Цахим бүтцийн тодорхойлолтыг бичнэ үү. Атомын бүтэц, зарчим

Молекулын найрлага. Энэ нь ямар атомууд молекулыг үүсгэдэг, ямар хэмжээгээр, эдгээр атомууд ямар холбоогоор холбогддог. Энэ бүхэн нь молекулын шинж чанарыг тодорхойлдог бөгөөд үүний дагуу эдгээр молекулууд үүсдэг бодисын шинж чанарыг тодорхойлдог.

Жишээлбэл, усны шинж чанар: тунгалаг, шингэн, зэв үүсгэх чадвар нь хоёр устөрөгчийн атом, нэг хүчилтөрөгчийн атомтай холбоотой байдаг.

Тиймээс бид молекулуудын шинж чанарыг (өөрөөр хэлбэл бодисын шинж чанарыг) судалж эхлэхээсээ өмнө эдгээр молекулууд үүсдэг "барилгын блокуудыг" авч үзэх хэрэгтэй. Атомын бүтцийг ойлгох.

Атом хэрхэн бүтэцтэй байдаг вэ?

Атомууд нь бие биетэйгээ нийлж молекул үүсгэдэг бөөмс юм.

Атом нь өөрөө бүрддэг эерэг цэнэгтэй цөм (+)Тэгээд сөрөг цэнэгтэй электрон бүрхүүл (-). Ерөнхийдөө атом нь цахилгааны хувьд төвийг сахисан байдаг. Өөрөөр хэлбэл, цөмийн цэнэг нь электрон бүрхүүлийн цэнэгтэй үнэмлэхүй утгаараа тэнцүү байна.

Цөм нь дараах хэсгүүдээс үүсдэг.

• Протонууд. Нэг протон нь +1 цэнэгтэй. Түүний масс нь 1 аму (атомын массын нэгж) юм. Эдгээр бөөмс нь цөмд зайлшгүй байх ёстой.

• Нейтрон. Нейтрон нь цэнэггүй (цэнэг = 0). Түүний масс нь 1 аму байна. Цөмд нейтрон байхгүй байж болно. Энэ нь шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсэг биш юм атомын цөм.

Тиймээс протонууд цөмийн нийт цэнэгийг хариуцдаг. Нэг нейтрон нь +1 цэнэгтэй тул цөмийн цэнэг нь протоны тоотой тэнцүү байна.

Нэрнээс нь харахад электрон бүрхүүл нь электрон гэж нэрлэгддэг бөөмсөөс үүсдэг. Хэрэв бид атомын цөмийг гаригтай харьцуулбал электронууд нь түүний дагуулууд юм. Цөмийг тойрон эргэлддэг (одоогоор тойрог замд, гэхдээ үнэндээ тойрог замд гэж төсөөлөөд үз дээ) тэд электрон бүрхүүл үүсгэдэг.

• Электрон- Энэ бол маш жижиг тоосонцор юм. Түүний масс нь маш бага тул 0 гэж авдаг. Гэвч электроны цэнэг -1 байна. Энэ нь модуль юм цэнэгтэй тэнцүүпротон, тэмдгээр ялгаатай. Нэг электрон нь -1 цэнэгтэй тул электрон бүрхүүлийн нийт цэнэг нь түүний доторх электронуудын тоотой тэнцүү байна.

Нэг чухал үр дагавар, атом нь ямар ч цэнэггүй бөөмс (цөмийн цэнэг ба электрон бүрхүүлийн цэнэгийн хэмжээ тэнцүү, гэхдээ тэмдгээр нь эсрэг), өөрөөр хэлбэл цахилгаан саармаг, тиймээс атом дахь электронуудын тоо протоны тоотой тэнцүү байна.

Өөр өөр химийн элементүүдийн атомууд бие биенээсээ юугаараа ялгаатай вэ?

Өөр өөр химийн элементүүдийн атомууд нь цөмийн цэнэгийн хувьд (өөрөөр хэлбэл протоны тоо, улмаар электронуудын тоо) өөр өөр байдаг.

Элементийн атомын цөмийн цэнэгийг хэрхэн олох вэ? Дотоодын гайхалтай химич Д.И.Менделеев нээсэн үечилсэн хууль, мөн түүний нэрэмжит хүснэгтийг боловсруулснаар бидэнд үүнийг хийх боломжийг олгосон. Түүний нээлт маш их урагштай байсан. Атомын бүтэц хараахан тодорхойгүй байхад Менделеев хүснэгтийн элементүүдийг цөмийн цэнэгийн өсөлтийн дарааллаар байрлуулжээ.

Энэ нь элементийн серийн дугаар юм үечилсэн хүснэгт– атомын цөмийн цэнэг энэ элементийн. Жишээлбэл, хүчилтөрөгч нь 8 серийн дугаартай тул хүчилтөрөгчийн атомын цөмийн цэнэг +8 байна. Үүний дагуу протоны тоо 8, электроны тоо 8 байна.

Энэ нь электрон бүрхүүлийн электронууд юм химийн шинж чанаратом, гэхдээ энэ талаар бага зэрэг дараа.

Одоо массын талаар ярилцъя.

Нэг протон нь нэг нэгж масс, нэг нейтрон нь мөн массын нэг нэгж юм. Тиймээс цөм дэх нейтрон ба протоны нийлбэрийг нэрлэдэг массын тоо. (Бид түүний массыг үл тоомсорлож, тэгтэй тэнцүү гэж үздэг тул электронууд массад ямар ч байдлаар нөлөөлдөггүй).

Атомын нэгжмасс (a.m.u.) - тусгай физик хэмжигдэхүүнатом үүсгэдэг бөөмсийн жижиг массыг тэмдэглэх.

Эдгээр гурван атом нь нэг химийн элементийн атомууд - устөрөгч юм. Учир нь тэд ижил цөмийн цэнэгтэй.

Тэд хэрхэн ялгаатай байх вэ? Эдгээр атомууд нь өөр өөр масстай байдаг (учир нь өөр өөр тоонейтрон). Эхний атомын массын тоо 1, хоёр дахь нь 2, гурав дахь нь 3 байна.

