Struktur inti atom
Inti atom terdiri dari dua jenis partikel elementer: proton(P) Dan neutron(N). Jumlah proton dan neutron dalam inti suatu atom disebut nomor nukleon:,
Di mana A- nomor nukleon, N- jumlah neutron, Z- jumlah proton.
Proton bermuatan positif (+1), neutron tidak bermuatan (0), elektron bermuatan negatif (-1). Massa proton dan neutron kira-kira sama, dianggap sama dengan 1. Massa elektron jauh lebih kecil dari massa proton, oleh karena itu dalam kimia diabaikan, mengingat seluruh massa atom terkonsentrasi pada intinya.
Jumlah proton bermuatan positif dalam inti sama dengan jumlah elektron bermuatan negatif, maka atom secara keseluruhan netral secara listrik.
Atom-atom dengan muatan inti yang sama membentuk unsur kimia.
Atom-atom dari unsur yang berbeda disebut nuklida.
Isotop- atom dari unsur yang sama yang mempunyai nomor nukleon berbeda karena perbedaan jumlah neutron dalam inti.
Isotop Hidrogen
| Nama | A | Z | N |
| Protius N | 1 | 1 | 0 |
| Deuterium D | 2 | 1 | 1 |
| Tritium T | 3 | 1 | 2 |
Peluruhan radioaktif
Inti nuklida dapat meluruh menjadi inti unsur lain, atau partikel lain. Peluruhan spontan atom-atom suatu unsur disebut radioaktif yu, dan zat semacam itu - radioaktif Dan. Radioaktivitas disertai dengan emisi partikel elementer dan gelombang elektromagnetik - radiasi G.
Persamaan Peluruhan Nuklir- reaksi nuklir- ditulis sebagai berikut:
Waktu yang dibutuhkan separuh atom suatu nuklida untuk mengalami peluruhan disebut waktu paruh.
Unsur yang hanya terdiri dari isotop radioaktif disebut radioaktif S. Ini adalah elemen 61 dan 84-107.
Jenis peluruhan radioaktif
1) -rozpa d.-partikel dipancarkan, mis. inti atom Helium. Dalam hal ini jumlah nukleon isotop berkurang 4, dan muatan inti berkurang 2 satuan, misalnya: 2) -rozpa e.Dalam inti yang tidak stabil, neutron berubah menjadi proton, sedangkan inti mengeluarkan elektron dan antineutrino. Selama peluruhan nukleon, jumlahnya tidak berubah, tetapi muatan inti bertambah 1, contoh:
3) -rozpa e. Inti yang tereksitasi memancarkan sinar dengan panjang gelombang yang sangat pendek, sedangkan energi inti berkurang, jumlah nukleon dan muatan inti tidak berubah, contoh:
Struktur kulit elektron atom unsur tiga periode pertama
Elektron mempunyai sifat ganda: ia dapat berperilaku baik sebagai partikel maupun sebagai gelombang. Sebuah elektron dalam suatu atom tidak bergerak sepanjang lintasan tertentu, tetapi dapat ditempatkan di bagian mana pun di sekitar ruang inti, tetapi kemungkinannya berada di berbagai bagian ruang tersebut tidak sama. Ruang disekitar inti yang mungkin terdapat elektron disebut orbital Yu. Setiap elektron dalam suatu atom terletak pada jarak tertentu dari inti atom sesuai dengan cadangan energinya. Elektron dengan bentuk energi yang kurang lebih sama tingkat energi dan, atau lapisan elektronik Dan.
Jumlah tingkat energi yang terisi elektron dalam atom suatu unsur sama dengan jumlah periode di mana ia berada.
Jumlah elektron pada tingkat energi terluar sama dengan nomor golongannya, indi mana elemen ini berada.
Dalam tingkat energi yang sama, elektron dapat berbeda bentuknya awan elektronik dan, atau orbital Dan. Ada bentuk orbital berikut:
S-membentuk:
P-membentuk:
ada juga D-, F-orbital dan lain-lain, dengan bentuk yang lebih kompleks.
Elektron dengan bentuk awan elektron yang sama membentuk awan elektron yang sama sumber energi Dan: S-, P-, D-, F- sublevel.
Jumlah sublevel pada setiap tingkat energi sama dengan jumlah tingkat tersebut.
Dalam sublevel energi yang sama, distribusi orbital yang berbeda di ruang angkasa dimungkinkan. Jadi, dalam sistem koordinat tiga dimensi untuk S-Orbital hanya dapat mempunyai satu posisi:
Untuk R-orbital - tiga:
Untuk D-orbital - lima, untuk F-orbital - tujuh.
Orbital mewakili:
S-subtingkat -
P-subtingkat -
D-subtingkat -
Sebuah elektron diwakili dalam diagram dengan panah, yang menunjukkan putarannya. Putaran mengacu pada rotasi elektron pada porosnya. Ditunjukkan dengan panah: atau. Dua elektron dalam satu orbital ditulis, tetapi tidak.
Tidak boleh ada lebih dari dua elektron dalam satu orbital ( Prinsip Pauli).
Prinsip energi paling sedikit th : dalam sebuah atom, setiap elektron diatur sedemikian rupa sehingga energinya minimal (yang sesuai dengan ikatan terbesarnya dengan inti).
Misalnya, distribusi elektron pada atom Klorin V:
Satu elektron tidak berpasangan menentukan valensi Klorin dalam keadaan ini - I.
Selama produksi energi tambahan (iradiasi, pemanasan), pelepasan elektron (promosi) dimungkinkan. Keadaan atom seperti ini disebut zbudzheni m.Pada saat yang sama, jumlah elektron yang tidak berpasangan meningkat dan, karenanya, valensi atom berubah.
Keadaan tereksitasi atom Klorin V :
Oleh karena itu, selain jumlah elektron yang tidak berpasangan, Klorin dapat memiliki valensi III, V dan VII.
