Jadual unsur berkala Mendeleev. Struktur atom.
SISTEM BERKALA ELEMEN MENDELEEV - pengelasan kimia. unsur yang dicipta oleh Rusia. saintis D.I. Mendeleev berdasarkan periodicity yang ditemui olehnya (pada tahun 1869). undang-undang.
Moden rumusan berkala hukum: sifat unsur (dimanifestasikan dalam sebatian dan sebatian ringkas) ditemui dalam tempoh berkala. bergantung kepada cas nukleus atom mereka.
Caj nukleus atom Z adalah sama dengan nombor atom (ordinal) bahan kimia itu. unsur dalam P. s. e. M. Jika anda menyusun semua unsur dalam susunan menaik Z. (hidrogen H, Z = 1; helium He, Z = 2; litium Li, Z == 3; berilium Be, Z = 4, dsb.), maka ia membentuk 7 tempoh. Dalam setiap tempoh ini, perubahan tetap dalam sifat unsur diperhatikan, daripada unsur pertama tempoh (logam alkali) kepada yang terakhir (gas mulia). Periode pertama mengandungi 2 elemen, 2 dan 3 - 8 elemen setiap satu, 4 dan 5 - 18, 6 - 32. Dalam tempoh ke-7, 19 elemen diketahui. Tempoh ke-2 dan ke-3 biasanya dipanggil kecil, semua tempoh berikutnya dipanggil besar. Jika anda menyusun noktah dalam bentuk baris mendatar, maka terhasil jadual akan menunjukkan 8 garisan menegak. lajur; Ini adalah kumpulan unsur yang serupa dalam sifatnya.
Sifat unsur dalam kumpulan juga berubah secara semula jadi bergantung kepada pertambahan Z. Contohnya, dalam kumpulan Li - Na - K - Rb - Cs - Fr, kandungan kimia meningkat. aktiviti logam itu dipertingkatkan dengan sifat oksida dan hidroksida.
Dari teori struktur atom ia mengikuti bahawa periodicity sifat unsur ditentukan oleh undang-undang pembentukan kulit elektron di sekeliling nukleus. Apabila Z unsur meningkat, atom menjadi lebih kompleks - bilangan elektron yang mengelilingi nukleus bertambah, dan tiba saat apabila pengisian satu kulit elektron berakhir dan pembentukan kulit luar seterusnya bermula. Dalam sistem Mendeleev, ini bertepatan dengan permulaan tempoh baru. Unsur dengan 1, 2, 3, dsb. elektron dalam petala baru adalah serupa dalam sifatnya dengan unsur yang juga mempunyai 1, 2, 3, dsb. elektron luar, walaupun bilangannya adalah dalam. terdapat satu (atau beberapa) lebih sedikit kulit elektron: Na serupa dengan Li (satu elektron luar), Mg seperti Be (2 elektron luar); A1 - hingga B (3 elektron luar), dsb. Dengan kedudukan unsur dalam P. s. e. M. dikaitkan dengan bahan kimianya. dan banyak lagi fizikal St.
Banyak (lebih kurang 1000) pilihan grafik telah dicadangkan. imej P. s. e. M. 2 varian P. s yang paling biasa. e. M. - meja pendek dan panjang; k.-l. tidak ada perbezaan asas antara mereka. Lampiran mengandungi salah satu pilihan jadual pendek. Dalam jadual, nombor titik diberikan dalam lajur pertama (ditunjukkan dengan angka Arab 1 - 7). Nombor kumpulan ditunjukkan di bahagian atas dengan angka Rom I - VIII. Setiap kumpulan dibahagikan kepada dua subkumpulan - a dan b. Satu set elemen yang diketuai oleh unsur tempoh kecil, kadangkala dipanggil. utama subkumpulan a-m dan (Li mengetuai subkumpulan logam alkali. F - halogen, He - gas lengai, dll.). Dalam kes ini, subkumpulan yang tinggal bagi unsur-unsur tempoh besar dipanggil. kesan sampingan.
Unsur dengan Z = 58 - 71 disebabkan oleh kedekatan istimewa struktur atomnya dan persamaan kimianya. sv membentuk keluarga lantanida, yang merupakan sebahagian daripada kumpulan III, tetapi untuk kemudahan diletakkan di bahagian bawah meja. Unsur dengan Z = 90 - 103 sering dikelaskan ke dalam keluarga aktinida atas sebab yang sama. Mereka diikuti oleh unsur dengan Z = 104 - curchatovy dan unsur dengan Z = 105 (lihat Nilsborium). Pada Julai 1974 Burung Hantu. ahli fizik melaporkan penemuan unsur dengan Z = 106, dan pada Jan. 1976 - unsur dengan Z = 107. Kemudian unsur dengan Z = 108 dan 109 telah disintesis. sempadan P. s. e. M. diketahui - ia diberikan oleh hidrogen, kerana tidak boleh ada unsur dengan cas nuklear kurang daripada satu. Persoalannya ialah apa had atas P.S. e. M., iaitu sejauh mana nilai seni yang melampau boleh dicapai. sintesis unsur masih tidak dapat diselesaikan. (Nukleus berat tidak stabil, oleh itu americium dengan Z = 95 dan unsur-unsur berikutnya tidak terdapat dalam alam semula jadi, tetapi diperolehi dalam tindak balas nuklear; Walau bagaimanapun, di kawasan unsur transuranium yang lebih jauh, rupa yang dipanggil. pulau kestabilan, khususnya untuk Z = 114.) Dalam seni. sintesis unsur baru secara berkala. undang-undang dan P. s. e. M. memainkan peranan utama. Undang-undang dan sistem Mendeleev adalah antara generalisasi sains semula jadi yang paling penting dan membentuk asas sains moden. pengajaran tentang struktur pulau.
