მოდით ვნახოთ როგორ აგებულია ატომი. გაითვალისწინეთ, რომ ჩვენ მხოლოდ მოდელებზე ვისაუბრებთ. პრაქტიკაში, ატომები ბევრად უფრო რთული სტრუქტურაა. მაგრამ თანამედროვე განვითარების წყალობით, ჩვენ შეგვიძლია ავხსნათ და წარმატებით ვიწინასწარმეტყველოთ ქიმიური ელემენტების თვისებები (თუნდაც არა ყველა). მაშ, როგორია ატომის სტრუქტურა? რისგან არის "შექმნილი"?
ატომის პლანეტარული მოდელი
პირველად შემოგვთავაზა დანიელმა ფიზიკოსმა ნ. ბორმა 1913 წელს. ეს არის ატომის სტრუქტურის პირველი თეორია, რომელიც დაფუძნებულია მეცნიერულ ფაქტებზე. გარდა ამისა, მან საფუძველი ჩაუყარა თანამედროვე თემატურ ტერმინოლოგიას. მასში ელექტრონის ნაწილაკები ატომის გარშემო ბრუნვით მოძრაობას აწარმოებენ ისევე, როგორც პლანეტები მზის გარშემო. ბორი ვარაუდობდა, რომ მათ შეუძლიათ არსებობა მხოლოდ ბირთვიდან მკაცრად განსაზღვრულ მანძილზე მდებარე ორბიტებში. რატომ ზუსტად, მეცნიერების პოზიციიდან მეცნიერმა ვერ ახსნა, მაგრამ ასეთი მოდელი მრავალი ექსპერიმენტით დადასტურდა. მთელი რიცხვები გამოიყენებოდა ორბიტების დასანიშნად, დაწყებული იმ ერთეულით, რომელიც დანომრილი იყო ბირთვთან ყველაზე ახლოს. ყველა ამ ორბიტას დონეებსაც უწოდებენ. წყალბადის ატომს აქვს მხოლოდ ერთი დონე, რომელზეც ერთი ელექტრონი ბრუნავს.მაგრამ რთულ ატომებს უფრო მეტი დონე აქვთ. ისინი იყოფა კომპონენტებად, რომლებიც აერთიანებენ ელექტრონებს, რომლებიც ახლოს არიან ენერგეტიკული პოტენციალით. ასე რომ, მეორეს უკვე აქვს ორი ქვედონე - 2s და 2p. მესამეს უკვე აქვს სამი - 3s, 3p და 3d. და ა.შ. ჯერ "დასახლებულია" ბირთვთან უფრო ახლოს ქვედონეები, შემდეგ კი შორეული. თითოეულ მათგანს შეუძლია მხოლოდ ელექტრონების გარკვეული რაოდენობის შეკავება. მაგრამ ეს არ არის დასასრული. თითოეული ქვედონე იყოფა ორბიტალებად. მოდით შევადაროთ ჩვეულებრივ ცხოვრებას. ატომის ელექტრონული ღრუბელი შედარებულია ქალაქთან. დონეები არის ქუჩები. ქვედონე - კერძო სახლი ან ბინა. ორბიტალი არის ოთახი. თითოეული მათგანი „ცხოვრობს“ერთ ან ორ ელექტრონს. ყველა მათგანს აქვს კონკრეტული მისამართი. ეს იყო ატომის სტრუქტურის პირველი დიაგრამა. და ბოლოს, ელექტრონების მისამართების შესახებ: ისინი განისაზღვრება რიცხვების სიმრავლით, რომელსაც ეწოდება "კვანტური".
