Elektronik yapının tanımını yazınız. Atomun yapısı ve ilkeleri

Molekülün bileşimi. Yani molekülü hangi atomlar oluşturur, ne miktarda ve bu atomlar hangi bağlarla bağlanır. Bütün bunlar molekülün özelliğini ve dolayısıyla bu moleküllerin oluşturduğu maddenin özelliğini belirler.

Örneğin suyun özellikleri: şeffaflık, akışkanlık ve paslanma yeteneği, tam olarak iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomunun varlığından kaynaklanmaktadır.

Bu nedenle moleküllerin özelliklerini (yani maddelerin özelliklerini) incelemeye başlamadan önce, bu moleküllerin oluşturulduğu "yapı taşlarını" dikkate almamız gerekir. Atomun yapısını anlayın.

Bir atomun yapısı nasıldır?

Atomlar birbirleriyle birleşerek molekülleri oluşturan parçacıklardır.

Atomun kendisi oluşur pozitif yüklü çekirdek (+) Ve negatif yüklü elektron kabuğu (-). Genel olarak atom elektriksel olarak nötrdür. Yani çekirdeğin yükü mutlak değer olarak elektron kabuğunun yüküne eşittir.

Çekirdek aşağıdaki parçacıklardan oluşur:

• Protonlar. Bir proton +1 yük taşır. Kütlesi 1 amu'dur (atom kütle birimi). Bu parçacıkların çekirdekte mutlaka bulunması gerekir.

• Nötronlar. Nötronun yükü yoktur (yük = 0). Kütlesi 1 amu'dur. Çekirdekte nötron bulunmayabilir. Bu gerekli bir bileşen değil atom çekirdeği.

Böylece protonlar çekirdeğin genel yükünden sorumludur. Bir nötronun yükü +1 olduğundan çekirdeğin yükü proton sayısına eşittir.

Adından da anlaşılacağı gibi elektron kabuğu, elektron adı verilen parçacıklardan oluşur. Bir atomun çekirdeğini bir gezegenle karşılaştırırsak, elektronlar onun uydularıdır. Çekirdeğin etrafında dönerek (şimdilik yörüngelerde ama aslında yörüngelerde olduğunu hayal edelim) bir elektron kabuğu oluştururlar.

• Elektron- Bu çok küçük bir parçacık. Kütlesi o kadar küçüktür ki 0 alınır. Ancak elektronun yükü -1'dir. yani modulo şarja eşit proton, işaret bakımından farklılık gösterir. Bir elektron -1 yükü taşıdığından, elektron kabuğunun toplam yükü içindeki elektron sayısına eşittir.

Bir önemli sonuç Atom, yükü olmayan bir parçacık olduğundan (çekirdeğin yükü ve elektron kabuğunun yükü büyüklük olarak eşit, ancak işaret bakımından zıttır), yani elektriksel olarak nötrdür, bu nedenle, Atomdaki elektron sayısı proton sayısına eşittir.

Farklı kimyasal elementlerin atomları birbirinden nasıl farklıdır?

Farklı kimyasal elementlerin atomları, çekirdeğin yükünde (yani proton sayısı ve dolayısıyla elektron sayısı) birbirinden farklıdır.

Bir elementin atomunun çekirdeğinin yükü nasıl bulunur? Parlak yerli kimyager D.I. periyodik yasa ve onun adını taşıyan bir tablo geliştirerek bize bunu yapma fırsatı verdi. Onun keşfi çok ilerideydi. Henüz atomun yapısı bilinmediğinde Mendeleev tablodaki elementleri artan nükleer yüke göre sıraladı.

Yani, elemanın seri numarası periyodik tablo– bir atomun çekirdeğinin yüküdür bu elementin. Örneğin oksijenin seri numarası 8'dir, dolayısıyla oksijen atomunun çekirdeğindeki yük +8'dir. Buna göre proton sayısı 8, elektron sayısı ise 8'dir.

Bunu belirleyen elektron kabuğundaki elektronlardır. Kimyasal özellikler atom, ama bunun hakkında biraz sonra daha fazlası.

Şimdi kütle hakkında konuşalım.

Bir proton bir kütle birimidir, bir nötron da bir kütle birimidir. Bu nedenle çekirdekteki nötron ve protonların toplamına denir. kütle Numarası. (Kütlesini ihmal edip sıfıra eşit saydığımız için elektronlar kütleyi hiçbir şekilde etkilemez).

Atom birimi kütle (a.m.u.) – özel fiziksel miktar atomları oluşturan parçacıkların küçük kütlelerini belirtmek için.

Bu üç atomun tümü tek bir kimyasal elementin (hidrojen) atomlarıdır. Çünkü aynı nükleer yüke sahipler.

Nasıl farklı olacaklar? Bu atomların kütle numaraları farklıdır (nedeniyle farklı sayılar nötronlar). Birinci atomun kütle numarası 1, ikincisinin 2 ve üçüncüsünün kütle numarası 3'tür.

Aynı elementin nötron sayısı (ve dolayısıyla kütle numarası) farklı olan atomlarına denir. izotoplar.

