Guardiamo come viene costruito un atomo. Tieni presente che parleremo solo di modelli. In pratica, gli atomi sono una struttura molto più complessa. Ma grazie agli sviluppi moderni, siamo in grado di spiegare e persino prevedere con successo le proprietà degli elementi chimici (anche se non tutti). Allora, qual è la struttura di un atomo? Di cosa è "fatto"?
Modello planetario dell'atomo
fu proposto per la prima volta dal fisico danese N. Bohr nel 1913. Questa è la prima teoria della struttura dell'atomo basata su fatti scientifici. Inoltre, ha gettato le basi per la moderna terminologia tematica. In esso, le particelle di elettroni producono movimenti di rotazione attorno all'atomo allo stesso modo dei pianeti attorno al Sole. Bohr ha suggerito che possono esistere solo in orbite situate a una distanza rigorosamente definita dal nucleo. Perché esattamente, lo scienziato dalla posizione della scienza non poteva spiegare, ma un tale modello è stato confermato da molti esperimenti. I numeri interi sono stati usati per designare le orbite, a cominciare dall'unità numerata più vicina al nucleo. Tutte queste orbite sono anche chiamate livelli. L'atomo di idrogeno ha un solo livello su cui ruota un elettrone. Ma gli atomi complessi hanno più livelli. Sono divisi in componenti che uniscono elettroni vicini nel potenziale energetico. Quindi, il secondo ha già due sottolivelli: 2s e 2p. Il terzo ne ha già tre: 3s, 3p e 3d. Eccetera. Prima vengono “popolati” i sottolivelli più vicini al nucleo, poi quelli distanti. Ognuno di essi può contenere solo un certo numero di elettroni. Ma questa non è la fine. Ogni sottolivello è diviso in orbitali. Facciamo un confronto con la vita ordinaria. La nuvola di elettroni di un atomo è paragonabile a una città. I livelli sono strade. Sottolivello: una casa o un appartamento privato. Orbitale è una stanza. Ognuno di loro "vive" uno o due elettroni. Tutti hanno indirizzi specifici. Questo è stato il primo diagramma della struttura dell'atomo. E infine, riguardo agli indirizzi degli elettroni: sono determinati da insiemi di numeri, che sono chiamati "quantum".
Modello d'onda dell'atomo
Ma nel tempo il modello planetario è stato rivisto. È stata proposta una seconda teoria della struttura dell'atomo. È più perfetto e permette di spiegare i risultati di esperimenti pratici. Il modello ondulatorio dell'atomo, proposto da E. Schrödinger, ha sostituito il primo. Quindi era già stato stabilito che un elettrone può manifestarsi non solo come particella, ma anche come onda. Cosa ha fatto Schrödinger? Ha applicato un'equazione che descrive il movimento di un'onda nello spazio tridimensionale. Pertanto, non si può trovare la traiettoria dell'elettrone nell'atomo, ma la probabilità del suo rilevamento a un certo punto. Entrambe le teorie sono accomunate dal fatto che su di esse si trovano le particelle elementarilivelli, sottolivelli e orbitali specifici. È qui che finisce la somiglianza dei modelli. Farò un esempio: nella teoria delle onde, un orbitale è una regione in cui sarà possibile trovare un elettrone con una probabilità del 95%. Il resto dello spazio rappresenta il 5%, ma alla fine si è scoperto che le caratteristiche strutturali degli atomi sono rappresentate utilizzando un modello ondulatorio, nonostante il fatto che la terminologia sia usata in modo generale.
Il concetto di probabilità in questo caso
Perché è stato usato questo termine? Heisenberg formulò il principio di indeterminazione nel 1927, che ora è usato per descrivere il movimento delle microparticelle. Si basa sulla loro differenza fondamentale dai normali corpi fisici. Che cos'è? La meccanica classica presumeva che una persona potesse osservare i fenomeni senza influenzarli (osservazione dei corpi celesti). Sulla base dei dati ricevuti, è possibile calcolare dove si troverà l'oggetto in un determinato momento. Ma nel microcosmo le cose sono necessariamente diverse. Quindi, ad esempio, osservare un elettrone senza influenzarlo ora non è possibile a causa del fatto che le energie dello strumento e della particella sono incomparabili. Ciò porta al fatto che la sua posizione di una particella elementare, lo stato, la direzione, la velocità di movimento e altri parametri cambiano. E non ha senso parlare delle caratteristiche esatte. Il principio di indeterminazione stesso ci dice che è impossibile calcolare la traiettoria esatta dell'elettrone attorno al nucleo. Puoi solo specificare la probabilità di trovare una particella in una determinata areaspazio. Questa è la particolarità della struttura degli atomi degli elementi chimici. Ma questo dovrebbe essere preso in considerazione esclusivamente dagli scienziati negli esperimenti pratici.
Composizione di un atomo
Ma concentriamoci sull'intero argomento. Quindi, oltre al ben considerato guscio di elettroni, il secondo componente dell'atomo è il nucleo. È costituito da protoni carichi positivamente e neutroni neutri. Conosciamo tutti la tavola periodica. Il numero di ogni elemento corrisponde al numero di protoni che ha. Il numero di neutroni è uguale alla differenza tra la massa di un atomo e il suo numero di protoni. Potrebbero esserci deviazioni da questa regola. Quindi dicono che è presente un isotopo dell'elemento. La struttura di un atomo è tale da essere "circondato" da un guscio di elettroni. Il numero di elettroni è solitamente uguale al numero di protoni. La massa di quest'ultimo è circa 1840 volte maggiore di quella del primo ed è approssimativamente uguale al peso del neutrone. Il raggio del nucleo è circa 1/200.000 del diametro di un atomo. Lui stesso ha una forma sferica. Questa è, in generale, la struttura degli atomi degli elementi chimici. Nonostante la differenza di massa e proprietà, sembrano più o meno la stessa cosa.
