طرح ساختار اتم: هسته، پوسته الکترونی. مثال ها

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

بیایید به نحوه ساخت اتم نگاه کنیم. به خاطر داشته باشید که ما فقط در مورد مدل ها صحبت خواهیم کرد. در عمل، اتم ها ساختار بسیار پیچیده تری هستند. اما به لطف پیشرفت های مدرن، ما قادر به توضیح و حتی پیش بینی موفقیت آمیز خواص عناصر شیمیایی (حتی نه همه) هستیم. بنابراین، ساختار یک اتم چیست؟ از چه چیزی "ساخته شده" است؟

مدل سیاره ای اتم

برای اولین بار توسط فیزیکدان دانمارکی N. Bohr در سال 1913 پیشنهاد شد. این اولین نظریه در مورد ساختار اتم است که بر اساس حقایق علمی است. علاوه بر این، او پایه و اساس اصطلاحات موضوعی مدرن را گذاشت. در آن، ذرات الکترون حرکات چرخشی در اطراف اتم به همان شیوه سیارات اطراف خورشید ایجاد می کنند. بور پیشنهاد کرد که آنها فقط می توانند در مدارهایی که در فاصله کاملاً مشخصی از هسته قرار دارند وجود داشته باشند. چرا دقیقاً، دانشمند از موقعیت علم نتوانست توضیح دهد، اما چنین مدلی با آزمایش های بسیاری تأیید شد. از اعداد صحیح برای تعیین مدارها استفاده شد که با واحدی که نزدیکترین به هسته شماره گذاری شده بود شروع شد. به همه این مدارها تراز نیز گفته می شود. اتم هیدروژن فقط یک سطح دارد که یک الکترون در آن می چرخد.اما اتم های پیچیده سطوح بیشتری دارند. آنها به اجزایی تقسیم می شوند که الکترون هایی را که از نظر پتانسیل انرژی نزدیک هستند، متحد می کنند. بنابراین، مورد دوم در حال حاضر دارای دو سطح فرعی است - 2s و 2p. سومین در حال حاضر دارای سه s، 3p و 3d است. و غیره. ابتدا سطوح فرعی نزدیکتر به هسته "جمعیت" می شوند و سپس سطوح دورتر. هر یک از آنها فقط می تواند تعداد معینی الکترون را در خود نگه دارد. اما این پایان کار نیست. هر سطح فرعی به اوربیتال ها تقسیم می شود. بیایید مقایسه ای با زندگی معمولی داشته باشیم. ابر الکترونی یک اتم با یک شهر قابل مقایسه است. سطوح خیابان هستند. سطح فرعی - یک خانه یا آپارتمان خصوصی. اوربیتال یک اتاق است. هر یک از آنها یک یا دو الکترون "زندگی" می کنند. همه آنها آدرس خاصی دارند. این اولین نمودار از ساختار اتم بود. و در نهایت، در مورد آدرس الکترون ها: آنها با مجموعه اعدادی که "کوانتومی" نامیده می شوند تعیین می شوند.

مدل موجی اتم

اما با گذشت زمان، مدل سیاره ای تجدید نظر شده است. نظریه دوم در مورد ساختار اتم ارائه شد. این کامل تر است و اجازه می دهد تا نتایج آزمایش های عملی را توضیح دهد. مدل موجی اتم که توسط ای. شرودینگر پیشنهاد شد، جایگزین مدل اول شد. سپس مشخص شد که یک الکترون می تواند خود را نه تنها به عنوان یک ذره، بلکه به عنوان یک موج نیز نشان دهد. شرودینگر چه کرد؟ او معادله ای را اعمال کرد که حرکت موج را در فضای سه بعدی توصیف می کند. بنابراین، نمی توان مسیر حرکت الکترون را در اتم، بلکه احتمال تشخیص آن را در یک نقطه خاص پیدا کرد. هر دو نظریه با این واقعیت متحد می شوند که ذرات بنیادی روی آن قرار دارندسطوح، سطوح فرعی و مدارهای خاص. اینجاست که شباهت مدل ها به پایان می رسد. من یک مثال می زنم - در تئوری موج، یک اوربیتال منطقه ای است که در آن امکان یافتن یک الکترون با احتمال 95٪ وجود دارد. بقیه فضا 5 درصد را تشکیل می دهد، اما در نهایت مشخص شد که ویژگی های ساختاری اتم ها با استفاده از مدل موجی به تصویر کشیده شده است، علیرغم اینکه اصطلاحات به طور کلی استفاده می شود.