Struktur elektronik atom.
Perenggan ini dan seterusnya bercakap tentang model kulit elektron atom. Adalah penting untuk memahami bahawa kita bercakap tentang model. Atom sebenar, sudah tentu, lebih kompleks dan kita masih tidak mengetahui segala-galanya tentang mereka. Walau bagaimanapun, moden model teori struktur elektronik atom memungkinkan untuk berjaya menerangkan dan juga meramalkan banyak sifat unsur kimia, oleh itu ia digunakan secara meluas dalam sains semula jadi.
Sebagai permulaan, mari kita pertimbangkan dengan lebih terperinci model "planet" yang dicadangkan oleh N. Bohr (Rajah 2-3 c).
nasi. 2-3 c. Model "planet" Bohr.
Ahli fizik Denmark N. Bohr pada tahun 1913 mencadangkan model atom di mana zarah elektron berputar mengelilingi nukleus atom dengan cara yang lebih kurang sama seperti planet mengelilingi Matahari. Bohr mencadangkan bahawa elektron dalam atom boleh wujud secara stabil hanya dalam orbit yang dikeluarkan dari nukleus pada jarak tertentu. Dia memanggil orbit ini pegun. Di luar orbit pegun, elektron tidak boleh wujud. Mengapa ini berlaku, Bohr tidak dapat menjelaskan pada masa itu. Tetapi dia menunjukkan bahawa model sedemikian membolehkan seseorang menerangkan banyak fakta eksperimen (ini dibincangkan dengan lebih terperinci dalam perenggan 2.7).
Orbit elektron dalam model Bohr ditetapkan oleh integer 1, 2, 3, ... n, bermula dari yang paling dekat dengan inti. Dalam apa yang berikut kita akan memanggil orbit sedemikian peringkat. Untuk menerangkan struktur elektronik atom hidrogen, paras sahaja sudah memadai. Tetapi dalam atom yang lebih kompleks, ternyata, tahapnya terdiri daripada tenaga yang serupa subperingkat. Sebagai contoh, tahap 2 terdiri daripada dua subperingkat (2s dan 2p). Tahap ketiga terdiri daripada 3 sub-peringkat (3s, 3p dan 3d), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 2-6. Tahap keempat (ia tidak sesuai dalam rajah) terdiri daripada subperingkat 4s, 4p, 4d, 4f. Dalam bahagian 2.7 kami akan memberitahu anda dari mana sebenarnya nama subperingkat ini berasal dan tentang eksperimen fizikal yang memungkinkan untuk "melihat" tahap elektronik dan subperingkat dalam atom.
nasi. 2-6. Model Bohr untuk atom yang lebih kompleks daripada atom hidrogen. Lukisan tidak mengikut skala - sebenarnya, subperingkat tahap yang sama adalah lebih dekat antara satu sama lain.
Terdapat sama banyak elektron dalam petala elektron mana-mana atom dengan jumlah proton dalam nukleusnya, jadi atom secara keseluruhan adalah neutral elektrik. Elektron dalam atom mengisi tahap dan subperingkat yang paling hampir dengan nukleus kerana dalam kes ini tenaga mereka adalah kurang daripada jika mereka mengisi tahap yang lebih jauh. Setiap peringkat dan subperingkat hanya boleh memuatkan sejumlah elektron tertentu.
Subperingkat pula terdiri daripada tenaga yang sama orbital(ia tidak ditunjukkan dalam Rajah 2-6). Secara kiasan, jika awan elektron atom dibandingkan dengan bandar atau jalan di mana semua elektron atom tertentu "hidup", maka tahap boleh dibandingkan dengan rumah, subtingkat kepada apartmen, dan orbital kepada ruang untuk elektron. Semua orbital mana-mana sublevel mempunyai tenaga yang sama. Pada sublevel s hanya terdapat satu "bilik" - orbital. P-sublevel mempunyai 3 orbital, d-sublevel mempunyai 5, dan f-sublevel mempunyai sebanyak 7 orbital. Satu atau dua elektron boleh "hidup" dalam setiap orbital "bilik". Larangan elektron mempunyai lebih daripada dua dalam satu orbital dipanggil larangan Pauli- dinamakan sempena saintis yang menemui ini ciri penting struktur atom. Setiap elektron dalam atom mempunyai "alamat" sendiri, yang ditulis sebagai satu set empat nombor yang dipanggil "kuantum". Nombor kuantum akan dibincangkan secara terperinci dalam bahagian 2.7. Di sini kita hanya akan menyebut nombor kuantum utama n(lihat Rajah 2-6), yang dalam "alamat" elektron menunjukkan bilangan tahap di mana elektron ini wujud.