Нейтроны тоогоор (тиймээс массын тоогоор) ялгаатай ижил элементийн атомуудыг нэрлэдэг. изотопууд.

Үзүүлсэн устөрөгчийн изотопууд нь өөрийн гэсэн нэртэй байдаг.

• Эхний изотопыг (массын дугаар 1) протиум гэж нэрлэдэг.
• Хоёр дахь изотопыг (массын дугаар 2) дейтерий гэж нэрлэдэг.
• Гурав дахь изотопыг (3-р масстай) трити гэж нэрлэдэг.

Одоо дараагийн үндэслэлтэй асуулт: хэрвээ цөм дэх нейтрон ба протоны тоо бүхэл тоо, масс нь 1 аму бол үечилсэн системд атомын масс яагаад байна вэ? бутархай тоо. Хүхрийн хувьд жишээлбэл: 32.066.

Хариулт: Элемент нь хэд хэдэн изотоптой бөгөөд тэдгээр нь бие биенээсээ массын тоогоор ялгаатай байдаг. Иймд атомын масс үечилсэн хүснэгтнь элементийн бүх изотопуудын атомын массын байгальд тохиолдохыг харгалзан үзсэн дундаж утга юм. Тогтмол хүснэгтэд заасан энэ массыг нэрлэдэг харьцангуй атомын масс.

Химийн тооцооллын хувьд яг ийм "дундаж атом" -ын үзүүлэлтүүдийг ашигладаг. Атомын массхамгийн ойрын бүхэл тоо хүртэл дугуйрсан.

Электрон бүрхүүлийн бүтэц.

Атомын химийн шинж чанар нь түүний электрон бүрхүүлийн бүтцээр тодорхойлогддог. Цөмийн эргэн тойронд электронууд ямар ч байдлаар байрладаггүй. Электронууд нь электрон тойрог замд байрладаг.

Электрон тойрог зам– атомын цөмийн эргэн тойронд электрон олох магадлал хамгийн их байдаг орон зай.

Электрон нь спин гэж нэрлэгддэг нэг квант параметртэй. Хэрэв та авбал сонгодог тодорхойлолт-аас квант механик, Тэр эргэхнь бөөмийн өөрийн гэсэн өнцгийн импульс юм. Хялбаршуулсан хэлбэрээр үүнийг бөөмийн тэнхлэгийг тойрон эргэх чиглэл гэж илэрхийлж болно.

Электрон нь хагас бүхэл спинтэй бөөм бөгөөд электрон нь +½ эсвэл -½ спинтэй байж болно. Уламжлал ёсоор үүнийг цагийн зүүний дагуу болон цагийн зүүний эсрэг эргүүлэх хэлбэрээр илэрхийлж болно.

Нэг электрон орбитал нь эсрэг талын эргэлттэй хоёроос илүүгүй электроныг агуулж болно.

Цахим амьдрах орчны хувьд нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн тэмдэглэгээ нь нүд эсвэл зураас юм. Электроныг сумаар тэмдэглэв: дээш сум нь эерэг эргэлттэй электрон +½, доош сум ↓ нь сөрөг эргэлттэй электрон -½ юм.

Орбитал дахь дангаар нь электрон гэж нэрлэдэг хосгүй. Нэг тойрог замд байрлах хоёр электроныг нэрлэдэг хосолсон.

Цахим орбиталуудыг хэлбэр дүрсээрээ s, p, d, f гэсэн дөрвөн төрөлд хуваадаг. Ижил хэлбэрийн тойрог замууд нь дэд түвшнийг үүсгэдэг. Дэд түвшний тойрог замын тоог тоогоор нь тодорхойлно боломжит сонголтуудорон зай дахь байршил.

1. s-орбитал.

s-орбитал нь бөмбөг хэлбэртэй:

Сансарт s-орбиталыг зөвхөн нэг аргаар байрлуулж болно.

Иймээс s дэд түвшин нь зөвхөн нэг s орбиталаар үүсгэгддэг.

1. p-орбитал.

P-орбитал нь дамббелл хэлбэртэй:

Сансарт p-орбитал нь зөвхөн гурван аргаар байрлаж болно.

Тиймээс p-дэд түвшин нь гурван p-орбиталаар үүсгэгддэг.

1. d-орбитал.

d-орбитал байна нарийн төвөгтэй хэлбэр:

Сансарт d-орбиталыг таваар байрлуулж болно янз бүрийн аргаар. Иймээс d дэд түвшин нь таван d орбиталаар үүсгэгддэг.

1. f-орбитал

F орбитал нь бүр илүү төвөгтэй хэлбэртэй байдаг. Сансарт f орбитал нь долоон янзаар байрлаж болно. Тиймээс f дэд түвшин нь долоон f орбиталаар үүсгэгддэг.

Атомын электрон бүрхүүл нь хийсвэр боовтой адил юм. Энэ нь бас давхаргатай. дээр байрлах электронууд өөр өөр давхарга, байна өөр өөр энерги: цөмд ойрхон давхрага дээр - бага, голоос хол давхрагад - илүү. Эдгээр давхаргыг энергийн түвшин гэж нэрлэдэг.

Электрон орбиталуудыг дүүргэх.

Эхлээд эрчим хүчний түвшинзөвхөн s-дэд түвшинтэй:

Хоёр дахь энергийн түвшинд s-дэд түвшин байх ба p-дэд түвшин гарч ирнэ.

Гурав дахь энергийн түвшинд s-дэд түвшин, p-дэд түвшин байх ба d-дэд түвшин гарч ирнэ.

Дөрөв дэх энергийн түвшинд зарчмын хувьд f-дэд түвшин нэмэгддэг. Гэхдээ дотор сургуулийн курс f орбиталууд дүүргэгдээгүй тул бид f дэд түвшинг зурах шаардлагагүй:

Элементийн атом дахь энергийн түвшний тоо хугацааны дугаар. Электрон орбиталуудыг дүүргэхдээ дараах зарчмуудыг баримтлах ёстой.

1. Электрон бүр атом дахь энерги нь хамгийн бага байх байрлалыг эзлэхийг оролддог. Энэ нь эхлээд эхний эрчим хүчний түвшинг дүүргэж, дараа нь хоёр дахь гэх мэт.

