Dunyo go'zal. Boshqa lug'atlarda "atom" nima ekanligini ko'ring

Atom hajmi uning tashqi elektron qavatining radiusi bilan aniqlanadi. Barcha atomlarning o'lchamlari ~ 10 -10 m va yadroning o'lchami 5 ta kichikroq, jami - 10 -15 m 20 qavatli bino, keyin atom yadrosi bu uyning markaziy xonasida bir millimetr chang zarrasi kabi ko'rinadi. Biroq, massasi deyarli butunlay bu chang bo'lagida to'plangan uyni tasavvur qilish qiyin. Va bu atomning o'zi.

Atomlar juda kichik va juda engil. Atom olmadan shuncha marta engilroq, olma necha marta engilroq globus. Agar dunyo "og'irlashsa", atom bir tomchi suvdek og'irlashsa, unda bunday dunyodagi odamlar sayyoralar kabi og'irlashadi: Merkuriy va Mars kabi bolalar va Venera va Yer kabi kattalar.

Atomni mikroskop bilan ham tekshirish mumkin emas. Eng yaxshi optik mikroskoplar, agar ular orasidagi masofa ~ 0,2 mkm bo'lsa, ob'ekt tafsilotlarini farqlash imkonini beradi. Elektron mikroskopda bu masofa ~2-3 Å gacha qisqartirildi. Birinchi marta ion proyektori yordamida alohida atomlarni farqlash va suratga olish mumkin bo'ldi. Ammo atomning ichida qanday ishlashini hech kim ko'rmagan. Atomlarning tuzilishi haqidagi barcha ma'lumotlar zarrachalarning tarqalishi bo'yicha tajribalar natijasida olingan.

Og'irligi atom yadrosi uning elektron qobig'ining massasidan bir necha ming marta. Buning sababi, atomlarning yadrolari protonlar deb ataladigan elektronlarga nisbatan juda og'ir zarralardan iborat. p va neytronlar n. Ularning massalari deyarli bir xil va elektronning massasidan taxminan 2000 marta katta. Qayerda proton musbat zaryadlangan zarrachadir va neytron- neytral. Protonning zaryadi kattaligi bo'yicha elektronning zaryadiga teng. Yadrodagi protonlar soni qobiqdagi elektronlar soniga teng, bu atomning elektr neytralligini ta'minlaydi. Yengil vodorod atomining yadrosida neytronlar soni har xil bo'lishi mumkin, ammo uglerod atomining yadrosida 6, 7 yoki 8 ta bo'lishi mumkin.

Elektron massasim e ≈ 0,91. 10 -30 kg, proton massasim p≈ 1.673. 10 -27 kg = 1836m e, neytron massasim n = 1,675. 10-27 kg≈ 1840 m e.

Atom massasi miqdoridan kamroq miqdori bo'yicha yadro va elektronlarning massalari Dm, chaqirdi ommaviy nuqson, bu yadro va elektronlar o'rtasidagi Kulon o'zaro ta'siri tufayli paydo bo'ladi. Atomlarning massa nuqsoni (yadrolardan farqli o'laroq) juda kichik va u ortib borishiga qaramay Z, bitta atom ham elektron massasidan oshmaydi. Saytdan olingan material

Albatta, atomni taroziga qo'yib bo'lmaydi va u juda kichikdir; Atomlarning massalari birinchi marta kimyogarlar tomonidan aniqlangan. Bundan tashqari, ular vodorod atomining massasini bitta deb olib, Dalton qonunidan foydalangan holda ularni nisbiy birliklarda o'lchadilar. kimyoviy moddalar kimyoviy elementlarning atomlarini qat'iy belgilangan nisbatda birlashtirish natijasida hosil bo'ladi. Va endi atomlarning massalari ko'pincha nisbiy birliklarda o'lchanadi, ammo atom massa birligi (amu) sifatida uglerod atomi C 12,1 a massasining 1/12 qismi ishlatiladi. e.m = 1,66057. 10-27 kg.

Atom koinotning noyob zarrasidir. Ushbu maqola o'quvchiga materiyaning ushbu elementi haqida ma'lumot berishga harakat qiladi. Bu erda biz quyidagi savollarni ko'rib chiqamiz: atomning diametri va uning o'lchamlari nima, u qanday sifat ko'rsatkichlariga ega, uning koinotdagi roli qanday.

Atomga kirish

Atom - mikroskopik o'lcham va massaga ega bo'lgan moddalarning kompozit zarrasi. Bu nihoyatda kichik o'lcham va massaga ega bo'lgan kimyoviy tabiat elementlarining eng kichik qismidir.

Atomlar ikkita asosiydan qurilgan strukturaviy elementlar, ya'ni elektronlar va atom yadrosidan, ular o'z navbatida proton va neytronlardan hosil bo'ladi. Protonlar soni neytronlar sonidan farq qilishi mumkin. Kimyoda ham, fizikada ham protonlar soni elektronlar soni bilan taqqoslanadigan atomlar elektr neytral deb ataladi. Agar protonlar soni ko'p yoki past bo'lsa, atom musbat yoki manfiy zaryadga ega bo'lib, ionga aylanadi.