ატომის ტალღური მოდელი
მაგრამ დროთა განმავლობაში, პლანეტარული მოდელი გადაიხედა. შემოთავაზებული იყო ატომის სტრუქტურის მეორე თეორია. ის უფრო სრულყოფილია და იძლევა პრაქტიკული ექსპერიმენტების შედეგების ახსნის საშუალებას. ე.შროდინგერის მიერ შემოთავაზებულმა ატომის ტალღურმა მოდელმა შეცვალა პირველი. მაშინ უკვე დადგინდა, რომ ელექტრონს შეუძლია თავი გამოიჩინოს არა მხოლოდ ნაწილაკად, არამედ ტალღადაც. რა გააკეთა შროდინგერმა? მან გამოიყენა განტოლება, რომელიც აღწერს ტალღის მოძრაობას სამგანზომილებიან სივრცეში. ამრიგად, ატომში შესაძლებელია არა ელექტრონის ტრაექტორიის პოვნა, არამედ გარკვეულ მომენტში მისი აღმოჩენის ალბათობა. ორივე თეორიას აერთიანებს ის ფაქტი, რომ ელემენტარული ნაწილაკები მდებარეობსკონკრეტული დონეები, ქვედონეები და ორბიტალები. სწორედ აქ მთავრდება მოდელების მსგავსება. ერთ მაგალითს მოვიყვან - ტალღის თეორიაში ორბიტალი არის რეგიონი, სადაც შესაძლებელი იქნება ელექტრონის პოვნა 95%-იანი ალბათობით. დანარჩენი სივრცე შეადგენს 5%-ს, მაგრამ საბოლოოდ აღმოჩნდა, რომ ატომების სტრუქტურული მახასიათებლები გამოსახულია ტალღური მოდელის გამოყენებით, მიუხედავად იმისა, რომ ტერმინოლოგია გამოიყენება ზოგადად.
ალბათობის ცნება ამ შემთხვევაში
რატომ გამოიყენეს ეს ტერმინი? ჰაიზენბერგმა ჩამოაყალიბა გაურკვევლობის პრინციპი 1927 წელს, რომელიც ახლა გამოიყენება მიკრონაწილაკების მოძრაობის აღსაწერად. იგი ემყარება მათ ფუნდამენტურ განსხვავებას ჩვეულებრივი ფიზიკური სხეულებისგან. Რა არის ეს? კლასიკური მექანიკა ვარაუდობდა, რომ ადამიანს შეუძლია ფენომენების დაკვირვება მათზე გავლენის გარეშე (ციურ სხეულებზე დაკვირვება). მიღებული მონაცემების საფუძველზე შესაძლებელია გამოთვალოთ სად იქნება ობიექტი დროის გარკვეულ მომენტში. მაგრამ მიკროსამყაროში ყველაფერი აუცილებლად განსხვავებულია. მაგალითად, ელექტრონის დაკვირვება მასზე გავლენის გარეშე ახლა შეუძლებელია იმის გამო, რომ ინსტრუმენტისა და ნაწილაკების ენერგიები შეუდარებელია. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ იცვლება მისი ელემენტარული ნაწილაკის მდებარეობა, მდგომარეობა, მიმართულება, მოძრაობის სიჩქარე და სხვა პარამეტრები. და ზუსტ მახასიათებლებზე საუბარი აზრი არ აქვს. თავად გაურკვევლობის პრინციპი გვეუბნება, რომ შეუძლებელია ელექტრონის ზუსტი ტრაექტორიის გამოთვლა ბირთვის გარშემო. თქვენ შეგიძლიათ მიუთითოთ მხოლოდ გარკვეულ ტერიტორიაზე ნაწილაკების პოვნის ალბათობასივრცე. ეს არის ქიმიური ელემენტების ატომების სტრუქტურის თავისებურება. მაგრამ ეს მხოლოდ მეცნიერებმა უნდა გაითვალისწინონ პრაქტიკულ ექსპერიმენტებში.
ატომის შემადგენლობა
მაგრამ მოდით ყურადღება გავამახვილოთ მთლიან საგანზე. ასე რომ, კარგად გააზრებული ელექტრონული გარსის გარდა, ატომის მეორე კომპონენტი არის ბირთვი. იგი შედგება დადებითად დამუხტული პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ჩვენ ყველამ კარგად ვიცნობთ პერიოდულ სისტემას. თითოეული ელემენტის რაოდენობა შეესაბამება მასში არსებული პროტონების რაოდენობას. ნეიტრონების რაოდენობა უდრის სხვაობას ატომის მასასა და პროტონების რაოდენობას შორის. შეიძლება იყოს გადახრები ამ წესიდან. შემდეგ ისინი ამბობენ, რომ ელემენტის იზოტოპი არსებობს. ატომის აგებულება ისეთია, რომ მას „გარს აკრავს“ელექტრონული გარსი. ელექტრონების რაოდენობა ჩვეულებრივ უდრის პროტონების რაოდენობას. ამ უკანასკნელის მასა დაახლოებით 1840-ჯერ აღემატება პირველს და დაახლოებით ნეიტრონის წონის ტოლია. ბირთვის რადიუსი არის ატომის დიამეტრის დაახლოებით 1/200000. მას თავად აქვს სფერული ფორმა. ეს არის, ზოგადად, ქიმიური ელემენტების ატომების სტრუქტურა. მიუხედავად მასისა და თვისებების განსხვავებისა, ისინი დაახლოებით ერთნაირად გამოიყურებიან.