Цахим томьёог мөн электрон бүрхүүлийн бүтцийг тодорхойлоход ашигладаг. Цахим томъёо- Энэ богино тэмдэглэлдэд түвшний электронуудын тархалтын нэг мөрөнд.

1. Дэд түвшинд электрон бүр эхлээд хоосон тойрог замыг дүүргэдэг. Мөн тус бүр нь + ½ эргүүлэх (дээш сум) байна.

Зөвхөн дэд түвшний орбитал бүр нэг электронтой болсны дараа дараагийн электрон нь хос болно, өөрөөр хэлбэл аль хэдийн электронтой тойрог замыг эзэлнэ.

1. d дэд түвшнийг тусгай аргаар бөглөнө.

Үнэн хэрэгтээ d-дэд түвшний энерги нь NEXT энергийн давхаргын s-дэд түвшний энергиээс өндөр байдаг. Бидний мэдэж байгаагаар электрон нь атом дахь энерги нь хамгийн бага байх байр суурийг эзлэхийг оролддог.

Тиймээс 3p дэд түвшинг бөглөсний дараа эхлээд 4s дэд түвшинг бөглөж, дараа нь 3d дэд түвшинг бөглөнө.

Зөвхөн 3d дэд түвшинг бүрэн дүүргэсний дараа 4p дэд түвшинг дүүргэнэ.

Эрчим хүчний 4-р түвшний хувьд ч мөн адил. 4p дэд түвшинг дүүргэсний дараа 5s дэд түвшинг дараа нь, 4d дэд түвшинг бөглөнө. Үүний дараа ердөө 5p.

1. Мөн d-дэд түвшнийг бөглөхтэй холбоотой өөр нэг зүйл, нэг дүрэм бий.

Дараа нь гэж нэрлэгддэг үзэгдэл тохиолддог бүтэлгүйтэл. Хэрэв эвдрэл гарсан бол дараагийн энергийн түвшний s-дэд түвшнээс нэг электрон, in шууд утгаараа d-электрон руу унадаг.

Атомын үндсэн ба өдөөгдсөн төлөвүүд.

атомууд, электрон тохиргооОдоо бидний бүтээсэн атомуудыг атом гэж нэрлэдэг үндсэн нөхцөл. Өөрөөр хэлбэл, энэ бол хэвийн, байгалийн, хэрэв та хүсвэл, төлөв байдал юм.

Атом гаднаас энерги авах үед өдөөлт үүсч болно.

Сэтгэл хөдлөлХосолсон электроныг хоосон тойрог замд шилжүүлэх, гадаад энергийн түвшинд.

Жишээлбэл, нүүрстөрөгчийн атомын хувьд:

Өдөөлт нь олон атомын шинж чанар юм. Өдөөлт нь атомуудын бие биетэйгээ холбогдох чадварыг тодорхойлдог тул үүнийг санах хэрэгтэй. Санаж байх ёстой гол зүйл бол өдөөлт үүсч болох нөхцөл юм: хосолсон электрон ба гаднах энергийн түвшинд хоосон тойрог зам.

Хэд хэдэн өдөөгдсөн төлөвтэй атомууд байдаг:

Ионы электрон тохиргоо.

Ионууд нь атом ба молекулууд электрон олж авах эсвэл алдах замаар хувирдаг бөөмс юм. Эдгээр бөөмс нь "хангалтгүй" электрон эсвэл илүүдэлтэй тул цэнэгтэй байдаг. Эерэг цэнэгтэй ионуудыг нэрлэдэг катионууд, сөрөг - анионууд.

Хлорын атом (цэнэггүй) электрон авдаг. Электрон нь 1- (нэг хасах) цэнэгтэй бөгөөд үүний дагуу илүүдэлтэй бөөмс үүсдэг. сөрөг цэнэг. Хлор анион:

Cl 0 + 1e → Cl –

Лити атом (мөн цэнэггүй) электроноо алддаг. Электрон нь 1+ (нэг нэмэх) цэнэгтэй, сөрөг цэнэгийн дутагдалтай бөөмс үүсдэг, өөрөөр хэлбэл эерэг цэнэгтэй байдаг. Лити катион:

Li 0 – 1e → Li +

Ион болгон хувиргаснаар атомууд ийм тохиргоог олж авдаг бөгөөд ингэснээр гаднах энергийн түвшин "сайхан" болж, өөрөөр хэлбэл бүрэн дүүрдэг. Энэ тохиргоо нь термодинамикийн хувьд хамгийн тогтвортой байдаг тул атомууд ион болж хувирах шалтгаан бий.

Тиймээс элементүүдийн атомууд VIII-A бүлэг(наймдугаар бүлэг үндсэн дэд бүлэг), дараагийн догол мөрөнд дурдсанчлан үүнийг үнэт хийнүүд, ийм химийн идэвхгүй . Тэдний үндсэн төлөв нь дараах бүтэцтэй: гаднах энергийн түвшин бүрэн дүүрэн байна. Бусад атомууд эдгээр хамгийн сайн хийн тохиргоог олж авахыг хичээдэг тул ион болон хувирч, химийн холбоо үүсгэдэг.

Атомын цөмийн бүтэц

Цацраг идэвхт задрал

Цацраг идэвхт задралын төрлүүд

Эхний гурван үеийн элементүүдийн атомын электрон бүрхүүлийн бүтэц

Дэлхий дээрх бүх зүйл атомаас бүрддэг. Гэхдээ тэд хаанаас ирсэн бэ, тэд юугаар хийгдсэн бэ? Өнөөдөр бид эдгээр энгийн бөгөөд үндсэн асуултуудад хариулна. Эцсийн эцэст, дэлхий дээр амьдарч буй олон хүмүүс өөрсдөө бүрддэг атомын бүтцийг ойлгодоггүй гэж хэлдэг.

