Hãy xem cách một nguyên tử được tạo ra. Hãy nhớ rằng chúng tôi sẽ chỉ nói về các mô hình. Trong thực tế, nguyên tử là một cấu trúc phức tạp hơn nhiều. Nhưng nhờ những phát triển hiện đại, chúng ta có thể giải thích và thậm chí dự đoán thành công các tính chất của các nguyên tố hóa học (ngay cả khi không phải là tất cả). Vì vậy, cấu trúc của một nguyên tử là gì? Nó được "làm" bằng gì?
Mô hình hành tinh của nguyên tử
lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà vật lý Đan Mạch N. Bohr vào năm 1913. Đây là lý thuyết đầu tiên về cấu trúc của nguyên tử dựa trên các dữ kiện khoa học. Ngoài ra, cô đã đặt nền móng cho thuật ngữ chuyên đề hiện đại. Trong đó, các hạt electron tạo ra chuyển động quay xung quanh nguyên tử giống như cách các hành tinh xung quanh Mặt trời. Bohr cho rằng chúng chỉ có thể tồn tại trong các quỹ đạo nằm cách hạt nhân một khoảng cách xác định. Chính xác tại sao, nhà khoa học từ vị trí khoa học không thể giải thích, nhưng một mô hình như vậy đã được xác nhận bởi nhiều thí nghiệm. Số nguyên được dùng để chỉ các quỹ đạo, bắt đầu bằng đơn vị được đánh số gần hạt nhân nhất. Tất cả những quỹ đạo này cũng được gọi là mức. Nguyên tử hydro chỉ có một mức mà trên đó một điện tử quay. Nhưng nguyên tử phức tạp có nhiều mức hơn. Chúng được chia thành các thành phần liên kết các electron gần nhau về thế năng. Vì vậy, cái thứ hai đã có hai mức độ phân chia lại - 2s và 2p. Cái thứ ba đã có ba - 3s, 3p và 3d. Vân vân. Đầu tiên, các mức phân chia lại gần hạt nhân hơn được “dân cư”, và sau đó là các mức ở xa. Mỗi chúng chỉ có thể giữ một số electron nhất định. Nhưng đây không phải là kết thúc. Mỗi cấp độ phân chia lại được chia thành các obitan. Hãy làm một so sánh với cuộc sống bình thường. Đám mây electron của một nguyên tử có thể so sánh với một thành phố. Các cấp là đường phố. Sublevel - nhà riêng hoặc căn hộ. Quỹ đạo là một căn phòng. Mỗi người trong số chúng "sống" một hoặc hai electron. Tất cả chúng đều có địa chỉ cụ thể. Đây là sơ đồ đầu tiên về cấu trúc của nguyên tử. Và cuối cùng, về địa chỉ của các electron: chúng được xác định bởi các bộ số, được gọi là "lượng tử".
Mô hình sóng của nguyên tử
Nhưng theo thời gian, mô hình hành tinh đã được sửa đổi. Một lý thuyết thứ hai về cấu trúc của nguyên tử đã được đề xuất. Nó hoàn hảo hơn và cho phép giải thích kết quả của các thí nghiệm thực tế. Mô hình sóng của nguyên tử, do E. Schrödinger đề xuất, đã thay thế mô hình đầu tiên. Sau đó, người ta đã xác định được rằng một điện tử có thể tự biểu hiện không chỉ dưới dạng hạt, mà còn dưới dạng sóng. Schrödinger đã làm gì? Ông đã áp dụng một phương trình mô tả chuyển động của sóng trong không gian ba chiều. Do đó, người ta có thể tìm thấy không phải quỹ đạo của electron trong nguyên tử, mà là xác suất phát hiện ra nó tại một điểm nhất định. Cả hai lý thuyết được thống nhất bởi thực tế là các hạt cơ bản nằm trêncác mức cụ thể, mức cấp lại và quỹ đạo. Đây là nơi kết thúc sự giống nhau của các mô hình. Tôi sẽ đưa ra một ví dụ - trong lý thuyết sóng, quỹ đạo là một vùng có thể tìm thấy một điện tử với xác suất là 95%. Phần còn lại của không gian chiếm 5%. Nhưng cuối cùng hóa ra các đặc điểm cấu trúc của nguyên tử được mô tả bằng mô hình sóng, mặc dù thực tế là thuật ngữ này được sử dụng một cách chung chung.