Sunulan hidrojen izotoplarının kendi isimleri bile var:

• İlk izotopa (kütle numarası 1 olan) protium denir.
• İkinci izotopa (kütle numarası 2 olan) döteryum denir.
• Üçüncü izotopa (kütle numarası 3 olan) trityum denir.

Şimdi bir sonraki mantıklı soru: neden çekirdekteki nötron ve protonların sayısı bir tamsayıysa ve kütleleri 1 amu ise, o zaman periyodik sistemde bir atomun kütlesi neden kesirli bir sayı. Örneğin kükürt için: 32.066.

Cevap: Elementin birkaç izotopu vardır, kütle sayıları bakımından birbirlerinden farklıdırlar. Bu nedenle atom kütlesi periyodik tablo bir elementin tüm izotoplarının atom kütlelerinin, doğadaki oluşumları dikkate alınarak ortalama değeridir. Periyodik tabloda gösterilen bu kütleye denir Göreceli atomik kütle.

Kimyasal hesaplamalar için böyle bir "ortalama atomun" göstergeleri kullanılır. Atom kütlesi en yakın tam sayıya yuvarlanır.

Elektron kabuğunun yapısı.

Bir atomun kimyasal özellikleri elektron kabuğunun yapısına göre belirlenir. Çekirdeğin etrafındaki elektronlar zaten konumlanmamıştır. Elektronlar elektron yörüngelerinde lokalizedir.

Elektron yörüngesi– Atom çekirdeğinin etrafındaki, elektron bulma olasılığının en yüksek olduğu boşluk.

Bir elektronun spin adı verilen bir kuantum parametresi vardır. Eğer alırsan klasik çözünürlüklü itibaren Kuantum mekaniği, O döndürmek parçacığın kendi açısal momentumudur. Basitleştirilmiş bir biçimde bu, bir parçacığın kendi ekseni etrafında dönme yönü olarak temsil edilebilir.

Bir elektron, yarım tam sayı dönüşe sahip bir parçacıktır; bir elektron, +½ veya -½ dönüşe sahip olabilir. Geleneksel olarak bu, saat yönünde ve saat yönünün tersine dönüş olarak temsil edilebilir.

Bir elektron yörüngesi, zıt spinlere sahip ikiden fazla elektron içeremez.

Elektronik yaşam ortamının genel kabul görmüş tanımı bir hücre veya çizgidir. Bir elektron bir okla gösterilir: yukarı ok, +½ pozitif spinli bir elektrondur, aşağı ok ↓, -½ negatif spinli bir elektrondur.

Orbitalde tek başına bulunan elektrona denir eşleştirilmemiş. Aynı yörüngede bulunan iki elektrona denir eşleştirilmiş.

Elektronik yörüngeler şekillerine göre dört türe ayrılır: s, p, d, f. Aynı şekle sahip yörüngeler bir alt seviye oluşturur. Bir alt seviyedeki yörüngelerin sayısı, sayıya göre belirlenir. olası seçenekler uzaydaki konumu.

1. s-orbital.

S-orbital bir top şeklindedir:

Uzayda s-orbital yalnızca tek bir şekilde konumlandırılabilir:

Bu nedenle, s alt seviyesi yalnızca bir yörüngeden oluşur.

1. p-orbital.

P-orbital bir dambıl şeklindedir:

Uzayda p-orbital yalnızca üç şekilde konumlandırılabilir:

Bu nedenle, p-alt seviyesi üç p-orbitalinden oluşur.

1. d-orbital.

d-orbital var karmaşık şekil:

Uzayda d-orbital beş şekilde düzenlenebilir Farklı yollar. Bu nedenle, d alt seviyesi beş d yörüngesinden oluşur.

1. f-orbital

F yörüngesi daha da karmaşık bir şekle sahiptir. Uzayda f yörüngesi yedi farklı şekilde konumlandırılabilir. Bu nedenle f alt seviyesi yedi f yörüngesinden oluşur.

Bir atomun elektron kabuğu, puf böreği ürününe benzer. Ayrıca katmanları da var. Üzerinde bulunan elektronlar farklı katmanlar, sahip olmak farklı enerji: çekirdeğe yakın katmanlarda - daha az, çekirdekten uzak katmanlarda - daha fazla. Bu katmanlara enerji seviyeleri denir.

Elektron yörüngelerinin doldurulması.

Birinci enerji seviyesi yalnızca bir s-alt düzeyi vardır:

İkinci enerji seviyesinde bir s-alt seviyesi vardır ve bir p-alt seviyesi belirir:

Üçüncü enerji seviyesinde bir s-alt düzeyi, bir p-alt düzeyi vardır ve bir d-alt düzeyi belirir:

Dördüncü enerji seviyesinde prensip olarak bir f-alt seviyesi eklenir. Ama içinde okul kursu F yörüngeleri dolu değildir, dolayısıyla f alt düzeyini çizmemize gerek yoktur:

Bir elementin atomundaki enerji düzeylerinin sayısı dönem numarası. Elektron yörüngelerini doldururken aşağıdaki ilkelere uymalısınız:

1. Her elektron atomda enerjisinin minimum olduğu konumu işgal etmeye çalışır. Yani önce birinci enerji seviyesi doldurulur, sonra ikincisi vb.

