دعونا نلقي نظرة على كيفية بناء الذرة. ضع في اعتبارك أننا سنتحدث فقط عن النماذج. في الممارسة العملية ، الذرات هي بنية أكثر تعقيدًا. ولكن بفضل التطورات الحديثة ، يمكننا شرح خصائص العناصر الكيميائية والتنبؤ بها بنجاح (حتى وإن لم يكن جميعها). إذن ، ما هو هيكل الذرة؟ ما هي "مصنوعة" من؟
النموذج الكوكبي للذرة
تم اقتراح
لأول مرة من قبل الفيزيائي الدنماركي ن. بور في عام 1913. هذه هي النظرية الأولى لبنية الذرة على أساس الحقائق العلمية. بالإضافة إلى ذلك ، وضعت الأساس للمصطلحات المواضيعية الحديثة. في ذلك ، تنتج جسيمات الإلكترون حركات دورانية حول الذرة بنفس الطريقة التي تنتج بها الكواكب حول الشمس. اقترح بوهر أنها لا يمكن أن توجد إلا في مدارات تقع على مسافة محددة بدقة من النواة. لماذا بالضبط ، لم يستطع العالم من موقع العلم أن يشرح ، ولكن تم تأكيد هذا النموذج من خلال العديد من التجارب. تم استخدام الأرقام الصحيحة لتعيين المدارات ، بدءًا من الوحدة المرقمة الأقرب إلى النواة. كل هذه المدارات تسمى أيضًا المستويات. تحتوي ذرة الهيدروجين على مستوى واحد فقط يدور عليه إلكترون واحد.لكن الذرات المعقدة لها مستويات أكثر. وهي مقسمة إلى مكونات توحد الإلكترونات القريبة في إمكانات الطاقة. لذلك ، يحتوي المستوى الثاني بالفعل على مستويين فرعيين - 2s و 2 p. الثالث لديه بالفعل ثلاثة - 3s ، 3p و 3 D. إلخ. أولاً ، المستويات الفرعية الأقرب للنواة "مأهولة" ، ثم المستويات البعيدة. يمكن لكل منهم الاحتفاظ بعدد معين من الإلكترونات فقط. ولكن هذا ليس نهاية المطاف. ينقسم كل مستوى فرعي إلى مدارات. دعونا نجري مقارنة مع الحياة العادية. سحابة الإلكترون في الذرة يمكن مقارنتها بالمدينة. المستويات شوارع. المستوى الفرعي - منزل خاص أو شقة. المداري عبارة عن غرفة. كل واحد منهم "يعيش" إلكترون واحد أو إلكترونين. كل منهم لديهم عناوين محددة. كان هذا هو الرسم التخطيطي الأول لبنية الذرة. وأخيرًا ، بخصوص عناوين الإلكترونات: يتم تحديدها من خلال مجموعات من الأرقام تسمى "الكم".
نموذج الموجة للذرة
لكن مع مرور الوقت ، تمت مراجعة النموذج الكوكبي. تم اقتراح نظرية ثانية عن بنية الذرة. إنه أكثر كمالا ويسمح بشرح نتائج التجارب العملية. حل النموذج الموجي للذرة ، الذي اقترحه E. Schrödinger ، محل النموذج الأول. ثم ثبت بالفعل أن الإلكترون يمكن أن يعبر عن نفسه ليس فقط كجسيم ، ولكن أيضًا كموجة. ماذا فعل شرودنغر؟ طبق معادلة تصف حركة الموجة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. وبالتالي ، لا يمكن للمرء أن يجد مسار الإلكترون في الذرة ، ولكن احتمالية اكتشافه في نقطة معينة. كلتا النظريتين متحدتان بحقيقة أن الجسيمات الأولية تقع عليهمامستويات محددة ومستويات فرعية ومدارات. هذا هو المكان الذي ينتهي فيه تشابه النماذج. سأقدم مثالًا واحدًا - في نظرية الموجة ، المدار هو منطقة يمكن فيها العثور على إلكترون باحتمال 95٪. تمثل المساحة المتبقية 5٪ ، لكن في النهاية اتضح أن السمات الهيكلية للذرات تُصوَّر باستخدام نموذج موجي ، على الرغم من حقيقة أن المصطلح يستخدم بشكل عام.