Bahan kimia adalah bahan pembuat dunia di sekitar kita.
Sifat-sifat setiap zat kimia dibagi menjadi dua jenis: kimia, yang mencirikan kemampuannya untuk membentuk zat lain, dan sifat fisik, yang diamati secara objektif dan dapat dianggap terpisah dari transformasi kimia. Misalnya, sifat fisik suatu zat adalah keadaan agregasinya (padat, cair atau gas), konduktivitas termal, kapasitas panas, kelarutan dalam berbagai media (air, alkohol, dll), kepadatan, warna, rasa, dll.
Perubahan suatu zat kimia menjadi zat lain disebut fenomena kimia atau reaksi kimia. Perlu dicatat bahwa ada juga fenomena fisika yang jelas-jelas disertai dengan perubahan sifat fisik suatu zat tanpa transformasi menjadi zat lain. Fenomena fisika, misalnya mencairnya es, pembekuan atau penguapan air, dan lain-lain.
Fakta bahwa suatu fenomena kimia terjadi selama suatu proses dapat disimpulkan dengan mengamati tanda-tanda karakteristik reaksi kimia, seperti perubahan warna, pembentukan endapan, pelepasan gas, pelepasan panas dan (atau) cahaya.
Misalnya, kesimpulan tentang terjadinya reaksi kimia dapat diambil dengan mengamati:
Terbentuknya sedimen pada saat air mendidih, dalam kehidupan sehari-hari disebut kerak;
Pelepasan panas dan cahaya saat api menyala;
Perubahan warna potongan apel segar di udara;
Pembentukan gelembung gas selama fermentasi adonan, dll.
Partikel terkecil dari suatu zat yang hampir tidak mengalami perubahan selama reaksi kimia, namun hanya terhubung satu sama lain dengan cara baru, disebut atom.
Gagasan tentang keberadaan satuan materi tersebut muncul di Yunani kuno di benak para filsuf kuno, yang sebenarnya menjelaskan asal usul istilah "atom", karena "atomos" yang secara harfiah diterjemahkan dari bahasa Yunani berarti "tidak dapat dibagi".
Namun, bertentangan dengan gagasan para filsuf Yunani kuno, atom bukanlah materi minimum yang mutlak, yaitu. mereka sendiri memiliki struktur yang kompleks.
Setiap atom terdiri dari apa yang disebut partikel subatom - proton, neutron dan elektron, masing-masing dilambangkan dengan simbol p +, n o dan e -. Superskrip pada notasi yang digunakan menunjukkan bahwa proton mempunyai muatan satuan positif, elektron mempunyai muatan satuan negatif, dan neutron tidak mempunyai muatan.
Adapun struktur kualitatif suatu atom, di setiap atom semua proton dan neutron terkonsentrasi dalam apa yang disebut inti, di mana elektron membentuk kulit elektron.
Proton dan neutron memiliki massa yang hampir sama, yaitu. mp ≈ m n, dan massa elektron hampir 2000 kali lebih kecil dari massa masing-masing elektron, mis. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.
Karena sifat dasar suatu atom adalah netralitas listriknya, dan muatan satu elektron sama dengan muatan satu proton, maka kita dapat menyimpulkan bahwa jumlah elektron dalam atom mana pun sama dengan jumlah proton.
Misalnya, tabel di bawah menunjukkan kemungkinan komposisi atom:
Jenis atom dengan muatan inti yang sama, yaitu. dengan jumlah proton yang sama dalam intinya disebut unsur kimia. Jadi, dari tabel di atas kita dapat menyimpulkan bahwa atom1 dan atom2 termasuk dalam satu unsur kimia, dan atom3 dan atom4 termasuk dalam unsur kimia lain.
Setiap unsur kimia memiliki nama dan simbol tersendiri, yang dibaca dengan cara tertentu. Jadi, misalnya, unsur kimia paling sederhana yang atom-atomnya hanya mengandung satu proton dalam intinya disebut “hidrogen” dan dilambangkan dengan simbol “H” yang dibaca “abu”, dan unsur kimia dengan muatan inti +7 (yaitu mengandung 7 proton) - “nitrogen”, memiliki simbol “N”, yang dibaca “en”.
Seperti dapat dilihat dari tabel di atas, atom-atom suatu unsur kimia dapat berbeda dalam jumlah neutron dalam intinya.
Atom-atom yang termasuk dalam unsur kimia yang sama, tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda dan, akibatnya, massanya, disebut isotop.
Misalnya, unsur kimia hidrogen memiliki tiga isotop - 1 H, 2 H dan 3 H. Indeks 1, 2 dan 3 di atas simbol H berarti jumlah total neutron dan proton. Itu. Mengetahui bahwa hidrogen adalah suatu unsur kimia yang ciri-cirinya adalah terdapat satu proton dalam inti atomnya, maka kita dapat menyimpulkan bahwa pada isotop 1 H tidak terdapat neutron sama sekali (1-1 = 0), di isotop 2 H - 1 neutron (2-1=1) dan pada isotop 3 H – dua neutron (3-1=2). Karena, sebagaimana telah disebutkan, neutron dan proton memiliki massa yang sama, dan massa elektron dapat diabaikan jika dibandingkan dengan keduanya, ini berarti isotop 2 H hampir dua kali lebih berat dari isotop 1 H, dan isotop 3 Isotop H bahkan tiga kali lebih berat. Karena penyebaran massa isotop hidrogen yang begitu besar, isotop 2 H dan 3 H bahkan diberi nama dan simbol tersendiri, yang tidak khas untuk unsur kimia lainnya. Isotop 2H diberi nama deuterium dan diberi simbol D, dan isotop 3H diberi nama tritium dan diberi simbol T.