Elektronik formül aynı zamanda elektron kabuğunun yapısını tanımlamak için de kullanılır. Elektronik formül- Bu Kısa not elektronların alt düzeylere göre dağılımının bir satırında.

1. Bir alt seviyede, her elektron önce boş bir yörüngeyi doldurur. Ve her birinin +½ (yukarı ok) dönüşü vardır.

Ve ancak her bir alt düzey yörünge bir elektrona sahip olduktan sonra, bir sonraki elektron eşleşir; yani, halihazırda bir elektrona sahip olan bir yörüngeyi işgal eder:

1. D-alt seviyesi özel bir şekilde doldurulur.

Gerçek şu ki, d-alt seviyesinin enerjisi, SONRAKİ enerji katmanının s-alt seviyesinin enerjisinden daha yüksektir. Ve bildiğimiz gibi elektron, atomda enerjisinin minimum olacağı konumu işgal etmeye çalışır.

Bu nedenle 3p alt seviyesi doldurulduktan sonra önce 4s alt seviyesi, ardından 3d alt seviyesi doldurulur.

Ve ancak 3d alt seviyesi tamamen doldurulduktan sonra 4p alt seviyesi doldurulur.

Aynı şey enerji seviyesi 4 için de geçerlidir. 4p alt seviyesi doldurulduktan sonra 5s alt seviyesi ve ardından 4d alt seviyesi doldurulur. Ve ondan sonra sadece 5p.

1. Ve d-alt düzeyinin doldurulmasına ilişkin bir nokta, bir kural daha var.

Daha sonra adı verilen bir olay meydana gelir. arıza. Bir başarısızlık varsa, bir sonraki enerji seviyesinin s-alt seviyesinden bir elektron gerçekten d-elektronuna düşer.

Atomun temel ve uyarılmış halleri.

atomlar, elektronik konfigürasyonlarşimdi oluşturduğumuz bunlara atom deniyor temel durum. Yani bu normal, doğal bir durumdur.

Bir atom dışarıdan enerji aldığında uyarılma meydana gelebilir.

Uyarma eşleştirilmiş bir elektronun boş bir yörüngeye geçişidir, dış enerji seviyesinde.

Örneğin bir karbon atomu için:

Uyarılma birçok atomun karakteristik özelliğidir. Bu hatırlanmalıdır çünkü uyarılma, atomların birbirine bağlanma yeteneğini belirler. Hatırlanması gereken en önemli şey, uyarılmanın meydana gelebileceği durumdur: eşleştirilmiş bir elektron ve dış enerji seviyesinde boş bir yörünge.

Birkaç uyarılmış duruma sahip atomlar vardır:

İyonun elektronik konfigürasyonu.

İyonlar, atomların ve moleküllerin elektron kazanarak veya kaybederek dönüştüğü parçacıklardır. Bu parçacıkların yükü vardır çünkü ya elektron "eksikliğine" ya da fazlalığına sahiptirler. Pozitif yüklü iyonlara denir katyonlar, olumsuz - anyonlar.

Klor atomu (yüksüzdür) bir elektron kazanır. Bir elektronun yükü 1- (bir eksi)'dir ve buna göre fazlalığı olan bir parçacık oluşur. negatif yük. Klor anyonu:

Cl 0 + 1e → Cl –

Lityum atomu (yine yüksüzdür) bir elektron kaybeder. Elektronun 1+ (bir artı) yükü vardır, negatif yük içermeyen bir parçacık oluşur, yani pozitif bir yüke sahiptir. Lityum katyonu:

Terazi 0 – 1e → Terazi +

Atomlar iyonlara dönüşerek öyle bir konfigürasyon kazanırlar ki dış enerji seviyesi “güzel” yani tamamen dolar. Bu konfigürasyon termodinamik açıdan en kararlı olanıdır, dolayısıyla atomların iyonlara dönüşmesinin bir nedeni vardır.

Ve böylece elementlerin atomları VIII-A grubu(sekizinci grup ana alt grup), bir sonraki paragrafta belirtildiği gibi bu soy gazlar, kimyasal olarak aktif değil. Temel durumları şu yapıya sahiptir: Dış enerji seviyesi tamamen doludur. Diğer atomlar bu en soylu gazların konfigürasyonunu elde etmeye çalışıyor ve bu nedenle iyonlara dönüşerek kimyasal bağlar oluşturuyor gibi görünüyor.

Atom çekirdeğinin yapısı

Radyoaktif bozunma

Radyoaktif bozunma türleri

İlk üç periyodun element atomlarının elektronik kabuklarının yapısı

Dünyadaki her şey atomlardan yapılmıştır. Peki nereden geldiler ve neden yapıldılar? Bugün bu basit ve temel soruları cevaplıyoruz. Sonuçta gezegende yaşayan birçok insan, kendilerini oluşturan atomların yapısını anlamadıklarını söylüyor.