Fizikada atomlar va molekulalar uzoq vaqt Koinot qurilgan eng kichik "qurilish bloklari" hisoblangan va hatto undan kichikroqlari kashf etilgandan keyin ham. tarkibiy qismlar orasida qoladi eng muhim kashfiyotlar insoniyat tarixida. Bu molekulalarni hosil qiluvchi atomlararo aloqalar orqali bog'langan atomlardir. Atomning asosiy qismi yadroda, ya'ni protonlar og'irligida to'plangan bo'lib, ular umumiy qiymatning taxminan 99,9% ni tashkil qiladi.

Tarixiy ma'lumotlar

Fizika va kimyo sohalaridagi fan yutuqlari tufayli atomning tabiati, uning tuzilishi va imkoniyatlariga oid koʻplab kashfiyotlar qilindi. Ko'plab tajribalar va hisob-kitoblar o'tkazildi, uning davomida odam quyidagi savollarga javob bera oldi: atomning diametri, uning o'lchami va boshqalar.

U birinchi marta faylasuflar tomonidan kashf etilgan va shakllantirilgan qadimgi Yunoniston va Rim. XVII-XVIII asrlarda kimyogarlar atomning moddaning eng kichik zarrasi ekanligini isbotlash uchun tajribalardan foydalanishga muvaffaq bo'lishdi. Ular ko'p moddalarni qayta-qayta ishlatish bilan parchalanishi mumkinligini ko'rsatdi kimyoviy usullar. Biroq, fiziklarning keyingi kashfiyotlari shuni ko'rsatdiki, hatto atom ham bo'linishi mumkin va u subatomik tarkibiy qismlardan qurilgan.

1860 yilda Germaniyada joylashgan Karlsrue shahrida bo'lib o'tgan kimyo olimlarining Xalqaro kongressi atom va molekulalar tushunchasi to'g'risida qaror qabul qildi, bu erda atom kimyoviy elementlarning eng kichik qismi hisoblanadi. Binobarin, u oddiy va murakkab turdagi moddalar tarkibiga ham kiradi.

Vodorod atomining diametri birinchilardan bo'lib o'rganilgan. Biroq, uning hisob-kitoblari ko'p marta amalga oshirildi va 2010 yilda nashr etilgan eng so'nggi ma'lumotlarga ko'ra, bu ilgari taxmin qilinganidan 4% ga kam (10-8). Atom yadrosining umumiy kattaligi indeksi 10 -13 -10 -12 soniga to'g'ri keladi va butun diametrning kattalik tartibi 10 -8 ga teng. Bu ko'plab qarama-qarshiliklar va muammolarni keltirib chiqardi, chunki vodorodning o'zi haqli ravishda asosiyga tegishli komponentlar butun kuzatilishi mumkin bo'lgan koinot va bunday nomuvofiqlik asosiy bayonotlarga nisbatan ko'plab qayta hisob-kitoblarga majbur qiladi.

Atom va uning modeli

Hozirgi vaqtda atomning beshta asosiy modeli ma'lum bo'lib, ular bir-biridan, birinchi navbatda, vaqt doirasi va uning tuzilishi haqidagi g'oyalari bilan farqlanadi. Keling, to'g'ridan-to'g'ri modellarni ko'rib chiqaylik:

• Tarkibni tashkil etuvchi qismlar muhimdir. Demokrit moddalarning har qanday xossasini uning shakli, massasi va boshqa amaliy belgilari bilan aniqlash kerak deb hisoblagan. Masalan, olov yonishi mumkin, chunki uning atomlari o'tkirdir. Demokritning fikricha, hatto ruh ham atomlardan hosil bo'ladi.
• Tomsonning atom modeli, 1904 yilda J. J. Tomsonning o'zi tomonidan yaratilgan. U atomni elektronlar ichida joylashgan musbat zaryadlangan jism sifatida qabul qilish mumkinligini taklif qildi.
• 1904 yilda yaratilgan Nagaokaning dastlabki sayyoraviy atom modeli atom tuzilishi Saturnnikiga o'xshash deb hisoblangan. Yadro kichik o'lchamli va musbat zaryad indeksiga ega bo'lib, halqalar atrofida harakatlanadigan elektronlar bilan o'ralgan.
• Bor va Rezerford tomonidan kashf etilgan atom sayyora modeli. 1911 yilda E. Ruterford, dirijyorlikdan keyin butun chiziq Tajribalar atomning sayyoralar tizimiga o'xshashligiga ishonishni boshladilar, bu erda elektronlar yadro atrofida harakatlanadigan orbitalarga ega. Biroq, bu taxmin klassik elektrodinamika ma'lumotlariga zid edi. Ushbu nazariyaning to'g'riligini isbotlash uchun Niels Bor elektron ma'lum, maxsus energiya holatida bo'lgani uchun energiya sarflashga hojat yo'qligini tasdiqlovchi va ko'rsatadigan postulatlar tushunchasini kiritdi. Keyinchalik atomni o'rganish paydo bo'lishiga olib keldi kvant mexanikasi, bu kuzatilishi mumkin bo'lgan ko'plab qarama-qarshiliklarni tushuntira oldi.
• Kvant-mexanik atom modeli ko'rib chiqilayotgan zarrachaning markaziy yadrosi protonlardan hosil bo'lgan yadrodan, shuningdek, uning atrofida harakatlanuvchi neytronlar va elektronlardan iborat ekanligini ta'kidlaydi.

