Ang laki at masa ng isang atom. Malaking encyclopedia ng langis at gas

Laki ng atom tinutukoy ng radius ng panlabas na shell ng elektron nito. Ang mga sukat ng lahat ng mga atomo ay ~ 10 -10 m. At ang sukat ng nucleus ay 5 mga order ng magnitude na mas maliit, sa kabuuan - 10 -15 m. Sa paningin, ito ay maaaring kinakatawan bilang mga sumusunod: kung ang atom ay tumaas sa laki ng isang 20-palapag na gusali, kung gayon ang nucleus ng atom ay magmumukhang isang millimeter speck ng alikabok sa gitnang silid sa bahay na ito. Gayunpaman, mahirap isipin ang isang bahay, na ang masa nito ay halos ganap na puro sa maliit na alikabok na ito. At ang atom ay ganoon lang.

Ang mga atomo ay napakaliit at napakagaan. Ang isang atom ay kasing dami ng mas magaan kaysa sa isang mansanas gaya ng isang mansanas na mas magaan kaysa sa isang globo. Kung ang mundo ay "mabigat" upang ang isang atom ay nagsimulang tumimbang tulad ng isang patak ng tubig, kung gayon ang mga tao sa gayong mundo ay magiging mabigat, tulad ng mga planeta: mga bata - tulad ng Mercury at Mars, at mga matatanda - tulad ng Venus at Earth.

Hindi mo makikita ang isang atom kahit na may mikroskopyo. Ginagawang posible ng pinakamahusay na optical microscope na makilala ang mga detalye ng isang bagay kung ang distansya sa pagitan ng mga ito ay ~0.2 µm. Sa isang mikroskopyo ng elektron, ang distansya na ito ay nabawasan sa ~ 2-3 Å. Sa unang pagkakataon, posible na makilala at kunan ng larawan ang mga indibidwal na atomo gamit ang isang ion projector. Ngunit walang nakakita kung paano nakaayos ang atom sa loob. Ang lahat ng data sa istraktura ng mga atom ay nakuha mula sa mga eksperimento sa pagkalat ng butil.

Mass ng atomic nucleus ilang libong beses ang mass ng electron shell nito. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang nuclei ng mga atomo ay binubuo ng napakabigat, kung ihahambing sa elektron, mga particle - mga proton. p at mga neutron n. Ang kanilang mga masa ay halos pareho at halos 2000 beses ang masa ng isang elektron. Kung saan proton- mga particle na may positibong charge, at neutron- neutral. Ang singil ng isang proton ay katumbas ng magnitude sa singil ng isang elektron. Ang bilang ng mga proton sa nucleus ay katumbas ng bilang ng mga electron sa shell, at tinitiyak nito ang elektrikal na neutralidad ng atom. Ang bilang ng mga neutron ay maaaring magkakaiba, sa nucleus ng isang light hydrogen atom ay walang mga neutron, at sa nucleus ng isang carbon atom ay maaaring mayroong 6, at 7, at 8.

Mass ng isang electronako ≈ 0.91. 10 -30 kg, masa ng protonm p≈ 1.673. 10 -27 kg = 1836m e , masa ng neutronm n \u003d 1.675. 10 -27 kg≈ 1840 ako.

masa ng isang atom mas mababa kaysa sa kabuuan ng mga masa ng nucleus at mga electron bawat laki ∆m, tinawag masa depekto, na lumitaw dahil sa pakikipag-ugnayan ng Coulomb ng nucleus at mga electron. Ang mass defect ng mga atomo (hindi tulad ng nuclei) ay napakaliit, at bagaman ito ay tumataas sa pagtaas Z, hindi isang atom ang lumampas sa masa ng isang elektron. materyal mula sa site

Siyempre, ang isang atom ay hindi maaaring ilagay sa isang timbangan at timbangin, ito ay masyadong maliit. Ang mga masa ng mga atom ay unang natukoy ng mga chemist. Bukod dito, sinukat nila ang mga ito sa mga kamag-anak na yunit, kinuha ang masa ng isang hydrogen atom bilang isang yunit at gamit ang batas ni Dalton, ayon sa kung saan mga kemikal na sangkap ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal sa isang mahigpit na tinukoy na proporsyon. At ngayon ang masa ng mga atom ay kadalasang sinusukat sa mga kamag-anak na yunit, ngunit 1/12 ng masa ng carbon atom C 12.1 a.m. ay ginagamit bilang atomic mass unit (a.m.u.). e.m. = 1.66057 . 10 -27 kg.

Ang atom ay ang pinakamaliit na particle ng isang kemikal na sangkap na may kakayahang mapanatili ang mga katangian nito. Ang salitang "atom" ay nagmula sa sinaunang Griyego na "atomos", na nangangahulugang "hindi mahahati". Depende sa kung gaano karami at kung anong mga particle ang nasa atom, matutukoy mo ang elemento ng kemikal.

Maikling tungkol sa istraktura ng atom

Bilang maaari mong maikling ilista ang pangunahing impormasyon tungkol sa ay isang particle na may isang nucleus, na positibong sisingilin. Sa paligid ng nucleus na ito ay isang negatibong sisingilin na ulap ng mga electron. Ang bawat atom sa normal nitong estado ay neutral. Ang laki ng particle na ito ay maaaring ganap na matukoy ng laki ng electron cloud na pumapalibot sa nucleus.

Ang nucleus mismo, sa turn, ay binubuo din ng mas maliliit na particle - mga proton at neutron. Ang mga proton ay may positibong singil. Ang mga neutron ay walang singil. Gayunpaman, ang mga proton, kasama ang mga neutron, ay pinagsama sa isang kategorya at tinatawag na mga nucleon. Kung ang pangunahing impormasyon tungkol sa istraktura ng atom ay kinakailangan sa madaling sabi, ang impormasyong ito ay maaaring limitado sa nakalistang data..

Ang unang impormasyon tungkol sa atom

Ang katotohanan na ang bagay ay maaaring binubuo ng maliliit na particle ay pinaghihinalaang maging ng mga sinaunang Griyego. Naniniwala sila na ang lahat ng umiiral ay binubuo ng mga atomo. Gayunpaman, ang pananaw na ito ay purong pilosopiko sa kalikasan at hindi maaaring bigyang-kahulugan sa siyentipikong paraan.

Isang Ingles na siyentipiko ang unang nakakuha ng pangunahing impormasyon tungkol sa istruktura ng atom. Ang mananaliksik na ito ang nakatuklas na ang dalawang elemento ng kemikal ay maaaring pumasok sa magkaibang mga ratio, at ang bawat kumbinasyon ay kumakatawan sa isang bagong sangkap. Halimbawa, walong bahagi ng elementong oxygen ang nagbibigay ng carbon dioxide. Apat na bahagi ng oxygen ay carbon monoxide.

Noong 1803, natuklasan ni Dalton ang tinatawag na batas ng maraming ratios sa kimika. Sa tulong ng mga di-tuwirang pagsukat (dahil wala ni isang atom ang masusuri sa ilalim ng mga mikroskopyo noon), nagtapos si Dalton tungkol sa relatibong bigat ng mga atomo.

Ang pananaliksik ni Rutherford

Pagkalipas ng halos isang siglo, ang pangunahing impormasyon tungkol sa istraktura ng mga atom ay nakumpirma ng isa pang botika ng Ingles - iminungkahi ng siyentipiko ang isang modelo ng shell ng elektron ng pinakamaliit na mga particle.

Noong panahong iyon, ang "Planetary Model of the Atom" ni Rutherford ay isa sa mga kritikal na hakbang na maaaring gawin ng kimika. Ang pangunahing impormasyon tungkol sa istraktura ng atom ay nagpatotoo na ito ay katulad ng solar system: ang mga particle-electron ay umiikot sa paligid ng nucleus sa mahigpit na tinukoy na mga orbit, tulad ng ginagawa ng mga planeta.