ორბიტები
საუბრისას რა არის ატომის სტრუქტურის სქემა, არ შეიძლება მათზე გაჩუმება. ასე რომ, არსებობს ასეთი ტიპები:
- წ. ისინი სფერულია.
- გვ. ისინი ჰგავს მოცულობითი ფიგურების რვიანებს ან შტრიხებს.
- დ და ვ. მათ აქვთ რთული ფორმა, რომელიც ძნელია აღწერო ფორმალურ ენაზე.
თითოეული ტიპის ელექტრონი გვხვდება 95%-იანი ალბათობით ტერიტორიაზეშესაბამისი ორბიტალი. წარმოდგენილი ინფორმაცია მშვიდად უნდა იქნას მიღებული, რადგან ეს უფრო აბსტრაქტული მათემატიკური მოდელია, ვიდრე ფიზიკური რეალური მდგომარეობა. მაგრამ ამ ყველაფერთან ერთად, მას აქვს კარგი პროგნოზირებადი ძალა ატომების და თუნდაც მოლეკულების ქიმიურ თვისებებთან დაკავშირებით. რაც უფრო შორს არის დონე ბირთვიდან, მით მეტი ელექტრონი შეიძლება განთავსდეს მასზე. ასე რომ, ორბიტალების რაოდენობა შეიძლება გამოითვალოს სპეციალური ფორმულით: x2. აქ x უდრის დონეების რაოდენობას. და რადგან ორბიტალზე შეიძლება განთავსდეს ორამდე ელექტრონი, მათი რიცხვითი ძიების საბოლოო ფორმულა ასე გამოიყურება: 2x2.
ორბიტები: ტექნიკური მონაცემები
თუ ვსაუბრობთ ფტორის ატომის აგებულებაზე, მას ექნება სამი ორბიტალი. ყველა მათგანი შეივსება. ორბიტალების ენერგია იმავე ქვედონეზე იგივეა. მათ დასანიშნად, დაამატეთ ფენის ნომერი: 2s, 4p, 6d. ჩვენ ვუბრუნდებით საუბარს ფტორის ატომის აგებულების შესახებ. მას ექნება ორი s- და ერთი p-ქვედონე. მას აქვს ცხრა პროტონი და ამდენივე ელექტრონი. პირველი s-დონე. ეს არის ორი ელექტრონი. შემდეგ მეორე s-დონე. კიდევ ორი ელექტრონი. და 5 ავსებს p- დონეს. აქ არის მისი სტრუქტურა. შემდეგი ქვესათაურის წაკითხვის შემდეგ შეგიძლიათ თავად გააკეთოთ საჭირო ქმედებები და თავად დარწმუნდეთ. თუ ვსაუბრობთ ჰალოგენების ფიზიკურ თვისებებზე, რომლებიც მოიცავს ფტორს, მაშინ უნდა აღინიშნოს, რომ ისინი, თუმცა იმავე ჯგუფში არიან, მაგრამ სრულიად განსხვავდებიან თავიანთი მახასიათებლებით. ასე რომ, მათი დუღილის წერტილი მერყეობს -188-დან 309-მდეგრადუსი ცელსიუსით. მაშ, რატომ გაერთიანდნენ ისინი? ეს ყველაფერი ქიმიური თვისებების წყალობით. ყველა ჰალოგენს და უმეტესწილად ფტორს აქვს უმაღლესი ჟანგვის ძალა. ისინი რეაგირებენ ლითონებთან და შეუძლიათ სპონტანურად აანთონ ოთახის ტემპერატურაზე უპრობლემოდ.
როგორ ივსება ორბიტები?
რა წესებითა და პრინციპებით არის განლაგებული ელექტრონები? გთავაზობთ გაეცნოთ სამ ძირითადს, რომელთა ფორმულირება გამარტივებულია უკეთ გასაგებად:
- უმცირესი ენერგიის პრინციპი. ელექტრონები ავსებენ ორბიტალებს ენერგიის გაზრდის მიზნით.