Strukturaviy xususiyatlar

Atomning kattaligi avval uning bo'linmas zarra ekanligini aniqlagan. Biroq, ko'plab tajribalar va tajribalar bizga uning qurilganligini ko'rsatdi subatomik zarralar. Har qanday atom elektronlar, protonlar va neytronlardan iborat, vodoroddan tashqari - 1, ikkinchisini o'z ichiga olmaydi.

Standart model protonlar va neytronlar kvarklar orasidagi o'zaro ta'sir natijasida hosil bo'lishini ko'rsatadi. Ular leptonlar bilan birga fermionlarga tegishli. Hozirgi vaqtda kvarklarning 6 turi mavjud. Protonlar ikkita u-kvark va bitta d-kvark, neytron esa bitta u-kvark va ikkita d-kvarkdan hosil bo'lishi kerak. Yadro o'zaro ta'siri kvarklarni bog'laydigan kuchli turi glyuonlar yordamida uzatiladi.

Elektronlarning atom fazosidagi harakati ularning yadroga yaqinroq bo'lish, boshqacha aytganda, jalb qilish "istaklari" bilan, shuningdek, ular orasidagi o'zaro ta'sirning Kulon kuchlari bilan belgilanadi. Xuddi shu turdagi kuchlar har bir elektronni yadro atrofidagi potentsial to'siqda ushlab turadi. Elektron harakatining orbitasi atomning diametrini aniqlaydi, bu aylananing bir nuqtasidan ikkinchisiga, shuningdek, markaz orqali o'tadigan to'g'ri chiziqqa teng.

Atomning spini bor, u o'z impulsi bilan ifodalanadi va tushunish mumkin emas umumiy tabiat masala. Kvant mexanikasi yordamida tasvirlangan.

O'lchamlari va vazni

Protonlar soni bir xil bo'lgan har bir atom yadrosi umumiy kimyoviy elementga tegishli. Izotoplar bir xil element atomlarining vakillarini o'z ichiga oladi, ammo neytron miqdorida farq qiladi.

Fizikada atomning tuzilishi ularning massasining asosiy qismi proton va neytronlardan iborat ekanligini ko'rsatganligi sababli, bu zarralarning umumiy miqdori massa raqami. Ifoda atom massasi tinch holatda atom massa birliklari (a.m.u.) foydalanish orqali sodir bo'ladi, ular aks holda daltonlar (Da) deb ataladi.

Atomning kattaligi aniq belgilangan chegaralarga ega emas. Shuning uchun u bir-biri bilan kimyoviy bog'langan bir xil turdagi atomlarning yadrolari orasidagi masofani o'lchash yo'li bilan aniqlanadi. Yana bir o'lchash usuli yadrodan barqaror turdagi keyingi elektron orbitagacha bo'lgan yo'lning davomiyligini hisoblash orqali mumkin. D.I.Mendeleyevning elementlari atomlarni kattaligi boʻyicha, eng kichikdan kattagacha, ustun yoʻnalishi boʻyicha yuqoridan pastga qarab joylashtiradi, chapdan oʻngga harakat ham ularning oʻlchamlarining pasayishiga asoslanadi.

Chirish vaqti

Hamma kimyo. elementlar bir va undan yuqori izotoplarga ega. Ular radioaktiv parchalanishga duchor bo'lgan beqaror yadroni o'z ichiga oladi, natijada zarrachalar yoki elektromagnit nurlanish. Radioaktiv - kuchli o'zaro ta'sir radiusi diametrining eng uzoq nuqtalaridan tashqariga chiqadigan izotop. Agar Aurum misolini ko'rib chiqsak, u holda izotop Au atomi bo'ladi, uning diametridan tashqarida nurlantiruvchi zarralar barcha yo'nalishlarda "uchib ketadi". Dastlab, oltin atomining diametri har biri 144 pc ga teng bo'lgan ikkita radiusning qiymatiga to'g'ri keladi va yadrodan bu masofadan tashqariga chiqadigan zarralar izotoplar hisoblanadi. Parchalanishning uch turi mavjud: alfa, beta va gamma nurlanish.

Valentlik tushunchasi va energiya darajalarining mavjudligi

Biz bu kabi savollarga javoblar bilan allaqachon tanish bo'lganmiz: atomning diametri, uning o'lchami, biz atom parchalanishi tushunchasi bilan tanishdik va hokazo. Biroq, bundan tashqari, atomlarning shunday xususiyatlari ham mavjud energiya darajalari va valentlik kattaligi sifatida.

Atom yadrosi atrofida harakatlanuvchi elektronlar potentsial energiyaga ega va ular bog'langan holatda, qo'zg'alish darajasida joylashgan. Kvant modeliga ko'ra, elektron faqat energiya sathining diskret sonini egallaydi.

Valentlik - elektron qobig'iga ega bo'lgan atomlarning umumiy qobiliyati bepul joy, ulanishlarni o'rnating kimyoviy turi boshqa atom birliklari bilan. Kimyoviy aloqalarni o'rnatish orqali atomlar tashqi valentlik qobig'ining qatlamini to'ldirishga harakat qiladilar.

Ionizatsiya

Atomga yuqori kuchlanish qiymatining ta'siri natijasida u qaytarilmas deformatsiyaga duch kelishi mumkin, bu elektron ajralish bilan birga keladi.