Мэдээжийн хэрэг, эрхэм уншигч энэ нийтлэлд бид бүх зүйлийг хамгийн энгийн бөгөөд сонирхолтой түвшинд хүргэхийг хичээж байгаа тул "ачаалахгүй" гэдгийг ойлгож байна. шинжлэх ухааны нэр томъёо. Асуудлыг илүү нарийвчлан судлахыг хүссэн хүмүүст зориулав мэргэжлийн түвшин, бид тусгай ном зохиол уншихыг зөвлөж байна. Гэсэн хэдий ч энэ нийтлэл дэх мэдээлэл нь таны хичээлд сайнаар нөлөөлж, таныг илүү мэдлэгтэй болгож чадна.

Атом нь микроскопийн хэмжээ, масстай бодисын бөөмс юм. хамгийн жижиг хэсэгтүүний шинж чанарыг тээгч химийн элемент. Өөрөөр хэлбэл, энэ нь химийн урвалд орох боломжтой бодисын хамгийн жижиг тоосонцор юм.

Нээлтийн түүх ба бүтэц

Атомын тухай ойлголтыг эртний Грекд мэддэг байсан. Атомизм - физик онол, энэ нь бүх материаллаг объектууд хуваагдашгүй хэсгүүдээс бүрддэг гэж заасан. -тай хамт Эртний ГрекЭртний Энэтхэгт атомизмын үзэл санаа зэрэгцэн хөгжиж байв.

Харь гарагийнхан атомын тухай тухайн үеийн философичдод хэлж байсан уу, эсвэл өөрсдөө бодож олдог уу гэдэг нь тодорхойгүй ч химичүүд энэ онолыг нэлээд хожуу буюу XVII зуунд л Европ тивийн гүнээс гарч ирэхэд туршилтаар баталж чадсан юм. Инквизиция ба Дундад зууны үе.

Удаан хугацааны туршид атомын бүтцийн талаархи зонхилох санаа нь түүнийг хуваагдашгүй бөөмс гэсэн санаа байв. Атомыг хувааж болно гэдэг нь 20-р зууны эхээр л тодорхой болсон. Рутерфорд альфа бөөмсийн хазайлттай хийсэн алдартай туршилтынхаа ачаар атом нь электронууд эргэдэг цөмөөс бүрддэг болохыг олж мэдсэн. Хүлээн авсан гаригийн загваратом, үүний дагуу электронууд нь манай нарны аймгийн гаригууд одыг тойрон эргэдэгтэй адил цөмийг тойрон эргэдэг.

Орчин үеийн төлөөлөлатомын бүтцийн талаар маш их ахиц дэвшил гарсан. Атомын цөм нь эргээд бүрддэг субатомын тоосонцор, эсвэл нуклонууд - протон ба нейтрон. Энэ нь атомын дийлэнх хэсгийг бүрдүүлдэг нуклонууд юм. Түүгээр ч барахгүй протон ба нейтронууд бас тийм биш юм хуваагдашгүй хэсгүүд, мөн үндсэн бөөмс - кваркуудаас бүрддэг.

Атомын цөм эерэг байдаг цахилгаан цэнэг, тойрог замд эргэлдэж буй электронууд сөрөг байна. Тиймээс атом нь цахилгааны хувьд төвийг сахисан байдаг.

Доор бид нүүрстөрөгчийн атомын бүтцийн энгийн диаграммыг өгөв.

Атомын шинж чанарууд

Жин

Атомын массыг ихэвчлэн атомын массын нэгжээр хэмждэг - a.m.u. Атомын массын нэгж нь үндсэн төлөвт байгаа нүүрстөрөгчийн атомын 1/12-ийн масс юм.

Химийн шинжлэх ухаанд энэ ойлголтыг атомын массыг хэмжихэд ашигладаг "эрвээхэй". 1 моль нь атомын тоог агуулсан бодисын хэмжээ юм тоотой тэнцүү байнаАвогадро.

Хэмжээ

Атомын хэмжээ маш жижиг. Тиймээс хамгийн жижиг атом бол гелий атом бөгөөд түүний радиус нь 32 пикометр юм. Хамгийн том атом бол цезийн атом бөгөөд 225 пикометрийн радиустай. Пико угтвар нь араваас арван хоёр дахь хүчийг хасах гэсэн утгатай! Өөрөөр хэлбэл, бид 32 метрийг мянган тэрбум дахин бууруулбал гелийн атомын радиусын хэмжээтэй тэнцэнэ.

Үүний зэрэгцээ, юмсын цар хүрээ нь үнэндээ атом 99% хоосон байна. Цөм ба электронууд түүний эзлэхүүний маш бага хэсгийг эзэлдэг. Тодорхой болгохын тулд энэ жишээг авч үзье. Хэрэв та атомыг Бээжингийн Олимпийн цэнгэлдэх хүрээлэнгийн хэлбэрээр төсөөлвөл (эсвэл Бээжинд биш, зүгээр л том цэнгэлдэх хүрээлэнг төсөөлөөд үз дээ) энэ атомын цөм нь талбайн төвд байрлах интоор байх болно. Электрон тойрог замууд нь дээд тавцангийн түвшинд хаа нэгтээ байх бөгөөд интоор нь 30 сая тонн жинтэй байх болно. Гайхалтай, тийм үү?

Атомууд хаанаас гардаг вэ?

Та бүхний мэдэж байгаагаар одоо янз бүрийн атомуудүечилсэн системд бүлэглэсэн. Үүнд 118 байгаа (мөн урьдчилан таамагласан хүмүүстэй бол, гэхдээ хараахан болоогүй байна нээлттэй элементүүд- 126) изотопуудыг тооцохгүй элементүүд. Гэхдээ энэ нь үргэлж тийм байсангүй.

