omadustest, mis hõlmavad fluori, siis tuleb märkida, et kuigi need kuuluvad samas rühma, erinevad nad oma omaduste poolest täielikult. Seega on nende keemistemperatuur vahemikus -188 kuni 309kraadi Celsiuse järgi. Miks nad siis liidetakse? Kõik tänu keemilistele omadustele. Kõigil halogeenidel ja suurimal määral fluoril on kõrgeim oksüdeeriv jõud. Need reageerivad metallidega ja võivad toatemperatuuril probleemideta isesüttida.
Kuidas orbiidid täidetakse?
Milliste reeglite ja põhimõtete järgi on elektronid paigutatud? Soovitame teil tutvuda kolme põhilisega, mille sõnastust on parema arusaamise huvides lihtsustatud:
- Vähima energiatarbimise põhimõte. Elektronid kalduvad täitma orbitaale energia suurenemise järjekorras.
- Pauli põhimõte. Üks orbitaal ei tohi sisaldada rohkem kui kaks elektroni.
- Hundi reegel. Ühel alamtasandil täidavad elektronid esm alt vabad orbitaalid ja alles seejärel moodustavad paarid.
Täitmisel aitab Mendelejevi perioodiline süsteem ja aatomi struktuur muutub sel juhul pildi mõttes arusaadavamaks. Seetõttu on praktilises töös elementide ahelate ehitamisega vaja seda käepärast hoida.
Näide
Kõige artiklis öeldu kokkuvõtmiseks võite teha näidise, kuidas aatomi elektronid jagunevad nende tasemete, alamtasandite ja orbitaalide vahel (st milline on taseme konfiguratsioon). Seda saab näidata valemi, energiadiagrammina või kihtdiagrammina. Siin on väga häid illustratsioone, mis lähemal uurimisel aitavad mõista aatomi ehitust. Niisiis, esimene tase täidetakse kõigepe alt. Sellel onainult üks alamtasand, milles on ainult üks orbitaal. Kõik tasemed täidetakse järjestikku, alustades väikseimast. Esiteks, ühe alamtaseme piires paigutatakse igale orbitaalile üks elektron. Seejärel luuakse paarid. Ja kui on vabu, lülitub see mõnele teisele täiteainele. Ja nüüd saate iseseisv alt teada saada, milline on lämmastiku- või fluoriaatomi struktuur (mida peeti varem). Alguses võib see olla pisut keeruline, kuid saate pilte vaadates navigeerida. Selguse huvides vaatame lämmastikuaatomi struktuuri. Sellel on 7 prootonit (koos neutronitega, mis moodustavad tuuma) ja sama palju elektrone (mis moodustavad elektronkihi). Esimesena täidetakse esimene s-tase. Sellel on 2 elektroni. Siis tuleb teine s-tase. Sellel on ka 2 elektroni. Ja ülejäänud kolm on paigutatud p-tasemele, kus igaüks neist hõivab ühe orbitaali.
Järeldus
Nagu näha, pole aatomi ehitus nii keeruline teema (kui läheneda sellele muidugi kooli keemiakursuse vaatenurgast). Ja sellest teemast pole raske aru saada. Lõpetuseks tahaksin teid teavitada mõnest funktsioonist. Näiteks hapnikuaatomi struktuurist rääkides teame, et sellel on kaheksa prootonit ja 8-10 neutronit. Ja kuna looduses kipub kõik tasakaalustuma, moodustavad kaks hapnikuaatomit molekuli, kus kaks paaritut elektroni moodustavad kovalentse sideme. Samamoodi moodustub teine stabiilne hapniku molekul – osoon (O3). Teades hapnikuaatomi struktuuri, on võimalik õigesti formuleerida oksüdatsioonireaktsioone, sissemis hõlmab kõige levinumat ainet Maal.