Bu atomlarning ionlanishiga olib keladi, bunda ular elektron(lar)dan voz kechadi va barqaror holatdan musbat zaryadli ionlarga aylanadi, aks holda kationlar deb ataladi. Bu jarayon ma'lum energiyani talab qiladi, bu ionlanish potentsiali deb ataladi.

Xulosa qilish

Tuzilishi, o'zaro ta'sir qilish xususiyatlari, sifat parametrlari, atomning diametri va u qanday o'lchamlarga ega ekanligi haqidagi savollarni o'rganish, bularning barchasi inson ongiga aql bovar qilmaydigan ishlarni bajarishga imkon berdi, bu atrofimizdagi barcha materiyaning tuzilishini yaxshiroq tushunish va tushunishga yordam berdi. . Xuddi shu savollar insonga atomning elektron manfiyligi, uning dispers tortishish qobiliyati, valentlik imkoniyatlari haqidagi tushunchalarni kashf qilish va davomiyligini aniqlash imkonini berdi. radioaktiv parchalanish va boshqalar.

TA'RIF

Atom- eng kichik kimyoviy zarracha.

Kimyoviy birikmalarning xilma-xilligi tufayli turli xil kombinatsiyalar kimyoviy elementlarning atomlarini molekula va molekulyar bo'lmagan moddalarga aylantirish. Atomning kirib borish qobiliyati kimyoviy birikmalar, uning kimyoviy va fizik xossalari atomning tuzilishi bilan belgilanadi. Shu nuqtai nazardan, kimyo uchun bu muhim ahamiyatga ega ichki tuzilishi atom va birinchi navbatda uning elektron qobig'ining tuzilishi.

Atom tuzilishi modellari

19-asr boshlarida D. Dalton oʻsha davrda maʼlum boʻlgan kimyoning asosiy qonunlariga tayangan holda atom nazariyasini tikladi ( kompozitsiyaning mustahkamligi, bir nechta nisbatlar va ekvivalentlar). Birinchi tajribalar moddaning tuzilishini o'rganish uchun o'tkazildi. Biroq, kashfiyotlarga qaramay (bir xil elementning atomlari bir xil, boshqa elementlarning atomlari esa har xil xususiyatlarga ega, atom massasi tushunchasi kiritilgan), atom bo'linmas deb hisoblangan.

Eksperimental dalillarni olgandan so'ng (oxiri XIX bosh XX asr) atom tuzilishining murakkabligi (fotoelektrik effekt, katod va rentgen nurlari, radioaktivlik) atom bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiluvchi manfiy va musbat zaryadlangan zarrachalardan iborat ekanligi aniqlandi.

Bu kashfiyotlar atom tuzilishining ilk modellarini yaratishga turtki berdi. Birinchi modellardan biri taklif qilingan J. Tomson(1904) (1-rasm): atom ichida tebranuvchi elektronlar bo'lgan "musbat elektr dengizi" sifatida tasavvur qilingan.

a-zarralar bilan tajribalardan so'ng, 1911 yil. Ruterford deb atalmishni taklif qildi sayyora modeli atom tuzilishi (1-rasm), tuzilishga o'xshash quyosh sistemasi. Sayyoraviy modelga ko'ra, atomning markazida Z e zaryadli juda kichik yadro mavjud bo'lib, uning hajmi taxminan 1 000 000 marta. kichikroq o'lchamlar atomning o'zi. Yadro atomning deyarli butun massasini o'z ichiga oladi va musbat zaryadga ega. Elektronlar yadro atrofida orbitalarda harakatlanadi, ularning soni yadro zaryadiga qarab belgilanadi. Elektron harakatining tashqi traektoriyasini aniqlaydi tashqi o'lchamlar atom. Atomning diametri 10 -8 sm, yadro diametri esa ancha kichik -10 -12 sm.

Guruch. 1 Tomson va Rezerford bo'yicha atom tuzilishi modellari

Atom spektrlarini o'rganish bo'yicha tajribalar nomukammalligini ko'rsatdi sayyora modeli atomning tuzilishi, chunki bu model atom spektrlarining chiziqli tuzilishiga zid keladi. Rezerford modeliga asoslanib, Eynshteynning yorug'lik kvantlari haqidagi ta'limoti va kvant nazariyasi radiatsiya plank Niels Bor (1913) tuzilgan postulatlar, iborat atom tuzilishi nazariyasi(2-rasm): elektron yadro atrofida hech birida emas, faqat ba'zi o'ziga xos orbitalarda (statsionar) aylanishi mumkin, bunday orbita bo'ylab harakatlanayotganda u nurlanmaydi. elektromagnit energiya, radiatsiya (elektromagnit energiya kvantining yutilishi yoki emissiyasi) elektronning bir orbitadan ikkinchisiga o'tishi (sakrash kabi) paytida sodir bo'ladi.

Guruch. 2. N. Bor bo'yicha atom tuzilishi modeli

Atomning tuzilishini tavsiflovchi to'plangan tajriba materiali shuni ko'rsatdiki, elektronlarning, shuningdek, boshqa mikro-ob'ektlarning xususiyatlarini klassik mexanika tushunchalari asosida tasvirlab bo'lmaydi. Mikrozarralar yaratilish uchun asos bo'lgan kvant mexanikasi qonunlariga bo'ysunadi zamonaviy model atom tuzilishi.