©2015-2019 tapak
Semua hak milik pengarangnya. Laman web ini tidak menuntut pengarang, tetapi menyediakan penggunaan percuma.
Tarikh penciptaan halaman: 2016-08-20
Sejak bila tindak balas kimia Nukleus atom yang bertindak balas kekal tidak berubah (kecuali transformasi radioaktif), maka sifat kimia atom bergantung pada struktur cangkerang elektroniknya. Teori struktur elektronik atom dibina berdasarkan radas mekanik kuantum. Oleh itu, struktur tahap tenaga atom boleh diperolehi berdasarkan pengiraan mekanikal kuantum kebarangkalian mencari elektron dalam ruang di sekeliling nukleus atom ( nasi. 4.5).
nasi. 4.5. Skim membahagikan tahap tenaga kepada subperingkat
Asas teori struktur elektronik atom dikurangkan kepada peruntukan berikut: keadaan setiap elektron dalam atom dicirikan oleh empat nombor kuantum: nombor kuantum utama n = 1, 2, 3,; orbital (azimut) l=0,1,2, n–1; magnetik m l = –l, –1,0,1, l; berputar m s = -1/2, 1/2 .
mengikut prinsip Pauli, dalam atom yang sama tidak boleh ada dua elektron yang mempunyai set empat nombor kuantum yang sama n, l, m l , m s; koleksi elektron dengan nombor kuantum utama yang sama n membentuk lapisan elektron, atau tahap tenaga atom, bernombor daripada nukleus dan dilambangkan sebagai K, L, M, N, O, P, Q, dan dalam lapisan tenaga dengan nilai tertentu n boleh tidak lebih daripada 2n 2 elektron. Pengumpulan elektron dengan nombor kuantum yang sama n Dan l, membentuk subperingkat, ditetapkan apabila ia bergerak menjauhi teras sebagai s, p, d, f.
Penentuan kebarangkalian kedudukan elektron dalam ruang di sekeliling nukleus atom sepadan dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg. Menurut konsep mekanik kuantum, elektron dalam atom tidak mempunyai trajektori gerakan tertentu dan boleh terletak di mana-mana bahagian ruang di sekeliling nukleus, dan pelbagai kedudukannya dianggap sebagai awan elektron dengan ketumpatan cas negatif tertentu. Ruang di sekeliling nukleus di mana elektron berkemungkinan besar dijumpai dipanggil orbital. Ia mengandungi kira-kira 90% daripada awan elektron. Setiap subperingkat 1s, 2s, 2p dan lain-lain. sepadan dengan bilangan orbital tertentu dalam bentuk tertentu. Sebagai contoh, 1s- Dan 2s- orbital adalah sfera dan 2p-orbital ( 2p x , 2p y , 2p z-orbital) berorientasikan arah yang saling berserenjang dan mempunyai bentuk dumbbell ( nasi. 4.6).
nasi. 4.6. Bentuk dan orientasi orbital elektron.
Semasa tindak balas kimia, nukleus atom tidak mengalami perubahan; hanya kulit elektronik atom berubah, strukturnya menerangkan banyak sifat unsur kimia. Berdasarkan teori struktur elektronik atom, makna fizikal yang mendalam bagi hukum berkala Mendeleev bagi unsur kimia telah ditubuhkan dan teori ikatan kimia telah dicipta.
Justifikasi teori sistem berkala unsur kimia termasuk data tentang struktur atom, mengesahkan kewujudan hubungan antara keteraturan perubahan sifat unsur kimia dan pengulangan berkala jenis konfigurasi elektronik yang serupa bagi atomnya.
Berdasarkan doktrin struktur atom, pembahagian Mendeleev semua unsur kepada tujuh tempoh menjadi wajar: bilangan tempoh sepadan dengan bilangan tahap tenaga atom yang diisi dengan elektron. Dalam tempoh yang kecil, dengan peningkatan dalam cas positif nukleus atom, bilangan elektron pada tahap luaran meningkat (dari 1 kepada 2 dalam tempoh pertama, dan dari 1 kepada 8 dalam tempoh kedua dan ketiga), yang menjelaskan perubahan dalam sifat unsur: pada permulaan tempoh (kecuali yang pertama) terdapat logam alkali, kemudian terdapat kelemahan secara beransur-ansur sifat logam dan pengukuhan bukan logam. Corak ini boleh dikesan untuk unsur-unsur tempoh kedua dalam jadual 4.2.