Jika kita menganggap massa proton dan neutron sebagai satu kesatuan, dan mengabaikan massa elektron, sebenarnya indeks kiri atas, selain jumlah total proton dan neutron dalam atom, dapat dianggap sebagai massanya, dan oleh karena itu indeks ini disebut nomor massa dan dilambangkan dengan simbol A. Karena muatan inti Proton sesuai dengan atom, dan muatan setiap proton secara konvensional dianggap sama dengan +1, maka jumlah proton dalam atom inti disebut nomor muatan (Z). Dengan menyatakan jumlah neutron dalam suatu atom sebagai N, hubungan antara nomor massa, nomor muatan, dan jumlah neutron dapat dinyatakan secara matematis sebagai:
Menurut konsep modern, elektron mempunyai sifat ganda (gelombang partikel). Ia memiliki sifat partikel dan gelombang. Seperti halnya partikel, elektron memiliki massa dan muatan, tetapi pada saat yang sama, aliran elektron, seperti gelombang, dicirikan oleh kemampuan difraksi.
Untuk menggambarkan keadaan elektron dalam atom, digunakan konsep mekanika kuantum, yang menyatakan bahwa elektron tidak memiliki lintasan gerak tertentu dan dapat ditempatkan di titik mana pun dalam ruang, tetapi dengan probabilitas yang berbeda.
Daerah di sekitar inti dimana elektron paling mungkin ditemukan disebut orbital atom.
Orbital atom dapat memiliki bentuk, ukuran, dan orientasi yang berbeda. Orbital atom juga disebut awan elektron.
Secara grafis, satu orbital atom biasanya dilambangkan dengan sel persegi:
Mekanika kuantum memiliki peralatan matematika yang sangat kompleks, oleh karena itu, dalam kerangka kursus kimia sekolah, hanya konsekuensi dari teori mekanika kuantum yang dipertimbangkan.
Berdasarkan konsekuensi ini, setiap orbital atom dan elektron yang terletak di dalamnya sepenuhnya dicirikan oleh 4 bilangan kuantum.
- Bilangan kuantum utama, n, menentukan energi total elektron dalam orbital tertentu. Kisaran nilai bilangan kuantum utama adalah semua bilangan asli, yaitu n = 1,2,3,4, 5, dst.
- Bilangan kuantum orbital - l - mencirikan bentuk orbital atom dan dapat mengambil nilai bilangan bulat apa pun dari 0 hingga n-1, di mana n, ingat, adalah bilangan kuantum utama.
Orbital dengan l = 0 disebut S-orbital. Orbital s berbentuk bola dan tidak memiliki arah dalam ruang:
Orbital dengan l = 1 disebut P-orbital. Orbital ini berbentuk angka delapan tiga dimensi, yaitu. suatu bentuk yang diperoleh dengan memutar angka delapan di sekitar sumbu simetri, dan secara lahiriah menyerupai halter:
Orbital dengan l = 2 disebut D-orbital, dan dengan l = 3 – F-orbital. Struktur mereka jauh lebih kompleks.
3) Bilangan kuantum magnetik – ml – menentukan orientasi spasial orbital atom tertentu dan menyatakan proyeksi momentum sudut orbital ke arah medan magnet. Bilangan kuantum magnetik ml sesuai dengan orientasi orbital relatif terhadap arah vektor kekuatan medan magnet luar dan dapat mengambil nilai bilangan bulat apa pun dari –l hingga +l, termasuk 0, yaitu. jumlah total nilai yang mungkin adalah (2l+1). Jadi, misalnya untuk l = 0 m l = 0 (satu nilai), untuk l = 1 m l = -1, 0, +1 (tiga nilai), untuk l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1 , +2 (lima nilai bilangan kuantum magnetik), dst.
Jadi, misalnya, orbital p, mis. orbital dengan bilangan kuantum orbital l = 1, berbentuk "angka tiga dimensi delapan", sesuai dengan tiga nilai bilangan kuantum magnetik (-1, 0, +1), yang pada gilirannya sesuai dengan tiga arah yang saling tegak lurus dalam ruang.
4) Bilangan kuantum spin (atau sekadar spin) - m s - secara kondisional dapat dianggap bertanggung jawab atas arah rotasi elektron dalam atom; Elektron dengan spin berbeda ditandai dengan panah vertikal yang diarahkan ke arah berbeda: ↓ dan .
Himpunan semua orbital dalam suatu atom yang mempunyai bilangan kuantum utama yang sama disebut tingkat energi atau kulit elektron. Setiap tingkat energi sembarang dengan bilangan n terdiri dari n 2 orbital.
Himpunan orbital dengan nilai bilangan kuantum utama dan bilangan kuantum orbital yang sama mewakili sublevel energi.
Setiap tingkat energi, yang sesuai dengan bilangan kuantum utama n, berisi n sublevel. Pada gilirannya, setiap sublevel energi dengan bilangan kuantum orbital l terdiri dari orbital (2l+1). Jadi, sublevel s terdiri dari satu orbital s, sublevel p terdiri dari tiga orbital p, sublevel d terdiri dari lima orbital d, dan sublevel f terdiri dari tujuh orbital f. Karena, sebagaimana telah disebutkan, satu orbital atom sering dilambangkan dengan satu sel persegi, sublevel s-, p-, d- dan f dapat direpresentasikan secara grafis sebagai berikut:
Setiap orbital berhubungan dengan himpunan tiga bilangan kuantum n, l, dan ml yang ditentukan secara ketat.
Distribusi elektron antar orbital disebut konfigurasi elektron.
Pengisian orbital atom dengan elektron terjadi sesuai dengan tiga kondisi:
- Prinsip energi minimum: Elektron mengisi orbital mulai dari sublevel energi terendah. Urutan sublevel menurut kenaikan energinya adalah sebagai berikut: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;
Untuk memudahkan mengingat urutan pengisian sublevel elektronik, ilustrasi grafis berikut sangat berguna:
- Prinsip Pauli: Setiap orbital dapat berisi tidak lebih dari dua elektron.
Jika terdapat satu elektron dalam suatu orbital maka disebut tidak berpasangan, dan jika terdapat dua maka disebut pasangan elektron.