Орчлон ертөнц үүсэх хамгийн эхэнд атомууд байгаагүй, тэр ч байтугай асар их температурын нөлөөн дор бие биетэйгээ харилцан үйлчилдэг энгийн хэсгүүд л байсан. Яруу найрагчийн хэлснээр энэ бол бөөмсийн жинхэнэ апотеоз байсан юм. Орчлон ертөнц оршин тогтнох эхний гурван минутад температур буурч, бүхэл бүтэн хүчин зүйлүүд давхцсанаас болж анхдагч нуклеосинтезийн үйл явц эхэлж, анхдагч элементүүд нь устөрөгч, гели, лити, үндсэн хэсгүүдээс гарч ирэв. дейтерий (хүнд устөрөгч). Чухамхүү эдгээр элементүүдээс анхны одод үүссэн бөгөөд тэдгээрийн гүнд одууд үүссэн термоядролын урвалууд, үүний үр дүнд устөрөгч ба гели "шатаж" илүү ихийг үүсгэдэг хүнд элементүүд. Хэрэв од хангалттай том байсан бол энэ нь суперновагийн дэлбэрэлтээр амьдралаа дуусгасан бөгөөд үүний үр дүнд атомууд хүрээлэн буй орон зайд хаягджээ. Үелэх систем бүхэлдээ ийм болсон.

Тэгэхээр бидний бүтсэн бүх атомууд эртний оддын нэг хэсэг байсан гэж хэлж болно.

Атомын цөм яагаад задардаггүй вэ?

Физикт дөрвөн төрөл байдаг үндсэн харилцан үйлчлэлбөөмс ба тэдгээрийн бүрдүүлдэг биетүүдийн хооронд. Эдгээр нь хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон, таталцлын харилцан үйлчлэл юм.

-д баярлалаа хүчтэй харилцан үйлчлэл, атомын цөмийн масштабаар илэрдэг бөгөөд нуклонуудын хоорондох таталцлыг хариуцдаг атом бол "хагарах хатуу самар" юм.

Атомын цөм хуваагдахад асар их энерги ялгардаг гэдгийг хүмүүс саяхан ойлгосон. Хүнд атомын цөмүүдийн хуваагдал нь энергийн эх үүсвэр болдог цөмийн реакторуудмөн цөмийн зэвсэг.

Найзууд аа, та бүхэнд атомын бүтэц, бүтцийн үндсийг танилцуулсны дараа бид танд ямар ч үед туслахад бэлэн гэдгээ сануулж байна. Энэ нь хамаагүй, та дипломоо бөглөх хэрэгтэй цөмийн физик, эсвэл хамгийн бага хяналт - нөхцөл байдал өөр өөр байдаг ч ямар ч нөхцөл байдлаас гарах арга зам байдаг. Орчлон ертөнцийн цар хүрээний талаар бодож, Заочникээс ажил захиалж, санаа зовох шалтгаан байхгүй.

Атом(Грек хэлнээс атомос - хуваагдашгүй) - нэг цөмт, хуваагдашгүй химийн хувьдхимийн элементийн бөөм, бодисын шинж чанарыг тээгч. Бодис нь атомуудаас тогтдог. Атом өөрөө эерэг цэнэгтэй цөм ба сөрөг цэнэгтэй электрон үүлнээс тогтдог. Ерөнхийдөө атом нь цахилгааны хувьд төвийг сахисан байдаг. Цөмийн хэмжээ нь электрон үүлний хэмжээтэй харьцуулахад өчүүхэн байдаг тул атомын хэмжээ нь түүний электрон үүлний хэмжээгээр тодорхойлогддог. Гол нь дараахь зүйлээс бүрдэнэ Зэерэг цэнэгтэй протонууд (протоны цэнэг дурын нэгжээр +1-тэй тохирч байна) ба Нцэнэггүй нейтрон (нейтроны тоо протонтой тэнцүү, бага зэрэг их эсвэл бага байж болно). Протон ба нейтроныг нуклон, өөрөөр хэлбэл цөмийн бөөмс гэж нэрлэдэг. Тиймээс цөмийн цэнэгийг зөвхөн протоны тоогоор тодорхойлдог бөгөөд тэнцүү байна серийн дугаарүелэх систем дэх элемент. Эерэг цэнэгцөм нь электрон үүл үүсгэдэг сөрөг цэнэгтэй электронуудаар (дурын нэгжээр электрон цэнэг -1) нөхөгддөг. Электроны тоо протоны тоотой тэнцүү байна. Протон ба нейтроны масс тэнцүү байна (тус тус 1 ба 1 аму). Атомын массыг голчлон цөмийн массаар тодорхойлдог, учир нь электроны масс нь протон ба нейтроны массаас ойролцоогоор 1836 дахин бага тул тооцоололд бараг тооцдоггүй. Яг тоо хэмжээнейтроныг атомын масс ба протоны тооны зөрүүгээр таних боломжтой. Н=А-З). Цөмөөс бүрдэх химийн элементийн атомын төрөл тодорхой тоопротон (Z) ба нейтрон (N) -ийг нуклид гэж нэрлэдэг (эдгээр нь ижил төстэй өөр өөр элементүүд байж болно. нийт тоонуклон (изобар) эсвэл нейтрон (изотон), нэг химийн элемент - нэг тооны протон, гэхдээ өөр өөр тоо хэмжээнейтрон (изомер)).

Бараг бүх масс нь атомын цөмд төвлөрдөг тул түүний хэмжээсүүд нь атомын цөмтэй харьцуулахад маш бага байдаг. нийт эзэлхүүнатом, дараа нь цөмийг уламжлалт байдлаар хүлээн зөвшөөрдөг материаллаг цэг, атомын төвд байрладаг бөгөөд атомыг өөрөө электронуудын систем гэж үздэг. At химийн урвалатомын цөм нөлөөлдөггүй (үүнээс бусад). цөмийн урвалууд), түүнчлэн дотоод электрон түвшин, зөвхөн гадаад электрон бүрхүүлийн электронууд оролцдог. Энэ шалтгааны улмаас электроны шинж чанар, атомын электрон бүрхүүл үүсэх дүрмийг мэдэх шаардлагатай.