Jadual 4.2.
Dalam tempoh yang besar, apabila cas nukleus meningkat, pengisian tahap dengan elektron adalah lebih sukar, yang menjelaskan perubahan yang lebih kompleks dalam sifat unsur berbanding unsur tempoh kecil.
Sifat yang sama bagi sifat unsur kimia dalam subkumpulan dijelaskan oleh struktur yang sama bagi tahap tenaga luaran, seperti yang ditunjukkan dalam meja 4.3, menggambarkan urutan mengisi tahap tenaga dengan elektron untuk subkumpulan logam alkali.
Jadual 4.3.
Nombor kumpulan biasanya menunjukkan bilangan elektron dalam atom yang boleh mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan kimia. Ini adalah makna fizikal nombor kumpulan. Di empat tempat jadual berkala, unsur-unsur tidak disusun mengikut urutan peningkatan jisim atom: Ar Dan K,Co Dan Ni,Te Dan saya,Th Dan Pa. Penyimpangan ini dianggap sebagai kelemahan jadual berkala unsur kimia. Doktrin struktur atom menjelaskan penyelewengan ini. Penentuan eksperimen cas nuklear menunjukkan bahawa susunan unsur-unsur ini sepadan dengan peningkatan dalam cas nukleus mereka. Di samping itu, penentuan eksperimen cas nukleus atom membolehkan untuk menentukan bilangan unsur antara hidrogen dan uranium, serta bilangan lantanida. Sekarang semua tempat dalam jadual berkala diisi dalam selang dari Z=1 sebelum ini Z=114, walau bagaimanapun jadual berkala tidak selesai, penemuan unsur transuranium baharu adalah mungkin.
Konsep "atom" telah biasa kepada manusia sejak zaman itu Yunani purba. Menurut kenyataan ahli falsafah kuno, atom adalah zarah terkecil yang merupakan sebahagian daripada bahan.
Struktur elektronik atom
Atom terdiri daripada nukleus bercas positif yang mengandungi proton dan neutron. Elektron bergerak dalam orbit mengelilingi nukleus, setiap satunya boleh dicirikan oleh satu set empat nombor kuantum: prinsipal (n), orbital (l), magnet (ml) dan putaran (ms atau s).
Nombor kuantum utama menentukan tenaga elektron dan saiz awan elektron. Tenaga elektron bergantung terutamanya pada jarak elektron dari nukleus: semakin dekat elektron dengan nukleus, semakin rendah tenaganya. Dengan kata lain, nombor kuantum utama menentukan lokasi elektron pada tahap tenaga tertentu (lapisan kuantum). Nombor kuantum utama mempunyai nilai siri integer dari 1 hingga infiniti.
Nombor kuantum orbit mencirikan bentuk awan elektron. Pelbagai bentuk awan elektron menentukan perubahan tenaga elektron dalam satu tahap tenaga, iaitu membahagikannya kepada subperingkat tenaga. Nombor kuantum orbit boleh mempunyai nilai dari sifar hingga (n-1), untuk sejumlah nilai n. Subperingkat tenaga ditetapkan dengan huruf:
Nombor kuantum magnetik menunjukkan orientasi orbital di angkasa. Ia menerima sebarang integer nilai angka dari (+l) hingga (-l), termasuk sifar. Nombor nilai yang mungkin nombor kuantum magnetik adalah sama dengan (2l+1).
Elektron, bergerak dalam medan nukleus atom, sebagai tambahan kepada momentum sudut orbit, juga mempunyai momentum sudutnya sendiri, yang mencirikan putaran berbentuk gelendong di sekeliling paksinya sendiri. Sifat elektron ini dipanggil spin. Magnitud dan orientasi putaran dicirikan oleh nombor kuantum putaran, yang boleh mengambil nilai (+1/2) dan (-1/2). Nilai putaran positif dan negatif berkaitan dengan arahnya.
Sebelum semua perkara di atas diketahui dan disahkan secara eksperimen, terdapat beberapa model struktur atom. Salah satu model pertama struktur atom telah dicadangkan oleh E. Rutherford, yang, dalam eksperimen mengenai penyerakan zarah alfa, menunjukkan bahawa hampir keseluruhan jisim atom tertumpu dalam jumlah yang sangat kecil - nukleus bercas positif. . Menurut modelnya, elektron bergerak mengelilingi nukleus pada jarak yang cukup besar, dan bilangannya sedemikian rupa sehingga, secara keseluruhannya, atom adalah neutral secara elektrik.
Model struktur atom Rutherford telah dibangunkan oleh N. Bohr, yang dalam penyelidikannya juga menggabungkan ajaran Einstein tentang kuantum cahaya dan teori kuantum sinaran Planck. Kami menyelesaikan apa yang kami mulakan dan membentangkan dunia dengan model moden struktur atom unsur kimia Louis de Broglie dan Schrödinger.
Contoh penyelesaian masalah
CONTOH 1
| Senaman | Senaraikan bilangan proton dan neutron yang terkandung dalam nukleus nitrogen (nombor atom 14), silikon (nombor atom 28), dan barium (nombor atom 137). |
| Penyelesaian | Bilangan proton dalam nukleus atom unsur kimia ditentukan olehnya nombor siri dalam jadual berkala, dan bilangan neutron adalah perbezaan antara nombor jisim(M) dan cas nuklear (Z). Nitrogen: n(N)= M -Z = 14-7 = 7. silikon: n(Si)= M -Z = 28-14 = 14. Barium: n (Ba)= M -Z = 137-56 = 81. |
| Jawab | Bilangan proton dalam nukleus nitrogen ialah 7, neutron - 7; dalam nukleus atom silikon terdapat 14 proton dan 14 neutron; Dalam nukleus atom barium terdapat 56 proton dan 81 neutron. |
CONTOH 2
| Senaman | Susun subperingkat tenaga mengikut urutan di mana ia diisi dengan elektron: a) 3p, 3d, 4s, 4p; b) 4d , 5s, 5p, 6s; c) 4f , 5s , 6r; 4h , 6s; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f . |
|
| Penyelesaian | Sublevel tenaga diisi dengan elektron mengikut peraturan Klechkovsky. Syarat yang diperlukan ialah nilai minimum hasil tambah nombor kuantum utama dan orbital. Sublevel s dicirikan oleh nombor 0, p - 1, d - 2 dan f-3. Syarat kedua ialah sublevel dengan nilai terendah nombor kuantum utama. | |
| Jawab | a) Orbital 3p, 3d, 4s, 4p akan sepadan dengan nombor 4, 5, 4 dan 5. Akibatnya, pengisian dengan elektron akan berlaku dalam urutan berikut: 3p, 4s, 3d, 4p. b) orbital 4d , 5s, 5p, 6s akan sepadan dengan nombor 7, 5, 6 dan 6. Oleh itu, pengisian dengan elektron akan berlaku dalam urutan berikut: 5s, 5p, 6s, 4d. c) Orbital 4f , 5s , 6r; 4h , 6s akan sepadan dengan nombor 7, 5, 76 dan 6. Oleh itu, pengisian dengan elektron akan berlaku dalam urutan berikut: 5s, 4d , 6s, 4f, 6r. d) Orbital 5d, 6s, 6p, 7s, 4f akan sepadan dengan nombor 7, 6, 7, 7 dan 7. Akibatnya, pengisian dengan elektron akan berlaku dalam urutan berikut: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. |
Mari kita lihat bagaimana atom dibina. Perlu diingat bahawa kami akan bercakap secara eksklusif mengenai model. Dalam amalan, atom adalah struktur yang lebih kompleks. Tetapi terima kasih kepada perkembangan moden, kami dapat menerangkan dan juga berjaya meramalkan sifat (walaupun tidak semua). Jadi apakah struktur atom? Ia diperbuat daripada apa?
Model planet atom
Ia pertama kali dicadangkan oleh ahli fizik Denmark N. Bohr pada tahun 1913. Ini adalah teori pertama struktur atom berdasarkan fakta saintifik. Di samping itu, ia meletakkan asas untuk istilah tematik moden. Di dalamnya, zarah elektron menghasilkan pergerakan putaran mengelilingi atom mengikut prinsip yang sama seperti planet mengelilingi Matahari. Bohr mencadangkan bahawa mereka boleh wujud secara eksklusif dalam orbit yang terletak pada jarak yang ditentukan dengan ketat dari nukleus. Para saintis tidak dapat menjelaskan mengapa ini berlaku, dari sudut saintifik, tetapi model sedemikian telah disahkan oleh banyak eksperimen. Nombor integer digunakan untuk menetapkan orbit, bermula dengan satu, yang bernombor paling hampir dengan nukleus. Semua orbit ini juga dipanggil tahap. Atom hidrogen hanya mempunyai satu tahap, di mana satu elektron berputar. Tetapi atom kompleks juga mempunyai tahap. Mereka dibahagikan kepada komponen yang menggabungkan elektron dengan potensi tenaga yang serupa. Jadi, yang kedua sudah mempunyai dua subperingkat - 2s dan 2p. Yang ketiga sudah mempunyai tiga - 3s, 3p dan 3d. Dan sebagainya. Pertama, subperingkat yang lebih dekat dengan teras adalah "berpenduduk", dan kemudian yang jauh. Setiap daripada mereka hanya boleh memegang bilangan elektron tertentu. Tetapi ini bukan penamat. Setiap sublevel dibahagikan kepada orbital. Mari kita buat perbandingan dengan kehidupan biasa. Awan elektron atom adalah setanding dengan bandar. Tahap adalah jalan-jalan. Subperingkat - sebuah rumah persendirian atau apartmen. Orbital - bilik. Setiap daripada mereka "hidup" satu atau dua elektron. Mereka semua mempunyai alamat tertentu. Ini adalah gambar rajah pertama struktur atom. Dan akhirnya, mengenai alamat elektron: mereka ditentukan oleh set nombor yang dipanggil "kuantum".
