Атом хэрхэн бүтдэгийг харцгаая. Бид зөвхөн загваруудын талаар ярих болно гэдгийг санаарай. Практикт атомууд нь илүү төвөгтэй бүтэц юм. Гэвч орчин үеийн хөгжлийн ачаар бид химийн элементүүдийн шинж чанарыг (бүгд биш ч гэсэн) тайлбарлаж, бүр амжилттай таамаглах боломжтой болсон. Тэгэхээр атом ямар бүтэцтэй вэ? Энэ юунаас "хийсэн" вэ?
Атомын гаригийн загвар
анх 1913 онд Данийн физикч Н. Бор санал болгосон. Энэ бол атомын бүтцийн тухай шинжлэх ухааны баримтад үндэслэсэн анхны онол юм. Нэмж дурдахад тэрээр орчин үеийн сэдэвчилсэн нэр томъёоны үндэс суурийг тавьсан. Үүний дотор электрон бөөмсүүд нь атомыг тойрон эргэх хөдөлгөөнийг Нарны эргэн тойрон дахь гаригуудын нэгэн адил үүсгэдэг. Бор эдгээр нь зөвхөн цөмөөс тодорхой зайд байрладаг тойрог замд оршин тогтнох боломжтой гэж үзсэн. Яагаад яг таг шинжлэх ухааны байр суурьтай эрдэмтэн тайлбарлаж чадаагүй ч ийм загварыг олон туршилтаар баталсан. Цөмд хамгийн ойр дугаарласан нэгжээс эхлэн тойрог замуудыг тодорхойлохдоо бүхэл тоонуудыг ашигласан. Эдгээр бүх тойрог замыг бас түвшин гэж нэрлэдэг. Устөрөгчийн атом нь нэг электрон эргэдэг зөвхөн нэг түвшинтэй. Гэхдээ нарийн төвөгтэй атомууд илүү их түвшинтэй байдаг. Тэдгээр нь энергийн чадавхитай ойролцоо электронуудыг нэгтгэдэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваагддаг. Тиймээс, хоёр дахь нь аль хэдийн хоёр дэд түвшинтэй - 2s ба 2p. Гурав дахь нь аль хэдийн гурван - 3s, 3p, 3d байна. гэх мэт. Нэгдүгээрт, цөмд ойр байрлах дэд түвшинүүд "хүн амаар", дараа нь алслагдсан байдаг. Тэд тус бүр нь зөвхөн тодорхой тооны электроныг агуулж чаддаг. Гэхдээ энэ бол төгсгөл биш. Дэд түвшин бүр нь тойрог замд хуваагддаг. Энгийн амьдралтай харьцуулж үзье. Атомын электрон үүл нь хоттой адил юм. Түвшин бол гудамж юм. Дэд түвшин - хувийн байшин эсвэл орон сууц. Орбитал бол өрөө юм. Тэд тус бүр нэг эсвэл хоёр электрон "амьдарч" байдаг. Тэд бүгд тодорхой хаягтай. Энэ бол атомын бүтцийн анхны диаграмм байв. Эцэст нь электронуудын хаягийн талаар: тэдгээрийг "квант" гэж нэрлэдэг тооны багцаар тодорхойлдог.