Electronic na shell ng mga atomo at mga formula ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal

Ang shell ng elektron ng bawat isa sa mga atom ay naglalaman ng eksaktong kasing dami ng mga electron na mayroong mga proton sa nucleus nito. Iyon ang dahilan kung bakit neutral ang atom. Noong 1913, isa pang siyentipiko ang nakatanggap ng pangunahing impormasyon tungkol sa istruktura ng atom. Ang formula ni Niels Bohr ay katulad ng kay Rutherford. Ayon sa kanyang konsepto, ang mga electron ay umiikot din sa nucleus na matatagpuan sa gitna. Tinapos ni Bohr ang teorya ni Rutherford, ipinakilala ang pagkakatugma sa mga katotohanan nito.

Kahit na noon, ang mga formula ng ilang mga kemikal ay iginuhit. Halimbawa, sa eskematiko ang istraktura ng nitrogen atom ay tinutukoy bilang 1s 2 2s 2 2p 3, ang istraktura ng sodium atom ay ipinahayag ng formula 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Sa pamamagitan ng mga formula na ito, makikita mo kung gaano karaming mga electron ang gumagalaw sa bawat isa sa mga orbital ng isang partikular na kemikal.

modelo ng Schrödinger

Gayunpaman, ang atomic na modelong ito ay naging lipas na. Ang pangunahing impormasyon tungkol sa istraktura ng atom, na kilala sa agham ngayon, ay higit na magagamit salamat sa pananaliksik ng Austrian physicist

Iminungkahi niya ang isang bagong modelo ng istraktura nito - isang alon. Sa oras na ito, napatunayan na ng mga siyentipiko na ang elektron ay pinagkalooban hindi lamang sa likas na katangian ng isang butil, ngunit may mga katangian ng isang alon.

Gayunpaman, ang modelong Schrödinger at Rutherford ay mayroon ding ilang pangkalahatang probisyon. Ang kanilang mga teorya ay magkatulad na ang mga electron ay umiiral sa ilang mga antas.

Ang ganitong mga antas ay tinatawag ding mga electronic na layer. Ang antas ng numero ay maaaring gamitin upang makilala ang enerhiya ng isang elektron. Kung mas mataas ang layer, mas maraming enerhiya ang mayroon ito. Ang lahat ng mga antas ay binibilang mula sa ibaba hanggang sa itaas, kaya ang numero ng antas ay tumutugma sa enerhiya nito. Ang bawat isa sa mga layer sa shell ng elektron ng isang atom ay may sariling mga sublevel. Sa kasong ito, ang unang antas ay maaaring magkaroon ng isang sublevel, ang pangalawa - dalawa, ang pangatlo - tatlo, at iba pa (tingnan ang mga electronic formula sa itaas para sa nitrogen at sodium).

Kahit na mas maliit na mga particle

Sa sa sandaling ito, siyempre, kahit na mas maliit na mga particle kaysa sa electron, proton at neutron ay natuklasan. Ito ay kilala na ang proton ay binubuo ng mga quark. Mayroong kahit na mas maliit na mga particle ng uniberso - halimbawa, isang neutrino, na isang daang beses na mas maliit kaysa sa isang quark at isang bilyong beses na mas maliit kaysa sa isang proton.

Ang isang neutrino ay isang maliit na butil na ito ay 10 septillion beses na mas maliit kaysa, halimbawa, isang Tyrannosaurus rex. Ang tyrannosaurus mismo ay maraming beses na mas maliit kaysa sa buong nakikitang uniberso.

Pangunahing impormasyon tungkol sa istraktura ng atom: radioactivity

Noon pa man ay alam na na walang reaksiyong kemikal ang makakapagpabago ng isang elemento sa isa pa. Ngunit sa proseso ng radioactive emission, kusang nangyayari ito.

Ang radioactivity ay tinatawag na kakayahan ng nuclei ng mga atomo na maging ibang nuclei - mas matatag. Kapag ang mga tao ay nakatanggap ng pangunahing impormasyon tungkol sa istraktura ng mga atomo, ang mga isotopes ay maaaring, sa isang tiyak na lawak, ay magsisilbing sagisag ng mga pangarap ng mga medieval na alchemist.

Sa panahon ng pagkabulok ng isotopes, ang radioactive radiation ay ibinubuga. Ang kababalaghang ito ay unang natuklasan ni Becquerel. Ang pangunahing uri ng radioactive radiation ay alpha decay. Naglalabas ito ng alpha particle. Mayroon ding beta decay, kung saan ang isang beta particle ay inilalabas mula sa nucleus ng isang atom, ayon sa pagkakabanggit.

Natural at artipisyal na isotopes

Sa kasalukuyan, mga 40 natural na isotopes ang kilala. Karamihan sa kanila ay matatagpuan sa tatlong kategorya: uranium-radium, thorium at actinium. Ang lahat ng mga isotopes na ito ay matatagpuan sa kalikasan - sa mga bato, lupa, hangin. Ngunit bukod sa kanila, ang tungkol sa isang libong artipisyal na nagmula na isotopes ay kilala rin, na nakuha sa mga nuclear reactor. Marami sa mga isotopes na ito ay ginagamit sa medisina, lalo na sa mga diagnostic..

Mga proporsyon sa loob ng isang atom

Kung iniisip natin ang isang atom, na ang laki nito ay maihahambing sa laki ng isang pang-internasyonal na istadyum sa palakasan, kung gayon maaari nating makita ang mga sumusunod na proporsyon. Ang mga electron ng isang atom sa naturang "stadyum" ay matatagpuan sa pinakatuktok ng mga kinatatayuan. Ang bawat isa ay magiging mas maliit kaysa sa isang pinhead. Pagkatapos ang nucleus ay matatagpuan sa gitna ng field na ito, at ang laki nito ay hindi mas malaki kaysa sa laki ng isang gisantes.

Minsan nagtatanong ang mga tao kung ano talaga ang hitsura ng isang atom. Sa katunayan, ito ay literal na walang hitsura - hindi para sa kadahilanan na hindi sapat ang mahusay na mga mikroskopyo ay ginagamit sa agham. Ang mga sukat ng isang atom ay nasa mga lugar kung saan ang konsepto ng "visibility" ay hindi umiiral.

Ang mga atomo ay napakaliit. Ngunit gaano nga ba kaliit ang mga sukat na ito? Ang katotohanan ay ang pinakamaliit na butil ng asin na halos hindi nakikita ng mata ng tao ay naglalaman ng halos isang quintillion atoms.

Kung iniisip natin ang isang atom na may ganoong laki na maaaring magkasya kamay ng tao, pagkatapos ay sa tabi nito ay mga virus na 300 metro ang haba. Ang bakterya ay magiging 3 km ang haba at ang isang buhok ng tao ay magiging 150 km ang kapal. Sa posisyong nakahiga, maaari siyang lumampas sa mga hangganan ng atmospera ng lupa. At kung totoo ang gayong mga sukat, kung gayon ang haba ng buhok ng tao ay maaaring umabot sa buwan. Ito ay isang kumplikado at kawili-wiling atom, ang pag-aaral kung saan patuloy na pinag-aaralan ng mga siyentipiko hanggang ngayon.

Bumubuo ng mga bono sa isa't isa, ang mga atomo ay pinagsama sa mga molekula at malalaking solido.

Alam ng sangkatauhan ang tungkol sa pagkakaroon ng pinakamaliit na mga particle ng bagay mula noong sinaunang panahon, ngunit ang kumpirmasyon ng pagkakaroon ng mga atom ay natanggap lamang sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. Ngunit halos kaagad na naging malinaw na ang mga atomo, sa turn, ay may isang kumplikadong istraktura, na tumutukoy sa kanilang mga katangian.