Model gelombang atom
Tetapi dari masa ke masa, model planet telah disemak semula. Teori kedua tentang struktur atom telah dicadangkan. Ia lebih maju dan membolehkan seseorang menerangkan hasil eksperimen praktikal. Yang pertama digantikan oleh model gelombang atom, yang dicadangkan oleh E. Schrödinger. Kemudian ia telah ditetapkan bahawa elektron boleh menampakkan dirinya bukan sahaja sebagai zarah, tetapi juga sebagai gelombang. Apakah yang dilakukan oleh Schrödinger? Dia menggunakan persamaan yang menerangkan gerakan gelombang dalam Oleh itu, seseorang tidak boleh mencari trajektori elektron dalam atom, tetapi kebarangkalian pengesanannya pada titik tertentu. Apa yang menyatukan kedua-dua teori ialah zarah asas terletak pada tahap, subperingkat dan orbital tertentu. Di sinilah persamaan antara model berakhir. Izinkan saya memberi anda satu contoh: dalam teori gelombang, orbit ialah kawasan di mana elektron boleh ditemui dengan kebarangkalian 95%. Selebihnya ruang menyumbang 5%. Tetapi pada akhirnya ternyata ciri-ciri struktur atom digambarkan menggunakan model gelombang, walaupun pada hakikatnya istilah yang digunakan adalah biasa.
Konsep kebarangkalian dalam kes ini
Mengapakah istilah ini digunakan? Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastian pada tahun 1927, yang kini digunakan untuk menggambarkan pergerakan zarah mikro. Ia berdasarkan perbezaan asas mereka daripada badan fizikal biasa. Apa itu? Mekanik klasik mengandaikan bahawa seseorang boleh memerhati fenomena tanpa mempengaruhinya (pemerhatian benda angkasa). Berdasarkan data yang diperoleh, adalah mungkin untuk mengira di mana objek akan berada pada satu masa tertentu. Tetapi dalam mikrokosmos perkara semestinya berbeza. Jadi, sebagai contoh, kini tidak mungkin untuk memerhati elektron tanpa mempengaruhinya kerana fakta bahawa tenaga alat dan zarah tidak dapat dibandingkan. Ini menyebabkan lokasinya berubah zarah asas, keadaan, arah, kelajuan pergerakan dan parameter lain. Dan tidak masuk akal untuk bercakap tentang ciri-ciri yang tepat. Prinsip ketidakpastian itu sendiri memberitahu kita bahawa adalah mustahil untuk mengira trajektori tepat elektron di sekeliling nukleus. Anda hanya boleh menunjukkan kebarangkalian mencari zarah di kawasan ruang tertentu. Ini adalah keanehan struktur atom unsur kimia. Tetapi ini harus diambil kira secara eksklusif oleh saintis dalam eksperimen praktikal.
Komposisi atom
Tetapi mari kita menumpukan perhatian kepada keseluruhan subjek. Jadi, sebagai tambahan kepada kulit elektron yang dianggap baik, komponen kedua atom ialah nukleus. Ia terdiri daripada proton bercas positif dan neutron neutral. Kita semua biasa dengan jadual berkala. Bilangan setiap unsur sepadan dengan bilangan proton yang terkandung di dalamnya. Bilangan neutron adalah sama dengan perbezaan antara jisim atom dan bilangan protonnya. Mungkin terdapat penyelewengan dari peraturan ini. Kemudian mereka mengatakan bahawa isotop unsur itu ada. Struktur atom adalah sedemikian rupa sehingga ia "dikelilingi" oleh petala elektron. selalunya sama dengan bilangan proton. Jisim yang terakhir adalah kira-kira 1840 kali lebih besar daripada yang pertama, dan kira-kira sama dengan berat neutron. Jejari nukleus adalah kira-kira 1/200,000 diameter atom. Ia sendiri mempunyai bentuk sfera. Ini, secara umum, adalah struktur atom unsur kimia. Walaupun terdapat perbezaan dalam jisim dan sifat, mereka kelihatan lebih kurang sama.
Orbit
Apabila bercakap tentang gambar rajah struktur atom, seseorang tidak boleh berdiam diri mengenainya. Jadi, terdapat jenis ini:
- s. Mereka mempunyai bentuk sfera.
- hlm. Ia kelihatan seperti angka lapan tiga dimensi atau gelendong.
- d dan f. Mereka mempunyai bentuk yang kompleks yang sukar untuk digambarkan dalam bahasa formal.