Электроны шинж чанарууд

Электроны шинж чанар, электрон түвшний үүсэх дүрмийг судлахын өмнө атомын бүтцийн талаархи санаа үүссэн түүхийг хөндөх шаардлагатай. Бид авч үзэхгүй бүрэн түүхатомын бүтэц үүсэх, бид зөвхөн атомд электронууд хэрхэн байрлаж байгааг хамгийн тодорхой харуулж чадах хамгийн хамааралтай, хамгийн "зөв" санаанууд дээр анхаарлаа төвлөрүүлэх болно. Бодисын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох атомууд байдгийг эртний Грекийн философичид анх санал болгосон (хэрэв та биеийг хоёр, хагасыг дахин хагас болгон хувааж эхэлбэл энэ үйл явц хязгааргүй үргэлжлэхгүй, бид бөөмс дээр зогсох болно) бид цаашид хувааж чадахгүй - энэ нь атом байх болно). Үүний дараа атомын бүтцийн түүх нарийн төвөгтэй замыг туулсан өөр өөр үзэл бодолатомын хуваагдашгүй байдал, атомын Томсоны загвар болон бусад. Атомын хамгийн ойрын загварыг 1911 онд Эрнест Рутерфорд санал болгосон. Тэрээр атомыг харьцуулсан нарны систем, атомын цөм нарны үүрэг гүйцэтгэж, электронууд нь гаригууд шиг түүнийг тойрон хөдөлдөг. Тогтмол тойрог замд электронуудыг байрлуулах нь атомын бүтцийг ойлгоход маш чухал алхам болсон. Гэсэн хэдий ч атомын бүтцийн ийм гаригийн загвар нь зөрчилдөж байв сонгодог механик. Баримт нь электрон тойрог замынхаа дагуу хөдөлж байх үед боломжит энергийг алдаж, эцэст нь цөм дээр "унаж", атом оршин тогтнохоо болино. Ийм парадоксыг Нильс Бор постулатуудыг оруулснаар арилгасан. Эдгээр постулатуудын дагуу электрон хөдөлж байв хөдөлгөөнгүй тойрог замуудголын эргэн тойронд болон at хэвийн нөхцөлэнерги шингээж, ялгаруулдаггүй. Постулууд нь атомыг хуулиудыг дүрслэхийг харуулж байна сонгодог механиктохирохгүй байна. Атомын энэ загварыг Бор-Резерфордын загвар гэж нэрлэдэг. Атомын гаригийн бүтцийн үргэлжлэл бол атомын квант механик загвар бөгөөд үүний дагуу бид электроныг авч үзэх болно.

Электрон бол долгион ба бөөмсийн хоёрдмол байдлыг харуулдаг хагас бөөмс юм: энэ нь нэгэн зэрэг бөөмс (корпускул) ба долгион юм. Бөөмийн шинж чанарт электроны масс ба түүний цэнэг, долгионы шинж чанарт дифракц, интерференцийн чадвар багтана. Долгион ба хоорондын холбоо корпускуляр шинж чанарэлектронууд де Бройлийн тэгшитгэлд тусгагдсан:

Хаана λ (\displaystyle \lambda) - долгионы урт, - бөөмийн масс, - бөөмийн хурд, - Планкийн тогтмол = 6.63·10 -34 J·s.

Электроны хувьд түүний хөдөлгөөний замыг тооцоолох боломжгүй юм, бид зөвхөн цөмийн эргэн тойронд тодорхой газар электроныг олох магадлалын тухай ярьж болно. Энэ шалтгааны улмаас тэд цөмийн эргэн тойрон дахь электрон хөдөлгөөний тойрог замын тухай ярьдаггүй, харин тойрог замын тухай ярьдаг - цөмийн эргэн тойрон дахь орон зай. магадлалэлектронууд 95% -иас давсан. Электроны хувьд байрлал, хурдыг нэгэн зэрэг нарийн хэмжих боломжгүй (Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим).

Хаана Δ x (\displaystyle \Delta x) - электрон координатын тодорхойгүй байдал; Δ v (\displaystyle \Delta v) - хурд хэмжих алдаа; ħ=h/2π=1.05·10 -34 Ж·с
Бид электроны координатыг илүү нарийвчлалтай хэмжих тусам түүний хурдыг хэмжихэд алдаа их байх болно, мөн эсрэгээр: бид электроны хурдыг илүү нарийвчлалтай мэдэх тусам координат дахь тодорхойгүй байдал ихсэх болно.
Бэлэн байдал долгионы шинж чанар at электрон нь түүнд хэрэглэх боломжийг олгодог долгионы тэгшитгэлШредингер.

∂ 2 Ψ ∂ x 2 + ∂ 2 Ψ ∂ y 2 + ∂ 2 Ψ ∂ z 2 + 8 π 2 м ц (E − V) Ψ = 0 (\displaystyle (\frac ((\partial )^(2)\P) )(\хэсэг x^(2)))+(\frac ((\хэсэг )^(2)\Psi )(\хэсэг y^(2)))+(\frac ((\хэсэг )^(2) \Psi )(\хэсэг z^(2)))+(\frac (8(\pi ^(2))m)(h))\left(E-V\баруун)\Psi =0)

Хаана - нийт эрчим хүчэлектрон, боломжит энергиэлектрон, физик утгафункцууд Ψ (\displaystyle \Psi) - квадрат язгууркоординаттай орон зайд электрон олох магадлалын тухай x, yТэгээд z(цөм нь гарал үүсэл гэж тооцогддог).
Үзүүлсэн тэгшитгэлийг нэг электрон системд зориулж бичсэн болно. Нэгээс олон электрон агуулсан системүүдийн хувьд тайлбарын зарчим ижил хэвээр байгаа боловч тэгшитгэл нь илүү ихийг авдаг нарийн төвөгтэй дүр төрх. График шийдэлШредингерийн тэгшитгэл бол геометр юм атомын орбиталууд. Тиймээс s-орбитал нь бөмбөлөг хэлбэртэй, p-орбитал нь гарал үүслийн хэсэгт "зангилаа" бүхий 8-ын хэлбэртэй (цөм дээр электрон илрүүлэх магадлал тэг болох хандлагатай байдаг).