Ang konsepto ng isang atom bilang ang pinakamaliit na hindi mahahati na particle ng bagay ay unang iminungkahi sinaunang mga pilosopong Griyego. Noong ika-17 at ika-18 siglo, itinatag ng mga chemist na ang mga kemikal ay tumutugon sa ilang mga proporsyon, na ipinahayag sa mga tuntunin ng maliliit na bilang. Bilang karagdagan, nakilala nila ang ilang mga simpleng sangkap, na tinawag nilang mga elemento ng kemikal. Ang mga pagtuklas na ito ay humantong sa muling pagkabuhay ng ideya ng hindi mahahati na mga particle. Ang pag-unlad ng thermodynamics at statistical physics ay nagpakita na ang mga thermal properties ng mga katawan ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng paggalaw ng naturang mga particle. Sa huli, ang mga sukat ng mga atom ay natukoy sa eksperimento.

Sa huling bahagi ng ika-19 at unang bahagi ng ika-20 siglo, natuklasan ng mga physicist ang una sa mga subatomic na particle, ang electron, at medyo kalaunan ang atomic nucleus, kaya ipinapakita na ang atom ay hindi nahahati. Ang pag-unlad ng quantum mechanics ay naging posible na ipaliwanag hindi lamang ang istraktura ng mga atomo, kundi pati na rin ang kanilang mga katangian: optical spectra, ang kakayahang pumasok sa mga reaksyon at bumuo ng mga molekula, i.e.

Pangkalahatang katangian ng istraktura ng atom

Ang mga modernong ideya tungkol sa istruktura ng atom ay nakabatay sa quantum mechanics.

Sa tanyag na antas, ang istraktura ng atom ay maaaring ilarawan sa mga tuntunin ng modelo ng alon, na batay sa modelo ng Bohr, ngunit isinasaalang-alang din ang karagdagang impormasyon sa mekanika ng quantum.

Para sa modelong ito:

Ang mga atom ay binubuo ng mga elementarya na particle (proton, electron at neutron). Ang masa ng isang atom ay halos puro sa nucleus, kaya ang karamihan sa volume ay medyo walang laman. Ang nucleus ay napapalibutan ng mga electron. Ang bilang ng mga electron ay katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus, ang bilang ng mga proton ay tumutukoy sa ordinal na bilang ng elemento sa periodic system. Sa isang neutral na atom, ang kabuuang negatibong singil ng mga electron ay katumbas ng positibong singil ng mga proton. Ang mga atom ng parehong elemento na may iba't ibang bilang ng mga neutron ay tinatawag na isotopes.
Sa gitna ng isang atom ay isang maliit, positibong sisingilin na nucleus na binubuo ng mga proton at neutron.
Ang nucleus ng isang atom ay humigit-kumulang 10,000 beses na mas maliit kaysa sa atom mismo. Kaya, kung ang isang atom ay pinalaki sa laki ng paliparan ng Borispol, ang laki ng nucleus ay magiging mas maliit kaysa sa laki ng isang table tennis ball.
Ang nucleus ay napapalibutan ng isang electron cloud na sumasakop karamihan dami nito. Sa isang ulap ng elektron, ang mga shell ay maaaring makilala, para sa bawat isa ay mayroong ilang posibleng mga orbital. Ang mga napunong orbital ay bumubuo sa katangian ng elektronikong pagsasaayos ng bawat elemento ng kemikal.
Ang bawat orbital ay maaaring maglaman ng hanggang dalawang electron, na nailalarawan sa pamamagitan ng tatlong quantum number: basic, orbital at magnetic.
Ang bawat electron sa isang orbital ay may natatanging halaga para sa ikaapat na quantum number: spin.
Ang mga orbital ay tinutukoy ng isang tiyak na pamamahagi ng posibilidad kung saan eksaktong matatagpuan ang isang electron. Ang mga halimbawa ng mga orbital at ang kanilang mga pagtatalaga ay ipinapakita sa figure sa kanan. Ang "hangganan" ng isang orbital ay ang distansya kung saan ang posibilidad na ang isang elektron ay maaaring nasa labas nito ay mas mababa sa 90%.
Ang bawat shell ay maaaring maglaman ng hindi hihigit sa isang mahigpit na tinukoy na bilang ng mga electron. Halimbawa, ang shell na pinakamalapit sa nucleus ay maaaring magkaroon ng maximum na dalawang electron, ang susunod - 8, ang pangatlo mula sa nucleus - 18, at iba pa.
Kapag ang mga electron ay sumali sa isang atom, bumababa sila sa isang mababang-enerhiya na orbital. Tanging ang mga electron sa labas ng shell ay maaaring lumahok sa pagbuo ng mga interatomic bond. Ang mga atom ay maaaring mag-donate at makakuha ng mga electron, na nagiging positibo o negatibong sisingilin na mga ion. Ang mga kemikal na katangian ng isang elemento ay natutukoy sa pamamagitan ng kadalian kung saan ang nucleus ay maaaring mag-abuloy o makakuha ng mga electron. Depende ito sa bilang ng mga electron at sa antas ng pagpuno ng panlabas na shell.
Laki ng atom

Ang laki ng isang atom ay isang dami na mahirap sukatin, dahil ang gitnang nucleus ay napapalibutan ng malabong electron cloud. Para sa mga atom na bumubuo ng mga solidong kristal, ang distansya sa pagitan ng mga katabing site ng crystal lattice ay maaaring magsilbi bilang isang tinatayang halaga ng kanilang laki. Para sa mga atomo, ang mga kristal ay hindi nabuo, ang iba pang mga diskarte sa pagsusuri ay ginagamit, kabilang ang mga teoretikal na kalkulasyon. Halimbawa, ang laki ng isang hydrogen atom ay tinatantya bilang 1.2 × 10-10 m. Ang halagang ito ay maihahambing sa laki ng isang proton (na siyang nucleus ng isang hydrogen atom): 0.87 × 10-15 m at siguraduhing na ang nucleus ng isang hydrogen atom ay 100 000 beses na mas maliit kaysa sa atom mismo. Ang mga atom ng iba pang mga elemento ay nagpapanatili ng humigit-kumulang sa parehong ratio. Ang dahilan nito ay ang mga elemento na may malaking positibong sisingilin na nucleus ay nakakaakit ng mga electron nang mas malakas.

Ang isa pang katangian ng laki ng isang atom ay ang van der Waals radius - ang distansya na maaaring lapitan ng isa pang atom sa isang partikular na atom. Ang mga interatomic na distansya sa mga molekula ay nailalarawan sa haba ng mga bono ng kemikal o covalent radius.

Nucleus

Ang pangunahing masa ng isang atom ay puro sa nucleus, na binubuo ng mga nucleon: mga proton at neutron, na magkakaugnay ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayang nukleyar.

Tinutukoy ng bilang ng mga proton sa nucleus ng atom ang atomic number nito at ang elementong kinabibilangan ng atom. Halimbawa, ang mga carbon atom ay naglalaman ng 6 na proton. Ang lahat ng mga atom na may partikular na atomic number ay may parehong pisikal na katangian at nagpapakita ng parehong mga kemikal na katangian. Ang mga elemento ay nakalista sa periodic table sa pataas na pagkakasunud-sunod ng atomic number.

Ang kabuuang bilang ng mga proton at neutron sa atom ng isang elemento ay tumutukoy sa atomic mass nito, dahil ang isang proton at isang neutron ay may mass na humigit-kumulang 1 amu. Ang mga neutron sa isang nucleus ay hindi nakakaapekto kung saang elemento kabilang ang isang atom, ngunit ang isang kemikal na elemento ay maaaring magkaroon mga atom na may parehong bilang ng mga proton at ibang bilang ng mga neutron. Ang nasabing mga atom ay may parehong atomic number ngunit magkaibang atomic mass at tinatawag na isotopes ng elemento. Kapag isinusulat ang pangalan ng isotope, isinusulat ang atomic mass pagkatapos nito. Halimbawa, ang isotope carbon-14 ay naglalaman ng 6 na proton at 8 neutron, para sa kabuuang atomic na masa na 14. Ang isa pang tanyag na paraan ng notasyon ay ang superscript ng atomic mass bago ang simbolo ng elemento. Halimbawa, ang carbon-14 ay tinutukoy bilang 14C.