Elbette sevgili okuyucu, bu yazıda her şeyi en basit ve en ilginç düzeyde sunmaya çalıştığımızı anlıyor, bu yüzden "yüklemiyoruz". bilimsel terimler. Konuyu daha detaylı incelemek isteyenler için profesyonel seviye, özel literatürü okumanızı öneririz. Yine de bu makaledeki bilgiler çalışmalarınızda işinize yarayabilir ve sizi daha bilgili yapabilir.

Atom, mikroskobik büyüklük ve kütleye sahip bir madde parçacığıdır. en küçük kısımÖzelliklerinin taşıyıcısı olan kimyasal element. Başka bir deyişle, bir maddenin kimyasal reaksiyonlara girebilen en küçük parçacığıdır.

Keşif geçmişi ve yapısı

Atom kavramı Antik Yunan'da biliniyordu. Atomizm – fiziksel teori Bu, tüm maddi nesnelerin bölünmez parçacıklardan oluştuğunu belirtir. İle birlikte Antik Yunan Atomizm fikirleri de Antik Hindistan'da paralel olarak gelişti.

Uzaylıların o zamanın filozoflarına atomlar hakkında bilgi verip vermedikleri veya bunu kendilerinin mi ortaya çıkardığı bilinmiyor, ancak kimyagerler bu teoriyi çok daha sonra deneysel olarak doğrulayabildiler - ancak on yedinci yüzyılda, Avrupa atomların uçurumundan çıktığında. Engizisyon ve Orta Çağ.

Uzun bir süre atomun yapısına ilişkin hakim fikir, onun bölünemez bir parçacık olduğu fikriydi. Atomun hala bölünebileceği gerçeği ancak yirminci yüzyılın başında netleşti. Rutherford, alfa parçacıklarının saptırılmasıyla ilgili ünlü deneyi sayesinde atomun, etrafında elektronların döndüğü bir çekirdekten oluştuğunu öğrendi. Kabul edildi gezegen modeli Güneş sistemimizdeki gezegenlerin bir yıldızın etrafında dönmesi gibi, elektronların da çekirdeğin etrafında döndüğü atom.

Modern temsiller Atomun yapısı konusunda çok ilerleme kaydedildi. Bir atomun çekirdeği sırasıyla oluşur atomaltı parçacıklar veya nükleonlar - protonlar ve nötronlar. Atomun büyük kısmını oluşturanlar nükleonlardır. Üstelik protonlar ve nötronlar da bölünmez parçacıklar ve temel parçacıklardan (kuarklar) oluşur.

Atomun çekirdeği pozitiftir elektrik şarjı ve yörüngede dönen elektronlar negatiftir. Bu nedenle atom elektriksel olarak nötrdür.

Aşağıda karbon atomunun yapısının temel bir diyagramını veriyoruz.

Atomların özellikleri

Ağırlık

Atomların kütlesi genellikle atomik kütle birimleri (a.m.u) cinsinden ölçülür. Bir atomik kütle birimi, temel durumda serbestçe dinlenen bir karbon atomunun 1/12'sinin kütlesidir.

Kimyada bu kavram atomların kütlesini ölçmek için kullanılır. "güve". 1 mol atom sayısını içeren madde miktarıdır sayıya eşit Avogadro.

Boyut

Atomların boyutları son derece küçüktür. Yani en küçük atom Helyum atomudur, yarıçapı 32 pikometredir. En büyük atom, yarıçapı 225 pikometre olan sezyum atomudur. Pico öneki on üzeri eksi onikinci kuvvet anlamına gelir! Yani 32 metreyi bin milyar kere küçültürsek helyum atomunun yarıçapı kadar büyüklüğe ulaşırız.

Aynı zamanda işin ölçeği öyledir ki aslında atomun %99'u boştur. Çekirdek ve elektronlar hacminin çok küçük bir kısmını kaplar. Netlik sağlamak için bu örneği düşünün. Pekin'deki Olimpiyat stadyumu şeklinde bir atom hayal ederseniz (ya da belki Pekin'de değil, sadece büyük bir stadyum hayal edin), o zaman bu atomun çekirdeği, sahanın ortasında bulunan bir kiraz olacaktır. Elektron yörüngeleri üstteki standların hizasında bir yerde olacak ve kirazın ağırlığı 30 milyon ton olacaktı. Etkileyici, değil mi?

Atomlar nereden geliyor?

Bildiğiniz gibi artık çeşitli atomlar periyodik tabloda gruplandırılmıştır. İçinde 118 tane var (ve tahmin edilenlerle birlikte, ancak henüz değil) açık elemanlar- 126) elementler, izotopları saymaz. Ancak bu her zaman böyle değildi.

Evrenin oluşumunun başlangıcında atom yoktu ve dahası, yalnızca muazzam sıcaklıkların etkisi altında birbirleriyle etkileşime giren temel parçacıklar vardı. Bir şairin söyleyeceği gibi, bu, parçacıkların gerçek bir tanrılaştırılmasıydı. Evrenin varlığının ilk üç dakikasında, sıcaklığın azalması ve bir dizi faktörün çakışması nedeniyle, birincil parçacıklardan ilk elementler ortaya çıktığında birincil nükleosentez süreci başladı: hidrojen, helyum, lityum ve döteryum (ağır hidrojen). Derinliklerinde ilk yıldızlar bu elementlerden oluştu. termonükleer reaksiyonlar bunun sonucunda hidrojen ve helyum "yandı" ve daha fazlasını oluşturdu ağır elementler. Yıldız yeterince büyükse, süpernova patlaması adı verilen bir patlamayla hayatına son verdi ve bunun sonucunda atomlar çevredeki boşluğa fırlatıldı. Periyodik tablonun tamamı bu şekilde ortaya çıktı.

