Keling, atom qanday qurilganini ko'rib chiqaylik. Shuni yodda tutingki, biz faqat modellar haqida gaplashamiz. Amalda atomlar ancha murakkab tuzilishdir. Ammo zamonaviy ishlanmalar tufayli biz kimyoviy elementlarning xususiyatlarini (hammasi bo'lmasa ham) tushuntirishga va hatto muvaffaqiyatli bashorat qilishga qodirmiz. Xo'sh, atomning tuzilishi qanday? U nimadan yasalgan?
Atomning sayyoraviy modeli
birinchi marta daniyalik fizik N. Bor tomonidan 1913 yilda taklif qilingan. Bu ilmiy faktlarga asoslangan atom tuzilishi haqidagi birinchi nazariyadir. Bundan tashqari, u zamonaviy tematik terminologiyaga asos solgan. Unda elektron-zarralar Quyosh atrofidagi sayyoralar kabi atom atrofida aylanish harakatlarini hosil qiladi. Bor ular faqat yadrodan qat'iy belgilangan masofada joylashgan orbitalarda mavjud bo'lishi mumkinligini taklif qildi. Nima uchun aniq fan nuqtai nazaridan olim tushuntira olmadi, ammo bunday model ko'plab tajribalar bilan tasdiqlangan. Yadroga eng yaqin raqamlangan birlikdan boshlab orbitalarni belgilash uchun butun sonlar ishlatilgan. Bu orbitalarning barchasi darajalar deb ham ataladi. Vodorod atomi faqat bitta elektron aylanadigan darajaga ega. Ammo murakkab atomlar ko'proq darajalarga ega. Ular energiya potentsialiga yaqin bo'lgan elektronlarni birlashtiruvchi komponentlarga bo'linadi. Shunday qilib, ikkinchisi allaqachon ikkita pastki darajaga ega - 2s va 2p. Uchinchisida allaqachon uchtasi bor - 3s, 3p va 3d. Va boshqalar. Birinchidan, yadroga yaqinroq bo'lgan pastki darajalar "aholi", keyin esa uzoq bo'lganlar. Ularning har biri faqat ma'lum miqdordagi elektronni ushlab turishi mumkin. Lekin bu oxiri emas. Har bir kichik daraja orbitallarga bo'linadi. Keling, oddiy hayot bilan taqqoslaylik. Atomning elektron bulutini shahar bilan solishtirish mumkin. Darajalar ko'chalar. Sublevel - xususiy uy yoki kvartira. Orbital - bu xona. Ularning har biri bir yoki ikkita elektronni "yashaydi". Ularning barchasida aniq manzillar mavjud. Bu atom tuzilishining birinchi diagrammasi edi. Va nihoyat, elektronlarning manzillari haqida: ular "kvant" deb ataladigan raqamlar to'plami bilan aniqlanadi.
Atomning toʻlqin modeli
Ammo vaqt oʻtishi bilan sayyora modeli qayta koʻrib chiqildi. Atom tuzilishining ikkinchi nazariyasi taklif qilindi. Bu yanada mukammal va amaliy tajribalar natijalarini tushuntirishga imkon beradi. E. Shredinger tomonidan taklif qilingan atomning to'lqin modeli birinchisining o'rnini egalladi. Keyin elektron nafaqat zarracha, balki to'lqin sifatida ham o'zini namoyon qilishi mumkinligi allaqachon aniqlangan. Shredinger nima qildi? U uch o'lchamli fazoda to'lqinning harakatini tavsiflovchi tenglamani qo'lladi. Shunday qilib, atomdagi elektronning traektoriyasini emas, balki uni ma'lum bir nuqtada aniqlash ehtimolini topish mumkin. Ikkala nazariyani ham elementar zarrachalar joylashganligi birlashtiradimaxsus darajalar, pastki darajalar va orbitallar. Modellarning o'xshashligi shu erda tugaydi. Men bitta misol keltiraman - to'lqin nazariyasida orbital 95% ehtimollik bilan elektronni topish mumkin bo'lgan mintaqadir. Kosmosning qolgan qismi 5% ni tashkil qiladi. Ammo yakunda atamalarning umumiy maʼnoda qoʻllanilishiga qaramay, atomlarning strukturaviy xususiyatlari toʻlqin modeli yordamida tasvirlangani maʼlum boʻldi.