Khái niệm xác suất trong trường hợp này
Tại sao thuật ngữ này được sử dụng? Heisenberg đã xây dựng công thức của nguyên lý bất định vào năm 1927, nguyên lý này ngày nay được sử dụng để mô tả chuyển động của các vi hạt. Nó dựa trên sự khác biệt cơ bản của chúng so với các cơ thể vật chất thông thường. Nó là gì? Cơ học cổ điển cho rằng một người có thể quan sát các hiện tượng mà không ảnh hưởng đến chúng (quan sát các thiên thể). Dựa trên dữ liệu nhận được, có thể tính toán đối tượng sẽ ở đâu tại một thời điểm nhất định. Nhưng trong mô hình thu nhỏ, mọi thứ nhất thiết phải khác. Vì vậy, ví dụ, để quan sát một electron mà không ảnh hưởng đến nó bây giờ là không thể do thực tế là năng lượng của thiết bị và hạt là không thể so sánh được. Điều này dẫn đến thực tế là vị trí của một hạt cơ bản, trạng thái, hướng, tốc độ chuyển động và các thông số khác của nó thay đổi. Và không có ý nghĩa gì khi nói về các đặc điểm chính xác. Bản thân nguyên lý bất định cho chúng ta biết rằng không thể tính được quỹ đạo chính xác của electron xung quanh hạt nhân. Bạn chỉ có thể chỉ định xác suất tìm thấy một hạt trong một khu vực nhất địnhkhoảng trống. Đây là đặc thù về cấu tạo của nguyên tử các nguyên tố hóa học. Nhưng điều này cần được các nhà khoa học tính đến hoàn toàn trong các thí nghiệm thực tế.
Thành phần của nguyên tử
Nhưng hãy tập trung vào toàn bộ vấn đề. Vì vậy, ngoài lớp vỏ electron được coi là tốt, thành phần thứ hai của nguyên tử là hạt nhân. Nó bao gồm các proton tích điện dương và neutron trung tính. Tất cả chúng ta đều quen thuộc với bảng tuần hoàn. Số lượng của mỗi phần tử tương ứng với số proton mà nó có. Số nơtron bằng hiệu giữa khối lượng nguyên tử và số proton của nó. Có thể có sai lệch so với quy tắc này. Sau đó, họ nói rằng một đồng vị của nguyên tố có mặt. Cấu trúc của một nguyên tử là do nó được "bao quanh" bởi một lớp vỏ electron. Số electron thường bằng số proton. Khối lượng của cái sau lớn hơn cái trước khoảng 1840 lần và xấp xỉ bằng trọng lượng của nơtron. Bán kính của hạt nhân bằng khoảng 1 / 200.000 đường kính của nguyên tử. Bản thân nó có dạng hình cầu. Nói chung, đây là cấu trúc của nguyên tử các nguyên tố hóa học. Mặc dù có sự khác biệt về khối lượng và tính chất, chúng trông giống nhau.
Quỹ đạo
Nói về sơ đồ cấu trúc của nguyên tử là gì, người ta không thể im lặng về chúng. Vì vậy, có những loại sau:
- s. Chúng có hình cầu.
- p. Chúng trông giống như hình số tám hoặc trục xoay.
- d và f. Chúng có hình dạng phức tạp khó diễn tả bằng ngôn ngữ chính thống.
Electron của mỗi loại có thể được tìm thấy với xác suất 95% trong lãnh thổquỹ đạo tương ứng. Thông tin được trình bày phải được tiếp nhận một cách bình tĩnh, vì nó là một mô hình toán học trừu tượng hơn là một trạng thái thực tế vật lý. Nhưng với tất cả những điều này, nó có khả năng dự đoán tốt về các tính chất hóa học của nguyên tử và thậm chí cả phân tử. Vị trí càng xa hạt nhân mức thì càng có thể đặt được nhiều êlectron lên đó. Vì vậy, số lượng obitan có thể được tính bằng công thức đặc biệt: x2. Ở đây x bằng số cấp độ. Và vì tối đa hai electron có thể được đặt trên quỹ đạo, công thức cuối cùng để tìm kiếm số của chúng sẽ giống như sau: 2x2.