مفهوم احتمال در این مورد

چرا این اصطلاح استفاده شد؟ هایزنبرگ در سال 1927 اصل عدم قطعیت را فرموله کرد که اکنون برای توصیف حرکت ریزذرات استفاده می شود. این بر اساس تفاوت اساسی آنها با اجسام فیزیکی معمولی است. چیست؟ مکانیک کلاسیک فرض می‌کرد که شخص می‌تواند پدیده‌ها را بدون تأثیرگذاری بر آنها مشاهده کند (مشاهده اجرام آسمانی). بر اساس داده های دریافتی، می توان محاسبه کرد که شی در یک نقطه زمانی خاص در کجا قرار خواهد گرفت. اما در عالم صغیر، همه چیز لزوما متفاوت است. بنابراین، به عنوان مثال، مشاهده یک الکترون بدون تأثیر در حال حاضر امکان پذیر نیست، زیرا انرژی های ابزار و ذره قابل مقایسه نیستند. این منجر به این واقعیت می شود که مکان آن از یک ذره بنیادی، حالت، جهت، سرعت حرکت و سایر پارامترها تغییر می کند. و بی معنی است که در مورد ویژگی های دقیق صحبت کنیم. خود اصل عدم قطعیت به ما می گوید که محاسبه مسیر دقیق الکترون در اطراف هسته غیرممکن است. شما فقط می توانید احتمال یافتن یک ذره را در یک منطقه خاص مشخص کنیدفضا. این ویژگی ساختار اتم های عناصر شیمیایی است. اما این باید منحصراً توسط دانشمندان در آزمایشات عملی در نظر گرفته شود.

ترکیب یک اتم

اما بیایید روی کل موضوع تمرکز کنیم. بنابراین، علاوه بر پوسته الکترونی به خوبی در نظر گرفته شده، دومین جزء اتم هسته است. از پروتون های با بار مثبت و نوترون های خنثی تشکیل شده است. همه ما با جدول تناوبی آشنا هستیم. تعداد هر عنصر مطابق با تعداد پروتون هایی است که دارد. تعداد نوترون ها برابر است با تفاوت بین جرم یک اتم و تعداد پروتون های آن. ممکن است انحرافاتی از این قانون وجود داشته باشد. سپس می گویند ایزوتوپ عنصر موجود است. ساختار یک اتم به گونه ای است که توسط یک پوسته الکترونی "احاطه شده" است. تعداد الکترون ها معمولاً برابر با تعداد پروتون ها است. جرم دومی حدود 1840 برابر بیشتر از جرم اولی است و تقریباً برابر با وزن نوترون است. شعاع هسته حدود 1/200000 قطر یک اتم است. او خودش شکل کروی دارد. این به طور کلی ساختار اتم های عناصر شیمیایی است. با وجود تفاوت در جرم و خواص، آنها تقریباً یکسان به نظر می رسند.

مدار

وقتی درباره ساختار اتم صحبت می کنیم، نمی توان در مورد آنها سکوت کرد. بنابراین، این انواع وجود دارد:

1. s. آنها کروی هستند.
2. ص. آن‌ها شبیه هشت‌ها یا دوک‌های حجیم به نظر می‌رسند.
3. d و f. آنها شکل پیچیده ای دارند که توصیف آن در زبان رسمی دشوار است.

الکترون از هر نوع را می توان با احتمال 95٪ در قلمرو پیدا کرد.اوربیتال مربوطه اطلاعات ارائه شده باید با آرامش گرفته شود، زیرا بیشتر یک مدل ریاضی انتزاعی است تا یک وضعیت واقعی فیزیکی. اما با همه اینها قدرت پیش بینی خوبی در مورد خواص شیمیایی اتم ها و حتی مولکول ها دارد. هر چه سطح از هسته دورتر باشد، الکترون های بیشتری را می توان روی آن قرار داد. بنابراین، تعداد اوربیتال ها را می توان با استفاده از یک فرمول خاص محاسبه کرد: x². در اینجا x برابر است با تعداد سطوح. و از آنجایی که حداکثر دو الکترون را می توان روی اوربیتال قرار داد، فرمول نهایی برای جستجوی عددی آنها به این صورت خواهد بود: 2x².