Bu holatda ehtimollik tushunchasi
Bu atama nima uchun ishlatilgan? Heisenberg 1927 yilda noaniqlik printsipini ishlab chiqdi, u hozirda mikrozarrachalarning harakatini tasvirlash uchun ishlatiladi. Bu ularning oddiy jismoniy jismlardan tub farqiga asoslanadi. Nima u? Klassik mexanika inson hodisalarni ularga ta'sir qilmasdan kuzatishi mumkin deb faraz qilgan (osmon jismlarini kuzatish). Qabul qilingan ma'lumotlarga asoslanib, ob'ektning ma'lum bir vaqtda qaerda bo'lishini hisoblash mumkin. Ammo mikrokosmosda hamma narsa boshqacha bo'lishi kerak. Shunday qilib, masalan, elektronni unga ta'sir qilmasdan kuzatish endi asbob va zarraning energiyalari tengsiz bo'lganligi sababli mumkin emas. Bu uning elementar zarrachaning joylashishi, holati, yo'nalishi, harakat tezligi va boshqa parametrlarining o'zgarishiga olib keladi. Va aniq xususiyatlar haqida gapirishning ma'nosi yo'q. Noaniqlik printsipining o'zi bizga elektronning yadro atrofidagi aniq traektoriyasini hisoblash mumkin emasligini aytadi. Siz faqat ma'lum bir hududda zarrachani topish ehtimolini belgilashingiz mumkinbo'sh joy. Bu kimyoviy elementlar atomlari tuzilishining o'ziga xos xususiyati. Lekin buni faqat olimlar amaliy tajribalarda hisobga olishlari kerak.
Atom tarkibi
Ammo keling, butun mavzuga e'tibor qarataylik. Shunday qilib, yaxshi ko'rib chiqilgan elektron qobiqdan tashqari, atomning ikkinchi komponenti yadrodir. U musbat zaryadlangan protonlar va neytral neytronlardan iborat. Biz hammamiz davriy jadval bilan tanishmiz. Har bir elementning soni undagi protonlar soniga mos keladi. Neytronlar soni atom massasi va protonlar soni o'rtasidagi farqga teng. Ushbu qoidadan chetga chiqishlar bo'lishi mumkin. Keyin ular elementning izotopi borligini aytishadi. Atomning tuzilishi shundayki, u elektron qobiq bilan "o'ralgan". Elektronlar soni odatda protonlar soniga teng. Ikkinchisining massasi birinchisinikidan taxminan 1840 marta katta va taxminan neytronning og'irligiga teng. Yadro radiusi atom diametrining 1/200 000 ga teng. Uning o'zi sharsimon shaklga ega. Bu, umuman olganda, kimyoviy elementlar atomlarining tuzilishi. Massasi va xossalari farqiga qaramay, ular taxminan bir xil.
Orbitalar
Atom tuzilishining sxemasi nima ekanligi haqida gapirganda, ular haqida jim turish mumkin emas. Shunday qilib, bunday turlar mavjud:
- s. Ular sharsimon.
- s. Ular katta hajmli sakkizlik yoki shpindelga o'xshaydi.
- d va f. Ular murakkab shaklga ega, uni rasmiy tilda tasvirlash qiyin.
Har bir turdagi elektronni hududda 95% ehtimol bilan topish mumkinmos keladigan orbital. Taqdim etilgan ma'lumotni xotirjam qabul qilish kerak, chunki u jismoniy haqiqiy holatga qaraganda ancha mavhum matematik modeldir. Ammo bularning barchasi bilan u atomlar va hatto molekulalarning kimyoviy xossalari haqida yaxshi bashorat qilish kuchiga ega. Yadrodan qanchalik uzoqroq sath joylashgan bo'lsa, unga ko'proq elektronlar joylashtirilishi mumkin. Shunday qilib, orbitallar sonini maxsus formula yordamida hisoblash mumkin: x2. Bu erda x darajalar soniga teng. Orbitalga ikkitagacha elektron joylashtirilishi mumkinligi sababli ularni raqamli qidirishning yakuniy formulasi quyidagicha bo'ladi: 2x2.
Orbitalar: texnik ma'lumotlar
Ftor atomining tuzilishi haqida gapiradigan bo'lsak, u uchta orbitalga ega bo'ladi. Ularning barchasi to'ldiriladi. Xuddi shu darajadagi orbitallarning energiyasi bir xil. Ularni belgilash uchun qatlam raqamini qo'shing: 2s, 4p, 6d. Biz ftor atomining tuzilishi haqidagi suhbatga qaytamiz. U ikkita s- va bitta p-kichik darajaga ega bo'ladi. U to'qqizta proton va bir xil miqdordagi elektronga ega. Birinchi s-daraja. Bu ikkita elektron. Keyin ikkinchi s-daraja. Yana ikkita elektron. Va 5 p-darajani to'ldiradi. Mana uning tuzilishi. Quyidagi kichik sarlavhani o'qib bo'lgach, kerakli harakatlarni o'zingiz qilishingiz va o'zingiz ko'rishingiz mumkin. Agar ftorni o'z ichiga olgan galogenlarning fizik xususiyatlari haqida gapiradigan bo'lsak, shuni ta'kidlash kerakki, ular bir guruhda bo'lsa-da, ularning xususiyatlarida butunlay farq qiladi. Shunday qilib, ularning qaynash nuqtasi -188 dan 309 gachadaraja Selsiy. Xo'sh, nima uchun ular birlashtirilgan? Hammasi kimyoviy xossalari tufayli. Barcha halogenlar va eng katta darajada ftor eng yuqori oksidlovchi kuchga ega. Ular metallar bilan reaksiyaga kirishadi va xona haroratida hech qanday muammosiz o‘z-o‘zidan yonishi mumkin.