- aturan Hund: keadaan paling stabil suatu atom adalah keadaan di mana, dalam satu sublevel, atom tersebut memiliki jumlah elektron tidak berpasangan maksimum yang mungkin. Keadaan atom yang paling stabil ini disebut keadaan dasar.
Artinya, misalnya penempatan elektron ke-1, ke-2, ke-3, dan ke-4 pada tiga orbital sublevel p akan dilakukan sebagai berikut:
Pengisian orbital atom dari hidrogen yang bermuatan nomor 1 ke kripton (Kr) yang bermuatan nomor 36 dilakukan sebagai berikut:
Representasi urutan pengisian orbital atom seperti itu disebut diagram energi. Berdasarkan diagram elektronik masing-masing unsur, dimungkinkan untuk menuliskan apa yang disebut rumus elektronik (konfigurasi). Jadi, misalnya, suatu unsur dengan 15 proton dan, sebagai konsekuensinya, 15 elektron, yaitu. fosfor (P) akan memiliki diagram energi berikut:
Jika diubah menjadi rumus elektronik, atom fosfor akan berbentuk:
15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
Angka ukuran normal di sebelah kiri simbol sublevel menunjukkan nomor tingkat energi, dan superskrip di sebelah kanan simbol sublevel menunjukkan jumlah elektron pada sublevel yang bersangkutan.
Di bawah ini adalah rumus elektronik 36 unsur pertama tabel periodik menurut D.I. Mendeleev.
| periode | Barang no. | simbol | Nama | rumus elektronik |
| SAYA | 1 | H | hidrogen | 1 detik 1 |
| 2 | Dia | helium | 1s 2 | |
| II | 3 | Li | litium | 1s 2 2s 1 |
| 4 | Menjadi | berilium | 1s 2 2s 2 | |
| 5 | B | boron | 1s 2 2s 2 2p 1 | |
| 6 | C | karbon | 1s 2 2s 2 2p 2 | |
| 7 | N | nitrogen | 1s 2 2s 2 2p 3 | |
| 8 | HAI | oksigen | 1s 2 2s 2 2p 4 | |
| 9 | F | fluor | 1s 2 2s 2 2p 5 | |
| 10 | Tidak | neon | 1s 2 2s 2 2p 6 | |
| AKU AKU AKU | 11 | Tidak | sodium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 |
| 12 | mg | magnesium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 | |
| 13 | Al | aluminium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 | |
| 14 | Ya | silikon | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 | |
| 15 | P | fosfor | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 | |
| 16 | S | sulfur | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 | |
| 17 | Kl | klorin | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 | |
| 18 | Ar | argon | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 | |
| IV | 19 | K | kalium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 |
| 20 | Ca | kalsium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 | |
| 21 | Sc | skandium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 | |
| 22 | Ti | titanium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 | |
| 23 | V | vanadium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 | |
| 24 | Kr | kromium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 disini kita mengamati lompatan satu elektron dengan S pada D subtingkat | |
| 25 | M N | mangan | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 | |
| 26 | Fe | besi | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 | |
| 27 | Bersama | kobalt | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7 | |
| 28 | Tidak | nikel | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 | |
| 29 | Cu | tembaga | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 disini kita mengamati lompatan satu elektron dengan S pada D subtingkat | |
| 30 | Zn | seng | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 | |
| 31 | Ga | galium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1 | |
| 32 | Ge | Jerman | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 | |
| 33 | Sebagai | arsenik | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 | |
| 34 | Ya | selenium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4 | |
| 35 | Sdr | brom | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 | |
| 36 | Kr | kripton | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 |
Seperti telah disebutkan, dalam keadaan dasarnya, elektron dalam orbital atom ditempatkan menurut prinsip energi terkecil. Namun, dengan adanya orbital p kosong dalam keadaan dasar atom, seringkali dengan memberikan energi berlebih padanya, atom dapat dipindahkan ke keadaan tereksitasi. Misalnya, atom boron dalam keadaan dasarnya mempunyai konfigurasi elektronik dan diagram energi dalam bentuk berikut:
5 B = 1s 2 2s 2 2p 1
Dan dalam keadaan tereksitasi (*), yaitu. Ketika sejumlah energi diberikan ke atom boron, konfigurasi elektron dan diagram energinya akan terlihat seperti ini:
5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2
Tergantung pada sublevel atom mana yang terakhir diisi, unsur kimia dibagi menjadi s, p, d atau f.
Menemukan unsur s, p, d dan f pada tabel D.I. Mendeleev:
- Elemen s memiliki sublevel s terakhir yang harus diisi. Unsur-unsur tersebut meliputi unsur-unsur subkelompok utama (di sebelah kiri sel tabel) golongan I dan II.
- Untuk elemen p, sublevel p diisi. Unsur p meliputi enam unsur terakhir setiap periode, kecuali unsur pertama dan ketujuh, serta unsur subkelompok utama golongan III-VIII.
- Unsur d terletak di antara unsur s dan p dalam periode yang besar.
- f-Elemen disebut lantanida dan aktinida. Mereka tercantum di bagian bawah tabel D.I. Mendeleev.
(Catatan kuliah)
Struktur atom. Perkenalan.
Objek kajian kimia adalah unsur-unsur kimia dan senyawanya. Unsur kimia disebut kumpulan atom-atom yang bermuatan positif sama. Atom- adalah partikel terkecil dari suatu unsur kimia yang mengawetkannya sifat kimia. Dengan berikatan satu sama lain, atom-atom dari unsur yang sama atau berbeda membentuk partikel yang lebih kompleks - molekul. Kumpulan atom atau molekul membentuk zat kimia. Setiap zat kimia dicirikan oleh serangkaian sifat fisik individu, seperti titik didih dan titik leleh, kepadatan, konduktivitas listrik dan termal, dll.
1. Struktur atom dan Tabel Periodik Unsur
DI. Mendeleev.