Атомын долгионы загвар
Гэхдээ цаг хугацаа өнгөрөхөд гаригийн загвар нь шинэчлэгдсэн. Атомын бүтцийн хоёр дахь онолыг дэвшүүлсэн. Энэ нь илүү төгс төгөлдөр бөгөөд практик туршилтын үр дүнг тайлбарлах боломжийг олгодог. Э. Шредингерийн санал болгосон атомын долгионы загвар нь эхнийхийг орлуулсан. Дараа нь электрон нь зөвхөн бөөмс төдийгүй долгион хэлбэрээр илэрч болохыг аль хэдийн тогтоосон. Шредингер юу хийсэн бэ? Тэрээр гурван хэмжээст орон зай дахь долгионы хөдөлгөөнийг дүрсэлсэн тэгшитгэлийг ашигласан. Тиймээс атом дахь электроны замнал биш, харин тодорхой цэгт түүнийг илрүүлэх магадлалыг олж болно. Энэ хоёр онолыг энгийн бөөмсүүд дээр байрладаг нь нэгтгэдэгтодорхой түвшин, дэд түвшин, тойрог зам. Загваруудын ижил төстэй байдал энд л дуусна. Би нэг жишээ хэлье - долгионы онолын хувьд тойрог зам нь 95% -ийн магадлалтай электроныг олох боломжтой бүс юм. Үлдсэн орон зай нь 5%-ийг эзэлдэг. Гэхдээ эцсийн дүндээ атомын бүтцийн онцлогийг долгионы загвараар дүрсэлсэн нь тодорхой болсон ч нэр томьёог ерөнхийд нь ашигладаг.
Энэ тохиолдолд магадлалын тухай ойлголт
Яагаад энэ нэр томъёог ашигласан бэ? Хэйзенберг 1927 онд тодорхойгүй байдлын зарчмыг томъёолсон бөгөөд одоо энэ зарчмыг бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөнийг тодорхойлоход ашиглаж байна. Энэ нь тэдний энгийн бие махбодоос үндсэн ялгаан дээр суурилдаг. Энэ юу вэ? Сонгодог механикууд хүн аливаа үзэгдлийг тэдэнд нөлөөлөхгүйгээр ажиглаж чаддаг гэж үздэг (селестиел биетүүдийн ажиглалт). Хүлээн авсан өгөгдөл дээр үндэслэн тухайн объект тодорхой хугацаанд хаана байхыг тооцоолох боломжтой. Гэвч бичил ертөнцийн хувьд бүх зүйл өөр байх ёстой. Жишээлбэл, электроныг ямар ч нөлөөгүйгээр ажиглах нь одоо бол багаж ба бөөмсийн энергийг харьцуулшгүй учраас боломжгүй юм. Энэ нь түүний энгийн бөөмийн байршил, төлөв байдал, чиглэл, хөдөлгөөний хурд болон бусад үзүүлэлтүүдийг өөрчлөхөд хүргэдэг. Мөн яг шинж чанаруудын талаар ярих нь утгагүй юм. Тодорхой бус байдлын зарчим нь цөмийн эргэн тойрон дахь электронуудын яг тодорхой чиглэлийг тооцоолох боломжгүй гэдгийг бидэнд хэлдэг. Та зөвхөн тодорхой хэсэгт бөөмс олох магадлалыг зааж өгч болноорон зай. Энэ бол химийн элементийн атомын бүтцийн онцлог юм. Гэхдээ үүнийг зөвхөн эрдэмтэд практик туршилт хийхдээ анхаарч үзэх хэрэгтэй.
Атомын найрлага
Гэхдээ бүх сэдэвт анхаарлаа хандуулцгаая. Тиймээс, электрон бүрхүүлээс гадна атомын хоёр дахь бүрэлдэхүүн хэсэг нь цөм юм. Энэ нь эерэг цэнэгтэй протон ба саармаг нейтроноос бүрдэнэ. Бид бүгд үелэх хүснэгтийг мэддэг. Элемент бүрийн тоо нь түүнд байгаа протоны тоотой тохирч байна. Нейтроны тоо нь атомын масс ба протоны тооны зөрүүтэй тэнцүү байна. Энэ дүрмээс гажсан байж болно. Дараа нь тэд элементийн изотоп байдаг гэж хэлдэг. Атомын бүтэц нь электрон бүрхүүлээр "хүрээлэгдсэн" байдаг. Электроны тоо ихэвчлэн протоны тоотой тэнцүү байдаг. Сүүлчийн масс нь эхнийхээс 1840 дахин их бөгөөд нейтроны жинтэй ойролцоо байна. Цөмийн радиус нь атомын диаметрийн 1/200,000 орчим байна. Тэр өөрөө бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг. Энэ нь ерөнхийдөө химийн элементийн атомын бүтэц юм. Масс болон шинж чанарын ялгааг үл харгалзан тэдгээр нь адилхан харагдаж байна.