Yani bizi oluşturan atomların tamamının bir zamanlar eski yıldızların parçası olduğunu söyleyebiliriz.

Atom çekirdeği neden bozunmuyor?

Fizikte dört tür vardır temel etkileşimler Parçacıklar ve onların oluşturduğu cisimler arasında. Bunlar güçlü, zayıf, elektromanyetik ve yerçekimsel etkileşimlerdir.

Sayesinde güçlü etkileşim Kendini atom çekirdeği ölçeğinde gösteren ve nükleonlar arasındaki çekimden sorumlu olan atom, "kırılması zor bir cevizdir."

Çok uzun zaman önce insanlar, atom çekirdekleri bölündüğünde muazzam bir enerjinin açığa çıktığını fark ettiler. Ağır atom çekirdeklerinin bölünmesi bir enerji kaynağıdır. nükleer reaktörler ve nükleer silahlar.

Arkadaşlar, sizlere atomun yapısını ve yapısının temellerini tanıtmış olarak, her an yardımınıza koşmaya hazır olduğumuzu hatırlatmak isteriz. Önemli değil, diplomanızı tamamlamanız gerekiyor nükleer Fizik veya en küçük kontrol - durumlar farklıdır, ancak her durumdan bir çıkış yolu vardır. Evrenin ölçeğini düşünün, Zaochnik'ten iş sipariş edin ve unutmayın - endişelenmenize gerek yok.

Atom(Yunanca atomos'tan - bölünmez) - tek çekirdekli, bölünmez kimyasal olarak bir kimyasal elementin parçacığı, bir maddenin özelliklerinin taşıyıcısı. Maddeler atomlardan oluşur. Atomun kendisi pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü bir elektron bulutundan oluşur. Genel olarak atom elektriksel olarak nötrdür. Bir atomun boyutu tamamen elektron bulutunun boyutuna göre belirlenir, çünkü çekirdeğin boyutu, elektron bulutunun boyutuna kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir. Çekirdek şunlardan oluşur: Z pozitif yüklü protonlar (proton yükü isteğe bağlı birimlerde +1'e karşılık gelir) ve N yük taşımayan nötronlar (nötronların sayısı protonlara eşit, biraz daha fazla veya daha az olabilir). Proton ve nötronlara nükleon yani nükleer parçacıklar denir. Böylece çekirdeğin yükü yalnızca proton sayısıyla belirlenir ve şuna eşittir: seri numarası Periyodik tablodaki element. Pozitif yükçekirdek, bir elektron bulutu oluşturan negatif yüklü elektronlar (isteğe bağlı birimlerde elektron yükü -1) ile telafi edilir. Elektron sayısı proton sayısına eşittir. Proton ve nötronların kütleleri eşittir (sırasıyla 1 ve 1 amu). Bir atomun kütlesi esas olarak çekirdeğinin kütlesi tarafından belirlenir, çünkü bir elektronun kütlesi bir proton ve nötronun kütlesinden yaklaşık 1836 kat daha azdır ve hesaplamalarda nadiren dikkate alınır. Asıl miktar Nötronlar, bir atomun kütlesi ile proton sayısı arasındaki farktan tanınabilir ( N=A-Z). Kesinlikle oluşan bir çekirdeğe sahip bir kimyasal elementin atom türü belli bir sayı protonlara (Z) ve nötronlara (N) nüklid denir (bunlar aynı özelliklere sahip farklı elementler olabilir) toplam sayısı nükleonlar (izobarlar) veya nötronlar (izotonlar) ve bir kimyasal element - bir sayıda proton, ancak farklı miktarlar nötronlar (izomerler)).

Kütlenin neredeyse tamamı atomun çekirdeğinde yoğunlaştığından, boyutları Toplam ses atom, o zaman çekirdek geleneksel olarak kabul edilir maddi nokta atomun merkezinde yer alır ve atomun kendisi bir elektron sistemi olarak kabul edilir. Şu tarihte: Kimyasal reaksiyon atomun çekirdeği etkilenmez (hariç) nükleer reaksiyonlar) ve dahili elektronik seviyelerin yanı sıra yalnızca dış elektron kabuğunun elektronları da katılır. Bu nedenle elektronun özelliklerini ve atomların elektron kabuklarının oluşum kurallarını bilmek gerekir.