Orbitalar qanday to'ldiriladi?
Elektronlar qanday qoida va tamoyillar asosida joylashtirilgan? Yaxshiroq tushunish uchun matni soddalashtirilgan uchta asosiysi bilan tanishib chiqishingizni tavsiya qilamiz:
- Eng kam energiya printsipi. Elektronlar orbitallarni energiyani oshirish tartibida toʻldirishga intiladi.
- Pauli printsipi. Bitta orbitalda ikkitadan ortiq elektron boʻlishi mumkin emas.
- Hund qoidasi. Bir quyi daraja ichida elektronlar avval erkin orbitallarni to'ldiradi va shundan keyingina juftlik hosil qiladi.
Mendeleyevning davriy tizimi to'ldirishda yordam beradi va bu holda atomning tuzilishi tasvir nuqtai nazaridan yanada tushunarli bo'ladi. Shuning uchun elementlarning sxemalarini qurish bilan amaliy ishda uni qo'lda ushlab turish kerak.
Misol
Maqolada aytilganlarning hammasini umumlashtirish uchun siz atomning elektronlari ularning darajalari, pastki darajalari va orbitallari bo'yicha qanday taqsimlanishi (ya'ni, daraja konfiguratsiyasi qanday) namunasini yaratishingiz mumkin. U formula, energiya diagrammasi yoki qatlam diagrammasi sifatida ko'rsatilishi mumkin. Bu erda juda yaxshi rasmlar mavjud bo'lib, ular diqqat bilan o'rganib chiqqach, atomning tuzilishini tushunishga yordam beradi. Shunday qilib, birinchi daraja birinchi bo'lib to'ldiriladi. Unda borfaqat bitta pastki daraja, unda faqat bitta orbital mavjud. Barcha darajalar eng kichigidan boshlab ketma-ket to'ldiriladi. Birinchidan, bitta pastki daraja ichida har bir orbitalda bitta elektron joylashadi. Keyin juftliklar yaratiladi. Va agar bepul bo'lsa, u boshqa to'ldirish mavzusiga o'tadi. Va endi siz azot yoki ftor atomining tuzilishi nima ekanligini mustaqil ravishda bilib olishingiz mumkin (ilgari ko'rib chiqilgan). Avvaliga bu biroz qiyin bo'lishi mumkin, lekin siz rasmlarga qarab harakat qilishingiz mumkin. Aniqlik uchun azot atomining tuzilishini ko'rib chiqamiz. Unda 7 ta proton (yadroni tashkil etuvchi neytronlar bilan birga) va bir xil miqdordagi elektronlar (elektron qobig'ini tashkil qiladi) mavjud. Birinchi s-daraja birinchi bo'lib to'ldiriladi. U 2 ta elektronga ega. Keyin ikkinchi s-daraja keladi. Shuningdek, u 2 ta elektronga ega. Qolgan uchtasi esa har biri bitta orbitalni egallagan p-darajasida joylashgan.
Xulosa
Koʻrib turganingizdek, atomning tuzilishi unchalik qiyin mavzu emas (agar unga maktab kimyo kursi nuqtai nazaridan yondashsangiz, albatta). Va bu mavzuni tushunish qiyin emas. Nihoyat, men sizga ba'zi xususiyatlar haqida ma'lumot bermoqchiman. Masalan, kislorod atomining tuzilishi haqida gapiradigan bo'lsak, unda sakkizta proton va 8-10 neytron borligini bilamiz. Tabiatdagi hamma narsa muvozanatga intilayotganligi sababli, ikkita kislorod atomi molekula hosil qiladi, bu erda ikkita juftlashtirilmagan elektron kovalent bog'lanish hosil qiladi. Xuddi shunday, yana bir barqaror kislorod molekulasi hosil bo'ladi - ozon (O3). Kislorod atomining tuzilishini bilib, oksidlanish reaktsiyalarini to'g'ri shakllantirish mumkinBu yerdagi eng keng tarqalgan moddani o'z ichiga oladi.
