בואו נראה איך בנוי אטום. קחו בחשבון שנדבר רק על דגמים. בפועל, אטומים הם מבנה הרבה יותר מורכב. אבל הודות לפיתוחים מודרניים, אנו מסוגלים להסביר ואף לחזות בהצלחה את התכונות של יסודות כימיים (גם אם לא כולם). אז מה המבנה של אטום? ממה הוא "עשוי"?
מודל פלנטרי של האטום
הוצע לראשונה על ידי הפיזיקאי הדני נ. בוהר ב-1913. זוהי התיאוריה הראשונה של מבנה האטום המבוססת על עובדות מדעיות. בנוסף, היא הניחה את היסודות למינוח נושאי מודרני. בו, חלקיקי אלקטרונים מייצרים תנועות סיבוביות סביב האטום באותו אופן כמו כוכבי הלכת מסביב לשמש. בוהר הציע שהם יכולים להתקיים רק במסלולים הממוקמים במרחק מוגדר בהחלט מהגרעין. למה בדיוק, המדען מעמדת המדע לא יכול היה להסביר, אבל מודל כזה אושר על ידי ניסויים רבים. מספרים שלמים שימשו לייעוד המסלולים, החל מהיחידה שמספרה הכי קרובה לגרעין. כל המסלולים הללו נקראים גם רמות. לאטום המימן יש רק רמה אחת שבה מסתובב אלקטרון אחד.אבל לאטומים מורכבים יש יותר רמות. הם מחולקים לרכיבים המאחדים אלקטרונים קרובים בפוטנציאל האנרגיה. אז, לשני כבר יש שתי רמות משנה - 2s ו-2p. לשלישי כבר יש שלושה - 3s, 3p ו-3d. וכו. ראשית, תת הרמות הקרובות יותר לגרעין "מאוכלסות", ולאחר מכן הרחוקות. כל אחד מהם יכול להחזיק רק מספר מסוים של אלקטרונים. אבל זה לא הסוף. כל תת-רמה מחולקת לאורביטלים. בואו נעשה השוואה עם החיים הרגילים. ענן האלקטרונים של אטום דומה לעיר. מפלסים הם רחובות. תת-מפלס - בית פרטי או דירה. אורביטל הוא חדר. כל אחד מהם "חי" אלקטרוני אחד או שניים. לכולם יש כתובות ספציפיות. זה היה הדיאגרמה הראשונה של מבנה האטום. ולבסוף, לגבי הכתובות של אלקטרונים: הם נקבעים על ידי קבוצות של מספרים, הנקראים "קוונטי".
מודל גל של האטום
אבל עם הזמן, המודל הפלנטרי עודכן. הוצעה תיאוריה שנייה של מבנה האטום. זה מושלם יותר ומאפשר להסביר את התוצאות של ניסויים מעשיים. מודל הגל של האטום, שהוצע על ידי א' שרדינגר, החליף את הראשון. אז כבר נקבע שאלקטרון יכול להתבטא לא רק כחלקיק, אלא גם כגל. מה שרדינגר עשה? הוא יישם משוואה המתארת את תנועת הגל במרחב התלת מימדי. לפיכך, לא ניתן למצוא את מסלול האלקטרון באטום, אלא את ההסתברות לגילויו בנקודה מסוימת. שתי התיאוריות מאוחדות על ידי העובדה שחלקיקים אלמנטריים ממוקמים עלרמות ספציפיות, תת-רמות ואורביטלים. כאן מסתיים הדמיון בין הדגמים. אתן דוגמה אחת - בתורת הגלים, מסלול הוא אזור שבו ניתן יהיה למצוא אלקטרון בהסתברות של 95%. שאר החלל מהווה 5%. אבל בסופו של דבר התברר שהתכונות המבניות של אטומים מתוארות באמצעות מודל גלים, למרות העובדה שהטרמינולוגיה משמשת באופן כללי.