Satu elektron bagi setiap jenis boleh didapati dengan kebarangkalian 95% dalam orbital yang sepadan. Maklumat yang disampaikan mesti dilayan dengan tenang, kerana ia agak abstrak model matematik, bukannya realiti fizikal keadaan. Tetapi dengan semua ini, ia mempunyai kuasa ramalan yang baik mengenai sifat kimia atom dan juga molekul. Lebih jauh tahap terletak dari nukleus, lebih banyak elektron boleh diletakkan di atasnya. Oleh itu, bilangan orbital boleh dikira menggunakan formula khas: x 2. Di sini x sama dengan bilangan tahap. Dan kerana sehingga dua elektron boleh diletakkan dalam orbital, akhirnya formula untuk carian berangka mereka akan kelihatan seperti ini: 2x 2.
Orbit: data teknikal
Jika kita bercakap tentang struktur atom fluorin, ia akan mempunyai tiga orbital. Mereka semua akan diisi. Tenaga orbital dalam satu sublevel adalah sama. Untuk menetapkannya, tambahkan nombor lapisan: 2s, 4p, 6d. Mari kita kembali kepada perbualan tentang struktur atom fluorin. Ia akan mempunyai dua s- dan satu p-subperingkat. Ia mempunyai sembilan proton dan bilangan elektron yang sama. Satu peringkat s pertama. Itu dua elektron. Kemudian tahap s kedua. Dua elektron lagi. Dan 5 mengisi tahap-p. Ini adalah strukturnya. Selepas membaca subtajuk berikut, anda boleh melakukan langkah-langkah yang perlu sendiri dan pastikan perkara ini. Jika kita bercakap tentang fluorin yang mana juga, perlu diperhatikan bahawa mereka, walaupun dalam kumpulan yang sama, sama sekali berbeza dalam ciri-ciri mereka. Oleh itu, takat didihnya berjulat dari -188 hingga 309 darjah Celsius. Jadi mengapa mereka bersatu? Semua terima kasih sifat kimia. Semua halogen, dan fluorin pada tahap yang paling besar, mempunyai keupayaan pengoksidaan tertinggi. Mereka bertindak balas dengan logam dan boleh menyala secara spontan pada suhu bilik tanpa sebarang masalah.
Bagaimanakah orbit diisi?
Dengan peraturan dan prinsip apakah elektron disusun? Kami mencadangkan agar anda membiasakan diri dengan tiga yang utama, kata-kata yang telah dipermudahkan untuk pemahaman yang lebih baik:
- Prinsip tenaga paling sedikit. Elektron cenderung untuk mengisi orbital mengikut urutan peningkatan tenaga.
- prinsip Pauli. Satu orbital tidak boleh mengandungi lebih daripada dua elektron.
- Peraturan Hund. Dalam satu subperingkat, elektron mula-mula mengisi orbital kosong, dan hanya kemudian membentuk pasangan.
Struktur atom akan membantu dalam mengisinya dan dalam kes ini ia akan menjadi lebih mudah difahami dari segi imej. Oleh itu, apabila bekerja secara praktikal dengan pembinaan gambar rajah litar, adalah perlu untuk menyimpannya di tangan.
Contoh
Untuk meringkaskan segala-galanya yang telah diperkatakan dalam rangka artikel, anda boleh membuat sampel bagaimana elektron atom diedarkan di antara tahap, subperingkat dan orbitalnya (iaitu, konfigurasi tahap). Ia boleh digambarkan sebagai formula, rajah tenaga, atau rajah lapisan. Terdapat ilustrasi yang sangat baik di sini, yang, apabila diperiksa dengan teliti, membantu memahami struktur atom. Jadi, tahap pertama diisi terlebih dahulu. Ia hanya mempunyai satu sublevel, di mana hanya terdapat satu orbital. Semua peringkat diisi secara berurutan, bermula dengan yang terkecil. Pertama, dalam satu subperingkat, satu elektron diletakkan dalam setiap orbital. Kemudian pasangan dicipta. Dan jika ada yang percuma, pertukaran kepada subjek pengisian lain berlaku. Dan kini anda boleh mengetahui sendiri apakah struktur atom nitrogen atau fluorin (yang dianggap lebih awal). Ia mungkin agak sukar pada mulanya, tetapi anda boleh menggunakan gambar untuk membimbing anda. Untuk kejelasan, mari kita lihat struktur atom nitrogen. Ia mempunyai 7 proton (bersama-sama dengan neutron yang membentuk nukleus) dan bilangan elektron yang sama (yang membentuk kulit elektron). Tahap s pertama diisi terlebih dahulu. Ia mempunyai 2 elektron. Kemudian datang tahap s kedua. Ia juga mempunyai 2 elektron. Dan tiga yang lain diletakkan pada tahap p, di mana setiap daripada mereka menduduki satu orbital.
