Schema structurii atomului: un nucleu, o coajă de electroni. exemple

Să ne uităm la modul în care este construit un atom. Rețineți că vor fi exclusiv despre modele. În practică, atomii sunt o structură mult mai complexă. Dar, datorită evoluțiilor moderne, suntem capabili să explicăm și chiar să prezicem cu succes proprietățile elemente chimice

Modelul planetar al unui atom

A fost inițial propusă de fizicianul danez N. Bohr în 1913. Aceasta este prima teorie a structurii atomului, bazată pe fapte științifice. În plus, a pus bazele terminologiei tematice moderne. În el, electronii de particule produc mișcări de rotație în jurul atomului conform aceluiași principiu ca planetele din jurul Soarelui. Bohr a sugerat că ele pot exista numai în orbite, la o distanță strict definită de nucleu. De ce este așa, un om de știință din poziția științei nu putea explica, dar un astfel de model a fost confirmat de mai multe experimente. Pentru a desemna orbite, s-au folosit numere întregi, începând cu cel care a fost numerotat, cel mai apropiat de nucleu. Toate aceste orbite sunt de asemenea numite nivele. Atomul de hidrogen are doar un nivel pe care se rotește un electron. Dar atomii complexi au mai multe nivele. Ele sunt împărțite în componente care combină electroni aproape de potențialul energetic. Deci, al doilea are deja două sublevels - 2s și 2p. Al treilea are deja trei - 3s, 3p și 3d. Și așa mai departe. Mai întâi, subsolurile mai aproape de miez sunt populate, apoi cele îndepărtate. Pe fiecare dintre ele poate fi plasat doar un anumit număr de electroni. Dar acest lucru nu este sfârșitul. Fiecare subsol este împărțit în orbite. Să comparăm cu viața normală. Norul electronic al unui atom este comparabil cu un oraș. Nivelurile sunt străzi. Un sub-nivel este o casă sau un apartament privat. Orbital este o cameră. În fiecare dintre ele "trăiește" unul sau doi electroni. Toți au adrese specifice. Aceasta a fost prima schemă a structurii atomului. Și în sfârșit despre adresele electronilor: ele sunt determinate de seturi de numere, numite "cuantice".

Modelul de undă al unui atom

Dar, în timp, modelul planetar a suferit o revizuire. A fost propusă a doua teorie a structurii atomului. Este mai perfectă și ne permite să explicăm rezultatele experimentelor practice. Modelul val al atomului, propus de E. Schrodinger, a înlocuit primul. Apoi sa stabilit deja că un electron se poate manifesta nu numai ca o particulă, ci și ca un val. Și ce a făcut Schrodinger? El a aplicat ecuația care descrie mișcarea valului în spațiu tridimensional. Astfel, nu se poate găsi traiectoria mișcării unui electron într-un atom, ci probabilitatea de a fi detectată într-un anumit punct. Combinarea ambelor teorii este aceea că particulele elementare se găsesc la niveluri specifice, subsoluri și orbite. În acest sens se încheie similitudinea modelelor. Voi da un exemplu - în teoria undelor, orbitalul este regiunea în care un electron poate fi găsit cu o probabilitate de 95%. Tot spațiul este de 5%, dar în cele din urmă sa dovedit că trăsăturile structurii atomilor sunt reprezentate folosind modelul de undă, în timp ce terminologia utilizată este generală.

Conceptul de probabilitate în acest caz

De ce a fost folosit acest termen? Heisenberg în 1927 a formulat principiul incertitudinii, care este folosit acum pentru a descrie mișcarea microparticulelor. Se bazează pe diferența lor fundamentală față de corpurile fizice obișnuite. Ce este? Mecanica clasică a sugerat că o persoană poate observa fenomenele fără a le afecta (observând corpurile cerești). Pe baza datelor obținute, puteți calcula unde va fi obiectul la un moment dat. Dar în microcosmosul afacerii lucrurile trebuie să fie diferite. De exemplu, pentru a observa electronul fără să-l afecteze, acum nu este posibil având în vedere faptul că energiile instrumentului și particulele nu sunt comparabile. Aceasta duce la o schimbare în locația sa a particulelor elementare, a stării, a direcției, a vitezei și a altor parametri. Și nu are rost să vorbim despre caracteristicile exacte. Simplul principiu al incertitudinii ne spune că este imposibil să se calculeze traiectoria exactă a zborului unui electron în jurul nucleului. Se poate indica doar probabilitatea de a găsi o particulă într-o anumită zonă a spațiului. O astfel de caracteristică are structura atomilor de elemente chimice. Dar acest lucru ar trebui luat în considerare numai de către oamenii de știință în experimente practice.

Compoziția atomului

Dar să ne concentrăm asupra întregului obiect al examinării. Deci, în plus față de bine-considerată coajă electronică, a doua componentă a atomului este nucleul. Se compune din protoni încărcați pozitiv și neutroni neutri. Toți suntem familiarizați cu masa lui Mendeleyev. Numărul fiecărui element corespunde numărului de protoni pe care îl conține. Numărul de neutroni este egal cu diferența dintre masa atomului și numărul de protoni. Pot exista abateri de la această regulă. Apoi, ei spun că există un izotop al elementului. Schema structurii atomului este astfel încât este "înconjurată" de coaja de electroni. Numărul de electroni este de obicei egal cu numărul de protoni. Masa ultimului este de aproximativ 1840 de ori mai mare decât cea a primei și este aproximativ egală cu greutatea neutronului. Raza miezului este de aproximativ 1/200000 din diametrul atomului. Ea însăși are o formă sferică. Aceasta, în general, este structura atomilor elementelor chimice. În ciuda diferenței dintre masă și proprietăți, ele privesc la fel.

orbite

Vorbind despre ce schemă a structurii atomului, nu poți să taci despre ei. Deci, există astfel de tipuri:

1. s. Ele au o formă sferică.
2. p. Sunt similare cu figurile voluminoase sau cu un ax.
3. d și f. Ele au o formă complexă, dificil de descris cu un limbaj formal.

