Parašykite elektroninės struktūros apibrėžimą. Atomo sandara ir principai

Molekulės sudėtis. Tai yra, kokie atomai sudaro molekulę, kokiu kiekiu ir kokiais ryšiais šie atomai yra sujungti. Visa tai lemia molekulės savybę, taigi ir medžiagos, kurią sudaro šios molekulės, savybę.

Pavyzdžiui, vandens savybės: skaidrumas, sklandumas ir gebėjimas sukelti rūdis atsiranda būtent dėl ​​dviejų vandenilio atomų ir vieno deguonies atomo.

Todėl prieš pradėdami tyrinėti molekulių savybes (tai yra medžiagų savybes), turime apsvarstyti „statybinius blokus“, su kuriais susidaro šios molekulės. Suprasti atomo sandarą.

Kaip yra atomo struktūra?

Atomai yra dalelės, kurios jungiasi viena su kita ir sudaro molekules.

Pats atomas susideda iš teigiamai įkrautas branduolys (+) Ir neigiamai įkrautas elektronų apvalkalas (-). Apskritai atomas yra elektriškai neutralus. Tai yra, branduolio krūvis absoliučia reikšme yra lygus elektronų apvalkalo krūviui.

Branduolys yra sudarytas iš šių dalelių:

• Protonai. Vienas protonas turi +1 krūvį. Jo masė yra 1 amu (atominės masės vienetas). Šios dalelės būtinai yra branduolyje.

• Neutronai. Neutronas neturi krūvio (krūvis = 0). Jo masė yra 1 amu. Branduolyje gali nebūti neutronų. Tai nėra būtinas komponentas atomo branduolys.

Taigi protonai yra atsakingi už bendrą branduolio krūvį. Kadangi vieno neutrono krūvis yra +1, branduolio krūvis yra lygus protonų skaičiui.

Elektronų apvalkalą, kaip rodo pavadinimas, sudaro dalelės, vadinamos elektronais. Jei palygintume atomo branduolį su planeta, tai elektronai yra jo palydovai. Besisukdami aplink branduolį (kol kas įsivaizduokime, kad orbitose, bet iš tikrųjų orbitose), jie sudaro elektronų apvalkalą.

• Elektronas– Tai labai maža dalelė. Jo masė tokia maža, kad laikoma 0. Bet elektrono krūvis yra -1. Tai yra modulo lygus įkrovimui protonas, skiriasi ženklu. Kadangi vienas elektronas turi -1 krūvį, tai bendras elektronų apvalkalo krūvis lygus jame esančių elektronų skaičiui.

Vienas svarbi pasekmė, kadangi atomas yra dalelė, kuri neturi krūvio (branduolio krūvis ir elektrono apvalkalo krūvis yra vienodo dydžio, bet priešingo ženklo), tai yra elektriškai neutrali, todėl elektronų skaičius atome lygus protonų skaičiui.

Kuo skirtingų cheminių elementų atomai skiriasi vienas nuo kito?

Įvairių cheminių elementų atomai skiriasi vienas nuo kito branduolio krūviu (tai yra protonų skaičiumi, taigi ir elektronų skaičiumi).

Kaip sužinoti elemento atomo branduolio krūvį? Puikus namų chemikas D. I. Mendelejevas, atradęs periodinė teisė, ir sukūrę jo vardu pavadintą lentelę, suteikė mums galimybę tai padaryti. Jo atradimas buvo toli į priekį. Kai atomo struktūra dar nebuvo žinoma, Mendelejevas lentelėje sudėliojo elementus didėjančio branduolinio krūvio tvarka.

Tai yra, elemento serijos numeris periodinė lentelė– yra atomo branduolio krūvis šio elemento. Pavyzdžiui, deguonies eilės numeris yra 8, todėl deguonies atomo branduolio krūvis yra +8. Atitinkamai, protonų skaičius yra 8, o elektronų skaičius yra 8.

Būtent elektronai elektronų apvalkale lemia cheminės savybės atomas, bet apie tai šiek tiek vėliau.

Dabar pakalbėkime apie masę.

Vienas protonas yra vienas masės vienetas, vienas neutronas taip pat yra vienas masės vienetas. Todėl neutronų ir protonų suma branduolyje vadinama masės skaičius. (Elektronai neturi jokios įtakos masei, nes mes nepaisome jos masės ir laikome ją lygia nuliui).

Atominis vienetas masė (a.m.u.) – speciali fizinis kiekisžymėti mažas dalelių mases, kurios sudaro atomus.

Visi šie trys atomai yra vieno cheminio elemento – vandenilio – atomai. Nes jie turi tą patį branduolinį krūvį.

Kuo jie skirsis? Šie atomai turi skirtingą masės skaičių (dėl skirtingi skaičiai neutronai). Pirmojo atomo masės skaičius yra 1, antrojo - 2, o trečiojo - 3.

Vadinami to paties elemento atomai, kurie skiriasi neutronų skaičiumi (taigi ir masės skaičiais). izotopų.

