Bir atomun nasıl inşa edildiğine bakalım. Sadece modellerden bahsedeceğimizi unutmayın. Pratikte, atomlar çok daha karmaşık bir yapıdır. Ancak modern gelişmeler sayesinde, kimyasal elementlerin özelliklerini (hepsi olmasa bile) açıklayabiliyor ve hatta başarılı bir şekilde tahmin edebiliyoruz. Peki, bir atomun yapısı nedir? Neyden "yapılmış"?
Atomun gezegen modeli
ilk olarak 1913'te Danimarkalı fizikçi N. Bohr tarafından önerildi. Bu, atomun yapısının bilimsel gerçeklere dayanan ilk teorisidir. Ayrıca modern tematik terminolojinin temellerini attı. İçinde elektron parçacıkları, Güneş'in etrafındaki gezegenlerle aynı şekilde atom etrafında dönme hareketleri üretir. Bohr, yalnızca çekirdekten kesin olarak tanımlanmış bir mesafede bulunan yörüngelerde var olabileceklerini öne sürdü. Neden tam olarak, bilim konumundan bilim adamı açıklayamadı, ancak böyle bir model birçok deneyle doğrulandı. Yörüngeleri belirtmek için çekirdeğe en yakın numaralandırılmış birimden başlayarak tamsayılar kullanıldı. Tüm bu yörüngelere seviyeler de denir. Hidrojen atomunun, üzerinde bir elektronun döndüğü tek bir seviyesi vardır. Ancak karmaşık atomların daha fazla seviyesi vardır. Enerji potansiyeline yakın elektronları birleştiren bileşenlere ayrılırlar. Yani, ikincisi zaten iki alt seviyeye sahiptir - 2s ve 2p. Üçüncüsü zaten üç - 3s, 3p ve 3d'ye sahip. Vb. İlk olarak, çekirdeğe daha yakın olan alt düzeyler “doldurulur” ve ardından uzak olanlar. Her biri yalnızca belirli sayıda elektron tutabilir. Ama bu son değil. Her alt seviye yörüngelere bölünmüştür. Sıradan hayatla bir karşılaştırma yapalım. Bir atomun elektron bulutu bir şehirle karşılaştırılabilir. Seviyeler sokaklardır. Alt seviye - özel bir ev veya daire. Yörünge bir odadır. Her biri bir veya iki elektron "yaşar". Hepsinin belirli adresleri var. Bu, atomun yapısının ilk diyagramıydı. Ve son olarak, elektronların adresleri hakkında: bunlar "kuantum" adı verilen sayı kümeleriyle belirlenir.
Atomun dalga modeli
Fakat zamanla gezegen modeli revize edildi. Atomun yapısına ilişkin ikinci bir teori önerildi. Daha mükemmel ve pratik deneylerin sonuçlarını açıklamaya izin veriyor. E. Schrödinger tarafından önerilen atomun dalga modeli ilkinin yerini aldı. O zaman, bir elektronun kendisini yalnızca bir parçacık olarak değil, aynı zamanda bir dalga olarak da gösterebileceği zaten tespit edildi. Schrödinger ne yaptı? Üç boyutlu uzayda bir dalganın hareketini tanımlayan bir denklem uyguladı. Böylece atomdaki elektronun yörüngesi değil, belirli bir noktada tespit edilme olasılığı bulunabilir. Her iki teori, temel parçacıkların üzerinde yer alması gerçeğiyle birleştirilir.belirli seviyeler, alt seviyeler ve yörüngeler. Modellerin benzerliği burada sona eriyor. Bir örnek vereceğim - dalga teorisinde yörünge, %95 olasılıkla bir elektron bulmanın mümkün olacağı bir bölgedir. Uzayın geri kalanı %5'tir. Ancak sonunda terminolojinin genel bir şekilde kullanılmasına rağmen atomların yapısal özelliklerinin bir dalga modeli kullanılarak gösterildiği ortaya çıktı.
