Podívejme se, jak vzniká atom. Mějte na paměti, že se budeme bavit pouze o modelech. V praxi jsou atomy mnohem složitější strukturou. Ale díky modernímu vývoji jsme schopni vysvětlit a dokonce úspěšně předpovědět vlastnosti chemických prvků (i když ne všech). Jaká je tedy struktura atomu? Z čeho je "vyroben"?
Planetární model atomu
poprvé navrhl dánský fyzik N. Bohr v roce 1913. Toto je první teorie struktury atomu založená na vědeckých faktech. Kromě toho položila základ moderní tematické terminologii. V něm elektronové částice produkují rotační pohyby kolem atomu stejným způsobem jako planety kolem Slunce. Bohr navrhl, že mohou existovat pouze na drahách umístěných v přesně definované vzdálenosti od jádra. Proč přesně, to vědec z pozice vědy nedokázal vysvětlit, ale takový model byl potvrzen mnoha experimenty. K označení drah byla použita celá čísla, počínaje jednotkou, která byla očíslována nejblíže k jádru. Všechny tyto oběžné dráhy se také nazývají úrovně. Atom vodíku má pouze jednu úroveň, na které rotuje jeden elektron. Ale složité atomy mají více úrovní. Jsou rozděleny do složek, které spojují elektrony, které jsou si blízké v energetickém potenciálu. Takže druhá už má dvě podúrovně - 2s a 2p. Třetí už má tři - 3s, 3p a 3d. Atd. Nejprve jsou „obsazeny“podúrovně blíže k jádru a poté ty vzdálené. Každý z nich pojme pouze určitý počet elektronů. Ale to není konec. Každá podúroveň je rozdělena na orbitaly. Udělejme srovnání s běžným životem. Elektronový mrak atomu je srovnatelný s městem. Úrovně jsou ulice. Podúroveň - soukromý dům nebo byt. Orbital je místnost. Každý z nich „žije“jeden nebo dva elektrony. Všechny mají konkrétní adresy. Toto byl první diagram struktury atomu. A nakonec o adresách elektronů: jsou určeny množinami čísel, které se nazývají „kvantové“.
Vlnový model atomu
Postupem času byl ale planetární model revidován. Byla navržena druhá teorie struktury atomu. Je dokonalejší a umožňuje vysvětlit výsledky praktických experimentů. Vlnový model atomu, navržený E. Schrödingerem, nahradil první. Tehdy již bylo zjištěno, že elektron se může projevit nejen jako částice, ale také jako vlna. Co udělal Schrödinger? Použil rovnici popisující pohyb vlny v trojrozměrném prostoru. Lze tedy najít nikoli dráhu elektronu v atomu, ale pravděpodobnost jeho detekce v určitém bodě. Obě teorie spojuje fakt, že elementární částice se nacházejí nakonkrétní úrovně, podúrovně a orbitaly. Zde podobnost modelů končí. Uvedu jeden příklad – v teorii vln je orbital oblast, kde bude možné najít elektron s pravděpodobností 95 %. Zbytek prostoru tvoří 5%, ale nakonec se ukázalo, že strukturní rysy atomů jsou znázorněny pomocí vlnového modelu, přestože terminologie je používána obecně.
Pojem pravděpodobnosti v tomto případě
Proč byl tento výraz použit? Heisenberg v roce 1927 formuloval princip neurčitosti, který se nyní používá k popisu pohybu mikročástic. Vychází z jejich zásadní odlišnosti od běžných fyzických těl. Co je to? Klasická mechanika předpokládala, že člověk může pozorovat jevy, aniž by je ovlivňoval (pozorování nebeských těles). Na základě přijatých dat je možné vypočítat, kde se objekt v určitém časovém okamžiku bude nacházet. Ale v mikrokosmu jsou věci nutně jiné. Takže například pozorovat elektron bez jeho ovlivnění nyní není možné, protože energie přístroje a částice jsou nesrovnatelné. To vede k tomu, že se mění její umístění elementární částice, stav, směr, rychlost pohybu a další parametry. A o přesných charakteristikách nemá smysl mluvit. Samotný princip neurčitosti nám říká, že je nemožné vypočítat přesnou dráhu elektronu kolem jádra. Můžete určit pouze pravděpodobnost nalezení částice v určité oblastiprostor. To je zvláštnost struktury atomů chemických prvků. To by ale měli vzít v úvahu výhradně vědci při praktických experimentech.
Složení atomu
Zaměřme se ale na celé téma. Takže kromě dobře promyšleného elektronového obalu je druhou složkou atomu jádro. Skládá se z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů. Všichni známe periodickou tabulku. Počet každého prvku odpovídá počtu protonů, které má. Počet neutronů se rovná rozdílu mezi hmotností atomu a jeho počtem protonů. Mohou existovat odchylky od tohoto pravidla. Pak říkají, že je přítomen izotop prvku. Struktura atomu je taková, že je „obklopen“elektronovým obalem. Počet elektronů se obvykle rovná počtu protonů. Hmotnost posledně jmenovaného je asi 1840krát větší než hmotnost prvního a je přibližně stejná jako hmotnost neutronu. Poloměr jádra je asi 1/200 000 průměru atomu. On sám má kulovitý tvar. To je obecně struktura atomů chemických prvků. Navzdory rozdílu v hmotnosti a vlastnostech vypadají přibližně stejně.
