Եկեք տեսնենք, թե ինչպես է ստեղծվում ատոմը: Նկատի ունեցեք, որ մենք կխոսենք միայն մոդելների մասին։ Գործնականում ատոմները շատ ավելի բարդ կառուցվածք են: Բայց ժամանակակից զարգացումների շնորհիվ մենք կարողանում ենք բացատրել և նույնիսկ հաջողությամբ կանխատեսել քիմիական տարրերի հատկությունները (նույնիսկ եթե ոչ բոլորը): Այսպիսով, ինչպիսի՞ն է ատոմի կառուցվածքը: Ինչի՞ց է այն «պատրաստված»:
Ատոմի մոլորակային մոդել
-ն առաջին անգամ առաջարկվել է դանիացի ֆիզիկոս Ն. Բորի կողմից 1913 թվականին։ Սա ատոմի կառուցվածքի առաջին տեսությունն է՝ հիմնված գիտական փաստերի վրա։ Բացի այդ, նա հիմք դրեց ժամանակակից թեմատիկ տերմինաբանությանը: Դրանում էլեկտրոն-մասնիկները ատոմի շուրջ պտտվող շարժումներ են առաջացնում այնպես, ինչպես Արեգակի շուրջ մոլորակները։ Բորն առաջարկեց, որ դրանք կարող են գոյություն ունենալ միայն միջուկից խիստ սահմանված հեռավորության վրա գտնվող ուղեծրերում: Թե ինչու հենց, գիտության դիրքերից գիտնականը չկարողացավ բացատրել, բայց նման մոդելը հաստատվեց բազմաթիվ փորձերով։ Ուղեծրերը նշանակելու համար օգտագործվել են ամբողջ թվեր՝ սկսած միջուկին ամենամոտ համարակալված միավորից։ Այս բոլոր ուղեծրերը կոչվում են նաև մակարդակներ։ Ջրածնի ատոմն ունի միայն մեկ մակարդակ, որի վրա պտտվում է մեկ էլեկտրոն։Բայց բարդ ատոմներն ավելի շատ մակարդակներ ունեն: Նրանք բաժանվում են բաղադրիչների, որոնք միավորում են էլեկտրոնները, որոնք մոտ են էներգետիկ պոտենցիալով։ Այսպիսով, երկրորդն արդեն ունի երկու ենթամակարդակ՝ 2s և 2p։ Երրորդն արդեն ունի երեք՝ 3s, 3p և 3d։ և այլն: Նախ «բնակեցված» են միջուկին ավելի մոտ գտնվող ենթամակարդակները, իսկ հետո՝ հեռավորները։ Նրանցից յուրաքանչյուրը կարող է պահել միայն որոշակի քանակությամբ էլեկտրոններ: Բայց սա դեռ վերջը չէ։ Յուրաքանչյուր ենթամակարդակ բաժանված է ուղեծրերի։ Համեմատություն անենք սովորական կյանքի հետ։ Ատոմի էլեկտրոնային ամպը համեմատելի է քաղաքի հետ։ Մակարդակները փողոցներ են։ Ենթամակարդակ՝ առանձնատուն կամ բնակարան։ Օրբիտալը սենյակ է: Նրանցից յուրաքանչյուրը «ապրում է» մեկ կամ երկու էլեկտրոն։ Նրանք բոլորն ունեն կոնկրետ հասցեներ։ Սա ատոմի կառուցվածքի առաջին դիագրամն էր։ Եվ վերջապես, էլեկտրոնների հասցեների մասին. դրանք որոշվում են թվերի բազմություններով, որոնք կոչվում են «քվանտ»:
Ատոմի ալիքային մոդել
Բայց ժամանակի ընթացքում մոլորակային մոդելը վերանայվել է: Առաջարկվեց ատոմի կառուցվածքի երկրորդ տեսությունը։ Այն ավելի կատարյալ է և թույլ է տալիս բացատրել գործնական փորձերի արդյունքները։ Ատոմի ալիքային մոդելը, որն առաջարկել էր Է. Շրյոդինգերը, փոխարինեց առաջինին։ Հետո արդեն հաստատվեց, որ էլեկտրոնը կարող է իրեն դրսևորել ոչ միայն որպես մասնիկ, այլ նաև որպես ալիք։ Ի՞նչ արեց Շրյոդինգերը: Նա կիրառեց հավասարում, որը նկարագրում էր ալիքի շարժումը եռաչափ տարածության մեջ: Այսպիսով, կարելի է գտնել ոչ թե ատոմի էլեկտրոնի հետագիծը, այլ որոշակի կետում դրա հայտնաբերման հավանականությունը։ Երկու տեսություններին էլ միավորում է այն փաստը, որ տարրական մասնիկները գտնվում են վրակոնկրետ մակարդակներ, ենթամակարդակներ և ուղեծրեր: Այստեղ ավարտվում է մոդելների նմանությունը։ Բերեմ մեկ օրինակ՝ ալիքային տեսության մեջ ուղեծրը մի շրջան է, որտեղ հնարավոր կլինի գտնել 95% հավանականությամբ էլեկտրոն։ Տիեզերքի մնացած մասը կազմում է 5%, բայց վերջում պարզվեց, որ ատոմների կառուցվածքային առանձնահատկությունները պատկերված են ալիքային մոդելի միջոցով, չնայած այն հանգամանքին, որ տերմինաբանությունը օգտագործվում է ընդհանուր ձևով։
Հավանականության հասկացությունն այս դեպքում
Ինչու է օգտագործվել այս տերմինը: Հայզենբերգը ձևակերպել է անորոշության սկզբունքը 1927 թվականին, որն այժմ օգտագործվում է միկրոմասնիկների շարժումը նկարագրելու համար։ Այն հիմնված է սովորական ֆիզիկական մարմիններից նրանց հիմնարար տարբերության վրա: Ի՞նչ է դա։ Դասական մեխանիկան ենթադրում էր, որ մարդը կարող է դիտել երեւույթները՝ առանց դրանց վրա ազդելու (երկնային մարմինների դիտարկում)։ Ստացված տվյալների հիման վրա կարելի է հաշվարկել, թե ժամանակի որոշակի պահին որտեղ կլինի օբյեկտը։ Բայց միկրոտիեզերքում ամեն ինչ անպայման տարբեր է: Այսպիսով, օրինակ, առանց դրա վրա ազդելու էլեկտրոն դիտարկելն այժմ հնարավոր չէ, քանի որ գործիքի և մասնիկի էներգիաները անհամեմատելի են։ Սա հանգեցնում է նրան, որ նրա տարրական մասնիկի գտնվելու վայրը, վիճակը, ուղղությունը, շարժման արագությունը և այլ պարամետրերը փոխվում են: Իսկ կոնկրետ բնութագրերի մասին խոսելն անիմաստ է։ Անորոշության սկզբունքն ինքնին մեզ ասում է, որ անհնար է հաշվարկել միջուկի շուրջ էլեկտրոնի ճշգրիտ հետագիծը: Դուք կարող եք նշել միայն որոշակի տարածքում մասնիկ գտնելու հավանականությունըտարածություն. Սա քիմիական տարրերի ատոմների կառուցվածքի առանձնահատկությունն է։ Բայց դա պետք է հաշվի առնեն բացառապես գիտնականները գործնական փորձերի ժամանակ։
Ատոմի կազմություն
Բայց եկեք կենտրոնանանք ամբողջ թեմայի վրա: Այսպիսով, բացի լավ դիտարկված էլեկտրոնային թաղանթից, ատոմի երկրորդ բաղադրիչը միջուկն է։ Այն բաղկացած է դրական լիցքավորված պրոտոններից և չեզոք նեյտրոններից։ Մենք բոլորս ծանոթ ենք պարբերական համակարգին։ Յուրաքանչյուր տարրի թիվը համապատասխանում է նրա ունեցած պրոտոնների քանակին։ Նեյտրոնների թիվը հավասար է ատոմի զանգվածի և նրա պրոտոնների քանակի տարբերությանը։ Այս կանոնից կարող են լինել շեղումներ: Հետո ասում են, որ տարրի իզոտոպ կա։ Ատոմի կառուցվածքն այնպիսին է, որ այն «շրջապատված է» էլեկտրոնային թաղանթով։ Էլեկտրոնների թիվը սովորաբար հավասար է պրոտոնների թվին։ Վերջինիս զանգվածը մոտ 1840 անգամ մեծ է առաջինի զանգվածից և մոտավորապես հավասար է նեյտրոնի քաշին։ Միջուկի շառավիղը ատոմի տրամագծի մոտ 1/200000 է։ Նա ինքն ունի գնդաձև ձև: Սա, ընդհանուր առմամբ, քիմիական տարրերի ատոմների կառուցվածքն է: Չնայած զանգվածի և հատկությունների տարբերությանը, դրանք մոտավորապես նույն տեսքն ունեն:
Օրբիտներ
Խոսելով այն մասին, թե որն է ատոմի կառուցվածքի սխեման, դրանց մասին չի կարելի լռել։ Այսպիսով, կան հետևյալ տեսակները.