Elektronun özellikleri

Elektronun özelliklerini ve elektronik seviyelerin oluşum kurallarını incelemeden önce atomun yapısına ilişkin fikirlerin oluşum tarihine değinmek gerekir. dikkate almayacağız tüm hikaye atom yapısının oluşumu ve elektronların bir atomda nasıl konumlandığını en açık şekilde gösterebilecek yalnızca en alakalı ve en "doğru" fikirler üzerinde duracağız. Maddenin temel bileşenleri olarak atomların varlığı ilk kez antik Yunan filozofları tarafından öne sürülmüştür (eğer bir cismi ikiye bölmeye başlarsanız, yarımı tekrar ikiye bölmeye başlarsanız, o zaman bu süreç sonsuza kadar devam edemez; bir parçacıkta dururuz). artık bölemeyeceğimiz - bu ve bir atom olacak). Bundan sonra atomun yapısının tarihi karmaşık bir yoldan geçti ve farklı görünümler Atomun bölünmezliği, Thomson atom modeli ve diğerleri gibi. Atomun en yakın modeli 1911'de Ernest Rutherford tarafından önerildi. Atomu karşılaştırdı Güneş Sistemi Bir atomun çekirdeğinin güneş gibi davrandığı ve elektronların onun etrafında gezegenler gibi hareket ettiği yer. Elektronları sabit yörüngelere yerleştirmek atomun yapısını anlamada çok önemli bir adımdı. Ancak atomun yapısına ilişkin böyle bir gezegen modeli, Klasik mekanik. Gerçek şu ki, bir elektron yörüngesinde hareket ettiğinde potansiyel enerjisini kaybetmeli ve sonunda çekirdeğe "düşmeli" ve atomun varlığı sona ermelidir. Böyle bir paradoks, Niels Bohr'un önermelerini ortaya koymasıyla ortadan kaldırıldı. Bu varsayımlara göre elektron hareket ediyordu. sabit yörüngelerçekirdeğin etrafında ve normal koşullar enerjiyi absorbe etmedi veya yaymadı. Postülalar atomu tanımlamanın kanunlar olduğunu gösteriyor Klasik mekanik uygun değil. Bu atom modeline Bohr-Rutherford modeli denir. Atomun gezegensel yapısının devamı, elektronu ele alacağımız atomun kuantum mekaniksel modelidir.

Elektron, dalga-parçacık ikiliği sergileyen bir yarı parçacıktır: aynı anda hem bir parçacık (parçacık) hem de bir dalgadır. Bir parçacığın özellikleri elektronun kütlesini ve yükünü içerir; dalga özellikleri ise kırınım ve girişim yeteneğini içerir. Dalga ve arasındaki bağlantı parçacık özellikleri elektronlar de Broglie denkleminde yansıtılır:

Nerede λ (\displaystyle \lambda) - dalga boyu, - parçacık kütlesi, - parçacık hızı, - Planck sabiti = 6,63·10 -34 J·s.

Bir elektron için hareketinin yörüngesini hesaplamak imkansızdır; yalnızca elektronu çekirdeğin çevresinde belirli bir yerde bulma olasılığından bahsedebiliriz. Bu nedenle elektronun çekirdeğin etrafındaki hareketinin yörüngelerinden değil, yörüngelerden - çekirdeğin etrafındaki boşluktan - bahsediyorlar. olasılık elektron varlığı %95'i aşıyor. Bir elektron için hem konumu hem de hızı aynı anda doğru bir şekilde ölçmek imkansızdır (Heisenberg belirsizlik ilkesi).

Nerede Δ x (\displaystyle \Delta x) - elektron koordinatının belirsizliği, Δ v (\displaystyle \Delta v) - hız ölçüm hatası, ħ=h/2π=1,05·10 -34 J·s
Bir elektronun koordinatını ne kadar doğru ölçersek, hızını ölçmedeki hata da o kadar büyük olur ve bunun tersi de geçerlidir: Bir elektronun hızını ne kadar doğru bilirsek, koordinatındaki belirsizlik de o kadar büyük olur.
Kullanılabilirlik dalga özellikleri elektronda ona başvurmanıza izin verir dalga denklemi Schrödinger.

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

Nerede - toplam enerji elektron, potansiyel enerji elektron, fiziksel anlam işlevler Ψ (\displaystyle \Psi ) - Kare kök Koordinatlarla uzayda bir elektron bulma olasılığı üzerine X, sen Ve z(çekirdek köken olarak kabul edilir).
Sunulan denklem tek elektronlu bir sistem için yazılmıştır. Birden fazla elektron içeren sistemler için açıklama ilkesi aynı kalır ancak denklem daha fazlasını gerektirir. karmaşık görünüm. Grafik çözümü Schrödinger denklemi geometridir atomik yörüngeler. Bu nedenle, s-orbital bir top şeklindedir, p-orbital ise kökeninde bir "düğüm" bulunan (bir elektronu tespit etme olasılığının sıfıra yaklaştığı çekirdekte) sekiz rakamı şeklindedir.