Orbite
Parlando di quale sia lo schema della struttura dell'atomo, non si può tacere su di essi. Quindi, ci sono questi tipi:
- s. Sono sferici.
- p. Sembrano voluminosi otto o fusi.
- d e f. Hanno una forma complessa che è difficile da descrivere nel linguaggio formale.
L'elettrone di ogni tipo si trova con una probabilità del 95% nel territorioorbitale corrispondente. Le informazioni presentate devono essere prese con calma, poiché si tratta piuttosto di un modello matematico astratto che di un reale stato di cose fisico. Ma con tutto questo, ha un buon potere predittivo riguardo alle proprietà chimiche degli atomi e persino delle molecole. Più lontano dal nucleo si trova il livello, più elettroni possono essere posizionati su di esso. Quindi, il numero di orbitali può essere calcolato usando una formula speciale: x2. Qui x è uguale al numero di livelli. E poiché sull'orbitale possono essere posizionati fino a due elettroni, la formula finale per la loro ricerca numerica sarà simile a questa: 2x2.
Orbite: dati tecnici
Se parliamo della struttura dell'atomo di fluoro, avrà tre orbitali. Tutti saranno riempiti. L'energia degli orbitali all'interno dello stesso sottolivello è la stessa. Per designarli, aggiungi il numero del livello: 2s, 4p, 6d. Ritorniamo alla conversazione sulla struttura dell'atomo di fluoro. Avrà due sottolivelli s e uno p. Ha nove protoni e lo stesso numero di elettroni. Primo livello s. Questi sono due elettroni. Poi il secondo livello s. Altri due elettroni. E 5 riempie il livello p. Ecco la sua struttura. Dopo aver letto il seguente sottotitolo, puoi eseguire tu stesso le azioni necessarie e vedere di persona. Se parliamo delle proprietà fisiche degli alogeni, che includono il fluoro, va notato che, sebbene nello stesso gruppo, differiscono completamente nelle loro caratteristiche. Quindi, il loro punto di ebollizione varia da -188 a 309gradi Celsius. Allora perché si uniscono? Tutto grazie alle proprietà chimiche. Tutti gli alogeni, e nella maggior parte dei casi il fluoro, hanno il più alto potere ossidante. Reagiscono con i metalli e possono accendersi spontaneamente a temperatura ambiente senza problemi.
Come vengono riempite le orbite?
In base a quali regole e principi sono organizzati gli elettroni? Ti suggeriamo di familiarizzare con i tre principali, la cui formulazione è stata semplificata per una migliore comprensione:
- Principio della minor energia. Gli elettroni tendono a riempire gli orbitali in ordine di energia crescente.
- Principio di Pauli. Un orbitale non può contenere più di due elettroni.
- Regola di Hund. All'interno di un sottolivello, gli elettroni riempiono prima gli orbitali liberi e solo dopo formano coppie.
Il sistema periodico di Mendeleev aiuterà nel riempimento e la struttura dell'atomo in questo caso diventerà più comprensibile in termini di immagine. Pertanto, nel lavoro pratico con la costruzione di circuiti di elementi, è necessario tenerlo a portata di mano.
Esempio
Per riassumere tutto quanto detto nell'articolo, puoi fare un esempio di come gli elettroni di un atomo sono distribuiti sui loro livelli, sottolivelli e orbitali (ovvero, qual è la configurazione del livello). Può essere mostrato come una formula, un diagramma energetico o un diagramma a strati. Ci sono qui ottime illustrazioni che, a un attento esame, aiutano a comprendere la struttura dell'atomo. Quindi, il primo livello viene riempito per primo. Esso hasolo un sottolivello, in cui c'è un solo orbitale. Tutti i livelli vengono riempiti in sequenza, a partire dal più piccolo. Innanzitutto, all'interno di un sottolivello, un elettrone viene posizionato in ciascun orbitale. Quindi vengono create le coppie. E se ce ne sono di gratuiti, passa a un altro argomento di riempimento. E ora puoi scoprire in modo indipendente qual è la struttura dell'atomo di azoto o fluoro (che è stato considerato in precedenza). All'inizio può essere un po' complicato, ma puoi navigare guardando le immagini. Per chiarezza, diamo un'occhiata alla struttura dell'atomo di azoto. Ha 7 protoni (insieme ai neutroni che costituiscono il nucleo) e altrettanti elettroni (che costituiscono il guscio dell'elettrone). Il primo livello s viene riempito per primo. Ha 2 elettroni. Poi arriva il secondo livello s. Ha anche 2 elettroni. E gli altri tre sono posti al livello p, dove ognuno di essi occupa un orbitale.
Conclusione
Come puoi vedere, la struttura dell'atomo non è un argomento così difficile (se lo affronti dalla prospettiva di un corso di chimica scolastica, ovviamente). E non è difficile capire questo argomento. Infine, vorrei informarvi su alcune funzionalità. Ad esempio, parlando della struttura dell'atomo di ossigeno, sappiamo che ha otto protoni e 8-10 neutroni. E poiché tutto in natura tende a bilanciarsi, due atomi di ossigeno formano una molecola, dove due elettroni spaiati formano un legame covalente. Allo stesso modo, si forma un' altra molecola di ossigeno stabile: l'ozono (O3). Conoscendo la struttura dell'atomo di ossigeno, è possibile formulare correttamente reazioni di ossidazione, inche coinvolge la sostanza più comune sulla Terra.