Орчин үеийн квант механик онолын хүрээнд электроныг квант тоонуудын багцаар дүрсэлсэн байдаг. n , л , м л , с Тэгээд м с . Паули зарчмын дагуу нэг атом нь бүх квант тоонуудын бүрэн ижил багц бүхий хоёр электронтой байж болохгүй.
Үндсэн квант тоо n электроны энергийн түвшинг, өөрөөр хэлбэл электрон ямар түвшинд байгааг тодорхойлдог. Мастер квант тоо нь зөвхөн 0-ээс их бүхэл утгыг авч болно: n =1;2;3... Хамгийн их утга n Учир нь тодорхой атомЭнэ элемент нь Д.И.Менделеевийн үелэх системд байрлах үеийн тоотой тохирч байна.
Орбитын (нэмэлт) квант тоо л электрон үүлний геометрийг тодорхойлдог. 0-ээс бүхэл тоон утгыг авч болно n -1. Нэмэлт квант тооны утгуудын хувьд л үсгийн тэмдэглэгээг ашиглана уу:

S орбитал нь бөмбөлөг хэлбэртэй, p орбитал нь наймны дүрстэй. Үлдсэн тойрог замууд нь маш их байдаг нарийн төвөгтэй бүтэцЗурагт үзүүлсэн d-орбитал гэх мэт.

Электронууд түвшин ба тойрог замд санамсаргүй байдлаар байрладаггүй, харин Клечковскийн дүрмийн дагуу электроныг дүүргэх нь хамгийн бага энергийн зарчмын дагуу, өөрөөр хэлбэл үндсэн ба тойрог замын квант тоонуудын нийлбэрийн дарааллаар явагддаг. n +л . Хоёр дүүргэлтийн сонголтын нийлбэр ижил байвал хамгийн бага энергийн түвшинг эхлээд дүүргэдэг (жишээлбэл: хэзээ n =3 а л =2 ба n =4 а л =1 3-р түвшнийг эхлээд бөглөнө). Соронзон квант тоо м л нь тойрог замын орон зай дахь байршлыг тодорхойлох ба бүхэл тоон утгыг авах боломжтой -л руу +л , үүнд 0. s тойрог замын хувьд зөвхөн нэг утга боломжтой м л =0. P-орбиталын хувьд -1, 0 ба +1 гэсэн гурван утга байдаг, өөрөөр хэлбэл p-орбитал нь x, y, z гурван координатын тэнхлэгийн дагуу байрлаж болно.

утгаас хамааран тойрог замын зохион байгуулалт м л

Электрон нь өөрийн гэсэн өнцгийн импульстэй байдаг - спин, гэж тэмдэглэгдсэн байдаг квант тоо с . Электрон спин нь тогтмол утга бөгөөд 1/2-тэй тэнцүү байна. Эргэлтийн үзэгдлийг ердийн байдлаар эргэн тойрон дахь хөдөлгөөн гэж илэрхийлж болно өөрийн тэнхлэг. Эхлээд электроны эргэлтийг өөрийн тэнхлэгийг тойрон гаригийн хөдөлгөөнтэй адилтгаж байсан боловч ийм харьцуулалт нь алдаа юм. Спин бол сонгодог механикт ижил төстэй байдаггүй цэвэр квант үзэгдэл юм.

Орчлон ертөнцийн бүх материал атомуудаас бүрддэг гэдгийг та мэднэ. Атом бол түүний шинж чанарыг агуулсан материйн хамгийн жижиг нэгж юм. Хариуд нь атомын бүтэц нь протон, нейтрон, электрон гэсэн бичил хэсгүүдийн ид шидийн гурвалаас бүрддэг.

Түүнээс гадна бичил бөөмс бүр нь бүх нийтийн шинж чанартай байдаг. Өөрөөр хэлбэл, та хоёр өөр протон, нейтрон эсвэл электроныг дэлхий дээр олж чадахгүй. Тэд бүгд бие биетэйгээ туйлын төстэй юм. Мөн атомын шинж чанар нь зөвхөн үүнээс хамаарна тоон найрлагаэдгээр бичил хэсгүүд нь ерөнхий бүтэцатом.

Жишээлбэл, устөрөгчийн атомын бүтэц нь нэг протон, нэг электроноос бүрддэг. Дараагийн хамгийн төвөгтэй атом болох гелий нь хоёр протон, хоёр нейтрон, хоёр электроноос бүрдэнэ. Лити атом - гурван протон, дөрвөн нейтрон, гурван электрон гэх мэт.

Атомууд нийлж молекул, молекулууд нийлж бодис, эрдэс бодис, организмыг үүсгэдэг. Бүх амьд биетийн үндэс болсон ДНХ молекул нь зам дээр хэвтэж буй чулуу шиг орчлонгийн гурван ид шидийн тоосгоноос бүрдсэн бүтэц юм. Хэдийгээр энэ бүтэц нь илүү төвөгтэй байдаг.

Бүр илүү гайхалтай баримтуудБид атомын системийн харьцаа, бүтцийг нарийвчлан судлахыг оролдох үед илэрдэг. Атом нь цөм ба түүний эргэн тойронд бөмбөрцгийг дүрсэлсэн траекторийн дагуу хөдөлдөг электронуудаас бүрддэг гэдгийг мэддэг. Өөрөөр хэлбэл, үүнийг ердийн утгаараа хөдөлгөөн гэж нэрлэж болохгүй. Харин электрон нь хаа сайгүй, тэр даруй энэ бөмбөрцөг дотор байрлаж, цөмийн эргэн тойронд электрон үүл үүсгэж, цахилгаан соронзон орон үүсгэдэг.

Атомын цөм нь протон ба нейтроноос бүрдэх ба системийн бараг бүх масс түүнд төвлөрдөг. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн цөм нь өөрөө маш жижиг тул түүний радиусыг 1 см хүртэл өсгөвөл бүх атомын бүтцийн радиус хэдэн зуун метрт хүрнэ. Тиймээс бидний нягт матери гэж ойлгодог бүх зүйл зөвхөн 99% -иас бүрддэг эрчим хүчний холболтуудхооронд физик хэсгүүдфизик хэлбэрээс 1% -иас бага.

Гэхдээ эдгээр нь юу вэ физик хэлбэрүүд? Тэд юугаар хийгдсэн, ямар материалаар хийгдсэн бэ? Эдгээр асуултад хариулахын тулд протон, нейтрон, электронуудын бүтцийг нарийвчлан авч үзье. Тиймээс бид бичил ертөнцийн гүн рүү - субатомын тоосонцрын түвшинд дахин нэг алхам бууж байна.

Электрон юунаас бүрддэг вэ?