Ang atomic mass ng isang elemento na ibinigay sa periodic table ay isang average ng masa ng mga natural na nagaganap na isotopes. Ang pag-average ay isinasagawa ayon sa kasaganaan ng isotope sa kalikasan.

Sa pagtaas ng atomic number, ang positibong singil ng nucleus ay tumataas, at, dahil dito, ang Coulomb repulsion sa pagitan ng mga proton. Parami nang parami ang mga neutron ang kailangan upang pagsamahin ang mga proton. Gayunpaman, ang isang malaking bilang ng mga neutron ay hindi matatag, at ang sitwasyong ito ay nagpapataw ng isang limitasyon sa posibleng singil ng nucleus at ang bilang ng mga elemento ng kemikal na umiiral sa kalikasan. Ang mga kemikal na elemento na may mataas na atomic number ay may napakaikling buhay, maaari lamang malikha sa pamamagitan ng pagbomba sa nuclei ng mga light elements na may mga ion, at ito ay sinusunod lamang sa panahon ng mga eksperimento gamit ang mga accelerators. Noong Pebrero 2008, ang ununoctium ay ang pinakamabigat na synthesized na elemento ng kemikal.

Maraming isotopes ng mga elemento ng kemikal ang hindi matatag at nabubulok sa paglipas ng panahon. Ang phenomenon na ito ay ginagamit ng radioelement test upang matukoy ang edad ng mga bagay. pinakamahalaga para sa arkeolohiya at paleontolohiya.

Modelo ng Bohr

Ang Bohr model ay ang unang pisikal na modelo na nagawang ilarawan nang tama ang optical spectra ng hydrogen atom. Matapos ang pagbuo ng eksaktong mga pamamaraan ng quantum mechanics, ang modelo ng Bohr ay mayroon lamang makasaysayang kahalagahan, ngunit dahil sa pagiging simple nito, malawak pa rin itong itinuro at ginagamit para sa isang husay na pag-unawa sa istraktura ng atom.

Ang modelo ni Bohr ay batay sa planetary model ni Rutherford, na naglalarawan sa atom bilang isang maliit na positively charged na nucleus na may negatively charged electron sa mga orbit sa iba't ibang antas, na kahawig ng istraktura solar system. Iminungkahi ni Rutherford ang isang planetary model upang ipaliwanag ang mga resulta ng kanyang mga eksperimento sa pagkalat ng mga particle ng alpha sa pamamagitan ng metal foil. Ayon sa modelo ng planeta, ang isang atom ay binubuo ng isang mabigat na nucleus kung saan umiikot ang mga electron. Ngunit ang katotohanan na ang mga electron na umiikot sa paligid ng nucleus ay hindi nahuhulog sa isang spiral papunta dito ay hindi maunawaan ng mga physicist noong panahong iyon. Sa katunayan, ayon sa teoryang klasiko electromagnetism, isang electron na umiikot sa paligid ng nucleus ay dapat na kumikinang mga electromagnetic wave(liwanag), na hahantong sa unti-unting pagkawala ng enerhiya at mahulog sa kaibuturan. Kaya paano maaaring umiral ang isang atom? Bukod dito, ang pag-aaral ng electromagnetic spectrum ng mga atomo ay nagpakita na ang mga electron sa isang atom ay maaari lamang maglabas ng liwanag ng isang tiyak na dalas.

Ang mga paghihirap na ito ay napagtagumpayan sa modelong iminungkahi ni Niels Bohr noong 1913, na nag-post na:

Ang mga electron ay maaari lamang nasa mga orbit na may discrete quantized energies. Ibig sabihin, hindi lahat ng orbit ay posible, ngunit ilang partikular lamang. Ang eksaktong mga halaga ng mga enerhiya ng mga tinatanggap na orbit ay nakasalalay sa atom.
Ang mga batas ng klasikal na mekanika ay hindi nalalapat kapag ang mga electron ay lumipat mula sa isang pinapayagang orbit patungo sa isa pa.
Kapag ang isang electron ay gumagalaw mula sa isang orbit patungo sa isa pa, ang pagkakaiba sa enerhiya ay inilalabas (o hinihigop) ng isang solong dami ng liwanag (photon), na ang dalas ay direktang nauugnay sa pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng dalawang orbit.

kung saan ang ν ay ang dalas ng photon, ang E ay ang pagkakaiba sa enerhiya, at ang h ay isang pare-pareho ng proporsyonalidad, na kilala rin bilang pare-pareho ng Planck.
Tukuyin kung ano ang maaaring isulat

kung saan ang ω ay ang angular frequency ng photon.
Ang mga pinahihintulutang orbit ay nakasalalay sa mga quantized na halaga ng orbital angular momentum L, na inilarawan ng equation

kung saan n = 1,2,3,...
at tinatawag na quantum number ng angular momentum.
Ang mga pagpapalagay na ito ay naging posible na ipaliwanag ang mga resulta ng mga obserbasyon noon, halimbawa, kung bakit ang spectrum ay binubuo ng mga discrete na linya. Ang Assumption (4) ay nagsasaad na ang pinakamaliit na halaga ng n ay 1. Alinsunod dito, ang pinakamaliit na pinapayagang atomic radius ay 0.526 Å (0.0529 nm = 5.28 10-11 m). Ang halagang ito ay kilala bilang Bohr radius.

Ang modelo ni Bohr ay minsang tinutukoy bilang Semiclassical dahil bagama't kabilang dito ang ilang ideya mula sa quantum mechanics, hindi ito isang kumpletong quantum mechanical na paglalarawan ng hydrogen atom. Gayunpaman, ang modelo ni Bohr ay isang makabuluhang hakbang patungo sa gayong paglalarawan.

Sa isang mahigpit na quantum mechanical na paglalarawan ng hydrogen atom, ang mga antas ng enerhiya ay matatagpuan mula sa solusyon ng nakatigil na Schrödinger equation. Ang mga antas na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng tatlong quantum number na nabanggit sa itaas, ang formula para sa pag-quantize ng angular momentum ay iba, ang quantum number ng angular momentum ay zero para sa spherical s-orbitals, isa para sa prolate dumbbell-shaped p-orbitals, atbp. (tingnan ang larawan sa itaas).

Ang enerhiya ng atom at ang quantization nito

Ang mga halaga ng enerhiya na maaaring magkaroon ng isang atom ay kinakalkula at binibigyang-kahulugan batay sa mga probisyon ng quantum mechanics. Isinasaalang-alang nito ang mga kadahilanan tulad ng pakikipag-ugnayan ng electrostatic ng mga electron sa nucleus at mga electron sa kanilang mga sarili, ang mga spins ng mga electron, ang prinsipyo ng magkatulad na mga particle. Sa quantum mechanics, ang estado kung saan matatagpuan ang isang atom ay inilalarawan ng isang wave function, na makikita mula sa solusyon ng Schrödinger equation. Mayroong isang tiyak na hanay ng mga estado, na ang bawat isa ay may isang tiyak na halaga ng enerhiya. Ang estado na may pinakamababang enerhiya ay tinatawag na ground state. Ang ibang mga estado ay tinatawag na nasasabik. Ang isang atom ay nasa isang nasasabik na estado para sa isang may hangganang oras, naglalabas ng maaga o huli ng isang quantum ng isang electromagnetic field (photon) at pumasa sa ground state. Ang isang atom ay maaaring manatili sa ground state sa loob ng mahabang panahon. Upang mapukaw, kailangan niya ng panlabas na enerhiya, na maaari lamang dumating sa kanya mula sa panlabas na kapaligiran. Ang isang atom ay naglalabas o sumisipsip ng liwanag lamang sa ilang mga frequency, na tumutugma sa pagkakaiba sa mga enerhiya ng mga estado nito.

Ang mga posibleng estado ng isang atom ay ini-index ng mga quantum number tulad ng spin, quantum number ng orbital momentum, quantum number ng kabuuang momentum. Maaari mong basahin ang higit pa tungkol sa kanilang pag-uuri sa artikulong elektronikong termino

Mga elektronikong shell ng mga kumplikadong atom

Ang mga kumplikadong atom ay may dose-dosenang, at para sa napakabibigat na elemento, kahit na daan-daang mga electron. Ayon sa prinsipyo ng magkaparehong mga particle, ang mga elektronikong estado ng mga atom ay nabuo ng lahat ng mga electron, at imposibleng matukoy kung saan matatagpuan ang bawat isa sa kanila. Gayunpaman, sa tinatawag na one-electron approximation, ang isang tao ay maaaring magsalita ng ilang mga estado ng enerhiya ng mga indibidwal na electron.

Ayon sa mga ideyang ito, mayroong isang tiyak na hanay ng mga orbital na puno ng mga electron ng atom. Ang mga orbital na ito ay bumubuo ng isang tiyak na elektronikong pagsasaayos. Ang bawat orbital ay maaaring maglaman ng hindi hihigit sa dalawang electron (Pauli exclusion principle). Ang mga orbital ay pinagsama-sama sa mga shell, na ang bawat isa ay maaari lamang magkaroon ng tiyak na bilang ng mga orbital (1, 4, 10, atbp.). Ang mga orbital ay nahahati sa panloob at panlabas. Sa ground state ng isang atom, ang mga panloob na shell ay ganap na puno ng mga electron.

Sa mga panloob na orbital, ang mga electron ay napakalapit sa nucleus at malakas na nakakabit dito. Upang hilahin ang isang elektron mula sa panloob na orbit, kailangan mong bigyan ito ng maraming enerhiya, hanggang sa ilang libong electron volts. Ang isang electron sa panloob na shell ay makakakuha lamang ng gayong enerhiya sa pamamagitan ng pagsipsip ng isang X-ray quantum. Ang mga enerhiya ng mga panloob na shell ng mga atom ay indibidwal para sa bawat elemento ng kemikal, at samakatuwid ang isang atom ay maaaring makilala sa pamamagitan ng X-ray absorption spectrum. Ang sitwasyong ito ay ginagamit sa pagsusuri ng x-ray.

Sa panlabas na shell, ang mga electron ay malayo sa nucleus. Ang mga electron na ito ay kasangkot sa pagbuo ng mga bono ng kemikal, kaya ang panlabas na shell ay tinatawag na valence, at ang mga panlabas na shell na mga electron ay tinatawag na valence electron.

Quantum transition sa atom

Ang mga paglipat sa pagitan ng iba't ibang estado ng mga atom ay posible, sanhi ng isang panlabas na kaguluhan, nang mas madalas electromagnetic field. Dahil sa quantization ng atomic states, ang optical spectra ng atoms ay binubuo ng mga indibidwal na linya kung ang enerhiya ng light quantum ay hindi lalampas sa ionization energy. Sa mas mataas na mga frequency, ang optical spectra ng mga atom ay nagiging tuluy-tuloy. Ang posibilidad ng paggulo ng isang atom sa pamamagitan ng liwanag ay bumababa na may karagdagang pagtaas sa dalas, ngunit tumataas nang husto sa ilang mga frequency na katangian ng bawat elemento ng kemikal sa hanay ng X-ray.

Ang mga nasasabik na atom ay naglalabas ng liwanag na quanta na may parehong mga frequency kung saan nangyayari ang pagsipsip.

Ang mga paglipat sa pagitan ng iba't ibang estado ng mga atom ay maaari ding sanhi ng mga pakikipag-ugnayan sa mga particle na mabilis na nakargahan.

Kemikal at pisikal na katangian atom

Ang mga kemikal na katangian ng isang atom ay pangunahing tinutukoy ng mga valence electron - mga electron sa panlabas na shell. Tinutukoy ng bilang ng mga electron sa panlabas na shell ang valency ng atom.

Ang mga atomo ng huling hanay ng periodic table ng mga elemento ay may ganap na puno na panlabas na shell, at para sa paglipat ng isang elektron sa susunod na shell, isang napakalaking halaga ng enerhiya ang dapat ibigay sa atom. Samakatuwid, ang mga atomo na ito ay hindi gumagalaw, hindi hilig na pumasok sa mga reaksiyong kemikal. Ang mga inert na gas ay naninipis at nag-kristal lamang sa napakababang temperatura.

Ang mga atomo ng unang column ng periodic table ng mga elemento ay may isang electron sa panlabas na shell, at aktibo sa kemikal. Ang kanilang valency ay 1. uri ng katangian kemikal na dumidikit para sa mga atom na ito sa crystallized na estado ay isang metal na bono.

Ang mga atomo ng ikalawang hanay ng periodic table sa ground state ay mayroong 2 s-electron sa panlabas na shell. Ang kanilang panlabas na shell ay napuno, kaya dapat silang maging inert. Ngunit ang paglipat mula sa ground state na may s2 electron shell configuration sa state na may s1p1 configuration ay nangangailangan ng napakakaunting enerhiya, kaya ang mga atoms na ito ay may valence na 2, ngunit nagpapakita sila ng mas kaunting aktibidad.

Ang mga atomo ng ikatlong column ng periodic table ng mga elemento ay may electronic configuration na s2p1 sa ground state. Maaari silang magpakita ng iba't ibang valencies: 1, 3, 5. Ang huling posibilidad ay lumitaw kapag ang electron shell ng atom ay nakumpleto sa 8 electron at naging sarado.

Ang mga atomo sa ikaapat na hanay ng periodic table ng mga elemento ay may valence na 4 (halimbawa, carbon dioxide CO2), bagaman posible rin ang valence ng 2 (halimbawa, carbon monoxide CO). Bago ang column na ito ay carbon - isang elemento na bumubuo ng iba't ibang uri ng mga kemikal na compound. Ang isang espesyal na sangay ng kimika ay nakatuon sa mga carbon compound - organic chemistry. Ang iba pang mga elemento ng column na ito - silikon, germanium sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay solid-state semiconductors.

Ang mga elemento ng ikalimang hanay ay may valence na 3 o 5.

Ang mga elemento ng ikaanim na column ng periodic table sa ground state ay may s2p4 configuration at isang karaniwang spin na 1. Samakatuwid, ang mga ito ay divalent. Mayroon ding posibilidad ng isang atom na lumipat sa isang nasasabik na estado na s2p3s" na may spin 2, kung saan ang valency ay 4 o 6.

Ang mga elemento ng ikapitong column ng periodic table ay kulang ng isang electron sa outer shell upang mapunan ito. Sila ay halos monovalent. Gayunpaman, maaari silang pumasok sa mga compound ng kemikal sa mga nasasabik na estado, na nagpapakita ng mga valences ng 3,5,7.

Ang mga elemento ng paglipat ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagpuno ng panlabas na s-shell bago ganap na mapuno ang d-shell. Samakatuwid, karamihan sa kanila ay may isang valence ng 1 o 2, ngunit sa ilang mga kaso ang isa sa mga d-electron ay kasangkot sa pagbuo ng mga kemikal na bono, at ang valence ay nagiging katumbas ng tatlo.

Kapag nabuo ang mga kemikal na compound, ang mga atomic na orbital ay nababago, nababago at nagiging mga molekular na orbital. Sa kasong ito, ang proseso ng hybridization ng mga orbital ay nagaganap - ang pagbuo ng mga bagong orbital, bilang isang tiyak na kabuuan ng mga base.