مفهوم الاحتمال في هذه الحالة
لماذا تم استخدام هذا المصطلح؟ صاغ Heisenberg مبدأ عدم اليقين في عام 1927 ، والذي يستخدم الآن لوصف حركة الجسيمات الدقيقة. يعتمد على اختلافهم الأساسي عن الأجسام المادية العادية. ما هذا؟ افترضت الميكانيكا الكلاسيكية أن الشخص يمكنه ملاحظة الظواهر دون التأثير عليها (مراقبة الأجرام السماوية). بناءً على البيانات المستلمة ، من الممكن حساب مكان وجود الكائن في نقطة زمنية معينة. لكن في العالم المصغر ، تختلف الأمور بالضرورة. لذلك ، على سبيل المثال ، لا يمكن الآن مراقبة الإلكترون دون التأثير عليه نظرًا لحقيقة أن طاقات الجهاز والجسيم لا تضاهى. هذا يؤدي إلى حقيقة أن موقع الجسيم الأولي والحالة والاتجاه وسرعة الحركة والمعلمات الأخرى يتغير. وليس من المنطقي التحدث عن الخصائص الدقيقة. يخبرنا مبدأ عدم اليقين نفسه أنه من المستحيل حساب المسار الدقيق للإلكترون حول النواة. يمكنك فقط تحديد احتمال العثور على جسيم في منطقة معينةالفراغ. هذه هي خصوصية بنية ذرات العناصر الكيميائية. لكن هذا يجب أن يؤخذ في الحسبان حصريًا من قبل العلماء في التجارب العملية.
تكوين الذرة
لكن دعونا نركز على الموضوع بأكمله. لذلك ، بالإضافة إلى غلاف الإلكترون المدروس جيدًا ، فإن المكون الثاني للذرة هو النواة. يتكون من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات متعادلة. نحن جميعًا على دراية بالجدول الدوري. عدد كل عنصر يتوافق مع عدد البروتونات الموجودة فيه. عدد النيوترونات يساوي الفرق بين كتلة الذرة وعدد البروتونات فيها. قد يكون هناك انحرافات عن هذه القاعدة. ثم يقولون أن هناك نظيرًا للعنصر. إن بنية الذرة "محاطة" بقشرة إلكترونية. عادة ما يساوي عدد الإلكترونات عدد البروتونات. كتلة الأخير أكبر بحوالي 1840 مرة من كتلة الأولى ، وهي تساوي تقريبًا وزن النيوترون. يبلغ نصف قطر النواة حوالي 1/200000 من قطر الذرة. هو نفسه لديه شكل كروي. هذا هو ، بشكل عام ، هيكل ذرات العناصر الكيميائية. على الرغم من الاختلاف في الكتلة والخصائص ، فإنها تبدو متشابهة.
مدارات
بالحديث عن ماهية مخطط بنية الذرة ، لا يمكن للمرء أن يظل صامتًا عنها. إذن ، هناك هذه الأنواع:
- ث. إنها كروية
- ص. تبدو مثل ثمانية الشكل ضخمة أو مغازل.
- د و و. لها شكل معقد يصعب وصفه بلغة رسمية.
يمكن العثور على إلكترون من كل نوع باحتمال 95٪ في المنطقةالمداري المقابل. يجب أن تؤخذ المعلومات المقدمة بهدوء ، لأنها نموذج رياضي مجرد أكثر من كونها حالة حقيقية مادية. لكن مع كل هذا ، لديها قدرة تنبؤية جيدة فيما يتعلق بالخصائص الكيميائية للذرات وحتى الجزيئات. كلما كان المستوى بعيدًا عن النواة ، يمكن وضع عدد أكبر من الإلكترونات عليه. لذلك ، يمكن حساب عدد المدارات باستخدام صيغة خاصة: x2. هنا x يساوي عدد المستويات. وبما أنه يمكن وضع ما يصل إلى إلكترونين على المدار ، فإن الصيغة النهائية للبحث العددي ستبدو كما يلي: 2x2.