Атомын хамгийн жижиг бөөмс бол электрон юм. Электрон нь масстай боловч эзэлхүүнгүй. IN шинжлэх ухааны санааЭлектрон нь юу ч биш, харин бүтэцгүй цэг юм.

Микроскопоор электрон харагдахгүй. Энэ нь зөвхөн атомын цөмийн эргэн тойронд бүдгэрсэн бөмбөрцөг мэт харагдах электрон үүл хэлбэрээр харагддаг. Үүний зэрэгцээ электрон цаг хугацааны хувьд хаана байгааг нарийн хэлэх боломжгүй юм. Багаж хэрэгсэл нь бөөмсийг өөрөө биш, зөвхөн түүний энергийн ул мөрийг авах чадвартай. Электроны мөн чанар нь материйн үзэл баримтлалд шингэдэггүй. Энэ нь зөвхөн хөдөлгөөнд, хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй хоосон хэлбэртэй адил юм.

Электрон доторх ямар ч бүтэц хараахан олдоогүй байна. Энэ нь энергийн кванттай ижил цэгийн бөөмс юм. Үнэн хэрэгтээ электрон бол энерги боловч гэрлийн фотоноор дүрслэгдсэнээс илүү тогтвортой хэлбэр юм.

IN одоогийн мөчЭлектроныг хуваагдашгүй гэж үздэг. Энэ нь ойлгомжтой, учир нь эзэлхүүнгүй зүйлийг хуваах боломжгүй юм. Гэсэн хэдий ч, электрон нь ийм хагас бөөмсийн гурвалыг агуулдаг гэсэн онол аль хэдийн хөгжсөн байна.

• Орбитон – электроны тойрог замын байрлалын талаарх мэдээллийг агуулсан;
• Спинон - эргэх буюу эргүүлэх хүчийг хариуцдаг;
• Холон – электроны цэнэгийн талаарх мэдээллийг дамжуулдаг.

Гэсэн хэдий ч бидний харж байгаагаар хагас бөөмс нь материтай огтхон ч нийтлэг байдаггүй бөгөөд зөвхөн мэдээллийг агуулдаг.

Сонирхолтой нь электрон нь гэрэл, дулаан гэх мэт энергийн квантуудыг шингээж чаддаг. Энэ тохиолдолд атом эрчим хүчний шинэ түвшинд шилжиж, электрон үүлний хил хязгаар өргөжиж байна. Мөн электронд шингэсэн энерги нь атомын системээс үсрэн гарч, бие даасан бөөмс хэлбэрээр хөдөлгөөнөө үргэлжлүүлэх чадвартай байдаг. Үүний зэрэгцээ энэ нь гэрлийн фотон шиг ажилладаг, өөрөөр хэлбэл бөөмс байхаа больж, долгионы шинж чанарыг харуулж эхэлдэг. Энэ нь туршилтаар батлагдсан.

Юнгийн туршилт

Туршилтын явцад электронуудын урсгалыг хоёр ангархайтай дэлгэц рүү чиглүүлсэн. Эдгээр цоорхойгоор дамжин электронууд өөр проекцийн дэлгэцийн гадаргуутай мөргөлдөж, түүн дээр тэмдэгээ үлдээжээ. Электронуудыг ингэж "бөмбөгдүүлсний" үр дүнд проекцийн дэлгэц дээр бөөмс биш харин долгионууд хоёр ан цаваар дамжин өнгөрвөл харагдахтай төстэй интерференцийн загвар гарч ирэв.

Энэ хэв маяг нь хоёр ангархай хооронд дамжих долгион нь хоёр долгионд хуваагддаг тул үүсдэг. Үүний үр дүнд цаашдын хөдөлгөөндолгион нь бие биенээ давхцаж, зарим хэсэгт бие биенээ тасалдуулж өгдөг. Үр дүн нь проекцын дэлгэцэн дээр электрон бөөмс шиг аашилсан тохиолдолд нэг мөр биш олон зураас гарч ирнэ.

Атомын цөмийн бүтэц: протон ба нейтрон

Протон ба нейтрон нь атомын цөмийг бүрдүүлдэг. Цөм нь нийт эзэлхүүний 1% -иас бага хувийг эзэлдэг ч системийн бараг бүх масс нь энэ бүтцэд төвлөрдөг. Гэхдээ физикчид протон ба нейтроны бүтцэд хуваагдана одоогоорНэг дор хоёр онол байдаг.

• Онол No1 - Стандарт

Стандарт загварт протон ба нейтрон нь глюоны үүлээр холбогдсон гурван кваркаас тогтдог гэж үздэг. Кваркууд нь квант ба электронуудын нэгэн адил цэгийн бөөмс юм. Мөн глюонууд нь кваркуудын харилцан үйлчлэлийг хангадаг виртуал бөөмс юм. Гэсэн хэдий ч кварк ч, глюон ч байгалиас хэзээ ч олдоогүй тул энэ загвар нь хатуу шүүмжлэлд өртөж байна.

• Онол №2 - Альтернатив

Гэхдээ дагуу альтернатив онол нэг талбар, Эйнштейн боловсруулсан, протон, нейтрон шиг, бусад бөөмс шиг физик ертөнц, гэрлийн хурдаар эргэдэг цахилгаан соронзон орон юм.

Атомын бүтцийн зарчим юу вэ?

Дэлхий дээрх нимгэн, нягт, шингэн, хатуу, хий хэлбэртэй бүх зүйл бол Ертөнцийн орон зайд нэвчиж буй тоо томшгүй олон талбайн энергийн төлөв байдал юм. Талбай дахь энергийн түвшин өндөр байх тусам нимгэн, мэдрэгдэх чадвар багатай байдаг. Эрчим хүчний түвшин бага байх тусам илүү тогтвортой, бодитой байдаг. Орчлон ертөнцийн бусад нэгжийн бүтцийн нэгэн адил атомын бүтцэд ийм талбаруудын харилцан үйлчлэл оршдог - өөр өөр байдаг. эрчим хүчний нягтрал. Бодис бол зүгээр л сэтгэлийн төөрөгдөл болох нь харагдаж байна.