Орбитууд
Атомын бүтцийн схем гэж юу болох талаар ярихад тэдний талаар чимээгүй байж болохгүй. Иймд эдгээр төрлүүд байдаг:
- с. Тэдгээр нь бөмбөрцөг хэлбэртэй.
- х. Тэдгээр нь их хэмжээний найм буюу ээрмэлүүд шиг харагдаж байна.
- d ба f. Тэдгээр нь албан ёсны хэлээр дүрслэхэд хэцүү нарийн төвөгтэй хэлбэртэй.
Төрөл тус бүрийн электроныг тухайн нутаг дэвсгэрт 95%-ийн магадлалтайгаар олж болно.харгалзах тойрог зам. Үзүүлсэн мэдээллийг тайван хүлээж авах ёстой, учир нь энэ нь бодит байдлын бодит байдлаас илүү хийсвэр математик загвар юм. Гэхдээ энэ бүхний хажуугаар атом, тэр ч байтугай молекулуудын химийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглах сайн чадвартай. Түвшин нь цөмөөс хол байх тусам түүн дээр илүү их электрон байрлуулж болно. Тиймээс тойрог замын тоог тусгай томъёогоор тооцоолж болно: x2. Энд x нь түвшний тоотой тэнцүү байна. Хоёр хүртэлх электроныг тойрог замд байрлуулах боломжтой тул тэдгээрийн тоон хайлтын эцсийн томъёо нь дараах байдлаар харагдах болно: 2x2.
Орбит: техникийн өгөгдөл
Фторын атомын бүтцийг яривал гурван тойрог замтай болно. Бүгдийг нь дүүргэх болно. Нэг дэд түвшний тойрог замын энерги ижил байна. Тэдгээрийг тодорхойлохын тулд давхаргын дугаарыг нэмнэ үү: 2s, 4p, 6d. Бид фторын атомын бүтцийн тухай ярианд буцаж ирэв. Энэ нь хоёр s- ба нэг p-дэд түвшинтэй байх болно. Энэ нь есөн протонтой, ижил тооны электронтой. Эхний s түвшин. Эдгээр нь хоёр электрон юм. Дараа нь хоёр дахь s түвшин. Өөр хоёр электрон. Мөн 5 нь p түвшнийг дүүргэдэг. Түүний бүтэц энд байна. Дараах дэд гарчгийг уншсаны дараа та шаардлагатай үйлдлүүдийг өөрөө хийж, өөрөө харж болно. Хэрэв бид фтор агуулсан галогенуудын физик шинж чанаруудын талаар ярих юм бол тэдгээр нь нэг бүлэгт багтдаг ч шинж чанараараа бүрэн ялгаатай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тиймээс тэдний буцлах цэг нь -188-аас 309 хооронд хэлбэлздэгЦельсийн градус. Тэгвэл яагаад тэднийг нэгтгэсэн бэ? Энэ бүхэн химийн шинж чанарын ачаар. Бүх галоген, хамгийн их хэмжээгээр фтор нь исэлдүүлэх чадвартай байдаг. Тэд металлтай урвалд ордог бөгөөд өрөөний температурт ямар ч асуудалгүйгээр аяндаа гал авалцдаг.
Орбитууд хэрхэн дүүрдэг вэ?
Электронууд ямар дүрэм, зарчмаар байрладаг вэ? Илүү сайн ойлгохын тулд үг хэллэгийг хялбаршуулсан үндсэн гурван зүйлтэй танилцахыг бид танд санал болгож байна:
- Хамгийн бага энергийн зарчим. Электронууд энергийг нэмэгдүүлэх дарааллаар тойрог замыг дүүргэх хандлагатай байдаг.