Pengetahuan dan pemahaman tentang hukum urutan pengisian Tabel Periodik Unsur D.I. Mendeleev memungkinkan kita memahami hal berikut:
1. hakikat fisis keberadaan unsur-unsur tertentu di alam,
2. sifat valensi kimia unsur,
3. kemampuan dan “ringannya” suatu unsur untuk memberi atau menerima elektron ketika berinteraksi dengan unsur lain,
4. sifat ikatan kimia yang dapat dibentuk suatu unsur ketika berinteraksi dengan unsur lain, struktur spasial molekul sederhana dan kompleks, dll., dll.
Struktur atom.
Atom adalah sistem mikro kompleks dari partikel-partikel elementer yang bergerak dan berinteraksi satu sama lain.
Pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, ditemukan bahwa atom terdiri dari partikel-partikel yang lebih kecil: neutron, proton, dan elektron. Dua partikel terakhir adalah partikel bermuatan, proton membawa muatan positif, elektron membawa muatan negatif. Karena atom-atom suatu unsur dalam keadaan dasar netral secara listrik, ini berarti jumlah proton dalam atom suatu unsur sama dengan jumlah elektron. Massa atom ditentukan oleh jumlah massa proton dan neutron, yang jumlahnya sama dengan selisih massa atom dengan nomor urutnya dalam sistem periodik D.I. Mendeleev.
Pada tahun 1926, Schrödinger mengusulkan untuk mendeskripsikan pergerakan mikropartikel dalam atom suatu unsur menggunakan persamaan gelombang yang diturunkannya. Saat menyelesaikan persamaan gelombang Schrödinger untuk atom hidrogen, muncul tiga bilangan kuantum bilangan bulat: N, ℓ Dan M ℓ , yang mencirikan keadaan elektron dalam ruang tiga dimensi di bidang pusat inti. Bilangan kuantum N, ℓ Dan M ℓ mengambil nilai integer. Fungsi gelombang ditentukan oleh tiga bilangan kuantum N, ℓ Dan M ℓ dan diperoleh sebagai hasil penyelesaian persamaan Schrödinger disebut orbital. Orbital adalah wilayah ruang di mana elektron paling mungkin ditemukan, milik atom suatu unsur kimia. Jadi, penyelesaian persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen mengarah pada munculnya tiga bilangan kuantum, yang arti fisiknya adalah bahwa ketiga bilangan tersebut mengkarakterisasi tiga jenis orbital berbeda yang dapat dimiliki atom. Mari kita lihat lebih dekat setiap bilangan kuantum.
Bilangan kuantum utama n dapat mengambil nilai bilangan bulat positif apa pun: n = 1,2,3,4,5,6,7...Ini mencirikan energi tingkat elektron dan ukuran “awan” elektron. Merupakan ciri khas bahwa bilangan bilangan kuantum utama bertepatan dengan bilangan periode di mana unsur tersebut berada.
Bilangan kuantum azimut atau orbitalℓ dapat mengambil nilai integer dari ℓ = 0….ke n – 1 dan menentukan momen gerak elektron, yaitu bentuk orbit. Notasi berikut digunakan untuk berbagai nilai numerik ℓ: ℓ = 0, 1, 2, 3, dan ditandai dengan simbol S, P, D, F, masing-masing untuk ℓ = 0, 1, 2 dan 3. Dalam tabel periodik unsur tidak ada unsur yang memiliki nomor spin ℓ = 4.
Bilangan kuantum magnetikM ℓ mencirikan susunan spasial orbital elektron dan, akibatnya, sifat elektromagnetik elektron. Ini dapat mengambil nilai dari – ℓ ke + ℓ , termasuk nol.
Bentuk, atau lebih tepatnya, sifat simetri orbital atom bergantung pada bilangan kuantum ℓ Dan M ℓ . "Awan elektronik" sesuai S- orbitalnya berbentuk bola (sekaligus ℓ = 0).
Gambar.1. orbital 1s
Orbital yang ditentukan oleh bilangan kuantum ℓ = 1 dan m ℓ = -1, 0 dan +1 disebut orbital p. Karena m ℓ memiliki tiga nilai yang berbeda, atom memiliki tiga orbital p yang setara secara energetik (bilangan kuantum utama keduanya sama dan dapat memiliki nilai n = 2,3,4,5,6 atau 7). Orbital p memiliki simetri aksial dan terlihat seperti angka delapan tiga dimensi, berorientasi sepanjang sumbu x, y dan z pada medan luar (Gbr. 1.2). Oleh karena itu asal usul simbolisme p x , p y dan p z .
Gambar.2. orbital p x, p y dan p z
Selain itu, terdapat orbital atom d- dan f-, untuk ℓ = 2 pertama dan m ℓ = -2, -1, 0, +1 dan +2, yaitu lima AO, untuk yang kedua ℓ = 3 dan m ℓ = -3, -2, -1, 0, +1, +2 dan +3, mis. 7 JSC.
Kuantum keempat M S disebut bilangan kuantum spin, diperkenalkan untuk menjelaskan efek halus tertentu dalam spektrum atom hidrogen oleh Goudsmit dan Uhlenbeck pada tahun 1925. Putaran elektron adalah momentum sudut partikel elementer bermuatan elektron, yang orientasinya terkuantisasi, yaitu. terbatas pada sudut tertentu. Orientasi ini ditentukan oleh nilai bilangan kuantum spin magnetik (s), yang sama dengan elektron ½ , oleh karena itu untuk elektron menurut aturan kuantisasi M S = ± ½. Dalam hal ini, pada himpunan tiga bilangan kuantum kita harus menambahkan bilangan kuantumnya M S . Mari kita tekankan sekali lagi bahwa empat bilangan kuantum menentukan urutan konstruksi tabel periodik unsur Mendeleev dan menjelaskan mengapa hanya ada dua unsur pada periode pertama, delapan pada periode kedua dan ketiga, 18 pada periode keempat, dan seterusnya. Untuk menjelaskan struktur atom dengan banyak elektron, urutan pengisian level elektronik seiring dengan meningkatnya muatan positif atom, tidaklah cukup hanya memiliki gagasan tentang empat bilangan kuantum yang “mengendalikan” perilaku elektron ketika mengisi orbital elektron, namun perlu diketahui beberapa aturan yang lebih sederhana yaitu, Prinsip Pauli, aturan Hund, dan aturan Kleczkowski.