Kvant mexanikasining asosiy tezislari:

- energiya alohida qismlarda - kvantlarda jismlar tomonidan chiqariladi va so'riladi, shuning uchun zarrachalarning energiyasi keskin o'zgaradi;

- elektronlar va boshqa mikrozarralar ikki tomonlama xususiyatga ega - ular ham zarrachalar, ham to'lqinlarning xususiyatlarini namoyon qiladi (to'lqin-zarracha ikkilik);

— kvant mexanikasi mikrozarrachalar uchun maʼlum orbitalarning mavjudligini inkor etadi (harakatlanuvchi elektronlar uchun ularning aniq oʻrnini aniqlashning iloji yoʻq, chunki ular kosmosda yadro yaqinida harakat qiladi, faqat fazoning turli qismlarida elektronni topish ehtimolini aniqlash mumkin).

Yadro yaqinidagi elektronni topish ehtimoli ancha yuqori (90%) bo'lgan fazo deyiladi. orbital.

Kvant raqamlari. Pauli printsipi. Klechkovskiy qoidalari

Atomdagi elektronning holatini to'rtta yordamida tasvirlash mumkin kvant raqamlari.

n- asosiy kvant soni. Atomdagi elektronning umumiy energiya zahirasini va energiya darajasining sonini tavsiflaydi. n 1 dan ∞ gacha bo'lgan butun son qiymatlarini oladi. Elektron n=1 bo'lganda eng kam energiyaga ega; ortib borayotgan n - energiya bilan. Atomning elektronlari shunday energiya darajasida bo'lganida, ularning umumiy energiyasi minimal bo'lsa, asosiy holat deyiladi. Yuqori qiymatlarga ega bo'lgan davlatlar hayajonlangan deb ataladi. Energiya darajalari ko'rsatilgan Arab raqamlari n qiymatiga ko'ra. Elektronlarni etti darajada joylashtirish mumkin, shuning uchun n haqiqatan ham 1 dan 7 gacha mavjud. Asosiy kvant soni elektron bulutining hajmini belgilaydi va atomdagi elektronning o'rtacha radiusini aniqlaydi.

l- orbital kvant soni. Subdarajdagi elektronlarning energiya zahirasini va orbital shaklini xarakterlaydi (1-jadval). 0 dan n-1 gacha bo'lgan butun son qiymatlarini qabul qiladi. l n ga bog'liq. Agar n=1 bo'lsa, u holda l=0 bo'ladi, ya'ni 1-darajada 1-kichik daraja mavjud.

m e- magnit kvant soni. Kosmosda orbitalning yo'nalishini tavsiflaydi. –l dan 0 dan +l gacha bo‘lgan butun son qiymatlarini qabul qiladi. Shunday qilib, l=1 (p-orbital) bo'lganda m e -1, 0, 1 qiymatlarni oladi va orbitalning yo'nalishi har xil bo'lishi mumkin (3-rasm).

Guruch. 3. P-orbitalning fazodagi mumkin bo'lgan orientatsiyalaridan biri

s- spin kvant soni. Elektronning o'z o'qi atrofida aylanishini tavsiflaydi. -1/2(↓) va +1/2() qiymatlarini qabul qiladi. Xuddi shu orbitaldagi ikkita elektron antiparallel spinga ega.

Atomlardagi elektronlarning holati aniqlanadi Pauli printsipi: atomda barcha kvant sonlarining bir xil to'plamiga ega ikkita elektron bo'lishi mumkin emas. Orbitallarni elektronlar bilan to'ldirish ketma-ketligi aniqlanadi Klechkovskiy qoidalari: orbitallar bu orbitallar uchun yigʻindisining (n+l) ortib borish tartibida elektronlar bilan toʻldiriladi, agar yigʻindisi (n+l) bir xil boʻlsa, avval n qiymati kichikroq orbital toʻldiriladi.

Biroq, atom odatda bitta emas, balki bir nechta elektronni o'z ichiga oladi va ularning bir-biri bilan o'zaro ta'sirini hisobga olish uchun samarali yadro zaryadi tushunchasi qo'llaniladi - tashqi darajadagi elektron zaryaddan kichikroq zaryadga bo'ysunadi. yadroning, buning natijasida ichki elektronlar tashqi elektronlarni ekranga chiqaradi.

Atomning asosiy xarakteristikalari: atom radiusi (kovalent, metall, van-der-vaals, ion), elektronga yaqinlik, ionlanish potensiali, magnit moment.

Atomlarning elektron formulalari

Atomning barcha elektronlari uning elektron qobig'ini tashkil qiladi. Elektron qobiqning tuzilishi tasvirlangan elektron formula, bu elektronlarning energiya darajalari va pastki darajalari bo'yicha taqsimlanishini ko'rsatadi. Pastki darajadagi elektronlar soni pastki darajani ko'rsatadigan harfning yuqori o'ng tomoniga yozilgan raqam bilan ko'rsatiladi. Masalan, vodorod atomida bitta elektron mavjud bo'lib, u 1-energetika darajasining s-kichik darajasida joylashgan: 1s 1. Ikki elektrondan iborat geliyning elektron formulasi quyidagicha yoziladi: 1s 2.