Orbity
Když mluvíme o tom, jaké je schéma struktury atomu, nelze o nich mlčet. Takže existují tyto typy:
- s. Jsou kulovité.
- p. Vypadají jako objemné osmičky nebo vřetena.
- d af. Mají složitý tvar, který je obtížné popsat formálním jazykem.
Elektron každého typu lze s pravděpodobností 95 % nalézt na územíodpovídající orbital. Prezentované informace je třeba brát s klidem, protože jde spíše o abstraktní matematický model než o fyzikální reálný stav věcí. Ale s tím vším má dobrou prediktivní schopnost ohledně chemických vlastností atomů a dokonce i molekul. Čím dále od jádra se hladina nachází, tím více elektronů na ni může být umístěno. Počet orbitalů lze vypočítat pomocí speciálního vzorce: x2. Zde se x rovná počtu úrovní. A protože na orbital lze umístit až dva elektrony, konečný vzorec pro jejich numerické hledání bude vypadat takto: 2x2.
Orbity: technická data
Pokud mluvíme o struktuře atomu fluoru, bude mít tři orbitaly. Všechny budou naplněny. Energie orbitalů ve stejné podúrovni je stejná. Chcete-li je označit, přidejte číslo vrstvy: 2s, 4p, 6d. Vracíme se k rozhovoru o struktuře atomu fluoru. Bude mít dvě s- a jednu p-podúroveň. Má devět protonů a stejný počet elektronů. První úroveň S. Jedná se o dva elektrony. Pak druhá s-úroveň. Další dva elektrony. A 5 vyplňuje p-úroveň. Zde je jeho struktura. Po přečtení následujícího podnadpisu můžete provést potřebné úkony sami a uvidíte sami. Pokud mluvíme o fyzikálních vlastnostech halogenů, mezi které patří fluor, pak je třeba poznamenat, že i když jsou ve stejné skupině, zcela se liší svými charakteristikami. Jejich bod varu se tedy pohybuje od -188 do 309stupně Celsia. Proč jsou tedy sloučeny? To vše díky chemickým vlastnostem. Všechny halogeny a v největší míře fluor mají nejvyšší oxidační schopnost. Reagují s kovy a mohou se bez problémů spontánně vznítit při pokojové teplotě.
Jak se vyplňují oběžné dráhy?
Podle jakých pravidel a principů jsou elektrony uspořádány? Doporučujeme, abyste se seznámili se třemi hlavními, jejichž znění bylo pro lepší pochopení zjednodušeno:
- Princip co nejmenší energie. Elektrony mají tendenci vyplňovat orbitaly v pořadí, v jakém se zvyšující energií.
- Pauliho princip. Jeden orbital nemůže obsahovat více než dva elektrony.
- Hundovo pravidlo. V rámci jedné podúrovně elektrony nejprve vyplňují volné orbitaly a teprve poté tvoří páry.
Periodický systém Mendělejeva pomůže při plnění a struktura atomu se v tomto případě stane z hlediska obrázku srozumitelnější. Proto je při praktické práci se stavbou obvodů prvků nutné mít jej po ruce.
Příklad
Abychom shrnuli vše, co bylo řečeno v článku, můžete si udělat ukázku toho, jak jsou elektrony atomu rozmístěny na jejich úrovních, podúrovních a orbitalech (to znamená, jaká je konfigurace úrovní). Může být zobrazen jako vzorec, energetický diagram nebo jako diagram vrstev. Jsou zde velmi dobré ilustrace, které při bližším prozkoumání pomáhají pochopit strukturu atomu. První úroveň je tedy naplněna jako první. Má topouze jedna podúroveň, ve které je pouze jeden orbitál. Všechny úrovně se vyplňují postupně, počínaje nejmenší. Za prvé, v rámci jedné podúrovně je do každého orbitalu umístěn jeden elektron. Poté se vytvoří dvojice. A pokud jsou volné, přepne se na jiný vyplňující předmět. A nyní můžete nezávisle zjistit, jaká je struktura atomu dusíku nebo fluoru (což bylo zvažováno dříve). Zpočátku to může být trochu složitější, ale můžete se orientovat prohlížením obrázků. Pro názornost se podívejme na strukturu atomu dusíku. Má 7 protonů (spolu s neutrony, které tvoří jádro) a stejný počet elektronů (které tvoří elektronový obal). První s-úroveň je naplněna jako první. Má 2 elektrony. Pak přichází druhá s-úroveň. Má také 2 elektrony. A další tři jsou umístěny na úrovni p, kde každý z nich zaujímá jeden orbitál.
Závěr
Jak vidíte, struktura atomu není zas tak těžké téma (pokud k tomu přistoupíte samozřejmě z pohledu školní chemie). A pochopit toto téma není těžké. Na závěr bych vás rád informoval o některých funkcích. Například, když mluvíme o struktuře atomu kyslíku, víme, že má osm protonů a 8-10 neutronů. A protože vše v přírodě má tendenci se vyrovnávat, dva atomy kyslíku tvoří molekulu, kde dva nepárové elektrony tvoří kovalentní vazbu. Podobně vzniká další stabilní molekula kyslíku – ozon (O3). Při znalosti struktury atomu kyslíku je možné správně formulovat oxidační reakce, vkterý zahrnuje nejběžnější látku na Zemi.