Kasaysayan ng konsepto ng atom

Magbasa nang higit pa sa artikulong atomistics
Ang konsepto ng atom, tulad ng mismong salita, ay nagmula sa sinaunang Griyego, bagaman ang katotohanan ng hypothesis ng pagkakaroon ng mga atomo ay nakumpirma lamang noong ika-20 siglo. Ang pangunahing ideya sa likod ng konseptong ito sa lahat ng mga siglo ay ang ideya ng mundo bilang isang hanay ng isang malaking bilang ng mga hindi mahahati na elemento na napakasimple sa istraktura at umiral mula pa noong simula ng panahon.

Ang mga unang mangangaral ng atomistikong doktrina

Ang pilosopo na si Leucippus ang unang nangaral ng mga turong atomistiko noong ika-5 siglo BC. Pagkatapos ang baton ay pinulot ng kanyang estudyanteng si Democritus. Ang mga fragment lamang ng kanilang mga gawa ang nakaligtas, kung saan naging malinaw na sila ay nagpatuloy mula sa isang maliit na bilang ng mga medyo abstract na pisikal na hypotheses:

"Sweetness and bitterness, heat and cold is the meaning of the definition, in fact [lamang] atoms and emptiness."

Ayon kay Democritus, ang lahat ng kalikasan ay binubuo ng mga atomo, ang pinakamaliit na particle ng bagay na nagpapahinga o gumagalaw sa isang ganap na walang laman na espasyo. Ang lahat ng mga atomo ay may simpleng anyo, at ang mga atomo ng parehong uri ay magkapareho; ang pagkakaiba-iba ng kalikasan ay sumasalamin sa iba't ibang anyo ng mga atomo at ang iba't ibang paraan kung saan ang mga atomo ay maaaring magkaugnay sa isa't isa. Parehong naniniwala sina Democritus at Leucippus na ang mga atomo, na nagsimulang gumalaw, ay patuloy na gumagalaw ayon sa mga batas ng kalikasan.

Ang pinakamahirap para sa mga sinaunang Griyego ay ang tanong ng pisikal na katotohanan ng mga pangunahing konsepto ng atomismo. Sa anong diwa masasabi ng isang tao ang katotohanan ng kawalan ng laman kung, sa kabila, hindi ito maaaring magkaroon ng anumang pisikal na katangian? Ang mga ideya nina Leucippus at Democritus ay hindi maaaring magsilbi bilang isang kasiya-siyang batayan para sa teorya ng bagay sa pisikal na eroplano, dahil hindi nila ipinaliwanag kung saan ang mga atomo ay hindi ginawa, o kung bakit ang mga atomo ay hindi mahahati.

Isang henerasyon pagkatapos ng Democritus, iminungkahi ni Plato ang kanyang solusyon sa problemang ito: “ang pinakamaliit na mga partikulo ay hindi kabilang sa larangan ng bagay, kundi sa larangan ng geometry; magkaiba sila ng katawan mga geometric na numero napapaligiran ng mga patag na tatsulok.

Ang konsepto ng atom sa pilosopiyang Indian

Makalipas ang isang libong taon, ang abstract na pangangatwiran ng mga sinaunang Griyego ay tumagos sa India at pinagtibay ng ilang mga paaralan ng pilosopiyang Indian. Ngunit kung ang Kanluraning pilosopiya ay naniniwala na ang atomistic theory ay dapat maging isang kongkreto at layunin na batayan para sa teorya ng materyal na mundo, pilosopiyang Indian palaging nakikita ang materyal na mundo bilang isang ilusyon. Nang lumitaw ang atomismo sa India, ito ay nagkaroon ng anyo ng isang teorya ayon sa kung saan ang katotohanan sa mundo ay may proseso, hindi isang sangkap, at na tayo ay naroroon sa mundo bilang mga link sa isang proseso, at hindi bilang mga namuong bagay.

Iyon ay, ang parehong mga pilosopo ng Plato at Indian ay nag-isip ng ganito: kung ang kalikasan ay binubuo ng maliit, ngunit may hangganan sa laki, mga pagbabahagi, kung gayon bakit hindi sila mahahati, kahit man lamang sa imahinasyon, sa mas maliliit na mga partikulo, na naging paksa. ng karagdagang pagsasaalang-alang?

Atomistic theory sa Roman science

Ang makatang Romano na si Lucretius (96 - 55 BC) ay isa sa ilang mga Romano na nagpakita ng interes sa purong agham. Sa kanyang tula na On the Nature of Things (De rerum natura), binuo niya nang detalyado ang mga katotohanang nagpapatunay na pabor sa teoryang atomistiko. Halimbawa, ang isang hangin na umiihip ng napakalakas, bagaman walang nakakakita nito, ay malamang na binubuo ng mga particle, na tumutulo upang makita ang mga ito. Nararamdaman natin ang mga bagay mula sa malayo sa pamamagitan ng amoy, tunog at init na kumakalat nang hindi nakikita.

Iniuugnay ni Lucretius ang mga katangian ng mga bagay sa mga katangian ng kanilang mga nasasakupan, i.e. mga atomo: ang mga likidong atomo ay maliit at bilugan, kaya naman ang likido ay napakadaling dumadaloy at tumatagos sa mga buhaghag na bagay, habang ang mga solidong atomo ay may mga kawit na humahawak sa kanila. Sa parehong paraan, ang iba't ibang panlasa at tunog ng iba't ibang lakas ay binubuo ng mga atomo ng naaangkop na mga hugis - mula sa simple at magkakasuwato hanggang sa malikot at hindi regular.

Ngunit ang mga turo ni Lucretius ay hinatulan ng simbahan, dahil nagbigay siya ng medyo materyalistikong interpretasyon sa mga ito: halimbawa, ang ideya na ang Diyos, nang minsang naglunsad ng atomic na mekanismo, ay hindi na nakakasagabal sa gawain nito, o na ang kaluluwa ay namamatay kasama ng katawan.

Ang mga unang teorya tungkol sa istraktura ng atom

Ang isa sa mga unang teorya tungkol sa istraktura ng atom, na mayroon nang modernong mga balangkas, ay inilarawan ni Galileo (1564-1642). Ayon sa kanyang teorya, ang bagay ay binubuo ng mga particle na hindi nakapahinga, ngunit gumagalaw sa lahat ng direksyon sa ilalim ng impluwensya ng init; ang init ay walang iba kundi ang paggalaw ng mga particle. Ang istraktura ng mga particle ay kumplikado, at kung aalisin mo ang anumang bahagi ng materyal na shell nito, kung gayon ang liwanag ay lalabas mula sa loob. Si Galileo ang unang nagpakita, kahit na sa kamangha-manghang anyo, ang istraktura ng atom.

Mga Pundasyon sa Siyentipiko

Noong ika-19 na siglo, si John Dalton ay nakakuha ng katibayan para sa pagkakaroon ng mga atomo, ngunit ipinapalagay na sila ay hindi mahahati. Ipinakita ni Ernest Rutherford sa eksperimento na ang isang atom ay binubuo ng isang nucleus na napapalibutan ng mga negatibong sisingilin na mga particle - mga electron.

Isaalang-alang natin ang pag-asa ng ilang mga katangian ng mga atomo sa istraktura ng kanilang mga shell ng elektron. Isaalang-alang natin, una sa lahat, ang mga pattern ng pagbabago sa atomic at ionic radii.

Ang mga ulap ng elektron ay walang malinaw na tinukoy na mga hangganan. Samakatuwid, ang konsepto ng laki ng isang atom ay hindi mahigpit. Ngunit kung maiisip natin ang mga atomo sa mga kristal ng isang simpleng sangkap sa anyo ng mga bola na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, kung gayon ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng mga kalapit na bola (iyon ay, sa pagitan ng mga nuclei ng mga kalapit na mga atomo) ay maaaring kunin na katumbas ng dalawang beses ang radius ng atom. Kaya, ang pinakamaliit na internuclear na distansya sa mga kristal na tanso ay ; ito ay nagpapahintulot sa amin na isaalang-alang na ang radius ng tansong atom ay katumbas ng kalahati ng halagang ito, ibig sabihin.