Menurut prinsip Pauli Dalam keadaan kuantum yang sama, yang dicirikan oleh nilai-nilai tertentu dari empat bilangan kuantum, tidak boleh ada lebih dari satu elektron. Ini berarti bahwa satu elektron, pada prinsipnya, dapat ditempatkan pada orbital atom mana pun. Dua elektron dapat berada pada orbital atom yang sama hanya jika keduanya mempunyai bilangan kuantum spin yang berbeda.
Saat mengisi tiga p-AO, lima d-AO, dan tujuh f-AO dengan elektron, selain prinsip Pauli, aturan Hund harus dipandu: Pengisian orbital satu subkulit pada keadaan dasar terjadi oleh elektron dengan spin yang identik.
Saat mengisi subkulit (P, D, F)nilai absolut dari jumlah putaran harus maksimal.
aturan Klechkovsky. Menurut aturan Klechkovsky, saat mengisiD Dan Forbital elektron harus dihormatiprinsip energi minimum. Menurut prinsip ini, elektron dalam keadaan dasar menempati orbital dengan tingkat energi minimal. Energi suatu sublevel ditentukan oleh jumlah bilangan kuantumN + ℓ = E .
Aturan pertama Klechkovsky: Pertama, sublevel yang manaN + ℓ = E minimal.
Aturan kedua Klechkovsky: dalam hal kesetaraanN + ℓ untuk beberapa sublevel yang sublevelnya terisiN minimal .
Saat ini, 109 unsur diketahui.
2. Energi ionisasi, afinitas elektron dan elektronegativitas.
Ciri terpenting konfigurasi elektron suatu atom adalah energi ionisasi (IE) atau potensial ionisasi (IP) dan afinitas elektron atom (EA). Energi ionisasi adalah perubahan energi selama pelepasan elektron dari atom bebas pada 0 K: A = + + ē . Ketergantungan energi ionisasi pada nomor atom Z suatu unsur dan besarnya jari-jari atom mempunyai sifat periodik yang jelas.
Afinitas elektron (EA) adalah perubahan energi yang menyertai penambahan elektron pada atom terisolasi untuk membentuk ion negatif pada 0 K: A + ē = A - (atom dan ion berada pada keadaan dasarnya). Dalam hal ini, elektron menempati orbital atom kosong terendah (LUAO) jika VZAO ditempati oleh dua elektron. SE sangat bergantung pada konfigurasi elektronik orbitalnya.
Perubahan EI dan SE berkorelasi dengan perubahan banyak sifat unsur dan senyawanya, yang digunakan untuk memprediksi sifat-sifat tersebut dari nilai EI dan SE. Halogen memiliki afinitas elektron absolut tertinggi. Pada setiap golongan tabel periodik unsur, potensial ionisasi atau EI berkurang dengan bertambahnya jumlah unsur, yang berhubungan dengan peningkatan jari-jari atom dan peningkatan jumlah lapisan elektronik dan berkorelasi baik dengan peningkatan pengurangan. kekuatan elemen.
Tabel 1 Tabel Periodik Unsur menunjukkan nilai EI dan SE dalam eV/per atom. Perhatikan bahwa nilai SE yang tepat hanya diketahui untuk beberapa atom; nilainya disorot pada Tabel 1.
Tabel 1
Energi ionisasi pertama (EI), afinitas elektron (EA) dan keelektronegatifan χ) atom dalam tabel periodik.
|
χ |
0.747 2. 1 0 0, 3 7 |
1,2 2 |
||||||||||||||||
|
χ |
0.54 1. 55 |
-0.3 1. 1 3 |
0.2 0. 91 |
1.2 5 |
-0. 1 0, 55 |
1.47 0. 59 |
3.45 0. 64 |
1 ,60 |
||||||||||
|
χ |
0. 7 4 1. 89 |
-0.3 1 . 3 1 1 . 6 0 |
0. 6 |
1.63 |
0.7 |
2.07 |
3.61 | |||||||||||
|
χ |
2.3 6 |
- 0 .6 |
1,26(α) |
-0.9 1 . 39 |
0. 18 |
1.2 |
0. 6 |
2.07 |
3.36 | |||||||||
|
χ |
2.4 8 |
-0.6 1 . 56 |
0. 2 |
2.2 | ||||||||||||||
|
χ |
2.6 7 |
2, 2 1 |
TENTANGS |
χ – keelektronegatifan menurut Pauling
R- jari-jari atom, (dari “Kelas laboratorium dan seminar kimia umum dan anorganik”, N.S. Akhmetov, M.K. Azizova, L.I. Badygina)
Seperti yang Anda ketahui, segala materi di alam semesta terdiri dari atom. Atom adalah unit terkecil dari materi yang membawa sifat-sifatnya. Pada gilirannya, struktur atom terdiri dari trinitas ajaib mikropartikel: proton, neutron, dan elektron.
Selain itu, masing-masing mikropartikel bersifat universal. Artinya, Anda tidak dapat menemukan dua proton, neutron, atau elektron berbeda di dunia. Semuanya sangat mirip satu sama lain. Dan sifat-sifat atom hanya akan bergantung pada komposisi kuantitatif mikropartikel tersebut dalam keseluruhan struktur atom.
Misalnya struktur atom hidrogen terdiri dari satu proton dan satu elektron. Atom paling kompleks berikutnya, helium, terdiri dari dua proton, dua neutron, dan dua elektron. Atom litium - terbuat dari tiga proton, empat neutron dan tiga elektron, dll.