Bu durumda olasılık kavramı
Bu terim neden kullanıldı? Heisenberg, 1927'de, şimdi mikropartiküllerin hareketini tanımlamak için kullanılan belirsizlik ilkesini formüle etti. Sıradan fiziksel bedenlerden temel farklılıklarına dayanır. Bu ne? Klasik mekanik, bir kişinin fenomenleri etkilemeden gözlemleyebileceğini varsayıyordu (gök cisimlerinin gözlemlenmesi). Alınan verilere dayanarak, nesnenin belirli bir zamanda nerede olacağını hesaplamak mümkündür. Ancak mikro kozmosta işler mutlaka farklıdır. Yani örneğin bir elektronu etkilemeden gözlemlemek, aletin ve parçacığın enerjileri kıyaslanamaz olduğu için artık mümkün değildir. Bu, temel bir parçacığın konumunun, durumunun, yönünün, hareket hızının ve diğer parametrelerin değişmesine neden olur. Ve kesin özellikler hakkında konuşmanın bir anlamı yok. Belirsizlik ilkesinin kendisi bize elektronun çekirdek etrafındaki yörüngesini tam olarak hesaplamanın imkansız olduğunu söyler. Yalnızca belirli bir alanda bir parçacık bulma olasılığını belirleyebilirsiniz. Uzay. Bu, kimyasal elementlerin atomlarının yapısının özelliğidir. Ancak bu, pratik deneylerde yalnızca bilim adamları tarafından dikkate alınmalıdır.
Bir atomun bileşimi
Ama tüm konuya odaklanalım. Dolayısıyla, iyi düşünülmüş elektron kabuğuna ek olarak, atomun ikinci bileşeni çekirdektir. Pozitif yüklü protonlar ve nötr nötronlardan oluşur. Hepimiz periyodik tabloya aşinayız. Her elementin sayısı, sahip olduğu proton sayısına karşılık gelir. Nötron sayısı, bir atomun kütlesi ile proton sayısı arasındaki farka eşittir. Bu kuraldan sapmalar olabilir. Sonra elementin bir izotopunun mevcut olduğunu söylüyorlar. Bir atomun yapısı, bir elektron kabuğu ile "çevrelenmiş" olacak şekildedir. Elektron sayısı genellikle proton sayısına eşittir. İkincisinin kütlesi, birincisinin kütlesinden yaklaşık 1840 kat daha büyüktür ve yaklaşık olarak nötronun ağırlığına eşittir. Çekirdeğin yarıçapı, bir atomun çapının yaklaşık 1/200.000'i kadardır. Kendisi küresel bir şekle sahiptir. Bu, genel olarak, kimyasal elementlerin atomlarının yapısıdır. Kütle ve özelliklerdeki farklılığa rağmen, hemen hemen aynı görünüyorlar.
Yörüngeler
Atomun yapı şemasının ne olduğu hakkında konuşurken, bunlara sessiz kalınamaz. Yani, şu türler var:
- s. Küreseldirler.
- p. Hacimli sekiz rakamı veya iğ gibi görünüyorlar.
- d ve f. Resmi dilde tarif edilmesi zor olan karmaşık bir şekle sahiptirler.
Her türden elektron, bölgede %95 olasılıkla bulunabilirkarşılık gelen yörünge. Fiziksel bir gerçek durumdan ziyade soyut bir matematiksel model olduğundan, sunulan bilgiler sakin bir şekilde alınmalıdır. Ancak tüm bunlarla birlikte, atomların ve hatta moleküllerin kimyasal özelliklerine ilişkin iyi bir tahmin gücüne sahiptir. Seviye çekirdekten ne kadar uzaktaysa, üzerine o kadar fazla elektron yerleştirilebilir. Böylece, yörünge sayısı özel bir formül kullanılarak hesaplanabilir: x2. Burada x, seviye sayısına eşittir. Ve yörüngeye en fazla iki elektron yerleştirilebildiğinden, sayısal aramalarının son formülü şöyle görünecektir: 2x2.