- վ. Դրանք գնդաձև են։
- էջ. Նրանք նման են ծավալուն ութնյակների կամ թիակների:
- դ և զ. Նրանք ունեն բարդ ձև, որը դժվար է նկարագրել պաշտոնական լեզվով:
Յուրաքանչյուր տեսակի էլեկտրոն կարելի է գտնել տարածքում 95% հավանականությամբհամապատասխան ուղեծր: Ներկայացված տեղեկատվությունը պետք է ընդունել հանգիստ, քանի որ այն ավելի շուտ վերացական մաթեմատիկական մոդել է, քան իրերի ֆիզիկական իրական վիճակ: Բայց այս ամենի հետ մեկտեղ, այն լավ կանխատեսող ուժ ունի ատոմների և նույնիսկ մոլեկուլների քիմիական հատկությունների վերաբերյալ: Որքան հեռու է միջուկից մակարդակը, այնքան ավելի շատ էլեկտրոններ կարող են տեղադրվել դրա վրա: Այսպիսով, ուղեծրերի թիվը կարելի է հաշվարկել հատուկ բանաձևով. x2: Այստեղ x-ը հավասար է մակարդակների թվին: Եվ քանի որ ուղեծրի վրա կարող են տեղադրվել մինչև երկու էլեկտրոններ, դրանց թվային որոնման վերջնական բանաձևը կունենա հետևյալ տեսքը՝ 2x2.
Օրբիտներ. տեխնիկական տվյալներ
Եթե խոսենք ֆտորի ատոմի կառուցվածքի մասին, ապա այն կունենա երեք ուղեծրեր։ Բոլորը կլցվեն։ Նույն ենթամակարդակի մեջ ուղեծրերի էներգիան նույնն է: Նրանց նշանակելու համար ավելացրեք շերտի համարը՝ 2s, 4p, 6d: Մենք վերադառնում ենք ֆտորի ատոմի կառուցվածքի մասին խոսակցությանը։ Այն կունենա երկու s- և մեկ p-ենթամակարդակ: Այն ունի ինը պրոտոն և նույնքան էլեկտրոն։ Առաջին s-մակարդակը: Սրանք երկու էլեկտրոններ են: Այնուհետև երկրորդ s-մակարդակը: Եվս երկու էլեկտրոն: Իսկ 5-ը լրացնում է p-մակարդակը: Ահա նրա կառուցվածքը. Հետևյալ ենթավերնագիրը կարդալուց հետո կարող եք ինքներդ կատարել անհրաժեշտ գործողությունները և ինքներդ համոզվել. Եթե խոսենք հալոգենների ֆիզիկական հատկությունների մասին, որոնք ներառում են ֆտորը, ապա պետք է նշել, որ նրանք, թեև նույն խմբում են, բայց իրենց բնութագրերով լիովին տարբերվում են։ Այսպիսով, նրանց եռման կետը տատանվում է -188-ից մինչև 309Ցելսիուսի աստիճան: Այսպիսով, ինչու են դրանք միաձուլվել: Այս ամենը շնորհիվ քիմիական հատկությունների: Բոլոր հալոգենները, և ամենամեծ չափով ֆտորը, ունեն ամենաբարձր օքսիդացման ուժը: Նրանք փոխազդում են մետաղների հետ և կարող են ինքնաբուխ բռնկվել սենյակային ջերմաստիճանում առանց որևէ խնդրի։
Ինչպե՞ս են լրացվում ուղեծրերը:
Ի՞նչ կանոններով և սկզբունքներով են դասավորված էլեկտրոնները: Առաջարկում ենք ծանոթանալ երեք հիմնականների հետ, որոնց ձևակերպումն ավելի լավ հասկանալու համար պարզեցվել է՝
- Նվազագույն էներգիայի սկզբունք. Էլեկտրոնները հակված են լրացնել ուղեծրերը էներգիայի ավելացման կարգով:
- Պաուլիի սկզբունք. Մեկ ուղեծրը չի կարող պարունակել ավելի քան երկու էլեկտրոն:
- Հունդի կանոն. Մեկ ենթամակարդակի շրջանակներում էլեկտրոնները նախ լրացնում են ազատ ուղեծրերը և միայն դրանից հետո ձևավորում զույգեր։
Լրացմանը կօգնի Մենդելեևի պարբերական համակարգը, իսկ ատոմի կառուցվածքն այս դեպքում պատկերի առումով ավելի հասկանալի կդառնա։ Հետևաբար, տարրերի շղթաների կառուցման հետ կապված գործնական աշխատանքում անհրաժեշտ է այն պահել ձեռքի տակ։
Օրինակ
Հոդվածում ասված ամեն ինչ ամփոփելու համար կարող եք օրինակ կազմել, թե ինչպես են ատոմի էլեկտրոնները բաշխված իրենց մակարդակներում, ենթամակարդակներում և ուղեծրերում (այսինքն՝ ինչպիսին է մակարդակի կոնֆիգուրացիան): Այն կարող է ցուցադրվել որպես բանաձև, էներգիայի դիագրամ կամ որպես շերտի դիագրամ: Այստեղ շատ լավ նկարազարդումներ կան, որոնք մանրազնին ուսումնասիրելով օգնում են հասկանալ ատոմի կառուցվածքը։ Այսպիսով, առաջին մակարդակը լրացվում է առաջինը: Այն ունիմիայն մեկ ենթամակարդակ, որում կա միայն մեկ ուղեծր: Բոլոր մակարդակները լրացվում են հաջորդաբար՝ սկսած ամենափոքրից: Նախ, մեկ ենթամակարդակի շրջանակներում յուրաքանչյուր ուղեծրում տեղադրվում է մեկ էլեկտրոն: Այնուհետև ստեղծվում են զույգեր: Իսկ եթե կան անվճար, այն անցնում է մեկ այլ լրացնող թեմայի։ Եվ այժմ դուք կարող եք ինքնուրույն պարզել, թե որն է ազոտի կամ ֆտորի ատոմի կառուցվածքը (որը համարվում էր ավելի վաղ): Սկզբում դա կարող է մի փոքր բարդ լինել, բայց դուք կարող եք նավարկել՝ նայելով նկարները: Պարզության համար եկեք նայենք ազոտի ատոմի կառուցվածքին: Այն ունի 7 պրոտոն (միջուկը կազմող նեյտրոնների հետ միասին) և նույնքան էլեկտրոններ (որոնք էլ կազմում են էլեկտրոնային թաղանթը)։ Առաջին s-մակարդակը լրացվում է առաջինը: Ունի 2 էլեկտրոն։ Այնուհետև գալիս է երկրորդ s-մակարդակը: Ունի նաև 2 էլեկտրոն։ Իսկ մյուս երեքը տեղադրված են p մակարդակում, որտեղ նրանցից յուրաքանչյուրը զբաղեցնում է մեկ ուղեծր։
Եզրակացություն
Ինչպես տեսնում եք, ատոմի կառուցվածքն այնքան էլ բարդ թեմա չէ (եթե դրան մոտենաք դպրոցական քիմիայի դասընթացի տեսանկյունից, իհարկե): Եվ այս թեման հասկանալը դժվար չէ։ Ի վերջո, ես կցանկանայի ձեզ տեղեկացնել որոշ առանձնահատկությունների մասին: Օրինակ՝ խոսելով թթվածնի ատոմի կառուցվածքի մասին՝ մենք գիտենք, որ այն ունի ութ պրոտոն և 8-10 նեյտրոն։ Եվ քանի որ բնության մեջ ամեն ինչ հակված է հավասարակշռության, թթվածնի երկու ատոմները կազմում են մոլեկուլ, որտեղ երկու չզույգված էլեկտրոնները կազմում են կովալենտային կապ: Նմանապես ձևավորվում է մեկ այլ կայուն թթվածնի մոլեկուլ՝ օզոն (O3): Իմանալով թթվածնի ատոմի կառուցվածքը, հնարավոր է ճիշտ ձևակերպել օքսիդացման ռեակցիաները.որը ներառում է Երկրի վրա ամենատարածված նյութը։