מושג ההסתברות במקרה זה
מדוע נעשה שימוש במונח זה? הייזנברג ניסח את עקרון אי הוודאות בשנת 1927, המשמש כיום לתיאור תנועת המיקרו-חלקיקים. זה מבוסס על ההבדל היסודי שלהם מהגופים הפיזיים הרגילים. מה זה? המכניקה הקלאסית הניחה שאדם יכול לצפות בתופעות מבלי להשפיע עליהן (תצפית על גרמי שמים). על סמך הנתונים שהתקבלו, ניתן לחשב היכן יהיה האובייקט בנקודת זמן מסוימת. אבל במיקרוקוסמוס, הדברים בהכרח שונים. אז, למשל, לצפות באלקטרון מבלי להשפיע זה לא אפשרי כעת בגלל העובדה שהאנרגיות של המכשיר והחלקיק אינן ניתנות להשוואה. זה מוביל לעובדה שמיקומו של חלקיק יסודי, מצב, כיוון, מהירות התנועה ופרמטרים אחרים משתנים. וזה לא הגיוני לדבר על המאפיינים המדויקים. עקרון אי הוודאות עצמו אומר לנו שאי אפשר לחשב את המסלול המדויק של האלקטרון סביב הגרעין. אתה יכול לציין רק את ההסתברות למצוא חלקיק באזור מסויםמֶרחָב. זוהי המוזרות של המבנה של אטומים של יסודות כימיים. אבל זה צריך להילקח בחשבון באופן בלעדי על ידי מדענים בניסויים מעשיים.
הרכב של אטום
אבל בואו נתמקד בכל הנושא. אז, בנוסף למעטפת האלקטרונים השקולה היטב, המרכיב השני של האטום הוא הגרעין. הוא מורכב מפרוטונים בעלי מטען חיובי ומנייטרונים ניטרליים. כולנו מכירים את הטבלה המחזורית. המספר של כל יסוד מתאים למספר הפרוטונים שיש לו. מספר הנייטרונים שווה להפרש בין המסה של אטום למספר הפרוטונים שלו. ייתכנו חריגות מהכלל הזה. ואז אומרים שיש איזוטופ של היסוד. המבנה של אטום הוא כזה שהוא "מוקף" במעטפת אלקטרונים. מספר האלקטרונים בדרך כלל שווה למספר הפרוטונים. המסה של האחרון גדולה בערך פי 1840 מזו של הראשון, והיא שווה בקירוב למשקל הנייטרון. רדיוס הגרעין הוא בערך 1/200,000 מקוטר אטום. לו עצמו יש צורה כדורית. זהו, באופן כללי, המבנה של אטומים של יסודות כימיים. למרות ההבדל במסה ובמאפיינים, הם נראים בערך אותו הדבר.
מסלולים
אם מדברים על סכימת המבנה של האטום, אי אפשר לשתוק לגביהם. אז, ישנם סוגים אלה:
- s. הם כדוריים.
- p. הם נראים כמו דמות שמיניות נפחיות או צירים.
- ד ו-ו. יש להם צורה מורכבת שקשה לתאר בשפה פורמלית.
אלקטרון מכל סוג ניתן למצוא בסבירות של 95% בשטחמסלול מתאים. יש לקחת את המידע המוצג בשלווה, מכיוון שהוא דווקא מודל מתמטי מופשט מאשר מצב עניינים פיזי פיזי. אבל עם כל זה, יש לו כוח ניבוי טוב לגבי התכונות הכימיות של אטומים ואפילו מולקולות. ככל שהמפלס ממוקם רחוק יותר מהגרעין, ניתן להניח עליו יותר אלקטרונים. אז, ניתן לחשב את מספר האורביטלים באמצעות נוסחה מיוחדת: x2. כאן x שווה למספר הרמות. ומכיוון שניתן למקם עד שני אלקטרונים על האורביטל, הנוסחה הסופית לחיפוש המספרי שלהם תיראה כך: 2x2.
מסלולים: נתונים טכניים
אם נדבר על המבנה של אטום הפלואור, יהיו לו שלושה אורביטלים. כולם יתמלאו. האנרגיה של אורביטלים באותה תת-רמה זהה. כדי לייעד אותם, הוסף את מספר השכבה: 2s, 4p, 6d. נחזור לשיחה על מבנה אטום הפלואור. יהיו לו שתי תת-רמה s ואחת p. יש לו תשעה פרוטונים ומספר זהה של אלקטרונים. ראשון רמה s. אלו שני אלקטרונים. ואז הרמה השנייה. עוד שני אלקטרונים. ו-5 ממלא את רמת ה-p. הנה המבנה שלו. לאחר קריאת כותרת המשנה הבאה, תוכל לבצע את הפעולות הדרושות בעצמך ולראות בעצמך. אם אנחנו מדברים על המאפיינים הפיזיקליים של הלוגנים, הכוללים פלואור, אז יש לציין שהם, אם כי באותה קבוצה, שונים לחלוטין במאפיינים שלהם. אז, נקודת הרתיחה שלהם נעה בין -188 ל-309מעלות צלזיוס. אז למה הם מתאחדים? הכל הודות לתכונות הכימיות. לכל ההלוגנים, ובמידה הגדולה ביותר גם פלואור, יש את עוצמת החמצון הגבוהה ביותר. הם מגיבים עם מתכות ויכולים להתלקח באופן ספונטני בטמפרטורת החדר ללא בעיות.