Yörüngeler: teknik veriler
Flor atomunun yapısından bahsedersek, üç yörüngesi olacaktır. Hepsi doldurulacak. Aynı alt seviyedeki yörüngelerin enerjisi aynıdır. Bunları belirlemek için katman numarasını ekleyin: 2s, 4p, 6d. Flor atomunun yapısı hakkındaki konuşmaya geri dönüyoruz. İki s- ve bir p- alt düzeyi olacaktır. Dokuz protona ve aynı sayıda elektrona sahiptir. Birincisi s-seviyesi. Bunlar iki elektron. Sonra ikinci s-seviyesi. İki elektron daha. Ve 5, p-düzeyini doldurur. İşte onun yapısı. Aşağıdaki alt başlığı okuduktan sonra gerekli işlemleri kendiniz yapabilir ve kendiniz görebilirsiniz. Flor içeren halojenlerin fiziksel özellikleri hakkında konuşursak, aynı grupta olmalarına rağmen özelliklerinde tamamen farklı olduklarına dikkat edilmelidir. Yani kaynama noktaları -188 ile 309 arasında değişir.santigrat derece. Peki neden birleştirildiler? Hepsi kimyasal özellikler sayesinde. Tüm halojenler ve büyük ölçüde flor, en yüksek oksitleme gücüne sahiptir. Metallerle reaksiyona girerler ve oda sıcaklığında sorunsuz bir şekilde kendiliğinden tutuşabilirler.
Yörüngeler nasıl doldurulur?
Elektronlar hangi kural ve ilkelere göre düzenlenir? İfadeleri daha iyi anlaşılması için basitleştirilmiş olan üç ana öğeye aşina olmanızı öneririz:
- En az enerji ilkesi. Elektronlar, artan enerji sırasına göre orbitalleri doldurma eğilimindedir.
- Pauli ilkesi. Bir yörünge ikiden fazla elektron içeremez.
- Hund kuralı. Bir alt düzeyde, elektronlar önce serbest yörüngeleri doldurur ve ancak bundan sonra çiftler oluşturur.
Mendeleyev'in periyodik sistemi doldurmada yardımcı olacak ve bu durumda atomun yapısı görüntü açısından daha anlaşılır hale gelecektir. Bu nedenle, elemanların devrelerinin yapımıyla ilgili pratik çalışmalarda, onu el altında tutmak gerekir.
Örnek
Makalede söylenen her şeyi özetlemek için, bir atomun elektronlarının seviyelerine, alt seviyelerine ve orbitallerine nasıl dağıldığına dair bir örnek yapabilirsiniz (yani seviye konfigürasyonu nedir). Formül, enerji diyagramı veya katman diyagramı olarak gösterilebilir. Burada, yakından incelendiğinde atomun yapısını anlamaya yardımcı olan çok iyi çizimler var. Yani, ilk seviye önce doldurulur. sahipsadece bir yörüngenin olduğu sadece bir alt seviye. Tüm seviyeler, en küçüğünden başlayarak sırayla doldurulur. İlk olarak, bir alt düzey içinde, her yörüngeye bir elektron yerleştirilir. Daha sonra çiftler oluşturulur. Ve ücretsiz olanlar varsa, başka bir doldurma konusuna geçer. Ve şimdi, nitrojen veya flor atomunun (daha önce düşünülen) yapısının ne olduğunu bağımsız olarak öğrenebilirsiniz. İlk başta biraz zor gelebilir ama resimlere bakarak gezinebilirsiniz. Açıklık için nitrojen atomunun yapısına bakalım. 7 protonu (çekirdeği oluşturan nötronlarla birlikte) ve aynı sayıda elektronu (elektron kabuğunu oluşturan) vardır. İlk s-seviyesi önce doldurulur. 2 elektronu vardır. Ardından ikinci s düzeyi gelir. Ayrıca 2 elektronu vardır. Ve diğer üçü, her birinin bir yörünge kapladığı p-seviyesine yerleştirilir.
Sonuç
Gördüğünüz gibi atomun yapısı o kadar da zor bir konu değil (tabii bir okul kimya dersi perspektifinden yaklaşırsanız). Ve bu konuyu anlamak zor değil. Son olarak bazı özellikler hakkında bilgi vermek istiyorum. Örneğin oksijen atomunun yapısından bahsedecek olursak, sekiz protonu ve 8-10 nötronu olduğunu biliyoruz. Ve doğadaki her şey dengede olma eğiliminde olduğundan, iki oksijen atomu bir molekül oluşturur, burada iki eşleşmemiş elektron bir kovalent bağ oluşturur. Benzer şekilde, başka bir kararlı oksijen molekülü oluşur - ozon (O3). Oksijen atomunun yapısını bilerek, oksidasyon reaksiyonlarını doğru bir şekilde formüle etmek mümkündür.bu, dünyadaki en yaygın maddeyi içerir.