Kesimpulan
Seperti yang anda lihat, struktur atom bukanlah topik yang sukar (jika anda mendekatinya dari perspektif kursus kimia sekolah, sudah tentu). Dan faham topik ini tidak sukar. Akhir sekali, saya ingin memberitahu anda tentang beberapa ciri. Sebagai contoh, bercakap tentang struktur atom oksigen, kita tahu bahawa ia mempunyai lapan proton dan 8-10 neutron. Dan kerana segala-galanya di alam semula jadi cenderung untuk mengimbangi, dua atom oksigen membentuk molekul, di mana dua elektron tidak berpasangan membentuk ikatan kovalen. Satu lagi molekul oksigen yang stabil, ozon (O 3), terbentuk dengan cara yang sama. Mengetahui struktur atom oksigen, anda boleh membuat formula dengan betul untuk tindak balas oksidatif di mana bahan yang paling biasa di Bumi mengambil bahagian.
Mana-mana bahan terdiri daripada zarah yang sangat kecil dipanggil atom . Atom ialah zarah terkecil unsur kimia yang mengekalkan semua sifat cirinya. Untuk membayangkan saiz atom, cukup untuk mengatakan bahawa jika mereka boleh diletakkan berdekatan antara satu sama lain, maka satu juta atom akan menempati jarak hanya 0.1 mm.
Perkembangan selanjutnya dalam ilmu struktur jirim menunjukkan bahawa atom juga mempunyai struktur yang kompleks dan terdiri daripada elektron dan proton. Ini adalah bagaimana teori elektronik struktur jirim timbul.
Pada zaman dahulu didapati terdapat dua jenis elektrik: positif dan negatif. Jumlah tenaga elektrik yang terkandung dalam badan itu dipanggil caj. Bergantung pada jenis elektrik yang dimiliki oleh badan, cas boleh positif atau negatif.
Ia juga telah ditubuhkan secara eksperimen bahawa cas seperti menolak, dan tidak seperti cas menarik.
Mari kita pertimbangkan struktur elektronik atom. Atom terdiri daripada zarah yang lebih kecil daripada mereka sendiri, dipanggil elektron.
DEFINISI:Elektron ialah zarah terkecil jirim yang mempunyai cas elektrik negatif terkecil.
Elektron mengorbit mengelilingi nukleus pusat yang terdiri daripada satu atau lebih proton Dan neutron, dalam orbit sepusat. Elektron ialah zarah bercas negatif, proton adalah positif, dan neutron adalah neutral (Rajah 1.1).
DEFINISI:Proton ialah zarah terkecil jirim yang mempunyai cas elektrik positif terkecil.
Kewujudan elektron dan proton tidak diragukan lagi. Para saintis bukan sahaja menentukan jisim, cas dan saiz elektron dan proton, malah menjadikannya berfungsi dalam pelbagai peranti kejuruteraan elektrik dan radio.
Didapati juga bahawa jisim elektron bergantung kepada kelajuan pergerakannya dan elektron itu bukan sahaja bergerak ke hadapan dalam ruang, tetapi juga berputar mengelilingi paksinya.
Struktur yang paling mudah ialah atom hidrogen (Rajah 1.1). Ia terdiri daripada nukleus proton dan elektron yang berputar pada kelajuan tinggi mengelilingi nukleus, membentuk kulit luar (orbit) atom. Atom yang lebih kompleks mempunyai beberapa cangkang di mana elektron berputar.
Cangkang ini diisi dengan elektron secara berurutan daripada nukleus (Rajah 1.2).
Sekarang mari kita lihat . Cangkang terluar dipanggil valens, dan bilangan elektron yang terkandung di dalamnya dipanggil valency. Semakin jauh dari intinya cangkang valensi, oleh itu, semakin kurang daya tarikan yang dialami setiap elektron valens daripada nukleus. Oleh itu, atom meningkatkan keupayaan untuk melekatkan elektron pada dirinya sendiri sekiranya petala valensi tidak terisi dan terletak jauh dari nukleus, atau kehilangannya.
Elektron kulit luar boleh menerima tenaga. Jika elektron dalam petala valens menerima tahap yang diperlukan tenaga daripada kuasa luar, mereka boleh melepaskan diri daripadanya dan meninggalkan atom, iaitu, menjadi elektron bebas. Elektron bebas dapat bergerak secara rawak dari satu atom ke atom. Bahan-bahan yang mengandungi sejumlah besar elektron bebas dipanggil konduktor
.
Penebat
, adalah bertentangan dengan konduktor. Mereka menghalang aliran arus elektrik. Penebat adalah stabil kerana elektron valens beberapa atom mengisi cangkerang valensi atom lain, bergabung dengan mereka. Ini menghalang pembentukan elektron bebas.
Menduduki kedudukan pertengahan antara penebat dan konduktor semikonduktor
, tetapi kita akan bercakap tentang mereka kemudian
Mari kita pertimbangkan sifat-sifat atom. Atom yang mempunyai bilangan elektron dan proton yang sama adalah neutral secara elektrik. Atom yang memperoleh satu atau lebih elektron menjadi bercas negatif dan dipanggil ion negatif. Jika atom kehilangan satu atau lebih elektron, ia menjadi ion positif, iaitu, ia menjadi bercas positif.