Quỹ đạo: dữ liệu kỹ thuật
Nếu chúng ta nói về cấu trúc của nguyên tử flo, nó sẽ có ba obitan. Tất cả chúng sẽ được lấp đầy. Năng lượng của các obitan trong cùng một mức phân chia lại là như nhau. Để chỉ định chúng, hãy thêm số lớp: 2s, 4p, 6d. Chúng ta trở lại cuộc trò chuyện về cấu trúc của nguyên tử flo. Nó sẽ có hai s- và một p-sublevel. Nó có chín proton và cùng số electron. Một cấp s đầu tiên. Đây là hai electron. Sau đó là cấp s thứ hai. Thêm hai electron. Và 5 điền vào mức p. Đây là cấu trúc của anh ấy. Sau khi đọc tiêu đề phụ sau, bạn có thể tự thực hiện các thao tác cần thiết và tự xem. Nếu chúng ta nói về các tính chất vật lý của halogen, bao gồm flo, thì cần lưu ý rằng chúng, mặc dù trong cùng một nhóm, hoàn toàn khác nhau về các đặc tính của chúng. Vì vậy, nhiệt độ sôi của chúng nằm trong khoảng từ -188 đến 309độ Celcius. Vậy tại sao chúng lại được hợp nhất? Tất cả là nhờ vào các đặc tính hóa học. Tất cả các halogen, và ở mức độ lớn nhất là flo, có sức oxy hóa cao nhất. Chúng phản ứng với kim loại và có thể tự bốc cháy ở nhiệt độ phòng mà không gặp bất kỳ vấn đề gì.
Các quỹ đạo được lấp đầy như thế nào?
Các electron được sắp xếp theo những quy tắc và nguyên tắc nào? Chúng tôi khuyên bạn nên tự làm quen với ba từ chính, từ ngữ đã được đơn giản hóa để hiểu rõ hơn:
- Nguyên tắc ít năng lượng nhất. Các electron có xu hướng lấp đầy các obitan theo thứ tự tăng dần năng lượng.
- Pauli nguyên tắc. Một quỹ đạo không thể chứa nhiều hơn hai điện tử.
- Quy tắc củaHund. Trong một cấp độ phân chia lại, các electron đầu tiên lấp đầy các obitan tự do, và chỉ sau đó tạo thành các cặp.
Hệ thống tuần hoàn của Mendeleev sẽ giúp điền vào, và cấu trúc của nguyên tử trong trường hợp này sẽ trở nên dễ hiểu hơn về mặt hình ảnh. Vì vậy, trong công việc thực tế với việc xây dựng các mạch của các phần tử, cần phải giữ nó trong tầm tay.
Ví dụ
Để tóm tắt mọi thứ được đề cập trong bài báo, bạn có thể tạo một mẫu về cách các electron của nguyên tử được phân bố qua các mức, mức phân chia lại và quỹ đạo của chúng (nghĩa là cấu hình mức là gì). Nó có thể được hiển thị dưới dạng công thức, biểu đồ năng lượng hoặc biểu đồ lớp. Có những hình ảnh minh họa rất hay ở đây, khi xem xét kỹ sẽ giúp hiểu được cấu trúc của nguyên tử. Vì vậy, cấp độ đầu tiên được điền trước. Nó cóchỉ có một mức bán lại, trong đó chỉ có một quỹ đạo. Tất cả các cấp độ đều được điền tuần tự, bắt đầu từ cấp độ nhỏ nhất. Đầu tiên, trong một cấp độ phân chia lại, một điện tử được đặt trong mỗi quỹ đạo. Sau đó, các cặp được tạo ra. Và nếu có những cái miễn phí, nó sẽ chuyển sang môn điền khác. Và bây giờ bạn có thể độc lập tìm ra cấu trúc của nguyên tử nitơ hoặc flo (đã được xem xét trước đó). Thoạt đầu có thể hơi phức tạp, nhưng bạn có thể điều hướng bằng cách nhìn vào hình ảnh. Để rõ ràng hơn, chúng ta hãy nhìn vào cấu trúc của nguyên tử nitơ. Nó có 7 proton (cùng với neutron tạo nên hạt nhân) và cùng số electron (tạo nên lớp vỏ electron). Cấp s đầu tiên được điền trước. Nó có 2 electron. Sau đó đến cấp s thứ hai. Nó cũng có 2 electron. Và ba cái còn lại được đặt ở mức p, nơi mỗi cái chiếm một quỹ đạo.
Kết
Như bạn có thể thấy, cấu trúc của nguyên tử không phải là một chủ đề quá khó (tất nhiên nếu bạn tiếp cận nó từ góc độ của một khóa học hóa học ở trường). Và không khó để hiểu chủ đề này. Cuối cùng, tôi muốn thông báo cho bạn về một số tính năng. Ví dụ, nói về cấu trúc của nguyên tử oxy, chúng ta biết rằng nó có 8 proton và 8-10 neutron. Và vì mọi thứ trong tự nhiên có xu hướng cân bằng, hai nguyên tử oxy tạo thành một phân tử, nơi hai điện tử chưa ghép đôi tạo thành liên kết cộng hóa trị. Tương tự, một phân tử oxy ổn định khác được hình thành - ozon (O3). Biết được cấu tạo của nguyên tử oxi, có thể lập công thức chính xác các phản ứng oxi hóa, trongliên quan đến chất phổ biến nhất trên Trái đất.