المدارات: البيانات الفنية
إذا تحدثنا عن بنية ذرة الفلور ، فستكون لها ثلاث مدارات. سيتم ملء كل منهم. طاقة المدارات داخل نفس المستوى الفرعي هي نفسها. لتعيينهم ، أضف رقم الطبقة: 2s ، 4p ، 6d. نعود للحديث حول بنية ذرة الفلور. سيحتوي على مستويين فرعي s- وواحد p. لديها تسعة بروتونات ونفس عدد الإلكترونات. أول واحد s المستوى. هذان إلكترونان. ثم المستوى الثاني. إلكترونان آخران. و 5 يملأ المستوى p. هنا هيكله. بعد قراءة العنوان الفرعي التالي ، يمكنك القيام بالإجراءات اللازمة بنفسك وترى بنفسك. إذا تحدثنا عن الخصائص الفيزيائية للهالوجينات ، والتي تشمل الفلور ، فيجب ملاحظة أنها ، على الرغم من أنها في نفس المجموعة ، تختلف تمامًا في خصائصها. لذلك ، تتراوح درجة غليانها من -188 إلى 309درجات مئوية. فلماذا تم دمجهم؟ كل ذلك بفضل الخصائص الكيميائية. تمتلك جميع الهالوجينات ، وإلى أقصى حد الفلور ، أعلى قوة مؤكسدة. تتفاعل مع المعادن ويمكن أن تشتعل تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة دون أي مشاكل.
كيف تملأ المدارات؟
بأي قواعد ومبادئ يتم ترتيب الإلكترونات؟ نقترح أن تتعرف على العناصر الثلاثة الرئيسية ، والتي تم تبسيط صياغتها من أجل فهم أفضل:
- مبدأ أقل طاقة. تميل الإلكترونات إلى ملء المدارات من أجل زيادة الطاقة.
- مبدأ باولي. لا يمكن أن يحتوي مدار واحد على أكثر من إلكترونين.
- حكم هوند. ضمن مستوى فرعي واحد ، تملأ الإلكترونات أولاً المدارات الحرة ، وبعد ذلك فقط تشكل أزواج.
سيساعد النظام الدوري لمندليف في الملء ، وستصبح بنية الذرة في هذه الحالة أكثر قابلية للفهم من حيث الصورة. لذلك ، في العمل العملي مع بناء دوائر العناصر ، من الضروري إبقائها في متناول اليد.
مثال
لتلخيص كل ما يقال في المقالة ، يمكنك عمل عينة من كيفية توزيع إلكترونات الذرة على مستوياتها ومستوياتها الفرعية ومداراتها (أي ما هو تكوين المستوى). يمكن أن تظهر على شكل معادلة ، أو مخطط للطاقة ، أو كمخطط طبقة. توجد هنا رسوم توضيحية جيدة جدًا تساعد ، عند الفحص الدقيق ، على فهم بنية الذرة. لذلك ، يتم ملء المستوى الأول أولاً. لديهامستوى فرعي واحد فقط ، حيث يوجد مدار واحد فقط. يتم ملء جميع المستويات بالتسلسل ، بدءًا من الأصغر. أولاً ، في مستوى فرعي واحد ، يتم وضع إلكترون واحد في كل مدار. ثم يتم إنشاء أزواج. وإذا كانت هناك مواد مجانية ، فسيتم التبديل إلى موضوع تعبئة آخر. والآن يمكنك أن تعرف بشكل مستقل ما هو هيكل ذرة النيتروجين أو الفلور (والذي تم اعتباره سابقًا). قد يكون الأمر معقدًا بعض الشيء في البداية ، ولكن يمكنك التنقل من خلال النظر إلى الصور. من أجل الوضوح ، دعونا نلقي نظرة على بنية ذرة النيتروجين. يحتوي على 7 بروتونات (مع النيوترونات التي تشكل النواة) ونفس عدد الإلكترونات (التي تشكل غلاف الإلكترون). يتم تعبئة أول مستوى s أولاً. لها 2 إلكترون. ثم يأتي المستوى الثاني. كما أن لديها 2 إلكترون. والثلاثة الأخرى موضوعة على المستوى p حيث يحتل كل منهم مدارًا واحدًا.
الخلاصة
كما ترى ، فإن بنية الذرة ليست موضوعًا صعبًا (إذا تعاملت معه من منظور دورة الكيمياء المدرسية ، بالطبع). وليس من الصعب فهم هذا الموضوع. أخيرًا ، أود إخباركم ببعض الميزات. على سبيل المثال ، عند الحديث عن بنية ذرة الأكسجين ، نعلم أن بها ثمانية بروتونات و8-10 نيوترونات. وبما أن كل شيء في الطبيعة يميل إلى التوازن ، فإن ذرتين من الأكسجين تشكلان جزيئًا ، حيث يشكل إلكترونان غير متزاوجان رابطة تساهمية. وبالمثل ، يتم تكوين جزيء أكسجين مستقر آخر - الأوزون (O3). من خلال معرفة بنية ذرة الأكسجين ، من الممكن صياغة تفاعلات الأكسدة بشكل صحيح ، فيالذي يتضمن المادة الأكثر شيوعًا على الأرض.