Modern kuantum mekaniği teorisi çerçevesinde, bir elektron bir dizi kuantum sayısıyla tanımlanır: N , ben , m l , S Ve Hanım . Pauli ilkesine göre, bir atomun tüm kuantum sayıları tamamen aynı olan iki elektronu olamaz.
Ana kuantum sayısı N elektronun enerji seviyesini yani elektronun hangi elektronik seviyede bulunduğunu belirler. Ana kuantum numarası yalnızca 0'dan büyük tam sayı değerlerini alabilir: N =1;2;3... Maksimum değer N İçin spesifik atom element, elementin D.I. Mendeleev'in periyodik tablosunda bulunduğu dönemin numarasına karşılık gelir.
Orbital (tamamlayıcı) kuantum numarası ben Elektron bulutunun geometrisini belirler. 0'dan 0'a kadar tamsayı değerleri alabilir N -1. Ek kuantum sayısının değerleri için ben harf atamasını kullanın:

S yörüngesi top şeklindedir, p yörüngesi ise sekiz rakamı şeklindedir. Geri kalan yörüngeler çok karmaşık yapışekilde gösterilen d-orbital gibi.

Elektronlar seviyeler ve yörüngeler halinde rastgele değil, elektronların doldurulmasının en düşük enerji ilkesine göre, yani ana ve yörünge kuantum sayılarının toplamının artan sırasına göre gerçekleştiği Klechkovsky kuralına göre düzenlenir. N +ben . İki doldurma seçeneğinin toplamının aynı olması durumunda, başlangıçta en küçük enerji seviyesi doldurulur (örneğin: N =3 bir ben =2 ve N =4 bir ben =1 Seviye 3 başlangıçta doldurulacaktır). Manyetik kuantum sayısı m l yörüngenin uzaydaki konumunu belirler ve buradan bir tamsayı değeri alabilir. -ben önce +ben 0 dahil. S yörüngesi için yalnızca bir değer mümkündür. m l =0. P-orbital için zaten üç değer -1, 0 ve +1 vardır, yani p-orbital üç koordinat ekseni x, y ve z boyunca yerleştirilebilir.

değere bağlı olarak yörüngelerin düzenlenmesi m l

Elektronun kendi açısal momentumu vardır - spin, ile gösterilir kuantum sayısı S . Elektron spini sabit bir değerdir ve 1/2'ye eşittir. Dönme olgusu geleneksel olarak etraftaki hareket olarak temsil edilebilir. kendi ekseni. Başlangıçta bir elektronun dönüşü bir gezegenin kendi ekseni etrafındaki hareketine eşitlenmişti, ancak böyle bir karşılaştırma hatalıdır. Spin, klasik mekanikte benzeri olmayan tamamen kuantum bir olgudur.

Bildiğiniz gibi Evrendeki maddi olan her şey atomlardan oluşur. Atom, maddenin özelliklerini taşıyan en küçük birimidir. Buna karşılık, atomun yapısı sihirli bir mikropartikül üçlüsünden oluşur: protonlar, nötronlar ve elektronlar.

Üstelik mikropartiküllerin her biri evrenseldir. Yani dünyada iki farklı proton, nötron veya elektron bulamazsınız. Hepsi kesinlikle birbirine benzer. Ve atomun özellikleri yalnızca şunlara bağlı olacaktır: niceliksel bileşim içindeki bu mikropartiküller Genel yapı atom.

Örneğin hidrojen atomunun yapısı bir proton ve bir elektrondan oluşur. Bir sonraki en karmaşık atom olan helyum, iki proton, iki nötron ve iki elektrondan oluşur. Lityum atomu - üç proton, dört nötron ve üç elektrondan vb. oluşur.

Atomlar birleşerek molekülleri, moleküller birleşerek maddeleri, mineralleri ve organizmaları oluşturur. Tüm canlıların temeli olan DNA molekülü, yoldaki taş gibi evrenin aynı üç sihirli tuğlasından oluşan bir yapıdır. Bu yapı çok daha karmaşık olmasına rağmen.

Hatta daha fazla şaşırtıcı gerçekler Atom sisteminin oranlarına ve yapısına daha yakından bakmaya çalıştığımızda ortaya çıkıyor. Bir atomun bir çekirdek ve onun etrafında bir küreyi tanımlayan bir yörünge boyunca hareket eden elektronlardan oluştuğu bilinmektedir. Yani kelimenin alışılagelmiş anlamında hareket bile denemez. Aksine elektron bu kürenin her yerinde ve hemen içinde yer alır ve çekirdeğin etrafında bir elektron bulutu oluşturarak bir elektromanyetik alan oluşturur.

Bir atomun çekirdeği protonlardan ve nötronlardan oluşur ve sistemin neredeyse tüm kütlesi burada yoğunlaşmıştır. Ancak aynı zamanda çekirdeğin kendisi de o kadar küçüktür ki, yarıçapı 1 cm ölçeğe çıkarılırsa tüm atom yapısının yarıçapı yüzlerce metreye ulaşacaktır. Dolayısıyla yoğun madde olarak algıladığımız her şeyin %99'undan fazlası yalnızca maddeden oluşur. enerji bağlantıları arasında fiziksel parçacıklar ve fiziksel formların kendisinden %1'den az.

Ama bunlar nedir fiziksel formlar? Neyden yapılmışlar ve ne kadar malzeme? Bu soruları cevaplamak için protonların, nötronların ve elektronların yapılarına daha yakından bakalım. Böylece mikro dünyanın derinliklerine, atom altı parçacıkların seviyesine bir adım daha iniyoruz.