Ang pag-asa ng atomic radii sa singil ng atomic nucleus Z ay may pana-panahong katangian. Sa loob ng isang panahon, na may pagtaas ng Z, may posibilidad na mabawasan ang laki ng atom, na kung saan ay malinaw na naobserbahan sa mga maikling panahon (ang atomic radii ay ibinibigay sa nm):

Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtaas ng pagkahumaling ng mga electron ng panlabas na layer sa nucleus habang tumataas ang singil nito.

Sa simula ng pagtatayo ng isang bagong layer ng elektron, mas malayo sa nucleus, ibig sabihin, sa panahon ng paglipat sa susunod na panahon, ang atomic radii ay tumaas (ihambing, halimbawa, ang radii ng fluorine at sodium atoms). Bilang resulta, sa loob ng subgroup, habang tumataas ang singil ng nucleus, tumataas ang laki ng mga atomo. Ibigay natin bilang isang halimbawa ang mga halaga ng atomic radii (sa nm) ng mga elemento ng ilang pangunahing subgroup:

Ang mga electron ng panlabas na layer, na hindi gaanong nakagapos sa nucleus, ay maaaring humiwalay sa atom at sumali sa iba pang mga atomo, na nagiging bahagi ng panlabas na layer ng huli.

Ang mga atom na nawalan ng isa o higit pang mga electron ay nagiging positibong sisingilin, dahil ang singil ng nucleus ng atom ay lumampas sa kabuuan ng mga singil ng natitirang mga electron. Sa kabaligtaran, ang mga atom na nag-attach ng mga karagdagang electron sa kanilang mga sarili ay nagiging negatibong sisingilin. Ang mga nagresultang sisingilin na mga particle ay tinatawag na mga ion.

Ang mga ions ay tinutukoy ng parehong mga simbolo tulad ng mga atomo, na nagpapahiwatig ng kanilang singil sa kanang itaas: halimbawa, ang isang positibong three-charged na aluminum ion ay tinutukoy, ang isang negatibong single charged na chlorine ion ay.

Ang pagkawala ng mga atomo ng elektron ay humahantong sa pagbaba sa epektibong sukat nito, at ang pagdaragdag ng labis na mga elektron ay humahantong sa pagtaas. Samakatuwid, ang radius ng isang positively charged na ion (cation) ay palaging mas mababa, at ang radius ng isang negatively charged non (anion) ay palaging mas malaki kaysa sa radius ng kaukulang electrically neutral atom. Kaya, ang radius ng potassium atom ay , at ang radius ng ion, ang radii ng chlorine atom at ion, ayon sa pagkakabanggit, ay 0.099 at . Sa kasong ito, ang radius ng ion ay mas naiiba sa radius ng atom, mas malaki ang singil ng ion. Halimbawa, ang radii ng chromium atom at mga ion at ay 0.127, 0.083 at , ayon sa pagkakabanggit.

Sa loob ng isang subgroup, ang radii ng mga ion ng parehong singil ay tumataas sa pagtaas ng nuclear charge. Ito ay inilalarawan ng mga sumusunod na halimbawa (iyon radii ay ibinigay sa nm):

Ang pagiging regular na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga layer ng elektron at ang lumalagong distansya ng mga panlabas na electron mula sa nucleus.

DEPINISYON

Atom ay ang pinakamaliit na particle ng kemikal.

Ang iba't ibang mga compound ng kemikal ay dahil sa iba't ibang kumbinasyon ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal sa mga molekula at di-molekular na mga sangkap. Ang kakayahan ng isang atom na pumasok sa mga compound ng kemikal, ang mga kemikal at pisikal na katangian nito ay tinutukoy ng istraktura ng atom. Sa bagay na ito, para sa kimika, ang panloob na istraktura ng atom at, una sa lahat, ang istraktura ng shell ng elektron nito ay pinakamahalaga.

Mga modelo ng istraktura ng atom

Sa simula ng ika-19 na siglo, muling binuhay ni D. Dalton ang atomistic theory, na umaasa sa mga pangunahing batas ng kimika na kilala noong panahong iyon (constancy of composition, multiple ratios at equivalents). Ang mga unang eksperimento ay isinagawa upang pag-aralan ang istraktura ng bagay. Gayunpaman, sa kabila ng mga natuklasan na ginawa (ang mga atomo ng parehong elemento ay may parehong mga katangian, at ang mga atomo ng iba pang mga elemento ay may iba't ibang mga katangian, ang konsepto ng atomic mass ay ipinakilala), ang atom ay itinuturing na hindi mahahati.

Matapos matanggap ang eksperimentong ebidensya (huli sa XIX - unang bahagi ng XX siglo) ng pagiging kumplikado ng istraktura ng atom (photoelectric effect, cathode at X-ray, radioactivity), natagpuan na ang atom ay binubuo ng mga negatibo at positibong sisingilin na mga particle na nakikipag-ugnayan sa isa't isa.

Ang mga pagtuklas na ito ay nagbigay ng lakas sa paglikha ng mga unang modelo ng istraktura ng atom. Ang isa sa mga unang modelo ay iminungkahi J. Thomson(1904) (Larawan 1): ang atom ay ipinakita bilang isang "dagat ng positibong kuryente" na may mga electron na nag-o-oscillating dito.

Pagkatapos ng mga eksperimento sa α-particle, noong 1911. Iminungkahi ni Rutherford ang tinatawag na modelo ng planeta istraktura ng atom (Larawan 1), katulad ng istraktura ng solar system. Ayon sa modelo ng planeta, sa gitna ng atom ay may napakaliit na nucleus na may singil na Z e, ang laki nito ay humigit-kumulang 1,000,000 beses na mas maliit kaysa sa laki ng atom mismo. Ang nucleus ay naglalaman ng halos buong masa ng atom at may positibong singil. Ang mga electron ay gumagalaw sa mga orbit sa paligid ng nucleus, ang bilang nito ay tinutukoy ng singil ng nucleus. Tinutukoy ng panlabas na trajectory ng mga electron ang panlabas na sukat ng atom. Ang diameter ng isang atom ay 10 -8 cm, habang ang diameter ng nucleus ay mas maliit -10 -12 cm.

kanin. 1 Mga modelo ng istruktura ng atom ayon kina Thomson at Rutherford

Ang mga eksperimento sa pag-aaral ng atomic spectra ay nagpakita ng di-kasakdalan ng planetaryong modelo ng istraktura ng atom, dahil ang modelong ito ay sumasalungat sa line structure ng atomic spectra. Batay sa modelong Rutherford, ang teorya ni Einstein ng light quanta at kabuuan teorya radiation ng tabla Niels Bohr (1913) nabuo postulates, na naglalaman ng teoryang atomiko(Larawan 2): ang isang electron ay maaaring umikot sa paligid ng nucleus hindi sa anuman, ngunit sa ilang partikular na mga orbit (nakatigil), na gumagalaw sa naturang orbit, hindi ito naglalabas ng electromagnetic energy, radiation (absorption o emission ng isang quantum ng electromagnetic enerhiya) ay nangyayari sa panahon ng paglipat (tulad ng pagtalon) ng elektron mula sa isang orbit patungo sa isa pa.

kanin. 2. Modelo ng istruktura ng atom ayon kay N. Bohr

Ang naipon na pang-eksperimentong materyal na nagpapakilala sa istraktura ng atom ay nagpakita na ang mga katangian ng mga electron, pati na rin ang iba pang mga micro-object, ay hindi mailarawan batay sa mga konsepto ng klasikal na mekanika. Ang mga microparticle ay sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics, na naging batayan para sa paglikha modernong modelo ng istraktura ng atom.