- პაულის პრინციპი. ერთი ორბიტალი არ შეიძლება შეიცავდეს ორზე მეტ ელექტრონს.
- ჰუნდის წესი. ერთ ქვედონეზე ელექტრონები ჯერ ავსებენ თავისუფალ ორბიტალებს და მხოლოდ ამის შემდეგ ქმნიან წყვილებს.
მენდელეევის პერიოდული სისტემა დაგეხმარებათ შევსებაში და ატომის სტრუქტურა ამ შემთხვევაში უფრო გასაგები გახდება გამოსახულების თვალსაზრისით. ამიტომ ელემენტების სქემების აგებასთან პრაქტიკულ მუშაობაში აუცილებელია მისი ხელმისაწვდომობა.
მაგალითი
იმისთვის, რომ შეაჯამოთ ყველაფერი, რაც სტატიაშია ნათქვამი, შეგიძლიათ გააკეთოთ ნიმუში, თუ როგორ არის განაწილებული ატომის ელექტრონები მათ დონეებზე, ქვედონეებსა და ორბიტალებზე (ანუ რა არის დონის კონფიგურაცია). ის შეიძლება იყოს ნაჩვენები როგორც ფორმულა, ენერგეტიკული დიაგრამა ან ფენის დიაგრამა. აქ არის ძალიან კარგი ილუსტრაციები, რომლებიც ატომის სტრუქტურის გარკვევას უწყობს ხელს. ასე რომ, პირველი დონე ივსება. Მას აქვსმხოლოდ ერთი ქვედონე, რომელშიც მხოლოდ ერთი ორბიტალია. ყველა დონე ივსება თანმიმდევრობით, დაწყებული ყველაზე პატარადან. პირველ რიგში, ერთ ქვედონეზე, თითოეულ ორბიტალში მოთავსებულია ერთი ელექტრონი. შემდეგ იქმნება წყვილები. და თუ არის უფასო, ის გადადის სხვა შევსების თემაზე. ახლა კი შეგიძლიათ დამოუკიდებლად გაარკვიოთ რა არის აზოტის ან ფტორის ატომის სტრუქტურა (რაც ადრე განიხილებოდა). თავიდან შეიძლება ცოტა რთული იყოს, მაგრამ ნავიგაცია შეგიძლიათ სურათების დათვალიერებით. სიცხადისთვის, მოდით შევხედოთ აზოტის ატომის სტრუქტურას. მას აქვს 7 პროტონი (ნეიტრონებთან ერთად, რომლებიც ქმნიან ბირთვს) და ამდენივე ელექტრონი (რომლებიც ქმნიან ელექტრონულ გარსს). პირველი s-დონე ივსება ჯერ. მას აქვს 2 ელექტრონი. შემდეგ მოდის მეორე s-დონე. მას ასევე აქვს 2 ელექტრონი. ხოლო დანარჩენი სამი მოთავსებულია p-დონეზე, სადაც თითოეული მათგანი იკავებს ერთ ორბიტალს.
დასკვნა
როგორც ხედავთ, ატომის სტრუქტურა არც ისე რთული თემაა (თუ ამას სკოლის ქიმიის კურსის პერსპექტივიდან მივუდგებით, რა თქმა უნდა). და ამ თემის გაგება არ არის რთული. და ბოლოს, მინდა გაცნობოთ რამდენიმე მახასიათებლის შესახებ. მაგალითად, ჟანგბადის ატომის აგებულებაზე საუბრისას, ვიცით, რომ მას აქვს რვა პროტონი და 8-10 ნეიტრონი. და რადგან ბუნებაში ყველაფერი დაბალანსებულია, ჟანგბადის ორი ატომი ქმნის მოლეკულას, სადაც ორი დაუწყვილებელი ელექტრონი ქმნის კოვალენტურ კავშირს. ანალოგიურად, წარმოიქმნება კიდევ ერთი სტაბილური ჟანგბადის მოლეკულა - ოზონი (O3). ჟანგბადის ატომის სტრუქტურის ცოდნა, შესაძლებელია ჟანგვის რეაქციების სწორად ჩამოყალიბება,რომელიც მოიცავს ყველაზე გავრცელებულ ნივთიერებას დედამიწაზე.