Pateikti vandenilio izotopai netgi turi savo pavadinimus:

• Pirmasis izotopas (kurio masės skaičius 1) vadinamas protiumu.
• Antrasis izotopas (masės skaičius 2) vadinamas deuteriu.
• Trečiasis izotopas (masės numeris 3) vadinamas tričiu.

Dabar kitas pagrįstas klausimas: kodėl jei neutronų ir protonų skaičius branduolyje yra sveikasis skaičius, jų masė yra 1 amu, tai periodinėje sistemoje atomo masė yra trupmeninis skaičius. Pavyzdžiui, sierai: 32,066.

Atsakymas: elementas turi keletą izotopų, jie skiriasi vienas nuo kito masės skaičiais. Todėl atominė masė in periodinė lentelė yra vidutinė visų elemento izotopų atominių masių vertė, atsižvelgiant į jų atsiradimą gamtoje. Ši masė, nurodyta periodinėje lentelėje, vadinama santykinė atominė masė.

Cheminiams skaičiavimams naudojami kaip tik tokio „vidutinio atomo“ rodikliai. Atominė masė suapvalinti iki artimiausio sveikojo skaičiaus.

Elektroninio apvalkalo struktūra.

Atomo chemines savybes lemia jo elektroninio apvalkalo struktūra. Elektronai aplink branduolį jokiu būdu nėra išsidėstę. Elektronai yra lokalizuoti elektronų orbitose.

Elektronų orbita– erdvė aplink atomo branduolį, kurioje tikimybė rasti elektroną yra didžiausia.

Elektronas turi vieną kvantinį parametrą, vadinamą sukiniu. Jei imsi klasikinis apibrėžimas iš kvantinė mechanika, Tai suktis yra pačios dalelės kampinis momentas. Supaprastinta forma tai gali būti pavaizduota kaip dalelės sukimosi aplink savo ašį kryptis.

Elektronas yra dalelė, kurios sukinys yra pusiau sveikasis skaičius. Paprastai tai gali būti pavaizduota kaip sukimas pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę.

Vienoje elektronų orbitoje gali būti ne daugiau kaip du elektronai su priešingais sukiniais.

Visuotinai priimtas elektroninės buveinės pavadinimas yra langelis arba brūkšnys. Elektronas žymimas rodykle: rodyklė aukštyn – elektronas su teigiamu sukiniu +½, rodyklė žemyn ↓ – elektronas su neigiamu sukiniu -½.

Vien elektronas orbitoje vadinamas nesuporuotas. Du elektronai, esantys toje pačioje orbitoje, vadinami suporuotas.

Elektroninės orbitos pagal formą skirstomos į keturis tipus: s, p, d, f. Tos pačios formos orbitos sudaro polygį. Orbitų skaičius polygyje nustatomas pagal skaičių galimi variantai vieta erdvėje.

1. s-orbitalė.

S-orbitalė turi rutulio formą:

Erdvėje s-orbitalė gali būti išdėstyta tik vienu būdu:

Todėl s polygį sudaro tik viena s orbitalė.

1. p-orbital.

P-orbitalė yra hantelio formos:

Erdvėje p-orbitalė gali būti išdėstyta tik trimis būdais:

Todėl p-polygį sudaro trys p-orbitalės.

1. d-orbitalė.

d-orbital turi sudėtinga forma:

Erdvėje d-orbitalė gali būti išdėstyta penkiose įvairiais būdais. Todėl d polygį sudaro penkios d orbitalės.

1. f-orbital

F orbitalė turi dar sudėtingesnę formą. Erdvėje f orbitalė gali būti išdėstyta septyniais skirtingais būdais. Todėl f polygį sudaro septynios f orbitalės.

Atomo elektroninis apvalkalas yra tarsi sluoksniuotos tešlos gaminys. Jis taip pat turi sluoksnius. Elektronai, esantys ant skirtingi sluoksniai, turi skirtinga energija: ant sluoksnių arčiau šerdies - mažiau, ant sluoksnių toliau nuo šerdies - daugiau. Šie sluoksniai vadinami energijos lygiais.

Elektronų orbitalių užpildymas.

Pirma energijos lygis turi tik s polygį:

Antrame energijos lygyje yra s polygis ir atsiranda p polygis:

Trečiame energijos lygyje yra s polygis, p polygis ir atsiranda d sublygis:

Ketvirtajame energijos lygyje iš principo pridedamas f polygis. Bet į mokyklos kursas F orbitalės neužpildytos, todėl mums nereikia braižyti f polygio:

Energijos lygių skaičius elemento atome yra laikotarpio numeris. Pildydami elektronų orbitales, turite laikytis šių principų:

1. Kiekvienas elektronas bando užimti vietą atome, kur jo energija yra minimali. Tai yra, pirmiausia užpildomas pirmasis energijos lygis, tada antrasis ir pan.

Elektroninė formulė taip pat naudojama elektronų apvalkalo struktūrai apibūdinti. Elektroninė formulė- Tai trumpa pastaba vienoje elektronų pasiskirstymo polygiais eilutėje.