Un electron de fiecare tip poate fi găsit cu o probabilitate de 95% pe teritoriul orbitalilor corespunzători. Informațiile prezentate trebuie tratate calm, deoarece sunt mai degrabă un model matematic abstract decât o stare fizică reală a afacerilor. Cu toate acestea, are o bună putere de predicție în ceea ce privește proprietățile chimice ale atomilor și chiar moleculelor. Mai departe de miez se află nivelul, cu atât mai mulți electroni pot fi plasați pe el. Astfel, numărul de orbite poate fi calculat folosind o formulă specială: x². Aici x este egal cu numărul de nivele. Și din moment ce până la doi electroni pot fi plasați pe orbite, formula lor de căutare numerică va arăta în cele din urmă astfel: 2x².

Orbituri: date tehnice

Dacă vorbim despre structura atomului de fluor, acesta va avea trei orbite. Toți vor fi umpluți. Energia orbitalilor în același subsol este aceeași. Pentru a le marca, adăugați un număr de strat: 2s, 4p, 6d. Ne întoarcem la conversația despre structura atomului de fluor. El va avea două s- și un p-subveliști. Are nouă protoni și același număr de electroni. Primul s-nivel. Acestea sunt doi electroni. Apoi, al doilea nivel s. Încă doi electroni. Și 5 umple nivelul p. Iată structura lui. După ce ați citit următoarea subtitrare, puteți să faceți singuri acțiunile necesare și să vă vedeți singuri. Dacă vorbim proprietățile fizice ale halogenurilor, care includ fluor, trebuie remarcat faptul că aceștia, deși în același grup, diferă complet în ceea ce privește caracteristicile lor. Deci, punctul lor de fierbere variază de la -188 la 309 grade Celsius. Deci, de ce au fost uniți? Toate datorită proprietăților chimice. Toate halogeni, și mai ales fluor, au cea mai mare capacitate de oxidare. Ele reacționează cu metalele și fără probleme se pot auto-aprinde la temperatura camerei.

Cum se umple orbitele?

Care sunt regulile și principiile electronilor? Vă sugerăm să vă familiarizați cu cele trei de bază, a căror formulare a fost simplificată pentru o mai bună înțelegere:

1. Principiul celui mai mic nivel de energie. Electronii tind să umple orbitele pentru a-și crește energia.
2. Principiul Pauli. Pe o orbitală, nu pot fi localizați mai mult de doi electroni.
3. Regula lui Hund. Într-un subsol, electronii umple mai întâi orbitele libere, și numai apoi formează perechi.

În domeniul de umplere va ajuta sistemul periodic al lui Mendeleev, iar structura atomului în acest caz va deveni mai clară în ceea ce privește imaginea. Prin urmare, în lucrul practic cu construirea schemelor de elemente, este necesar să-l păstrați la îndemână.

exemplu

Pentru a generaliza tot ceea ce sa spus în cadrul articolului, este posibil să se facă o mostră a modului în care sunt distribuite electronii atomului peste nivelele, subsolurile și orbitele acestora (adică, care este configurația nivelului). Poate fi descrisă ca o diagramă a energiei sau ca schemă de straturi. Aici există ilustrații foarte bune, care, după o examinare atentă, ajută la înțelegerea structurii atomului. Deci, mai întâi umple primul nivel. În ea există doar un subsol, în care există doar o singură orbitală. Toate nivelurile sunt completate în ordine, începând cu una mai mică. Mai întâi, într-un subsol, un electron pe electron este plasat pe fiecare orbital. Atunci sunt create perechi. Și în prezența liberului, apare o trecere la un alt subiect de umplere. Și acum puteți să știți în mod independent ce structură a atomului de azot sau a fluorului (care a fost considerată mai devreme). Inițial, poate fi un pic dificil, dar puteți naviga prin imagini. Să ne uităm la structura atomului de azot pentru claritate. Are 7 protoni (împreună cu neutronii care alcătuiesc nucleul) și același număr de electroni (care alcătuiesc coaja de electroni). Mai întâi, completați primul nivel s. Are 2 electroni. Apoi vine al doilea nivel s. Există, de asemenea, 2 electroni pe ea. Și celelalte trei sunt plasate la nivelul p, unde fiecare ocupă câte o orbită.

concluzie

După cum puteți vedea, structura atomului nu este un subiect atât de dificil (dacă se apropie de ea din punctul de vedere al cursului de chimie școlară, desigur). Și pentru a înțelege acest subiect nu este dificil. În final, vreau să vă informez despre unele caracteristici. De exemplu, vorbind despre structura atomului de oxigen, știm că are opt protoni și 8-10 neutroni. Și din moment ce totul în natură tinde spre echilibru, doi atomi de oxigen formează o moleculă în care doi electroni nepartimi formează o legătură covalentă. În mod similar, o altă moleculă stabilă de oxigen - ozon (O₃). Cunoscând structura atomului de oxigen, este posibil să formulăm corect formule de reacție de oxidare în care participă cea mai abundentă substanță pe Pământ.