Structura atomului. Modelul cuantic-mecanic al unui atom

Următorul articol descrie atomul și structura lui: cum a fost descoperit, cum a fost dezvoltată teoria în mintea sa și în timpul experimentelor de gânditori și oameni de știință. Modelul cuantic-mecanic al atomului ca cel mai modern astăzi descrie pe deplin comportamentul său și particulele care compun compoziția. Despre ea și caracteristicile ei citite mai jos.

Conceptul de atom

Un minim indisociabil din punct de vedere chimic element chimic cu un set de caracteristici caracteristice pentru el este un atom. Acesta include electroni și un nucleu, care la rândul său conține protoni încărcați pozitiv și neutroni neîncărcați. Dacă conține același număr de protoni și electroni, atomul însuși va fi neutru din punct de vedere electric. În caz contrar, are o taxă: pozitivă sau negativă. Atunci atomul este numit ionul. Astfel, clasificarea lor se face: elementul chimic este determinat de numărul de protoni, iar izotopul de neutroni. Legând unul pe celălalt pe baza legăturilor interatomice, atomii formează molecule.

Un pic de istorie

Pentru prima dată, vechii filozofi indieni și antice greci au început să vorbească despre atomi. În timpul secolelor al XVII-lea și al XVIII-lea, chimistul a confirmat ideea, demonstrând experimental că unele substanțe nu pot fi împărțite în elementele lor constitutive prin experimente chimice. Cu toate acestea, de la sfârșitul secolului al XIX-lea până la începutul secolului al XX-lea, fizicienii au descoperit particule subatomice, datorită cărora a devenit clar că atomul nu este indivizibil. În 1860, chimiștii au formulat conceptele despre atom și moleculă, unde atomul a devenit cea mai mică particulă a elementului, care făcea parte din substanțe simple și complexe.

Modele ale structurii atomului

1. Bucăți de materie. Democritul a crezut că proprietățile substanțelor pot fi determinate de masa, forma și alți parametri care caracterizează atomii. De exemplu, focul are atomi ascuțite, din cauza care are capacitatea de obzhigat- solide cuprind particule brute, astfel legate unul cu altul foarte krepko- în apă, acestea sunt netede, deci este capabil să curgă. Potrivit lui Democritus, chiar sufletul uman este format din atomi.
2. Modelele lui Thomson. Omul de știință a considerat atomul drept un corp încărcat pozitiv, în interiorul căruia există electroni. Aceste modele au fost respinse de Rutherford, după ce au condus experiența sa celebră.
3. Modelul planetar timpuriu al lui Nagaoka. La începutul secolului al XX-lea, Hantaro Nagaoka a propus modele de nuclee atomice similare planetei Saturn. În ele, în jurul nucleului mic, încărcat pozitiv, electronii din inel se roteau. Aceste versiuni, precum cele anterioare, s-au dovedit eronate.
4. Modelele planetare ale lui Bohr-Rutherford. După mai multe experimente Ernest Rutherford a sugerat că atomul este ca un sistem planetar. În el, electronii se deplasează în orbite în jurul nucleului, care este încărcat pozitiv și este în centru. Dar electrodinamica clasică a contrazis acest lucru, deoarece, în conformitate cu aceasta, electronul, în mișcare, radiază undele electromagnetice și, prin urmare, își pierde energia. Bohr a introdus postulate speciale pe care electronii nu radiaza energia in timp ce se afla in unele state specifice. Sa dovedit că mecanica clasică nu a putut descrie aceste modele ale structurii atomului. Acest lucru a dus mai târziu la apariția mecanicii cuantice, ceea ce face posibilă explicarea atât a acestui fenomen, cât și a multor altele.

Modelul cuantic-mecanic al unui atom

Acest model este dezvoltarea celui anterior. Modelul mecanic cuantic al atomului presupune că neutronii și protonii încărcați pozitiv sunt în nucleul atomului. În jurul acestuia sunt localizați electroni încărcați negativ. Dar, pe mecanicii cuantice, electronii nu se pot deplasa într-o anumită traektoriyam.Tak predeterminată, în 1927, V. a exprimat principiul incertitudinii al lui Heisenberg, prin care determinarea exactă este coordonatele imposibile ale particulelor și viteza sau impulsul acesteia.

Proprietățile chimice ale electronilor sunt determinate de cochilie. Tabelul conform cu atomii Mendeleev sunt sarcini electrice nuclee (care se referă la cantitatea de protoni), neutroni astfel, nu afectează proprietățile chimice. Modelul cuantic-mecanic al atomului a demonstrat că masa sa principală se află în nucleu, în timp ce fracția de electroni rămâne nesemnificativă. Se măsoară în unități atomice de masă, care este egală cu 1/12 din masa atomului de carbon al izotopului de C12.

Funcția Wave și orbital

Conform principiului lui V. Geyzentberg, nu se poate spune cu certitudine că un electron care are o anumită viteză se află într-un anumit punct al spațiului. Pentru a descrie proprietățile electronilor, utilizați funcția val de psi.

Probabilitatea de a detecta o particulă la un moment dat este direct proporțională cu pătratul modulului său, care este calculat pentru o anumită perioadă de timp. Psi în pătrat este numită densitatea de probabilitate, care caracterizează electronii din jurul nucleului sub forma unui nor de electroni. Cu cât este mai mare, probabilitatea unui electron într-un anumit spațiu atomic va fi mai mare.

Pentru o mai bună înțelegere, se pot imagina fotografii superimpuse una pe cealaltă, unde pozițiile electronilor sunt fixate în momente diferite de timp. În locul în care punctele vor fi mai mari, iar norul va deveni cel mai dens, iar probabilitatea de a găsi electronul este cea mai mare.

Se calculează, de exemplu, că modelul mecanic cuantic al atomului de hidrogen include cea mai mare densitate a norului de electroni localizat la o distanță de 0,053 nanometri de nucleu.

Orbita mecanicii clasice este înlocuită într-un nor de electroni cuantic. Funcția Wave Electronul psi aici se numește orbital, care este caracterizat de forma și energia norii de electroni din spațiu. Cu referire la un atom, ne referim la spațiul din jurul nucleului, în care găsirea electronului este cea mai probabilă.

Imposibil este posibil?

Ca și întreaga teorie, modelul cuantic-mecanic al structurii atomului a făcut o adevărată revoluție în lumea științifică și printre locuitori. La urma urmei, și până în prezent este dificil să ne imaginăm că aceeași particulă nu poate fi în același timp în același loc, dar în locuri diferite! Pentru a proteja modelele stabilite, se spune că în microcosmos există evenimente care sunt de neconceput și nu sunt așa în macrocosmos. Dar este într-adevăr așa? Sau sunt oamenii doar frică să admită posibilitatea că "o picătură este ca oceanul și oceanul este o picătură"?