مدار: اطلاعات فنی

اگر در مورد ساختار اتم فلوئور صحبت کنیم، سه اوربیتال خواهد داشت. همه آنها پر خواهند شد. انرژی اوربیتال ها در یک سطح فرعی یکسان است. برای تعیین آنها، شماره لایه را اضافه کنید: 2s، 4p، 6d. ما به گفتگو در مورد ساختار اتم فلوئور باز می گردیم. دارای دو s- و یک p-sublevel خواهد بود. دارای 9 پروتون و همین تعداد الکترون است. اولین سطح s. این دو الکترون هستند. سپس s-level دوم. دو الکترون دیگر و 5 سطح p را پر می کند. ساختار او اینجاست. بعد از مطالعه زیر عنوان زیر می توانید خودتان اقدامات لازم را انجام دهید و خودتان ببینید. اگر در مورد خواص فیزیکی هالوژن ها که فلوئور را شامل می شود صحبت کنیم، باید توجه داشت که آنها اگرچه در یک گروه هستند، اما از نظر خصوصیات کاملاً متفاوت هستند. بنابراین، نقطه جوش آنها از 188- تا 309 متغیر استدرجه سانتیگراد پس چرا ادغام شده اند؟ همه به لطف خواص شیمیایی. همه هالوژن ها و تا حد زیادی فلوئور دارای بالاترین قدرت اکسید کننده هستند. آنها با فلزات واکنش می دهند و می توانند به طور خود به خود در دمای اتاق بدون هیچ مشکلی مشتعل شوند.

مدارها چگونه پر می شوند؟

الکترون ها بر اساس چه قوانین و اصولی مرتب می شوند؟ پیشنهاد می کنیم با سه مورد اصلی که برای درک بهتر عبارت ساده شده است آشنا شوید:

1. اصل کمترین انرژی. الکترون ها تمایل دارند اوربیتال ها را به ترتیب افزایش انرژی پر کنند.
2. اصل پائولی. یک اوربیتال نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد.
3. قانون هوند. در یک سطح فرعی، الکترون‌ها ابتدا اوربیتال‌های آزاد را پر می‌کنند و تنها پس از آن جفت‌ها را تشکیل می‌دهند.

سیستم تناوبی مندلیف به پر شدن کمک می کند و ساختار اتم در این مورد از نظر تصویر قابل درک تر می شود. بنابراین، در کار عملی با ساخت مدارهای عناصر، باید آن را در دسترس داشت.

مثال

به منظور خلاصه کردن همه چیزهایی که در مقاله گفته شد، می توانید نمونه ای از نحوه توزیع الکترون های یک اتم در سطوح، سطوح فرعی و اوربیتال های آنها (یعنی پیکربندی سطح چگونه است) تهیه کنید. می توان آن را به صورت فرمول، نمودار انرژی یا نمودار لایه نشان داد. در اینجا تصاویر بسیار خوبی وجود دارد که با بررسی دقیق، به درک ساختار اتم کمک می کند. بنابراین، ابتدا سطح اول پر می شود. این داردفقط یک سطح فرعی که در آن فقط یک مدار وجود دارد. همه سطوح به صورت متوالی پر می شوند و از کوچکترین شروع می شوند. ابتدا در یک زیرسطح، یک الکترون در هر اوربیتال قرار می گیرد. سپس جفت ایجاد می شود. و اگر موارد رایگان وجود داشته باشد، به موضوع پرکننده دیگری تغییر می کند. و اکنون می توانید به طور مستقل دریابید که ساختار اتم نیتروژن یا فلوئور (که قبلاً در نظر گرفته شد) چیست. در ابتدا ممکن است کمی مشکل باشد، اما می توانید با نگاه کردن به تصاویر حرکت کنید. برای وضوح، بیایید به ساختار اتم نیتروژن نگاه کنیم. دارای 7 پروتون (به همراه نوترون های تشکیل دهنده هسته) و به همان تعداد الکترون (که پوسته الکترونی را تشکیل می دهند). اولین s-level ابتدا پر می شود. 2 الکترون دارد. سپس دومین سطح S می آید. همچنین دارای 2 الکترون است. و سه مورد دیگر در سطح p قرار می گیرند، جایی که هر یک از آنها یک مدار را اشغال می کند.

نتیجه گیری

همانطور که می بینید، ساختار اتم موضوع چندان دشواری نیست (البته اگر از منظر یک درس شیمی مدرسه به آن نگاه کنید). و درک این موضوع دشوار نیست. در پایان می خواهم چند ویژگی را به شما اطلاع دهم. به عنوان مثال، وقتی در مورد ساختار اتم اکسیژن صحبت می کنیم، می دانیم که 8 پروتون و 8-10 نوترون دارد. و از آنجایی که همه چیز در طبیعت تمایل به تعادل دارد، دو اتم اکسیژن یک مولکول را تشکیل می دهند، جایی که دو الکترون جفت نشده یک پیوند کووالانسی را تشکیل می دهند. به طور مشابه، یک مولکول اکسیژن پایدار دیگر تشکیل می شود - ازن (O₃). با دانستن ساختار اتم اکسیژن، می توان واکنش های اکسیداسیون را به درستی فرمول بندی کرد.که شامل رایج ترین ماده روی زمین است.