Bir elektron nelerden oluşur?

Atomun en küçük parçacığı elektrondur. Elektronun kütlesi vardır ama hacmi yoktur. İÇİNDE bilimsel fikir Elektron hiçbir şeyden oluşmaz, yapısız bir noktadır.

Elektron mikroskop altında görülemez. Yalnızca atom çekirdeğinin etrafında bulanık bir küre gibi görünen bir elektron bulutu şeklinde görülebilir. Aynı zamanda elektronun belirli bir anda nerede olduğunu kesin olarak söylemek imkansızdır. Cihazlar parçacığın kendisini değil, yalnızca enerji izini yakalayabiliyor. Elektronun özü madde kavramının içinde saklı değildir. Daha çok yalnızca hareket halinde ve hareket nedeniyle var olan boş bir biçim gibidir.

Elektronda henüz herhangi bir yapı keşfedilmedi. Enerji kuantumuyla aynı nokta parçacığıdır. Aslında elektron enerjidir, ancak ışığın fotonlarıyla temsil edilenden daha kararlı bir şeklidir.

İÇİNDE şu anda Elektron bölünmez kabul edilir. Bu anlaşılabilir bir durumdur çünkü hacmi olmayan bir şeyi bölmek imkansızdır. Bununla birlikte, teoride, elektronun aşağıdaki gibi yarı parçacıklardan oluşan bir üçlü içerdiğine göre halihazırda gelişmeler vardır:

• Orbiton – elektronun yörünge konumu hakkında bilgi içerir;
• Spinon – dönüş veya torktan sorumludur;
• Holon – elektronun yükü hakkında bilgi taşır.

Ancak gördüğümüz gibi, kuasipartiküllerin maddeyle hiçbir ortak yanı yoktur, yalnızca bilgi taşırlar.

İlginç bir şekilde bir elektron, ışık veya ısı gibi enerji kuantumlarını emebilir. Bu durumda atom yeni bir enerji seviyesine geçer ve elektron bulutunun sınırları genişler. Aynı zamanda bir elektronun emdiği enerji o kadar büyüktür ki atom sisteminin dışına sıçrayabilir ve bağımsız bir parçacık olarak hareketine devam edebilir. Aynı zamanda ışığın fotonu gibi davranır, yani parçacık olmaktan çıkıp dalga özelliği göstermeye başlar. Bu bir deneyde kanıtlandı.

Jung'un deneyi

Deney sırasında, iki yarık açılmış bir ekrana bir elektron akışı yönlendirildi. Bu yarıklardan geçen elektronlar başka bir projeksiyon ekranının yüzeyine çarpıp üzerinde iz bıraktı. Elektronların bu "bombardımanı" sonucunda, projeksiyon ekranında, iki yarıktan parçacıklar değil de dalgalar geçtiğinde ortaya çıkacak olana benzer bir girişim deseni ortaya çıktı.

Bu model, iki yarık arasından geçen dalganın iki dalgaya bölünmesi nedeniyle oluşur. Sonuç olarak daha fazla hareket dalgalar birbiriyle örtüşüyor ve bazı bölgelerde birbirini iptal ediyor. Sonuç, elektronun bir parçacık gibi davranması durumunda olacağı gibi, projeksiyon ekranında tek bir çizgi yerine birçok çizgidir.

Atom çekirdeğinin yapısı: protonlar ve nötronlar

Protonlar ve nötronlar atomun çekirdeğini oluşturur. Ve çekirdeğin toplam hacmin% 1'inden daha azını kaplamasına rağmen, sistemin neredeyse tüm kütlesi bu yapıda yoğunlaşmıştır. Ancak fizikçiler proton ve nötronların yapısı konusunda bölünmüş durumdalar ve şu an Aynı anda iki teori var.

• Teori No. 1 - Standart

Standart Model, proton ve nötronların bir gluon bulutu ile birbirine bağlanan üç kuarktan oluştuğunu söylüyor. Kuarklar da tıpkı kuantum ve elektronlar gibi nokta parçacıklardır. Ve gluonlar kuarkların etkileşimini sağlayan sanal parçacıklardır. Ancak doğada ne kuarklar ne de gluonlar bulunamadığından bu model ciddi eleştirilere maruz kalıyor.

• Teori #2 - Alternatif

Ama göre alternatif teori tek alan Einstein tarafından geliştirilen proton, nötron gibi, diğer parçacıklar gibi fiziksel dünya, ışık hızında dönen bir elektromanyetik alandır.

Atomun yapısının ilkeleri nelerdir?

Dünyadaki her şey - ince ve yoğun, sıvı, katı ve gaz - Evrenin uzayına nüfuz eden sayısız alanın enerji durumlarıdır. Alandaki enerji seviyesi ne kadar yüksek olursa o kadar ince ve daha az algılanır. Enerji seviyesi ne kadar düşük olursa o kadar istikrarlı ve somut olur. Atomun yapısında, Evrenin diğer herhangi bir biriminin yapısında olduğu gibi, bu tür alanların etkileşimi vardır - farklı enerji yoğunluğu. Maddenin sadece zihnin bir yanılsaması olduğu ortaya çıktı.