Struktur atom (dari kiri ke kanan): hidrogen, helium, litiumAtom bergabung membentuk molekul, dan molekul bergabung membentuk zat, mineral, dan organisme. Molekul DNA, yang merupakan dasar dari semua makhluk hidup, adalah struktur yang dirangkai dari tiga batu bata ajaib alam semesta yang sama dengan batu yang tergeletak di jalan. Meskipun struktur ini jauh lebih kompleks.
Fakta yang lebih menakjubkan lagi terungkap ketika kita mencoba melihat lebih dekat proporsi dan struktur sistem atom. Diketahui bahwa atom terdiri dari inti dan elektron yang bergerak mengelilinginya sepanjang lintasan yang menggambarkan sebuah bola. Artinya, ia bahkan tidak bisa disebut suatu gerakan dalam arti kata yang biasa. Sebaliknya, elektron terletak di mana-mana dan langsung di dalam bola ini, menciptakan awan elektron di sekitar inti dan membentuk medan elektromagnetik.
Representasi skematis dari struktur atom Inti atom terdiri dari proton dan neutron, dan hampir seluruh massa sistem terkonsentrasi di dalamnya. Namun pada saat yang sama, inti atom itu sendiri sangat kecil sehingga jika jari-jarinya diperbesar menjadi 1 cm, maka jari-jari seluruh struktur atom akan mencapai ratusan meter. Jadi, segala sesuatu yang kita anggap sebagai materi padat terdiri dari lebih dari 99% ikatan energi antara partikel fisik saja dan kurang dari 1% bentuk fisik itu sendiri.
Tapi apakah bentuk fisik ini? Terbuat dari apa, dan bagaimana bahannya? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, mari kita lihat lebih dekat struktur proton, neutron, dan elektron. Jadi, kita turun satu langkah lagi ke kedalaman dunia mikro - ke tingkat partikel subatom.
Terdiri dari apakah elektron?
Partikel terkecil suatu atom adalah elektron. Sebuah elektron memiliki massa tetapi tidak memiliki volume. Dalam konsep ilmiah, elektron tidak terdiri dari apa pun, melainkan suatu titik yang tidak berstruktur.
Sebuah elektron tidak dapat dilihat di bawah mikroskop. Ia hanya terlihat dalam bentuk awan elektron, yang tampak seperti bola buram di sekitar inti atom. Pada saat yang sama, tidak mungkin untuk mengatakan dengan akurat di mana elektron berada pada suatu waktu. Instrumen tidak mampu menangkap partikel itu sendiri, tetapi hanya jejak energinya. Esensi elektron tidak tertanam dalam konsep materi. Ini lebih seperti suatu bentuk kosong yang hanya ada dalam gerakan dan karena gerakan.
Belum ada struktur elektron yang ditemukan. Ini adalah partikel titik yang sama dengan kuantum energi. Faktanya, elektron adalah energi, namun bentuk elektronnya lebih stabil dibandingkan bentuk foton cahaya.
Saat ini, elektron dianggap tidak dapat dibagi. Hal ini dapat dimaklumi, karena tidak mungkin membagi sesuatu yang tidak mempunyai volume. Namun, teori tersebut telah berkembang yang menyatakan bahwa elektron mengandung trinitas partikel kuasi seperti:
- Orbiton – berisi informasi tentang posisi orbit elektron;
- Spinon – bertanggung jawab atas putaran atau torsi;
- Holon – membawa informasi tentang muatan elektron.
Namun, seperti yang kita lihat, partikel kuasi sama sekali tidak memiliki kesamaan dengan materi, dan hanya membawa informasi.
Foto atom-atom zat yang berbeda dalam mikroskop elektron Menariknya, elektron dapat menyerap kuanta energi, seperti cahaya atau panas. Dalam hal ini, atom berpindah ke tingkat energi baru, dan batas awan elektron meluas. Kebetulan juga energi yang diserap oleh sebuah elektron begitu besar sehingga ia dapat melompat keluar dari sistem atom dan melanjutkan pergerakannya sebagai partikel independen. Pada saat yang sama, ia berperilaku seperti foton cahaya, yaitu ia berhenti menjadi partikel dan mulai menunjukkan sifat-sifat gelombang. Hal ini dibuktikan dalam sebuah percobaan.
Eksperimen Jung
Selama percobaan, aliran elektron diarahkan ke layar dengan dua celah di dalamnya. Melewati celah ini, elektron bertabrakan dengan permukaan layar proyeksi lain, meninggalkan bekas di atasnya. Akibat “pemboman” elektron ini, pola interferensi muncul di layar proyeksi, mirip dengan pola interferensi yang muncul jika gelombang, bukan partikel, melewati dua celah.
Pola ini terjadi karena gelombang yang lewat di antara dua celah terbagi menjadi dua gelombang. Akibat pergerakan selanjutnya, gelombang-gelombang tersebut saling tumpang tindih, dan di beberapa daerah saling membatalkan. Hasilnya adalah banyak garis pada layar proyeksi, bukan hanya satu, seperti yang terjadi jika elektron berperilaku seperti partikel.
Struktur inti atom: proton dan neutron
Proton dan neutron membentuk inti atom. Dan terlepas dari kenyataan bahwa inti menempati kurang dari 1% dari total volume, dalam struktur inilah hampir seluruh massa sistem terkonsentrasi. Namun fisikawan terbagi dalam struktur proton dan neutron, dan saat ini ada dua teori.
- Teori No. 1 - Standar
Model Standar mengatakan bahwa proton dan neutron terdiri dari tiga quark yang dihubungkan oleh awan gluon. Quark adalah partikel titik, sama seperti kuanta dan elektron. Dan gluon adalah partikel virtual yang menjamin interaksi quark. Namun, baik quark maupun gluon tidak pernah ditemukan di alam, sehingga model ini mendapat kritik keras.