איך ממלאים מסלולים?
לפי אילו כללים ועקרונות מסודרים אלקטרונים? אנו מציעים שתכיר את שלושת העיקריים שבהם, שנוסחם פושט להבנה טובה יותר:
- עקרון של מינימום אנרגיה. אלקטרונים נוטים למלא אורביטלים לפי סדר הגדלת האנרגיה.
- עקרון פאולי. מסלול אחד לא יכול להכיל יותר משני אלקטרונים.
- הכלל של הונד. בתוך תת-רמה אחת, אלקטרונים ממלאים תחילה אורביטלים חופשיים, ורק לאחר מכן יוצרים זוגות.
המערכת המחזורית של מנדלייב תעזור במילוי, ומבנה האטום במקרה זה יהפוך מובן יותר מבחינת התמונה. לכן, בעבודה מעשית עם בניית מעגלים של אלמנטים, יש צורך להחזיק אותו בהישג יד.
דוגמה
כדי לסכם את כל מה שנאמר במאמר, אתה יכול לעשות דוגמה של איך האלקטרונים של אטום מתחלקים על פני רמות, תת-רמות ואורביטלים שלהם (כלומר, מהי תצורת הרמה). זה יכול להיות מוצג כנוסחה, דיאגרמת אנרגיה או כתרשים שכבה. יש כאן איורים טובים מאוד, שבבדיקה מדוקדקת עוזרים להבין את מבנה האטום. אז, הרמה הראשונה מתמלאת תחילה. יש לזהרק תת-רמה אחת, שבה יש רק מסלול אחד. כל הרמות מתמלאות ברצף, החל מהקטנה ביותר. ראשית, בתוך תת-רמה אחת, אלקטרון אחד ממוקם בכל מסלול. לאחר מכן נוצרים זוגות. ואם יש פנויים, זה עובר לנושא מילוי אחר. ועכשיו אתה יכול לגלות באופן עצמאי מהו המבנה של אטום החנקן או הפלואור (שנחשב קודם לכן). זה יכול להיות קצת מסובך בהתחלה, אבל אתה יכול לנווט על ידי התבוננות בתמונות. למען הבהירות, בואו נסתכל על המבנה של אטום החנקן. יש לו 7 פרוטונים (יחד עם נויטרונים המרכיבים את הגרעין) ומספר זהה של אלקטרונים (המרכיבים את מעטפת האלקטרונים). רמת ה-s הראשונה מתמלאת תחילה. יש לו 2 אלקטרונים. ואז מגיעה רמת ה-s השנייה. יש לו גם 2 אלקטרונים. ושלושת האחרים ממוקמים ברמת p, כאשר כל אחד מהם תופס מסלול אחד.
מסקנה
כפי שאתה יכול לראות, מבנה האטום אינו נושא כל כך קשה (אם ניגשים אליו מנקודת מבט של קורס כימיה בבית הספר, כמובן). ולא קשה להבין את הנושא הזה. לבסוף, אני רוצה להודיע לך על כמה תכונות. לדוגמה, אם מדברים על המבנה של אטום החמצן, אנו יודעים שיש לו שמונה פרוטונים ו-8-10 נויטרונים. ומכיוון שהכל בטבע נוטה להתאזן, שני אטומי חמצן יוצרים מולקולה, כאשר שני אלקטרונים בלתי מזווגים יוצרים קשר קוולנטי. באופן דומה נוצרת מולקולת חמצן יציבה נוספת - אוזון (O3). הכרת המבנה של אטום החמצן, אפשר לנסח נכון תגובות חמצון, בהכולל את החומר הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ.