- Паули зарчим. Нэг тойрог замд хоёроос илүү электрон байж болохгүй.
- Хундын дүрэм. Нэг дэд түвшинд электронууд эхлээд чөлөөт орбиталуудыг дүүргэж, дараа нь хос үүсгэдэг.
Менделеевийн үечилсэн систем нь дүүргэхэд туслах бөгөөд энэ тохиолдолд атомын бүтэц нь зургийн хувьд илүү ойлгомжтой болно. Тиймээс элементүүдийн хэлхээг барих практик ажилд үүнийг гартаа байлгах шаардлагатай.
Жишээ
Өгүүлэлд дурдсан бүх зүйлийг нэгтгэн дүгнэхийн тулд та атомын электронууд түвшин, дэд түвшин, орбитал дээр хэрхэн тархдаг талаар жишээ гаргаж болно (өөрөөр хэлбэл түвшний тохиргоо гэж юу вэ). Үүнийг томьёо, энергийн диаграм, давхаргын диаграм хэлбэрээр үзүүлж болно. Энд маш сайн зургууд байдаг бөгөөд үүнийг сайтар судалж үзэхэд атомын бүтцийг ойлгоход тусалдаг. Тиймээс эхний шатыг эхлээд бөглөнө. Байгаазөвхөн нэг тойрог зам байдаг нэг дэд түвшин. Бүх түвшинг хамгийн багаас нь эхлэн дараалан бөглөнө. Нэгдүгээрт, нэг дэд түвшинд орбитал бүрт нэг электрон байрлана. Дараа нь хосууд үүсдэг. Хэрэв үнэ төлбөргүй байгаа бол энэ нь өөр дүүргэх сэдэв рүү шилждэг. Одоо та азот эсвэл фторын атомын бүтэц гэж юу болохыг бие даан олж мэдэх боломжтой (үүнийг өмнө нь авч үзсэн). Энэ нь эхэндээ жаахан төвөгтэй байж болох ч та зургийг хараад чиглүүлэх боломжтой. Тодорхой болгохын тулд азотын атомын бүтцийг авч үзье. Энэ нь 7 протонтой (цөмийг бүрдүүлдэг нейтронтой хамт) мөн ижил тооны электронтой (электрон бүрхүүлийг бүрдүүлдэг). Эхний s түвшнийг эхлээд бөглөнө. Энэ нь 2 электронтой. Дараа нь хоёр дахь s түвшин ирдэг. Мөн 2 электронтой. Үлдсэн гурвыг нь p-түвшинд байрлуулсан бөгөөд тус бүр нь нэг тойрог замыг эзэлдэг.
Дүгнэлт
Атомын бүтэц нь тийм ч хэцүү сэдэв биш юм (мэдээж сургуулийн химийн хичээлийн үүднээс хандвал). Мөн энэ сэдвийг ойлгоход хэцүү биш юм. Эцэст нь би зарим онцлог шинж чанаруудын талаар танд мэдэгдэхийг хүсч байна. Жишээлбэл, хүчилтөрөгчийн атомын бүтцийн тухай ярихад энэ нь найман протон, 8-10 нейтронтой гэдгийг бид мэднэ. Байгаль дээрх бүх зүйл тэнцвэртэй байх хандлагатай байдаг тул хоёр хүчилтөрөгчийн атом нь молекул үүсгэдэг бөгөөд хоёр хосгүй электрон нь ковалент холбоо үүсгэдэг. Үүний нэгэн адил өөр нэг тогтвортой хүчилтөрөгчийн молекул үүсдэг - озон (O3). Хүчилтөрөгчийн атомын бүтцийг мэддэг тул исэлдэлтийн урвалыг зөв томъёолох боломжтойДэлхий дээрх хамгийн түгээмэл бодисыг агуулдаг.