Ikkinchi davr elementlari uchun elektronlar 8 tadan ko'p bo'lmagan elektronni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan 2-energiya darajasini to'ldiradi. Birinchidan, elektronlar s-kichik darajani, so'ngra p-kichik darajani to'ldiradi. Masalan:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Atomning elektron tuzilishi va elementning davriy sistemadagi o'rni o'rtasidagi bog'liqlik

Elementning elektron formulasi uning davriy sistemasidagi oʻrni bilan aniqlanadi D.I. Mendeleev. Shunday qilib, davr raqami mos keladi Ikkinchi davr elementlarida elektronlar 8 tadan ko'p bo'lmagan elektronni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan 2-energiya darajasini to'ldiradi. Birinchidan, elektronlar to'ldiradi Ikkinchi davrning elementlarida elektronlar 8 tadan ko'p bo'lmagan elektronni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan 2-energiya darajasini to'ldiradi. Birinchidan, elektronlar s-kichik darajani, so'ngra p-kichik darajani to'ldiradi. Masalan:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Ba'zi elementlarning atomlarida elektronning tashqi energiya darajasidan oxirgidan oldingi darajaga "sakrash" hodisasi kuzatiladi. Elektron oqishi mis, xrom, palladiy va boshqa ba'zi elementlarning atomlarida sodir bo'ladi. Masalan:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1

8 elektrondan ko'p bo'lmagan energiya darajasi. Birinchidan, elektronlar s-kichik darajani, so'ngra p-kichik darajani to'ldiradi. Masalan:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Asosiy kichik guruhlarning elementlari uchun guruh raqami tashqi energiya darajasidagi elektronlar soniga teng bo'lgan elektronlar valentlik elektronlari deb ataladi (ular hosil bo'lishda ishtirok etadilar); kimyoviy bog'lanish). Yon kichik guruhlar elementlari uchun valent elektronlar tashqi energiya darajasining elektronlari va oxirgi darajaning d-kichik darajasi bo'lishi mumkin. III-VII guruhlarning ikkilamchi kichik guruhlari elementlarining guruh soni, shuningdek, Fe, Ru, Os uchun mos keladi. umumiy soni elektronlar tashqi energiya darajasining s-kichik darajasi va oxirgidan oldingi darajadagi d-kichik darajasidagi elektronlar

Vazifalar:

Fosfor, rubidiy va sirkoniy atomlarining elektron formulalarini tuzing. Valentlik elektronlarini ko'rsating.

Javob:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Valentlik elektronlari 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Valentlik elektronlari 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Valentlik elektronlari 4d 2 5s 2

Keling, noaniqlik printsipining (38.3) boshqa qo'llanilishini ko'rib chiqaylik, lekin iltimos, bu hisobni tom ma'noda qabul qilmang; umumiy fikr to'g'ri, lekin tahlil juda ehtiyotkorlik bilan amalga oshirilmagan. Bu g'oya atomlarning o'lchamlarini aniqlashga tegishli; Axir, klassik qarashlarga ko'ra, elektronlar yorug'lik chiqarishi va spiral shaklida aylanib, yadro yuzasiga tushishi kerak. Ammo kvant mexanikasiga ko'ra, buning iloji yo'q, chunki aks holda biz elektronning qayerga tushganini va qanchalik tez aylanayotganini bilib olamiz.

Aytaylik, vodorod atomi bor va biz elektronning holatini o'lchaymiz; uning qayerda tugashini aniq ayta olmaslik kerak, aks holda impulsning tarqalishi cheksiz bo'lib qoladi. Har safar elektronga qaraganimizda, u biror joyda tugaydi; u turli joylarda bo'lish ehtimoli amplitudasiga ega, shuning uchun uni har qanday joyda topish ehtimoli bor. Biroq, bu joylarning hammasi yadroning o'ziga yaqin bo'lishi shart emas; Faraz qilaylik, tartibli masofalarda tarqalish bor, ya'ni yadrodan elektrongacha bo'lgan masofa taxminan o'rtacha ga teng. Atomning umumiy energiyasi minimal bo'lishini talab qilib, aniqlaylik.

Noaniqlik munosabatiga muvofiq impulslardagi tarqalish taxminan ga teng bo'lishi kerak; Shuning uchun elektronning impulsini qandaydir tarzda o'lchashga harakat qilsak (masalan, unga fotonlarni sochish va harakatlanuvchi sochuvchidan Doppler effektini kuzatish orqali) biz har doim nolni olmaymiz (elektron bir joyda turmaydi), lekin biz ning buyurtma tezligini oladi. Elektronlarning kinetik energiyasi taxminan ga teng bo'ladi. (Biz hozir qilayotgan ish, qaysidir ma'noda, o'lchovli tahlil: biz kinetik energiya Plank doimiysi, atom massasi va hajmiga qanday bog'liq bo'lishi mumkinligini taxmin qilamiz. Javob ; va hokazo kabi sonli omillarga qadar olinadi. Biz hatto to'g'ri aniqlanmaganmiz. .) Keyinchalik, potentsial energiya markazdan masofada minusning koeffitsientiga teng, deylik (biz eslaganimizdek, bu elektron zaryadining kvadratiga bo'lingan). Endi qarang: u kamayganda, potentsial energiya ham kamayadi, lekin qanchalik kam bo'lsa, noaniqlik printsipi talab qiladigan impuls shunchalik katta bo'ladi. kinetik energiya. Umumiy energiya