Ang mga pangunahing theses ng quantum mechanics:

- enerhiya ay ibinubuga at hinihigop ng mga katawan sa magkahiwalay na bahagi - quanta, samakatuwid, ang enerhiya ng mga particle ay biglang nagbabago;

- ang mga electron at iba pang microparticle ay may dual nature - ito ay nagpapakita ng mga katangian ng parehong particle at waves (particle-wave dualism);

— tinatanggihan ng quantum mechanics ang pagkakaroon ng ilang mga orbit para sa mga microparticle (imposibleng matukoy ang eksaktong posisyon para sa paglipat ng mga electron, dahil gumagalaw sila sa espasyo malapit sa nucleus, maaari lamang matukoy ng isa ang posibilidad na makahanap ng isang electron sa iba't ibang bahagi ng espasyo).

Ang espasyo malapit sa nucleus, kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang electron ay sapat na mataas (90%), ay tinatawag na orbital.

mga numerong quantum. Prinsipyo ni Pauli. Mga Panuntunan ng Klechkovsky

Ang estado ng isang elektron sa isang atom ay maaaring ilarawan gamit ang apat mga numerong quantum.

n ay ang pangunahing quantum number. Nailalarawan ang kabuuang enerhiya ng isang electron sa isang atom at ang bilang ng antas ng enerhiya. n tumatagal sa mga halaga ng integer mula 1 hanggang ∞. Ang elektron ay may pinakamababang enerhiya sa n=1; na may pagtaas ng n - enerhiya. Ang estado ng isang atom, kapag ang mga electron nito ay nasa mga antas ng enerhiya na ang kanilang kabuuang enerhiya ay minimal, ay tinatawag na ground state. Estado na may higit pa mataas na halaga tinatawag na excited. Ang mga antas ng enerhiya ay ipinahiwatig ng mga numerong Arabe ayon sa halaga ng n. Ang mga electron ay maaaring isaayos sa pitong antas, samakatuwid, sa katotohanan, n ay umiiral mula 1 hanggang 7. Tinutukoy ng pangunahing quantum number ang laki ng electron cloud at tinutukoy ang average na radius ng electron sa atom.

l ay ang orbital quantum number. Tinutukoy nito ang reserbang enerhiya ng mga electron sa sublevel at ang hugis ng orbital (Talahanayan 1). Tumatanggap ng mga halaga ng integer mula 0 hanggang n-1. ako ay nakasalalay sa n. Kung n=1, kung gayon ang l=0, na nangangahulugan na sa unang antas ay mayroong 1st sublevel.

ako ay ang magnetic quantum number. Nailalarawan ang oryentasyon ng orbital sa espasyo. Tumatanggap ng mga halaga ng integer mula –l hanggang 0 hanggang +l. Kaya, kapag l=1 (p-orbital), ang m e ay tumatagal sa mga halaga -1, 0, 1, at ang oryentasyon ng orbital ay maaaring magkaiba (Larawan 3).

kanin. 3. Isa sa mga posibleng oryentasyon sa p-orbital space

s ay ang spin quantum number. Nailalarawan ang sariling pag-ikot ng elektron sa paligid ng axis. Ito ay tumatagal ng mga halaga -1/2(↓) at +1/2 (). Dalawang electron sa parehong orbital ay may antiparallel spins.

Natutukoy ang estado ng mga electron sa mga atomo Prinsipyo ni Pauli: ang isang atom ay hindi maaaring magkaroon ng dalawang electron na may parehong hanay ng lahat ng quantum number. Ang pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga orbital na may mga electron ay tinutukoy ng Mga panuntunan ni Klechkovsky: Ang mga orbital ay napupuno ng mga electron sa pataas na pagkakasunud-sunod ng kabuuan (n + l) para sa mga orbital na ito, kung ang kabuuan (n + l) ay pareho, kung gayon ang orbital na may mas mababang halaga ng n ay unang pinupunan.

Gayunpaman, ang isang atom ay karaniwang naglalaman ng hindi isa, ngunit maraming mga electron, at upang isaalang-alang ang kanilang pakikipag-ugnayan sa isa't isa, ang konsepto ng epektibong singil ng nucleus ay ginagamit - isang elektron ng panlabas na antas ay apektado ng isang singil na ay mas mababa kaysa sa singil ng nucleus, bilang isang resulta kung saan ang mga panloob na electron ay nagtatanggol sa mga panlabas.

Ang mga pangunahing katangian ng isang atom: atomic radius (covalent, metallic, van der Waals, ionic), electron affinity, ionization potential, magnetic moment.

Mga elektronikong formula ng mga atom

Ang lahat ng mga electron ng isang atom ay bumubuo sa shell ng elektron nito. Ang istraktura ng shell ng elektron ay inilalarawan elektronikong pormula, na nagpapakita ng pamamahagi ng mga electron sa mga antas ng enerhiya at mga sublevel. Ang bilang ng mga electron sa isang sublevel ay ipinahiwatig ng isang numero, na nakasulat sa kanang itaas ng titik na nagpapahiwatig ng sublevel. Halimbawa, ang hydrogen atom ay may isang electron, na matatagpuan sa s-sublevel ng 1st energy level: 1s 1. Ang electronic formula ng helium na naglalaman ng dalawang electron ay nakasulat bilang mga sumusunod: 1s 2.

Para sa mga elemento ng ikalawang yugto, pinupunan ng mga electron ang 2nd energy level, na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 electron. Una, pinupunan ng mga electron ang s-sublevel, pagkatapos ay ang p-sublevel. Halimbawa:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Ang kaugnayan ng elektronikong istraktura ng atom sa posisyon ng elemento sa Periodic system

Ang electronic formula ng isang elemento ay tinutukoy ng posisyon nito sa Periodic system ng D.I. Mendeleev. Kaya, ang bilang ng panahon ay tumutugma sa mga elemento ng ikalawang panahon, ang mga electron ay pumupuno sa ika-2 antas ng enerhiya, na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 mga electron. Una, pinunan ng mga electron ang mga elemento ng ikalawang yugto, pinupunan ng mga electron ang ika-2 antas ng enerhiya, na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 mga electron. Una, pinupunan ng mga electron ang s-sublevel, pagkatapos ay ang p-sublevel. Halimbawa:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Para sa mga atomo ng ilang mga elemento, ang kababalaghan ng "leakage" ng isang elektron mula sa isang panlabas na antas ng enerhiya hanggang sa penultimate ay sinusunod. Ang electron slip ay nangyayari sa mga atomo ng tanso, kromo, palladium at ilang iba pang elemento. Halimbawa:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1

antas ng enerhiya na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 mga electron. Una, pinupunan ng mga electron ang s-sublevel, pagkatapos ay ang p-sublevel. Halimbawa:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Ang numero ng pangkat para sa mga elemento ng pangunahing mga subgroup ay katumbas ng bilang ng mga electron sa panlabas na antas ng enerhiya, ang mga naturang electron ay tinatawag na valence electron (lumahok sila sa pagbuo ng isang kemikal na bono). Ang mga valence electron ng mga elemento ng mga subgroup sa gilid ay maaaring mga electron ng panlabas na antas ng enerhiya at ang d-sublevel ng penultimate level. Ang bilang ng pangkat ng mga elemento ng mga side subgroup ng III-VII group, pati na rin para sa Fe, Ru, Os, ay tumutugma sa kabuuang bilang ng mga electron sa s-sublevel ng panlabas na antas ng enerhiya at ang d-sublevel ng ang penultimate level

Mga gawain:

Iguhit ang mga elektronikong formula ng phosphorus, rubidium at zirconium atoms. Ilista ang mga valence electron.

Sagot:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Valence electron 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Valence electron 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Valence electron 4d 2 5s 2