- Teori #2 - Alternatif
Namun menurut teori alternatif bidang terpadu yang dikembangkan oleh Einstein, proton, seperti neutron, seperti partikel lain di dunia fisik, adalah medan elektromagnetik yang berputar dengan kecepatan cahaya.
Medan elektromagnetik manusia dan planet Apa prinsip struktur atom?
Segala sesuatu di dunia - tipis dan padat, cair, padat dan gas - hanyalah keadaan energi dari medan yang tak terhitung jumlahnya yang menembus ruang Semesta. Semakin tinggi tingkat energi di lapangan, semakin tipis dan semakin tidak terlihat. Semakin rendah tingkat energinya, semakin stabil dan nyata energinya. Struktur atom, seperti struktur unit lain di Alam Semesta, terletak pada interaksi medan-medan tersebut - berbeda dalam kepadatan energi. Ternyata materi hanyalah ilusi pikiran.
Atom adalah partikel terkecil dari suatu materi. Studinya dimulai di Yunani Kuno, ketika struktur atom menarik perhatian tidak hanya para ilmuwan, tetapi juga para filsuf. Bagaimana struktur elektronik atom, dan informasi dasar apa yang diketahui tentang partikel ini?
Struktur atom
Para ilmuwan Yunani kuno sudah menebak-nebak keberadaan partikel kimia terkecil yang menyusun benda dan organisme apa pun. Dan jika pada abad XVII-XVIII. Para ahli kimia yakin bahwa atom adalah partikel elementer yang tidak dapat dibagi-bagi, kemudian pada pergantian abad ke-19-20 secara eksperimental dapat dibuktikan bahwa atom tidak dapat dibagi-bagi.
Sebuah atom, sebagai partikel materi mikroskopis, terdiri dari inti dan elektron. Inti atom berukuran 10.000 kali lebih kecil dari atom, tetapi hampir seluruh massanya terkonsentrasi di dalam inti atom. Ciri utama inti atom adalah bermuatan positif dan terdiri dari proton dan neutron. Proton bermuatan positif, sedangkan neutron tidak bermuatan (netral).
Mereka terhubung satu sama lain melalui interaksi nuklir yang kuat. Massa proton kira-kira sama dengan massa neutron, namun 1840 kali lebih besar dari massa elektron. Proton dan neutron memiliki nama umum dalam kimia - nukleon. Atom itu sendiri netral secara listrik.
Sebuah atom suatu unsur dapat ditentukan dengan rumus elektronik dan rumus grafik elektronik:
Beras. 1. Rumus grafik elektronik atom.
Satu-satunya unsur kimia dari tabel periodik yang tidak mengandung neutron pada intinya adalah hidrogen ringan (protium).
Elektron adalah partikel bermuatan negatif. Kulit elektron terdiri dari elektron-elektron yang bergerak mengelilingi inti. Elektron mempunyai sifat tertarik ke inti, dan antara satu sama lain dipengaruhi oleh interaksi Coulomb. Untuk mengatasi gaya tarik menarik inti, elektron harus menerima energi dari sumber luar. Semakin jauh elektron dari inti, semakin sedikit energi yang dibutuhkan.
Model atom
Sejak lama, para ilmuwan telah berupaya memahami sifat atom. Filsuf Yunani kuno, Democritus, memberikan kontribusi besar sejak dini. Meskipun sekarang teorinya tampak dangkal dan terlalu sederhana bagi kita, pada saat gagasan tentang partikel elementer baru mulai muncul, teorinya tentang potongan materi dianggap sangat serius. Democritus percaya bahwa sifat-sifat suatu zat bergantung pada bentuk, massa, dan karakteristik atom lainnya. Jadi, misalnya, api, menurut keyakinannya, memiliki atom-atom yang tajam - itulah sebabnya api dapat terbakar; Air mempunyai atom-atom yang halus, sehingga dapat mengalir; Pada benda padat, menurutnya atom-atomnya kasar.
Democritus percaya bahwa segala sesuatunya terbuat dari atom, bahkan jiwa manusia.
Pada tahun 1904, J.J. Thomson mengajukan model atomnya. Ketentuan utama teori ini bermuara pada fakta bahwa atom direpresentasikan sebagai benda bermuatan positif, di dalamnya terdapat elektron bermuatan negatif. Teori ini kemudian dibantah oleh E. Rutherford.
Beras. 2. Model atom Thomson.
Juga pada tahun 1904, fisikawan Jepang H. Nagaoka mengusulkan model atom planet awal dengan analogi dengan planet Saturnus. Menurut teori ini, elektron bersatu dalam cincin dan berputar mengelilingi inti bermuatan positif. Teori ini ternyata salah.
Pada tahun 1911, E. Rutherford, setelah melakukan serangkaian percobaan, menyimpulkan bahwa atom memiliki struktur yang mirip dengan sistem planet. Bagaimanapun, elektron, seperti planet, bergerak dalam orbit mengelilingi inti yang berat dan bermuatan positif. Namun, uraian ini bertentangan dengan elektrodinamika klasik. Kemudian fisikawan Denmark Niels Bohr memperkenalkan postulat pada tahun 1913, yang intinya adalah bahwa elektron, dalam keadaan tertentu, tidak memancarkan energi. Dengan demikian, postulat Bohr menunjukkan bahwa mekanika klasik tidak dapat diterapkan pada atom. Model planet yang dijelaskan oleh Rutherford dan dilengkapi oleh Bohr disebut model planet Bohr-Rutherford.
Beras. 3. Model planet Bohr-Rutherford.
Studi lebih lanjut tentang atom mengarah pada penciptaan bagian seperti mekanika kuantum, yang dengannya banyak fakta ilmiah dijelaskan. Ide-ide modern tentang atom dikembangkan dari model planet Bohr-Rutherford. Evaluasi laporan
Peringkat rata-rata: 4.4. Total peringkat yang diterima: 469.