(38.10)

ga teng ekanligini bilmaymiz, lekin biz bilamizki, atom o'zining mavjudligini ta'minlab, uning umumiy energiyasi iloji boricha past bo'lishi uchun murosaga borishga majburdir. Minimumni topish uchun uni ga nisbatan farqlaymiz, hosila nolga teng bo‘lishini talab qilamiz va ni topamiz. hosila teng

(38.11)

Tenglama miqdorni beradi

(38.12)

Bu masofa Bor radiusi deb ataladi va biz atomning o'lchamlari angstrom tartibida ekanligini ko'ramiz. Raqam to'g'ri bo'lib chiqdi. Bu juda yaxshi, hatto hayratlanarli darajada yaxshi, chunki hozirgacha biz atomning o'lchami haqida hech qanday nazariy fikr yuritmagan edik. Klassik nuqtai nazardan, atomlar shunchaki mumkin emas: elektronlar yadrolarga tushishi kerak. Formula (38.12) ni (38.10) ga almashtirib, energiyani topamiz. U teng bo'lib chiqadi

(38.(3)

Salbiy energiya nimani anglatadi? Va haqiqat shundaki, elektron atomda bo'lsa, u erkin bo'lganidan kamroq energiyaga ega. Boshqacha qilib aytganda, atomda u bog'langan. Va uni atomdan yirtib tashlash uchun energiya kerak; vodorod atomini ionlashtirish uchun energiya talab qilinadi. Albatta, buning uchun ikki yoki uch baravar ko'p yoki baravar kam energiya talab qilinishi mumkin, chunki bizning hisob-kitoblarimiz juda chalkash edi. Biroq, biz aldadik va natija mutlaqo to'g'ri bo'lishi uchun barcha konstantalarni tanladik! Bu miqdor Ridberg energiyasi deb ataladi; Bu vodorodning ionlanish energiyasi.

Faqat endi nima uchun poldan tushmasligimiz aniq bo'ladi. Biz yurganimizda, poyabzalimiz atomlarining butun massasi poldan, uning atomlarining butun massasidan itariladi. Atomlar eziladi, elektronlar kichikroq hajmga to'planishga majbur bo'ladi va noaniqlik printsipiga ko'ra, ularning impulsi o'rtacha oshadi va impulsning ortishi energiyaning ko'payishini anglatadi. Atomlarning siqilishga chidamliligi klassik emas, balki kvant mexanik ta'siridir. Klassik tushunchalarga ko'ra, elektronlar va protonlar bir-biriga yaqinlashganda, energiya kamayadi deb kutish mumkin; Klassik fizikada musbat va manfiy zaryadlarning eng qulay joylashuvi ularning bir-birining ustiga o'tirishidir. Bu klassik fizikaga yaxshi ma'lum edi va bir sirni taqdim etdi: atomlar hali ham mavjud edi! Albatta, olimlar o'sha paytda ham o'ylab topdilar turli yo'llar bilan boshi berk ko'chadan chiqish, to'g'ri (umid qilamiz!) yo'l faqat bizga ma'lum bo'ldi!

Aytgancha, yadro atrofida elektronlar ko'p bo'lsa, ular ham bir-biridan uzoqlashishga harakat qilishadi. Buning sababi siz uchun hali aniq emas, lekin bu haqiqatdir, agar bitta elektron ma'lum bir joyni egallasa, boshqasi bu joyni egallamaydi. Aniqrog'i, ikkita spin yo'nalishi mavjudligi sababli, bu elektronlar bir-birining ustiga o'tirib, aylanishlari mumkin: biri bir yo'nalishda, ikkinchisi ikkinchisida. Lekin siz bu joyga uchinchi shaxsni joylashtira olmaysiz. Siz ularni yangi joylarga qo'yishingiz kerak va bu shunday haqiqiy sabab moddaning elastikligi borligi. Agar barcha elektronlarni bir joyga qo'yish mumkin bo'lsa, materiya odatdagidan ham zichroq bo'lar edi. Va aynan elektronlar bir-birining ustiga o'tirolmasligi sababli jadvallar va boshqa qattiq jismlar mavjud.

Shu sababli, moddaning xususiyatlarini tushunish uchun foydalanish kerakligi tabiiydir kvant mexanikasi; Buning uchun klassika etarli emasligi aniq.

Alfa zarrachaning yupqa oltin folga orqali o'tishini o'rganib (6.2-bo'limga qarang) E. Rezerford atom og'ir musbat zaryadlangan yadro va uni o'rab turgan elektronlardan iborat degan xulosaga keldi.

Yadro atomning markaziy qismi deb ataladi,unda atomning deyarli butun massasi va uning musbat zaryadi jamlangan.

IN atom yadrosining tarkibi kiritilgan elementar zarralar : protonlar Va neytronlar (nuklonlar lotincha so'zdan yadro- yadro). Yadroning bunday proton-neytron modeli sovet fizigi tomonidan 1932 yilda D.D. Ivanenko. Proton musbat zaryadga ega e + = 1,06 10 –19 C va tinch massa m p= 1,673·10 –27 kg = 1836 m e. Neytron ( n) – tinch massaga ega neytral zarracha m n= 1,675 10 –27 kg = 1839 m e(elektron massasi qayerda m e, 0,91·10 –31 kg ga teng). Shaklda. 9.1 XX asr oxiri g'oyalariga ko'ra geliy atomining tuzilishini ko'rsatadi - XXI asrning boshi V.