1. Žemesniame lygyje kiekvienas elektronas pirmiausia užpildo tuščią orbitą. Ir kiekvienas turi sukimąsi +½ (rodyklė aukštyn).

Ir tik po to, kai kiekviena polygio orbita turi vieną elektroną, kitas elektronas susiporuoja - tai yra, jis užima orbitalę, kurioje jau yra elektronas:

1. D polygis užpildomas ypatingu būdu.

Faktas yra tas, kad d-polygio energija yra didesnė nei KITO energijos sluoksnio s-polygio energija. Ir kaip žinome, elektronas bando užimti tą vietą atome, kur jo energija bus minimali.

Todėl užpildžius 3p polygį pirmiausia užpildomas 4s polygis, po kurio užpildomas 3d polygis.

Ir tik visiškai užpildžius 3d polygį, užpildomas 4p polygis.

Tas pats pasakytina apie 4 energijos lygį. Užpildžius 4p polygį, toliau užpildomas 5s polygis, po kurio seka 4d sublygis. O po jo tik 17 val.

1. Ir yra dar vienas punktas, viena taisyklė, susijusi su d polygio užpildymu.

Tada atsiranda reiškinys, vadinamas nesėkmės. Jei yra gedimas, vienas elektronas iš kito energijos lygio s polygio, in tiesiogine prasme patenka į d-elektroną.

Atomo antžeminės ir sužadintos būsenos.

atomai, elektroninės konfigūracijos kuriuos dabar sukūrėme, vadinami atomais pagrindinė sąlyga. Tai yra, tai yra normali, natūrali, jei norite, būsena.

Kai atomas gauna energiją iš išorės, gali įvykti sužadinimas.

Sužadinimas yra suporuoto elektrono perėjimas į tuščią orbitą, išoriniame energijos lygyje.

Pavyzdžiui, anglies atomui:

Sužadinimas būdingas daugeliui atomų. Tai reikia atsiminti, nes sužadinimas lemia atomų gebėjimą susieti vienas su kitu. Svarbiausia atsiminti, kokiomis sąlygomis gali įvykti sužadinimas: suporuotas elektronas ir tuščia orbita išoriniame energijos lygyje.

Yra atomų, kurie turi keletą sužadintų būsenų:

Elektroninė jonų konfigūracija.

Jonai yra dalelės, į kurias atomai ir molekulės virsta įgydami arba prarasdami elektronus. Šios dalelės turi krūvį, nes jose arba „trūksta“ elektronų, arba jų perteklius. Teigiamai įkrauti jonai vadinami katijonai, neigiamas – anijonai.

Chloro atomas (neturi krūvio) įgyja elektroną. Elektrono krūvis yra 1- (vienas minusas), ir atitinkamai susidaro dalelė, kuri turi perteklių neigiamas krūvis. Chloro anijonas:

Cl 0 + 1e → Cl –

Ličio atomas (taip pat neturintis krūvio) praranda elektroną. Elektrono krūvis yra 1+ (vienas pliusas), dalelė susidaro su neigiamo krūvio trūkumu, tai yra, ji turi teigiamą krūvį. Ličio katijonas:

Li 0 – 1e → Li +

Virstant į jonus, atomai įgauna tokią konfigūraciją, kad išorinis energijos lygis tampa „gražus“, tai yra, visiškai užpildytas. Ši konfigūracija yra termodinamiškai stabiliausia, todėl atomams yra priežastis virsti jonais.

Ir todėl elementų atomai VIII-A grupė(aštuntoji grupė pagrindinis pogrupis), kaip nurodyta kitoje šio straipsnio dalyje tauriųjų dujų, tokie chemiškai neaktyvūs. Jų pagrindinė būsena turi tokią struktūrą: išorinis energijos lygis yra visiškai užpildytas. Atrodo, kad kiti atomai siekia įgyti šių tauriausių dujų konfigūraciją, todėl virsta jonais ir sudaro cheminius ryšius.

Atomų branduolių sandara

Radioaktyvus skilimas

Radioaktyvaus skilimo rūšys

Pirmųjų trijų laikotarpių elementų atomų elektroninių apvalkalų struktūra

Viskas pasaulyje yra sudaryta iš atomų. Bet iš kur jie atsirado ir iš ko jie pagaminti? Šiandien atsakome į šiuos paprastus ir esminius klausimus. Juk daugelis planetoje gyvenančių žmonių sako nesuprantantys atomų, iš kurių jie patys susideda, sandaros.

Natūralu, kad mielas skaitytojas supranta, kad šiame straipsnyje mes stengiamės viską pateikti paprasčiausiu ir įdomiausiu lygiu, todėl „neapkrauname“ mokslo terminai. Tiems, kurie nori išsamiau išnagrinėti šią problemą profesinio lygio, rekomenduojame skaityti specializuotą literatūrą. Nepaisant to, šiame straipsnyje pateikta informacija gali puikiai pasitarnauti jūsų studijose ir tiesiog padaryti jus labiau eruditu.

Atomas yra mikroskopinio dydžio ir masės medžiagos dalelė, mažiausia dalis cheminis elementas, kuris yra jo savybių nešėjas. Kitaip tariant, tai yra mažiausia medžiagos dalelė, kuri gali dalyvauti cheminėse reakcijose.

Atradimų istorija ir struktūra

Atomo sąvoka buvo žinoma dar senovės Graikijoje. Atomizmas - fizinė teorija, kuri teigia, kad visi materialūs objektai susideda iš nedalomų dalelių. Kartu su Senovės Graikija, atomizmo idėjos lygiagrečiai vystėsi ir Senovės Indijoje.

Nežinia, ar ateiviai to meto filosofams pasakojo apie atomus, ar jie patys tai sugalvojo, tačiau eksperimentiškai šią teoriją chemikai galėjo patvirtinti daug vėliau – tik XVII amžiuje, kai Europa išniro iš bedugnės. inkvizicija ir viduramžiai.

Ilgą laiką dominuojanti atomo sandaros idėja buvo idėja apie jį kaip nedalomą dalelę. Tai, kad atomą dar galima padalyti, paaiškėjo tik XX amžiaus pradžioje. Rutherfordas, atlikęs garsųjį eksperimentą su alfa dalelių nukreipimu, sužinojo, kad atomą sudaro branduolys, aplink kurį sukasi elektronai. Buvo priimtas planetinis modelis atomas, pagal kurį elektronai sukasi aplink branduolį, kaip mūsų Saulės sistemos planetos aplink žvaigždę.

Šiuolaikinės reprezentacijos padaryta didelė pažanga dėl atomo struktūros. Savo ruožtu atomo branduolį sudaro subatominės dalelės, arba nukleonai – protonai ir neutronai. Būtent nukleonai sudaro didžiąją atomo dalį. Be to, protonai ir neutronai taip pat nėra nedalomos dalelės, ir susideda iš pagrindinių dalelių – kvarkų.

Atomo branduolys turi teigiamą elektros krūvis, o orbitoje besisukantys elektronai yra neigiami. Taigi atomas yra elektriškai neutralus.

Žemiau pateikiame elementarią anglies atomo struktūros diagramą.

Atomų savybės

Svoris

Atomų masė paprastai matuojama atominės masės vienetais – a.m.u. Atominis masės vienetas yra 1/12 laisvai ramybės būsenos anglies atomo masė.

Chemijoje ši sąvoka naudojama atomų masei matuoti "kandis". 1 molis yra medžiagos kiekis, kuriame yra atomų skaičius lygus skaičiui Avogadro.

Dydis

Atomų dydžiai yra labai maži. Taigi mažiausias atomas yra helio atomas, jo spindulys yra 32 pikometrai. Didžiausias atomas yra cezio atomas, kurio spindulys yra 225 pikometrai. Priešdėlis pico reiškia nuo dešimties iki minus dvyliktosios galios! Tai yra, jei sumažinsime 32 metrus tūkstantį milijardų kartų, gausime helio atomo spindulio dydį.

Tuo pačiu metu dalykų mastas yra toks, kad iš tikrųjų atomas yra 99% tuščias. Branduolys ir elektronai užima itin nedidelę jo tūrio dalį. Aiškumo dėlei apsvarstykite šį pavyzdį. Jei įsivaizduojate atomą olimpinio stadiono pavidalu Pekine (o gal ir ne Pekine, tiesiog įsivaizduokite didelį stadioną), tai šio atomo branduolys bus lauko centre esanti vyšnia. Elektronų orbitos būtų kažkur viršutinių stovų lygyje, o vyšnia svertų 30 mln. Įspūdinga, ar ne?

Iš kur atsiranda atomai?

Kaip žinote, dabar įvairūs atomai sugrupuoti į periodinę lentelę. Jame yra 118 (ir jei su prognozuotais, bet dar ne atviri elementai- 126) elementai, neskaitant izotopų. Tačiau taip buvo ne visada.

Pačioje Visatos formavimosi pradžioje atomų nebuvo, o juo labiau – buvo tik elementarios dalelės, kurios sąveikavo viena su kita, veikiamos milžiniškos temperatūros. Kaip pasakytų poetas, tai buvo tikra dalelių apoteozė. Per pirmąsias tris Visatos egzistavimo minutes dėl temperatūros sumažėjimo ir daugybės veiksnių sutapimo prasidėjo pirminės nukleosintezės procesas, kai iš elementariųjų dalelių atsirado pirmieji elementai: vandenilis, helis, litis ir deuteris (sunkusis vandenilis). Būtent iš šių elementų susiformavo pirmosios žvaigždės, kurių gelmėse termobranduolinės reakcijos, dėl ko vandenilis ir helis „sudegė“, susidarant daugiau sunkūs elementai. Jei žvaigždė buvo pakankamai didelė, ji savo gyvenimą baigė vadinamuoju „supernovos“ sprogimu, dėl kurio atomai buvo išmesti į aplinkinę erdvę. Taip susiklostė visa periodinė lentelė.

Taigi, galime sakyti, kad visi atomai, iš kurių esame sudaryti, kadaise buvo senovės žvaigždžių dalis.

Kodėl atomo branduolys nesuyra?

Fizikoje yra keturi tipai esminės sąveikos tarp dalelių ir jų sudarytų kūnų. Tai stiprios, silpnosios, elektromagnetinės ir gravitacinės sąveikos.

Ačiū stipri sąveika, kuris pasireiškia atomų branduolių mastu ir yra atsakingas už trauką tarp nukleonų, atomas yra toks „kietas riešutėlis“.

Ne taip seniai žmonės suprato, kad skylant atomų branduoliams išsiskiria didžiulė energija. Sunkiųjų atomų branduolių dalijimasis yra energijos šaltinis branduoliniai reaktoriai ir branduoliniai ginklai.

Taigi, draugai, supažindinę jus su atomo sandara ir sandaros pagrindais, galime tik priminti, kad esame pasiruošę bet kada jums padėti. Nesvarbu, reikia baigti diplomą branduolinė fizika, arba mažiausia kontrolė – situacijos įvairios, bet iš bet kokios situacijos yra išeitis. Pagalvokite apie Visatos mastą, užsisakykite darbą iš Zaochnik ir atminkite – nerimauti nėra jokios priežasties.

Atom(iš graikų atomos – nedalomas) – viengydis, nedalomas chemiškai cheminio elemento dalelė, medžiagos savybių nešėja. Medžiagos sudarytos iš atomų. Pats atomas susideda iš teigiamai įkrauto branduolio ir neigiamo krūvio elektronų debesies. Apskritai atomas yra elektriškai neutralus. Atomo dydį visiškai lemia jo elektronų debesies dydis, nes branduolio dydis yra nereikšmingas, palyginti su elektronų debesies dydžiu. Šerdis susideda iš Z teigiamai įkrautų protonų (protono krūvis atitinka +1 savavališkais vienetais) ir N neutronai, kurie neturi krūvio (neutronų skaičius gali būti lygus protonams, šiek tiek didesnis arba mažesnis). Protonai ir neutronai vadinami nukleonais, tai yra branduolinėmis dalelėmis. Taigi branduolio krūvį lemia tik protonų skaičius ir lygus serijos numeris elementas periodinėje lentelėje. Teigiamas krūvis branduolį kompensuoja neigiamo krūvio elektronai (elektronų krūvis -1 savavališkais vienetais), kurie sudaro elektronų debesį. Elektronų skaičius lygus protonų skaičiui. Protonų ir neutronų masės yra lygios (atitinkamai 1 ir 1 amu). Atomo masę daugiausia lemia jo branduolio masė, nes elektrono masė yra maždaug 1836 kartus mažesnė už protono ir neutrono masę ir į ją retai atsižvelgiama atliekant skaičiavimus. Tikslus kiekis neutronus galima atpažinti pagal skirtumą tarp atomo masės ir protonų skaičiaus ( N=A-Z). Cheminio elemento atomo tipas, kurio branduolys susideda tik iš tam tikras skaičius protonai (Z) ir neutronai (N), vadinamas nuklidu (tai gali būti skirtingi elementai, turintys tą patį bendras skaičius nukleonai (izobarai) arba neutronai (izotonai), o vienas cheminis elementas – vienas protonų skaičius, bet skirtingi kiekiai neutronai (izomerai)).

Kadangi beveik visa masė yra sutelkta atomo branduolyje, jos matmenys yra nereikšmingi, palyginti su bendras tūris atomas, tada branduolys yra sutartinai priimtas materialus taškas, esantis atomo centre, o pats atomas laikomas elektronų sistema. At cheminė reakcija atomo branduolys nėra paveiktas (išskyrus branduolinės reakcijos), taip pat vidiniai elektroniniai nivelyrai, o dalyvauja tik išorinio elektronų apvalkalo elektronai. Dėl šios priežasties būtina žinoti elektrono savybes ir atomų elektronų apvalkalų susidarymo taisykles.

Elektrono savybės

Prieš tiriant elektrono savybes ir elektroninių lygių susidarymo taisykles, būtina paliesti idėjų apie atomo sandarą formavimosi istoriją. Mes nesvarstysime pilna istorija atominės struktūros formavimąsi, o mes sutelksime dėmesį tik į aktualiausias ir „teisingiausias“ idėjas, kurios gali aiškiausiai parodyti, kaip atome išsidėstę elektronai. Atomų, kaip elementarių materijos komponentų, buvimą pirmieji pasiūlė senovės graikų filosofai (jei kūną pradėsite dalyti per pusę, pusę vėl per pusę ir t. t., tai šis procesas negali tęstis be galo; sustosime ties dalele kad skirstyti nebegalime – tai ir bus atomas). Po to atomo struktūros istorija nuėjo sudėtingu keliu ir skirtingi požiūriai, pavyzdžiui, atomo nedalumas, Tomsono atomo modelis ir kt. Artimiausią atomo modelį 1911 m. pasiūlė Ernestas Rutherfordas. Jis palygino atomą su saulės sistema, kur atomo branduolys veikė kaip saulė, o elektronai judėjo aplink jį kaip planetos. Elektronų išdėstymas stacionariose orbitose buvo labai svarbus žingsnis siekiant suprasti atomo struktūrą. Tačiau toks planetinis atomo struktūros modelis prieštaravo klasikinė mechanika. Faktas yra tas, kad elektronui judėdamas savo orbita, jis turėjo prarasti potencialią energiją ir galiausiai „nukristi“ į branduolį, o atomas turėjo nustoti egzistuoti. Tokį paradoksą pašalino Nielso Bohro įvedus postulatus. Pagal šiuos postulatus elektronas judėjo kartu stacionarios orbitos aplink branduolį ir ties normaliomis sąlygomis nesugėrė ir neišskleidė energijos. Postulatai rodo, kad atomui apibūdinti dėsniai klasikinė mechanika netinka. Šis atomo modelis vadinamas Bohr-Rutherford modeliu. Atomo planetinės struktūros tęsinys yra kvantinis mechaninis atomo modelis, pagal kurį nagrinėsime elektroną.

Elektronas yra kvazidalelė, pasižyminti bangos ir dalelės dvilypumu: jis vienu metu yra ir dalelė (kūnelis), ir banga. Dalelės savybės apima elektrono masę ir jo krūvį, o bangos savybės apima difrakcijos ir trukdžių gebėjimą. Ryšys tarp bangos ir korpuskulinės savybės elektronai atsispindi de Broglie lygtyje:

Kur λ (\displaystyle \lambda) - bangos ilgis, - dalelių masė, - dalelių greitis, - Planko konstanta = 6,63·10 -34 J·s.

Elektronui neįmanoma apskaičiuoti jo judėjimo trajektorijos, galime kalbėti tik apie tikimybę rasti elektroną tam tikroje vietoje aplink branduolį. Dėl šios priežasties jie kalba ne apie elektronų judėjimo aplink branduolį orbitas, o apie orbitales – erdvę aplink branduolį, kurioje tikimybė elektronų buvimas viršija 95%. Elektronui neįmanoma tiksliai išmatuoti ir padėties, ir greičio vienu metu (Heizenbergo neapibrėžtumo principas).

Kur Δ x (\displaystyle\Delta x) - elektronų koordinatės neapibrėžtis, Δ v (\displaystyle \Delta v) - greičio matavimo paklaida, ħ=h/2π=1,05·10 -34 J·s
Kuo tiksliau išmatuojame elektrono koordinatę, tuo didesnė paklaida matuojant jo greitį ir atvirkščiai: kuo tiksliau žinome elektrono greitį, tuo didesnė jo koordinatės neapibrėžtis.
Prieinamumas bangų savybės ties elektronu leidžia prie jo taikytis bangos lygtisŠriodingeris.

∂ 2 Ψ ∂ x 2 + ∂ 2 Ψ ∂ y 2 + ∂ 2 Ψ ∂ z 2 + 8 π 2 m h (E − V) Ψ = 0 (\displaystyle (\frac ((\dalinis )^(2)\Psi )(\partial x^(2)))+(\frac ((\partial )^(2)\Psi )(\partial y^(2)))+(\frac ((\partial )^(2) \Psi )(\dalinis z^(2)))+(\frac (8(\pi ^(2))m)(h))\left(E-V\right)\Psi =0)

kur - visos energijos elektronas, potenciali energija elektronas, fizinę reikšmę funkcijas Ψ (\displaystyle \Psi ) - kvadratinė šaknis apie tikimybę rasti elektroną erdvėje su koordinatėmis x, y Ir z(šerdis laikoma kilme).
Pateikta lygtis parašyta vieno elektrono sistemai. Sistemoms, kuriose yra daugiau nei vienas elektronas, aprašymo principas išlieka tas pats, tačiau lygtis užima daugiau sudėtinga išvaizda. Grafinis sprendimas Schrödingerio lygtis yra geometrija atominės orbitalės. Taigi, s-orbitalė turi rutulio formą, o p-orbitalė turi aštuonių figūrų formą, kurios pradžioje yra „mazgas“ (branduolyje, kur tikimybė aptikti elektroną linkusi į nulį).

Šiuolaikinės kvantinės mechanikos teorijos rėmuose elektronas apibūdinamas kvantinių skaičių rinkiniu: n , l , m l , s Ir m s . Pagal Pauli principą vienas atomas negali turėti dviejų elektronų su visiškai identišku visų kvantinių skaičių rinkiniu.
Pagrindinis kvantinis skaičius n nustato elektrono energijos lygį, tai yra, kuriame elektroniniame lygyje yra elektronas. Pagrindinis kvantinis skaičius gali turėti tik didesnes nei 0 sveikųjų skaičių reikšmes: n =1;2;3... Didžiausia vertė n Už specifinis atomas elementas atitinka laikotarpio, kuriame elementas yra D. I. periodinėje lentelėje, skaičių.
Orbitinis (papildomasis) kvantinis skaičius l nustato elektronų debesies geometriją. Gali gauti sveikųjų skaičių reikšmes nuo 0 iki n -1. Dėl papildomo kvantinio skaičiaus reikšmės l naudokite raidinį pavadinimą:

S orbitalė turi rutulio formą, p orbitalė – aštuonių figūrų formą. Likusios orbitos turi labai sudėtinga struktūra, pvz., paveiksle parodyta d-orbitalė.

Elektronai lygiuose ir orbitalėse išsidėstę ne chaotiškai, o pagal Klečkovskio taisyklę, pagal kurią elektronų prisipildymas vyksta pagal mažiausios energijos principą, tai yra didėjančia pagrindinių ir orbitinių kvantinių skaičių sumos tvarka. n +l . Tuo atveju, kai dviejų užpildymo variantų suma yra vienoda, iš pradžių užpildomas mažiausias energijos lygis (pavyzdžiui: kai n =3 a l =2 ir n =4 a l =1 iš pradžių bus užpildytas 3 lygis). Magnetinis kvantinis skaičius m l nustato orbitos vietą erdvėje ir gali gauti sveikąjį skaičių iš -l į +l , įskaitant 0. Galima tik viena s orbitalės reikšmė m l =0. P-orbitalei jau yra trys reikšmės -1, 0 ir +1, tai yra, p-orbitalė gali būti išdėstyta išilgai trijų koordinačių ašių x, y ir z.

orbitų išdėstymas priklausomai nuo vertės m l

Elektronas turi savo kampinį impulsą – sukinį, žymimą kvantinis skaičius s . Elektronų sukinys yra pastovi vertė ir lygi 1/2. Sukimosi reiškinys paprastai gali būti vaizduojamas kaip judėjimas aplinkui savo ašį. Iš pradžių elektrono sukinys buvo prilygintas planetos judėjimui aplink savo ašį, tačiau toks palyginimas yra klaidingas. Sukas yra grynai kvantinis reiškinys, neturintis analogų klasikinėje mechanikoje.

Kaip žinote, visa medžiaga Visatoje susideda iš atomų. Atomas yra mažiausias medžiagos vienetas, turintis savo savybes. Savo ruožtu atomo struktūrą sudaro magiška mikrodalelių trejybė: protonai, neutronai ir elektronai.

Be to, kiekviena iš mikrodalelių yra universali. Tai yra, jūs negalite rasti dviejų skirtingų protonų, neutronų ar elektronų pasaulyje. Jie visi yra visiškai panašūs vienas į kitą. O atomo savybės priklausys tik nuo to kiekybinė sudėtisšios mikrodalelės bendra struktūra atomas.

Pavyzdžiui, vandenilio atomo struktūra susideda iš vieno protono ir vieno elektrono. Kitas sudėtingiausias atomas, helis, susideda iš dviejų protonų, dviejų neutronų ir dviejų elektronų. Ličio atomas – sudarytas iš trijų protonų, keturių neutronų ir trijų elektronų ir kt.

Atomai susijungia ir sudaro molekules, o molekulės susijungia į medžiagas, mineralus ir organizmus. DNR molekulė, kuri yra visų gyvų dalykų pagrindas, yra struktūra, surinkta iš tų pačių trijų stebuklingų visatos plytų, kaip ir akmuo, gulintis ant kelio. Nors ši struktūra yra daug sudėtingesnė.

Dar daugiau nuostabių faktų atskleidžiami, kai bandome atidžiau pažvelgti į atominės sistemos proporcijas ir struktūrą. Yra žinoma, kad atomas susideda iš branduolio ir elektronų, judančių aplink jį rutulį apibūdinančia trajektorija. Tai yra, to net negalima pavadinti judėjimu įprasta to žodžio prasme. Atvirkščiai, elektronas yra visur ir iš karto šioje sferoje, aplink branduolį sukuria elektronų debesį ir sudaro elektromagnetinį lauką.

Atomo branduolys susideda iš protonų ir neutronų, jame sutelkta beveik visa sistemos masė. Tačiau tuo pačiu metu pats branduolys yra toks mažas, kad padidinus jo spindulį iki 1 cm, visos atominės struktūros spindulys pasieks šimtus metrų. Taigi viskas, ką mes suvokiame kaip tankią medžiagą, daugiau nei 99% sudaro tik iš energetiniai ryšiai tarp fizinių dalelių ir mažiau nei 1% nuo pačių fizinių formų.

Bet kas tai yra fizines formas? Iš ko jie pagaminti ir kokios medžiagos? Norėdami atsakyti į šiuos klausimus, atidžiau pažvelkime į protonų, neutronų ir elektronų struktūras. Taigi, nusileidžiame dar vienu laipteliu į mikropasaulio gelmes – į subatominių dalelių lygį.

Iš ko susideda elektronas?

Mažiausia atomo dalelė yra elektronas. Elektronas turi masę, bet neturi tūrio. IN mokslinė idėja Elektronas nesudaro nieko, bet yra taškas be struktūros.

Mikroskopu elektrono nematyti. Jis matomas tik elektronų debesies pavidalu, kuris atrodo kaip neryški sfera aplink atomo branduolį. Tuo pačiu metu neįmanoma tiksliai pasakyti, kur elektronas yra tam tikru momentu. Prietaisai gali užfiksuoti ne pačią dalelę, o tik jos energijos pėdsaką. Elektrono esmė nėra įtraukta į materijos sampratą. Tai veikiau kaip kokia tuščia forma, kuri egzistuoja tik judesyje ir dėl judėjimo.

Jokia elektrono struktūra dar nebuvo atrasta. Tai ta pati taškinė dalelė kaip energijos kvantas. Tiesą sakant, elektronas yra energija, tačiau jis yra stabilesnė jo forma nei ta, kurią vaizduoja šviesos fotonai.

IN dabarties akimirka Elektronas laikomas nedaliamu. Tai suprantama, nes neįmanoma padalinti to, kas neturi apimties. Tačiau teorija jau turi raidų, pagal kurias elektronas turi trejybę tokių kvazidalelių kaip:

• Orbiton – talpina informaciją apie elektrono padėtį orbitoje;
• Spinonas – atsakingas už sukimąsi arba sukimo momentą;
• Holonas – neša informaciją apie elektrono krūvį.

Tačiau, kaip matome, kvazidalelės visiškai neturi nieko bendra su materija ir neša tik informaciją.

Įdomu tai, kad elektronas gali sugerti energijos kvantus, tokius kaip šviesa ar šiluma. Tokiu atveju atomas pereina į naują energijos lygį, o elektronų debesies ribos plečiasi. Taip pat atsitinka, kad elektrono sugeriama energija yra tokia didelė, kad jis gali iššokti iš atominės sistemos ir tęsti judėjimą kaip nepriklausoma dalelė. Tuo pačiu metu jis elgiasi kaip šviesos fotonas, tai yra, atrodo, kad nustoja būti dalele ir pradeda demonstruoti bangos savybes. Tai buvo įrodyta eksperimentu.

Jungo eksperimentas

Eksperimento metu elektronų srautas buvo nukreiptas į ekraną, kuriame buvo išpjauti du plyšiai. Praėję pro šiuos plyšius, elektronai susidūrė su kito projekcinio ekrano paviršiumi, palikdami jame savo pėdsaką. Dėl šio elektronų „bombardavimo“ projekciniame ekrane atsirado trukdžių modelis, panašus į tą, kuris atsirastų, jei bangos, bet ne dalelės, praeitų per du plyšius.

Šis modelis atsiranda todėl, kad tarp dviejų plyšių einanti banga yra padalinta į dvi bangas. Dėl to tolesnis judėjimas bangos persidengia viena su kita, o kai kuriose srityse viena kitą panaikina. Rezultatas yra daug eilučių projekciniame ekrane, o ne viena, kaip būtų, jei elektronas elgtųsi kaip dalelė.

Atomo branduolio sandara: protonai ir neutronai

Protonai ir neutronai sudaro atomo branduolį. Ir nepaisant to, kad šerdis užima mažiau nei 1% viso tūrio, būtent šioje struktūroje sutelkta beveik visa sistemos masė. Tačiau fizikai skiriasi dėl protonų ir neutronų struktūros ir šiuo metu Vienu metu yra dvi teorijos.

• Teorija Nr.1 ​​– Standartas

Standartinis modelis sako, kad protonai ir neutronai susideda iš trijų kvarkų, sujungtų gliuonų debesimi. Kvarkai yra taškinės dalelės, kaip ir kvantai ir elektronai. O gliuonai yra virtualios dalelės, užtikrinančios kvarkų sąveiką. Tačiau gamtoje niekada nebuvo rasta nei kvarkų, nei gliuonų, todėl šis modelis susilaukia griežtos kritikos.

• 2 teorija – alternatyva

Tačiau pagal alternatyvioji teorija vienas laukas, sukurtas Einšteino, protonas, kaip ir neutronas, kaip ir bet kuri kita dalelė fizinis pasaulis, yra elektromagnetinis laukas, besisukantis šviesos greičiu.

Kokie yra atomo sandaros principai?

Viskas pasaulyje – plona ir tanku, skysta, kieta ir dujinė – tai tik nesuskaičiuojamų laukų energetinės būsenos, persmelkiančios Visatos erdvę. Kuo aukštesnis energijos lygis lauke, tuo jis plonesnis ir mažiau juntamas. Kuo žemesnis energijos lygis, tuo jis stabilesnis ir apčiuopiamesnis. Atomo struktūroje, kaip ir bet kurio kito Visatos vieneto struktūroje, glūdi tokių laukų sąveika – skirtinga energijos tankis. Pasirodo, materija tėra proto iliuzija.