Asosiy zaryad teng Ze, Qayerda e- proton zaryadi; Z- to'lov raqami, teng ishlab chiqarish raqami kimyoviy element V davriy jadval Mendeleyevning elementlari, ya'ni. yadrodagi protonlar soni. Yadrodagi neytronlar soni belgilanadi N. Qoida sifatida Z > N.

Hozirda ma'lum bo'lgan yadrolar Z= 1 gacha Z = 107 – 118.

Yadrodagi nuklonlar soni A = Z + N chaqirdi massa raqami . Xuddi shunday yadrolar Z, lekin boshqacha A chaqiriladi izotoplar. Yadro, xuddi shu bilan A turlicha bor Z, deyiladi izobarlar.

Yadro neytral atom bilan bir xil belgi bilan belgilanadi, bu erda X- kimyoviy element belgisi. Masalan: vodorod Z= 1 uchta izotopga ega: - protium ( Z = 1, N= 0), – deyteriy ( Z = 1, N= 1), – tritiy ( Z = 1, N= 2), qalay 10 ta izotopga ega va hokazo. Bitta kimyoviy elementning izotoplarining aksariyatida ular bir xil kimyoviy va o'xshash xususiyatlarga ega jismoniy xususiyatlar. Hammasi bo'lib 300 ga yaqin barqaror izotoplar va 2000 dan ortiq tabiiy va sun'iy yo'l bilan olingan izotoplar ma'lum. radioaktiv izotoplar.

Yadroning o'lchami yadro chegarasining xiralashishi tufayli an'anaviy ma'noga ega bo'lgan yadro radiusi bilan tavsiflanadi. Hatto E. Ruterford o'z tajribalarini tahlil qilib, yadroning o'lchami taxminan 10-15 m (atomning o'lchami 10-10 m) ekanligini ko'rsatdi. Yadro radiusini hisoblash uchun empirik formula mavjud:

Qayerda R 0 = (1,3 – 1,7)·10 –15 m bu yadro hajmining nuklonlar soniga mutanosib ekanligini ko’rsatadi.

Yadro moddasining zichligi 10 17 kg/m 3 ga teng va barcha yadrolar uchun doimiydir. Bu eng zich oddiy moddalarning zichligidan sezilarli darajada oshadi.

Protonlar va neytronlar fermionlar, chunki spinga ega ħ /2.

Atomning yadrosi bor o'ziga xos burchak momenti – yadro spini :

,

(9.1.2)

Qayerda I – ichki(to'liq)spin kvant soni.

Raqam I 0, 1/2, 1, 3/2, 2 va hokazo butun yoki yarim butun qiymatlarni qabul qiladi. bilan yadrolar hatto A bor butun son aylanish(birliklarda ħ ) va statistikaga rioya qiling Bose–Eynshteyn(bozonlar). bilan yadrolar g'alati A bor yarim butun son spin(birliklarda ħ ) va statistikaga rioya qiling Fermi–Dirac(bular. yadrolar - fermionlar).

Yadro zarralari o'z magnit momentlariga ega bo'lib, ular butun yadroning magnit momentini aniqlaydi. Yadrolarning magnit momentlari uchun o'lchov birligi yadro magnitoni m zahar:

Bu yerga e – mutlaq qiymat elektron zaryad, m p- proton massasi.

Yadro magnitoni m p/m e= Bor magnetonidan 1836,5 marta kamroq, bundan kelib chiqadi atomlarning magnit xossalari aniqlanadi magnit xususiyatlari uning elektronlari .

Yadroning spini va uning magnit momenti o'rtasida bog'liqlik mavjud:

qaerda g zahari - yadro giromagnit nisbati.

Neytron m manfiy magnit momentga ega n≈ - 1,913 m zahar, chunki neytron spinining yo'nalishi va uning magnit momenti qarama-qarshidir. Protonning magnit momenti musbat va m ga teng R≈ 2,793 mk zahar. Uning yo'nalishi proton spinining yo'nalishiga to'g'ri keladi.

Tarqatish elektr zaryadi yadro bo'ylab protonlar odatda assimetrikdir. Ushbu taqsimotning sferik simmetriklikdan og'ish o'lchovi to'rt kutupli elektr momenti yadrolari Q. Agar zaryad zichligi hamma joyda bir xil deb hisoblansa, u holda Q faqat yadro shakli bilan belgilanadi. Demak, inqilob ellipsoidi uchun

,

(9.1.5)

Qayerda b- spin yo'nalishi bo'ylab ellipsoidning yarim o'qi; A- perpendikulyar yo'nalishda yarim o'q. Spin yo'nalishi bo'ylab cho'zilgan yadro uchun, b > A Va Q> 0. Ushbu yo'nalishda tekislangan yadro uchun, b < a Va Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = a Va Q= 0. Bu spini 0 yoki ga teng bo'lgan yadrolar uchun to'g'ri keladi ħ /2.

Namoyishlarni ko'rish uchun tegishli giperhavolani bosing: