Անկախ նրանից, թե ատոմ. Աշխարհը հրաշալի է

Խմբագրական արձագանք

1913-ին դանի ֆիզիկոս Նիլս Բորառաջարկել է ատոմի կառուցվածքի իր տեսությունը։ Նա հիմք է ընդունել ատոմի մոլորակային մոդելը, որը մշակել է ֆիզիկոս Ռադերֆորդը։ Դրանում ատոմը նմանեցվել է մակրոկոսմի առարկաներին՝ մոլորակային համակարգին, որտեղ մոլորակները շարժվում են մեծ աստղի շուրջ ուղեծրերով։ Նմանապես, ատոմի մոլորակային մոդելում էլեկտրոնները շարժվում են կենտրոնում գտնվող ծանր միջուկի շուրջ:

Բորը քվանտացման գաղափարը ներմուծեց ատոմի տեսության մեջ: Ըստ դրա՝ էլեկտրոնները կարող են շարժվել միայն որոշակի էներգիայի մակարդակներին համապատասխան ֆիքսված ուղեծրերով։ Հենց Բորի մոդելն էլ հիմք դարձավ ատոմի ժամանակակից քվանտային մեխանիկական մոդելի ստեղծման համար։ Այս մոդելում դրական լիցքավորված պրոտոններից և չլիցքավորված նեյտրոններից կազմված ատոմի միջուկը նույնպես շրջապատված է բացասական լիցքավորված էլեկտրոններով։ Այնուամենայնիվ, ըստ քվանտային մեխանիկայի, անհնար է որոշել էլեկտրոնի շարժման որևէ ճշգրիտ հետագիծ կամ ուղեծիր. կա միայն մի շրջան, որտեղ կան էներգիայի նմանատիպ մակարդակ ունեցող էլեկտրոններ:

Ի՞նչ կա ատոմի ներսում:

Ատոմները կազմված են էլեկտրոններից, պրոտոններից և նեյտրոններից։ Նեյտրոնները հայտնաբերվել են ֆիզիկոսների կողմից ատոմի մոլորակային մոդելի մշակումից հետո: Միայն 1932 թվականին Ջեյմս Չեդվիքը մի շարք փորձեր կատարելիս հայտնաբերեց մասնիկներ, որոնք լիցք չունեն։ Լիցքի բացակայությունը հաստատվում էր նրանով, որ այդ մասնիկները ոչ մի կերպ չէին արձագանքում էլեկտրամագնիսական դաշտին։

Ատոմի միջուկն ինքնին ձևավորվում է ծանր մասնիկներից՝ պրոտոններից և նեյտրոններից. այս մասնիկներից յուրաքանչյուրը գրեթե երկու հազար անգամ ավելի ծանր է, քան էլեկտրոնը: Պրոտոններն ու նեյտրոնները նույնպես չափերով նման են, բայց պրոտոններն ունեն դրական լիցք, իսկ նեյտրոններն ընդհանրապես լիցք չունեն։

Իր հերթին, պրոտոնները և նեյտրոնները կազմված են տարրական մասնիկներից, որոնք կոչվում են քվարկներ։ Ժամանակակից ֆիզիկայում քվարկները նյութի ամենափոքր, հիմնական մասնիկն են։

Բուն ատոմի չափը մի քանի անգամ մեծ է միջուկի չափից։ Եթե ​​ատոմը մեծանում է ֆուտբոլի դաշտի չափով, ապա նրա միջուկի չափը կարող է համեմատվել նման դաշտի կենտրոնում գտնվող թենիսի գնդակի հետ։

Բնության մեջ կան բազմաթիվ ատոմներ, որոնք տարբերվում են չափերով, զանգվածով և այլ բնութագրերով։ Նույն տեսակի ատոմների խումբը կոչվում է քիմիական տարր։ Մինչ օրս հարյուրից ավելի քիմիական տարրեր. Նրանց ատոմները տարբերվում են չափերով, զանգվածով և կառուցվածքով։

Էլեկտրոններ ատոմի ներսում

Բացասական լիցքավորված էլեկտրոնները շարժվում են ատոմի միջուկի շուրջ՝ ձևավորելով մի տեսակ ամպ։ Զանգվածային միջուկը ձգում է էլեկտրոններ, բայց հենց էլեկտրոնների էներգիան թույլ է տալիս նրանց «փախչել» միջուկից ավելի հեռու: Այսպիսով, որքան մեծ է էլեկտրոնի էներգիան, այնքան այն հեռու է միջուկից:

Էլեկտրոնի էներգիայի արժեքը չի կարող լինել կամայական, այն համապատասխանում է ատոմի էներգիայի մակարդակների հստակ սահմանված հավաքածուին: Այսինքն՝ էլեկտրոնի էներգիան աստիճանաբար փոխվում է մի մակարդակից մյուսը։ Համապատասխանաբար, էլեկտրոնը կարող է շարժվել միայն որոշակի էներգիայի մակարդակին համապատասխանող սահմանափակ էլեկտրոնային թաղանթում, սա է Բորի պոստուլատների իմաստը:

Ավելի շատ էներգիա ստանալով՝ էլեկտրոնը «ցատկում» է միջուկից ավելի բարձր շերտ՝ կորցնելով էներգիան, ընդհակառակը, դեպի ստորին շերտ։ Այսպիսով, միջուկի շուրջ էլեկտրոնների ամպը դասավորված է մի քանի «կտրված» շերտերի տեսքով։

Ատոմի մասին պատկերացումների պատմություն

Հենց «ատոմ» բառը գալիս է հունարեն «անբաժանելի» բառից և վերադառնում է գաղափարներին հին հույն փիլիսոփաներնյութի ամենափոքր անբաժանելի մասի մասին։ Միջնադարում քիմիկոսները համոզվեցին, որ որոշ նյութեր չեն կարող հետագայում բաժանվել իրենց բաղկացուցիչ տարրերի։ Նյութի այս ամենափոքր մասնիկները կոչվում են ատոմներ: 1860 թվականին Գերմանիայում քիմիկոսների միջազգային կոնգրեսում այս սահմանումը պաշտոնապես ամրագրվեց համաշխարհային գիտության մեջ։

AT վերջ XIX 20-րդ դարի սկզբին ֆիզիկոսները հայտնաբերեցին ենթաատոմային մասնիկներ և պարզ դարձավ, որ ատոմն իրականում անբաժանելի չէ։ Անմիջապես առաջ քաշվեցին ատոմի ներքին կառուցվածքի մասին տեսություններ, որոնցից առաջիններից մեկը Թոմսոնի կամ «չամիչի պուդինգի» մոդելն էր։ Ըստ այս մոդելի, փոքր էլեկտրոնները գտնվում էին զանգվածային դրական լիցքավորված մարմնի ներսում, ինչպես չամիչը պուդինգի մեջ: Այնուամենայնիվ, քիմիկոս Ռադերֆորդի գործնական փորձերը հերքեցին այս մոդելը և ստիպեցին նրան ստեղծել ատոմի մոլորակային մոդել։

Բորի կողմից մոլորակային մոդելի մշակումը, 1932 թվականին նեյտրոնների հայտնաբերման հետ մեկտեղ, հիմք հանդիսացավ. ժամանակակից տեսությունատոմի կառուցվածքի մասին։ Ատոմի մասին գիտելիքների զարգացման հաջորդ փուլերն արդեն կապված են տարրական մասնիկների՝ քվարկների, լեպտոնների, նեյտրինոների, ֆոտոնների, բոզոնների և այլ ֆիզիկայի հետ։

Ամեն օր մենք օգտագործում ենք ինչ-որ առարկաներ՝ դրանք վերցնում ենք մեր ձեռքերում, ցանկացած մանիպուլյացիա անում դրանց վրա՝ շրջում ենք, զննում և վերջում ջարդում։ Երբևէ մտածե՞լ եք, թե ինչից են պատրաստված այս առարկաները: «Ի՞նչ կա մտածելու. մետաղից / փայտից / պլաստմասից / գործվածքից: - մեզանից շատերը կպատասխանեն տարակուսած. Սա մասամբ ճիշտ պատասխանն է։ Իսկ ինչի՞ց են բաղկացած այդ նյութերը՝ մետաղից, փայտից, պլաստմասից, գործվածքից և շատ այլ նյութերից։ Այսօր մենք կքննարկենք այս հարցը:

Մոլեկուլ և ատոմ. սահմանում

Գիտակ մարդու համար դրա պատասխանը պարզ է ու տարօրինակ՝ ատոմներից ու մոլեկուլներից։ Բայց որոշ մարդիկ տարակուսում են և սկսում են հարցեր տալ. «Ի՞նչ են ատոմը և մոլեկուլը, ինչպիսի՞ն են դրանք»: և այլն: Այս հարցերին պատասխանենք հերթականությամբ։ Լավ, առաջին հերթին ի՞նչ են ատոմը և մոլեկուլը։ Անմիջապես ասենք, որ այս սահմանումները նույնը չեն: Ընդ որում, դրանք բոլորովին այլ տերմիններ են։ Այսպիսով, ատոմը քիմիական տարրի ամենափոքր մասն է, որը նրա հատկությունների կրողն է, սակավ զանգվածի և չափի նյութի մասնիկ։ Մոլեկուլը էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկ է, որը ձևավորվում է մի քանի միացված ատոմներից։

Ինչ է ատոմը: կառուցվածքը

Ատոմը բաղկացած է էլեկտրոնային թաղանթից և (լուսանկար). Իր հերթին միջուկը բաղկացած է պրոտոններից և նեյտրոններից, իսկ թաղանթը` էլեկտրոններից: Ատոմում պրոտոնները դրական լիցքավորված են, էլեկտրոնները՝ բացասական, իսկ նեյտրոններն ընդհանրապես լիցքավորված չեն։ Եթե ​​պրոտոնների թիվը համապատասխանում է, ապա ատոմը էլեկտրականորեն չեզոք է, այսինքն. եթե նման ատոմներով մոլեկուլներից գոյացած նյութին դիպչենք, էլեկտրականության ամենաչնչին իմպուլսը չենք զգա։ Եվ նույնիսկ ծանրաբեռնված համակարգիչներն այն չեն բռնի վերջինիս բացակայության պատճառով։ Բայց պատահում է, որ պրոտոններն ավելի շատ են, քան էլեկտրոնները, և հակառակը։ Այդ դեպքում ավելի ճիշտ կլինի նման ատոմները անվանել իոններ։ Եթե ​​նրա մեջ ավելի շատ պրոտոններ կան, ապա այն էլեկտրականորեն դրական է, իսկ եթե գերակշռում են էլեկտրոնները, ապա էլեկտրականորեն բացասական է։ Յուրաքանչյուր կոնկրետ ատոմ ունի պրոտոնների, նեյտրոնների և էլեկտրոնների խիստ քանակ։ Եվ դա կարելի է հաշվարկել: Այս մասնիկների թիվը գտնելու խնդիրների լուծման ձևանմուշն ունի հետևյալ տեսքը.

Քիմ. տարր - R (տեղադրել տարրի անունը)
Պրոտոններ (p) - ?
Էլեկտրոններ (e) - ?
Նեյտրոններ (n) - ?
Որոշում:
p = քիմ. R տարրը պարբերական համակարգում D.I. Մենդելեևը
e = p
n \u003d A r (R) - No R

Ինչ է մոլեկուլը. կառուցվածքը

Մոլեկուլը քիմիական նյութի ամենափոքր մասնիկն է, այսինքն՝ այն արդեն ուղղակիորեն ներառված է իր կազմի մեջ։ Որոշակի նյութի մոլեկուլը բաղկացած է մի քանի նույնական կամ տարբեր ատոմներից: Մոլեկուլների կառուցվածքային առանձնահատկությունները կախված են նյութի ֆիզիկական հատկություններից, որոնցում դրանք առկա են։ Մոլեկուլները կազմված են էլեկտրոններից և ատոմներից։ Վերջինիս գտնվելու վայրը կարելի է գտնել օգտագործելով կառուցվածքային բանաձեւ. թույլ է տալիս որոշել քիմիական ռեակցիայի ընթացքը: Նրանք սովորաբար չեզոք են էլեկտրական լիցք), և նրանք չունեն չզույգված էլեկտրոններ (բոլոր վալենտները հագեցած են)։ Սակայն նրանցից էլ կարելի է գանձել, ապա նրանք ճիշտ անունը- իոններ. Մոլեկուլները կարող են ունենալ նաև չզույգված էլեկտրոններ և չհագեցած վալենտներ, այս դեպքում դրանք կոչվում են ռադիկալներ:

Եզրակացություն

Այժմ դուք գիտեք, թե ինչ է ատոմը, և բոլոր նյութերը, առանց բացառության, կազմված են մոլեկուլներից, իսկ վերջիններն էլ իրենց հերթին ատոմներից են: Նյութի ֆիզիկական հատկությունները որոշում են նրանում ատոմների և մոլեկուլների դասավորությունը և կապը:

ԱՏՈՄ [Ֆրանս. atome, լատիներեն atomus, հունարենից?τομος (ουσ?α) - անբաժանելի (էություն)], նյութի մասնիկ, քիմիական տարրի ամենափոքր մասը, որը հանդիսանում է նրա հատկությունների կրողը։ Յուրաքանչյուր տարրի ատոմները կառուցվածքով և հատկություններով անհատական ​​են և նշանակվում են տարրերի քիմիական նշաններով (օրինակ՝ ջրածնի ատոմ՝ H, երկաթ՝ Fe, սնդիկ՝ Hg, ուրան՝ U և այլն)։ Ատոմները կարող են գոյություն ունենալ ինչպես ազատ, այնպես էլ կապված վիճակում (տես Քիմիական կապ)։ Նյութերի ողջ բազմազանությունը պայմանավորված է տարբեր համակցություններատոմները միմյանց: Գազային, հեղուկի և պինդ նյութերկախված են դրանց բաղկացուցիչ ատոմների հատկություններից։ Ատոմի բոլոր ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները որոշվում են նրա կառուցվածքով և ենթարկվում են քվանտային օրենքներին: (Ատոմի ուսմունքի զարգացման պատմության մասին տե՛ս Ատոմային ֆիզիկա հոդվածը):

Ատոմների կառուցվածքի ընդհանուր բնութագրերը. Ատոմը բաղկացած է ծանր միջուկից՝ դրական էլեկտրական լիցքով և թեթև էլեկտրոններից, որոնք շրջապատում են այն բացասական էլեկտրական լիցքերով, որոնք կազմում են ատոմի էլեկտրոնային թաղանթները։ Ատոմի չափերը որոշվում են նրա արտաքին էլեկտրոնային թաղանթի չափսերով և մեծ են ատոմային միջուկի չափերի համեմատ։ Տրամագծերի, մակերեսների բնորոշ կարգեր խաչաձեւ հատվածըիսկ ատոմի և միջուկի ծավալներն են.

Ատոմ 10 -8 սմ 10 -16 սմ 2 10 -24 սմ 3

Միջուկ 10 -12 սմ 10 -24 սմ 2 10 -36 սմ 3

Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթները չունեն խիստ սահմանված սահմաններ, և ատոմի չափերի արժեքները մեծ կամ փոքր չափով կախված են դրանց որոշման մեթոդներից:

Միջուկի լիցքը ատոմի հիմնական բնութագիրն է, որը որոշում է նրա պատկանելությունը որոշակի տարրի։ Միջուկի լիցքը միշտ դրական տարրական էլեկտրական լիցքի ամբողջ բազմապատիկն է, բացարձակ արժեքով հավասար է էլեկտրոնի լիցքին -e: Միջուկի լիցքը +Ze է, որտեղ Z-ը սերիական համարն է (ատոմային համարը)։ Z \u003d 1, 2, 3, ... հաջորդական տարրերի ատոմների համար քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում, այսինքն՝ H, He, Li, ... ատոմների համար։ Չեզոք ատոմում՝ լիցք ունեցող միջուկ։ +Ze-ն պահում է Z էլեկտրոնները ընդհանուր լիցքով - Ze. Ատոմը կարող է կորցնել կամ ձեռք բերել էլեկտրոններ և դառնալ դրական կամ բացասական իոն (k = 1, 2, 3, ... - նրա իոնացման բազմակիությունը): Որոշակի տարրի ատոմը հաճախ անվանում են նրա իոններ: Գրելիս իոնները չեզոք ատոմից տարբերվում են k + և k - ինդեքսով; օրինակ, O-ն չեզոք թթվածնի ատոմ է, O +, O 2+, O 3+, ..., O 8+, O -, O 2- - նրա դրական և բացասական իոնները: Չեզոք ատոմի և նույն թվով էլեկտրոններով այլ տարրերի իոնների համակցությունը կազմում է իզոէլեկտրոնային շարք, օրինակ՝ ջրածնի նմանվող ատոմների մի շարք H, He +, Li 2+, Be 3+, ....

Ատոմի միջուկի լիցքի բազմապատկումը տարրական լիցքին e-ին բացատրել են միջուկի կառուցվածքի մասին պատկերացումների հիման վրա. Z-ը հավասար է միջուկի պրոտոնների թվին, պրոտոնի լիցքը՝ + e։ Ատոմի զանգվածը մեծանում է Z-ի ավելացման հետ մեկտեղ: Ատոմի միջուկի զանգվածը մոտավորապես համաչափ է A զանգվածային թվին` միջուկում պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թվին: Էլեկտրոնի զանգվածը (0,91 10 -27 գ) շատ ավելի փոքր է (մոտ 1840 անգամ) պրոտոնի կամ նեյտրոնի զանգվածից (1,67 × 10 -24 գ), ուստի ատոմի զանգվածը հիմնականում որոշվում է զանգվածով. նրա միջուկը։

Տվյալ տարրի ատոմները կարող են տարբերվել միջուկի զանգվածով (Z պրոտոնների թիվը հաստատուն է, A-Z նեյտրոնների թիվը կարող է տարբեր լինել); Նույն տարրի ատոմների նման տարատեսակները կոչվում են իզոտոպներ: Միջուկի զանգվածի տարբերությունը գրեթե չի ազդում տվյալ ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքի վրա, որը կախված է Z-ից, և ատոմի հատկություններից։ Հատկությունների մեծագույն տարբերությունները (իզոտոպային էֆեկտներ) ստացվում են ջրածնի իզոտոպների համար (Z = 1) շնորհիվ. մեծ տարբերությունսովորական թեթև ջրածնի ատոմի (A = 1), դեյտերիումի (A = 2) և տրիտիումի (A = 3) զանգվածներում։

Ատոմի զանգվածը տատանվում է 1,67 × 10 -24 գ (հիմնական իզոտոպի համար՝ ջրածնի ատոմ, Z = 1, A = 1) մինչև մոտ 4 × 10 -22 գ (տրանսուրանի տարրերի ատոմների համար)։ Մեծ մասը ճշգրիտ արժեքներատոմների զանգվածը կարելի է որոշել զանգվածային սպեկտրոսկոպիայի մեթոդներով։ Ատոմի զանգվածը ճիշտ չէ, որ հավասար է միջուկի զանգվածի և էլեկտրոնների զանգվածի գումարին, բայց մի փոքր ավելի քիչ՝ զանգվածային թերությանը ΔM = W / c 2, որտեղ W-ը ատոմի առաջացման էներգիան է։ միջուկը և էլեկտրոնները (կապող էներգիա), c-ն լույսի արագությունն է։ Այս ուղղումը ծանր ատոմների համար էլեկտրոնային զանգվածի m e կարգի է, իսկ թեթև ատոմների համար՝ աննշան (10 -4 մ e կարգի)։

Ատոմի էներգիան և դրա քվանտացումը. Իր փոքր չափի և մեծ զանգվածի պատճառով ատոմային միջուկը կարելի է մոտավորապես համարել որպես կետ և հանգչում է ատոմի զանգվածի կենտրոնում (միջուկի և էլեկտրոնների զանգվածի ընդհանուր կենտրոնը գտնվում է միջուկի մոտ, իսկ արագությունը. ատոմի զանգվածի կենտրոնի համեմատ միջուկը փոքր է էլեկտրոնների արագությունների համեմատ): Համապատասխանաբար, ատոմը կարելի է համարել որպես համակարգ, որտեղ N էլեկտրոններ լիցքերով - e շարժվում են անշարժ ձգող կենտրոնի շուրջ: Ատոմում էլեկտրոնների շարժումը տեղի է ունենում սահմանափակ ծավալով, այսինքն՝ կապված է։ E ատոմի ընդհանուր ներքին էներգիան հավասար է բոլոր էլեկտրոնների T կինետիկ էներգիաների գումարին և պոտենցիալ էներգիայի U-ին` նրանց միջուկով ներգրավման և միմյանցից վանելու էներգիան:

Ըստ 1913 թվականին Նիլս Բորի կողմից առաջարկված ատոմի տեսության՝ ջրածնի ատոմում -e լիցքով մեկ էլեկտրոն շարժվում է +e լիցք ունեցող ֆիքսված կենտրոնի շուրջ։ Դասական մեխանիկայի համաձայն՝ նման էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան հավասար է

որտեղ v-ն արագությունն է, p = m e v-ն էլեկտրոնի իմպուլսն է (մոմենտը): Պոտենցիալ էներգիան (նվազեցված է միջուկի կողմից էլեկտրոնի Կուլոնյան ձգողության էներգիային) հավասար է.

և կախված է միայն միջուկից էլեկտրոնի r հեռավորությունից։ Գրաֆիկորեն U(r) ֆունկցիան ներկայացված է կորով, որն անորոշ ժամանակով նվազում է, քանի որ r-ն նվազում է, այսինքն՝ երբ էլեկտրոնը մոտենում է միջուկին։ U(r)-ի արժեքը r→∞-ում ընդունվում է որպես զրո: ժամը բացասական արժեքներընդհանուր էներգիա E = T + U< 0 движение электрона является связанным: оно ограничено в пространстве значениями r=r мaкc . При положительных значениях полной энергии Е = Т + U >0 էլեկտրոնի շարժումն ազատ է - այն կարող է գնալ դեպի անսահմանություն E = T = (1/2)m e v 2 էներգիայով, որը համապատասխանում է իոնացված ջրածնի ատոմին H +: Այսպիսով, չեզոք ջրածնի ատոմը էլեկտրաստատիկորեն կապված միջուկների և E էներգիայով էլեկտրոնի համակարգ է< 0.

Ամբողջական ներքին էներգիաատոմ E - նրա հիմնական բնութագիրը որպես քվանտային համակարգ (տես Քվանտային մեխանիկա): Ատոմը կարող է երկար մնալ միայն որոշակի էներգիա ունեցող վիճակներում՝ անշարժ (ժամանակի մեջ անփոփոխ) վիճակներում։ Կապված միկրոմասնիկներից (ներառյալ ատոմից) կազմված քվանտային համակարգի ներքին էներգիան կարող է վերցնել դիսկրետ (անջատված) արժեքների շարքից մեկը.

Այս «թույլատրելի» էներգիայի արժեքներից յուրաքանչյուրը համապատասխանում է մեկ կամ մի քանի անշարժ քվանտային վիճակների: Համակարգը չի կարող ունենալ էներգիայի միջանկյալ արժեքներ (օրինակ՝ ընկած է E 1 և E 2, E 2 և E 3 և այլնի միջև), ասվում է, որ նման համակարգը քվանտացված է: E-ի ցանկացած փոփոխություն կապված է համակարգի քվանտային (ցատկման) անցման հետ մեկ անշարժ քվանտային վիճակից մյուսը (տես ստորև):

Ատոմի էներգիայի հնարավոր դիսկրետ արժեքները (3) կարելի է գրաֆիկորեն պատկերել տարբեր բարձրությունների (տարբեր մակարդակների) բարձրացված մարմնի պոտենցիալ էներգիայի անալոգիայի միջոցով, էներգիայի մակարդակների դիագրամի տեսքով, որտեղ յուրաքանչյուր էներգիա արժեքը համապատասխանում է E i, i= 1, 2, 3, ... բարձրության վրա գծված ուղիղ գծի (նկ. 1): Ամենացածր մակարդակը E 1, որը համապատասխանում է ատոմի նվազագույն հնարավոր էներգիային, կոչվում է գետնի մակարդակ, իսկ մնացած բոլորը (E i > E 1), i = 2, 3, 4, ...) կոչվում են գրգռված, քանի որ նրանց մոտ գնալու համար (գետնից անցում դեպի համապատասխան անշարժ գրգռված վիճակներ) անհրաժեշտ է գրգռել համակարգը՝ տեղեկացնել այն արտաքինից E i-E 1 էներգիայի մասին:

Ատոմի էներգիայի քվանտացումը էլեկտրոնների ալիքային հատկությունների հետևանք է։ Կորպուսկուլյար-ալիքային դուալիզմի սկզբունքի համաձայն m զանգվածով միկրոմասնիկի շարժումը v արագությամբ համապատասխանում է ալիքի երկարությանը λ = h/mv, որտեղ h-ը Պլանկի հաստատունն է։ Ատոմում էլեկտրոնի համար λ-ն 10 -8 սմ կարգի է, այսինքն՝ ատոմի գծային չափումների կարգի, և ատոմում էլեկտրոնի ալիքային հատկությունները հաշվի առնելով անհրաժեշտ է։ Հարակից շարժումԱտոմում էլեկտրոնի առկայությունը նման է կանգնած ալիքի և չպետք է դիտարկվի որպես շարժում նյութական կետհետագծի երկայնքով, բայց որքան բարդ ալիքային գործընթաց. Սահմանափակ ծավալով կանգնած ալիքի համար հնարավոր են միայն λ ալիքի երկարության որոշակի արժեքներ (և, հետևաբար, տատանումների հաճախականությունը v): Ըստ քվանտային մեխանիկայի՝ E ատոմի էներգիան կապված է v-ի հետ E = hν հարաբերությամբ և հետևաբար կարող է ընդունել միայն որոշակի արժեքներ։ Տիեզերքում չսահմանափակված միկրոմասնիկի ազատ թարգմանական շարժումը, օրինակ՝ ատոմից անջատված էլեկտրոնի շարժումը (E> 0 էներգիայով), նման է անսահմանափակ ծավալով ընթացող ալիքի տարածմանը, որի համար որևէ հնարավոր են λ (և v) արժեքները: Նման ազատ միկրոմասնիկի էներգիան կարող է ընդունել ցանկացած արժեք (այն քվանտացված չէ, այն ունի շարունակական էներգիայի սպեկտր): Նման շարունակական հաջորդականությունը համապատասխանում է իոնացված ատոմին։ E ∞ = 0 արժեքը համապատասխանում է իոնացման սահմանին; տարբերությունը E ∞ -E 1 \u003d E իոնը կոչվում է իոնացման էներգիա (տես «Իոնացման ներուժ» հոդվածը); ջրածնի ատոմի համար այն հավասար է 13,6 էՎ-ի։

Էլեկտրոնների խտության բաշխում. Էլեկտրոնի ճշգրիտ դիրքը ատոմում այս պահինժամանակ չի կարող սահմանվել հարաբերակցության անորոշության պատճառով: Էլեկտրոնի վիճակը ատոմում որոշվում է նրա ալիքային ֆունկցիայով, որը որոշակիորեն կախված է նրա կոորդինատներից. Ալիքային ֆունկցիայի մոդուլի քառակուսին բնութագրում է տարածության տվյալ կետում էլեկտրոն գտնելու հավանականության խտությունը։ Ալիքային ֆունկցիան բացահայտորեն լուծում է Շրյոդինգերի հավասարման:

Այսպիսով, ատոմում էլեկտրոնի վիճակը կարող է բնութագրվել որոշակի խտությամբ տարածության մեջ նրա էլեկտրական լիցքի բաշխմամբ՝ էլեկտրոնային խտության բաշխմամբ։ Էլեկտրոնները, ասես, «քսված» են տարածության մեջ և կազմում «էլեկտրոնային ամպ»։ Նման մոդելն ավելի ճիշտ է բնութագրում ատոմի էլեկտրոններին, քան խստորեն սահմանված ուղեծրերով շարժվող կետային էլեկտրոնի մոդելը (ատոմի Բորի տեսության մեջ)։ Միևնույն ժամանակ, Բորի յուրաքանչյուր ուղեծիր կարող է կապված լինել էլեկտրոնային խտության որոշակի բաշխման հետ։ Հողային էներգիայի մակարդակի E 1-ի համար էլեկտրոնի խտությունը կենտրոնացած է միջուկի մոտ; հուզված էներգիայի մակարդակների համար E 2 , E 3 , E 4 ... այն բաշխվում է միջուկից ավելի մեծ միջին հեռավորությունների վրա: Բազմէլեկտրոնային ատոմում էլեկտրոնները խմբավորված են թաղանթների մեջ, որոնք շրջապատում են միջուկը տարբեր հեռավորությունների վրա և բնութագրվում են էլեկտրոնների խտության որոշակի բաշխումներով։ Արտաքին թաղանթներում էլեկտրոնների և միջուկի միջև կապի ուժն ավելի քիչ է, քան ներքին թաղանթներում, իսկ էլեկտրոնները ամենաթույլ են կապված ամենաարտաքին թաղանթում, որն ունի ամենամեծ չափերը:

Էլեկտրոնի սպինի և միջուկային սպինի հաշվառում. Ատոմի տեսության մեջ շատ կարևոր է հաշվի առնել էլեկտրոնի սպինը՝ իմպուլսի սեփական (սպին) պահը, տեսողական տեսանկյունից, որը համապատասխանում է էլեկտրոնի պտույտին իր սեփական առանցքի շուրջը (եթե էլեկտրոնը համարվում է փոքր մասնիկ): Հարյուր սեփական (սպին) մագնիսական պահը կապված է էլեկտրոնի սպինի հետ։ Հետևաբար, ատոմում էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունների հետ մեկտեղ անհրաժեշտ է հաշվի առնել մագնիսական փոխազդեցությունները, որոնք որոշվում են սպինի մագնիսական պահով և ուղեծրային մագնիսական մոմենտով, որը կապված է միջուկի շուրջ էլեկտրոնի շարժման հետ. մագնիսական փոխազդեցությունները էլեկտրաստատիկների համեմատ փոքր են: Սպինի ազդեցությունը բազմաէլեկտրոնային ատոմներում առավել նշանակալից է. ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների լրացումը որոշակի քանակությամբ էլեկտրոններով կախված է էլեկտրոնների սպինից։

Ատոմում միջուկը կարող է ունենալ նաև իր մեխանիկական պահը՝ միջուկային պտույտը, որը կապված է միջուկային մագնիսական պահի հետ, որը հարյուրավոր և հազարավոր անգամ փոքր է, քան էլեկտրոնայինը: Սփինների առկայությունը հանգեցնում է միջուկի և էլեկտրոնների միջև լրացուցիչ, շատ փոքր փոխազդեցությունների (տես ստորև):

Ջրածնի ատոմի քվանտային վիճակները. Ատոմի քվանտային տեսության մեջ ամենակարևոր դերը խաղում է ամենապարզ մեկ էլեկտրոնի ատոմի տեսությունը՝ բաղկացած +Ze լիցք ունեցող միջուկից և -e լիցքով էլեկտրոնից, այսինքն՝ ջրածնի տեսությունը։ ատոմ H և ջրածնի նման իոններ He +, Li 2+, Be 3+, ..., որոնք սովորաբար կոչվում են ջրածնի ատոմի տեսություն: Մեթոդներ քվանտային մեխանիկադուք կարող եք ստանալ ճշգրիտ և ամբողջական նկարագրությունէլեկտրոնի վիճակները մեկ էլեկտրոնի ատոմում. Բազմէլեկտրոններից բաղկացած ատոմի խնդիրը լուծվում է միայն մոտավորապես. այս դեպքում դրանք բխում են մեկ էլեկտրոնի ատոմի խնդրի լուծման արդյունքներից։

Մեկ էլեկտրոնի ատոմի էներգիան ոչ հարաբերական մոտավորմամբ (առանց էլեկտրոնի սպինի հաշվին) հավասար է.

ամբողջ թիվ n = 1, 2, 3, ... որոշում է էներգիայի հնարավոր դիսկրետ արժեքները՝ էներգիայի մակարդակները, և կոչվում է հիմնական քվանտային թիվ, R-ը Ռիդբերգի հաստատունն է՝ հավասար 13,6 էՎ։ Ատոմի էներգիայի մակարդակները համընկնում են (խտանում) դեպի իոնացման սահմանը Е ∞ = 0, որը համապատասխանում է n =∞-ին։ Ջրածնի նման իոնների համար փոխվում է միայն էներգիայի արժեքների սանդղակը (Z2 գործակցով): Ջրածնի նման ատոմի իոնացման էներգիան (էլեկտրոնների միացման էներգիա) (eV-ով) է:

որը H, He +, Li 2+, ... համար տալիս է 13.6 eV, 54.4 eV, 122.4 eV, ... արժեքները:

Հիմնական բանաձևը (4) համապատասխանում է U(r) = -Ze 2 /r արտահայտությանը էլեկտրոնի պոտենցիալ էներգիայի համար: էլեկտրական դաշտմիջուկներ լիցքով +Ze. Այս բանաձևն առաջին անգամ ստացվել է Ն. Բորի կողմից՝ դիտարկելով էլեկտրոնի շարժումը միջուկի շուրջ r շառավղով շրջանաձև ուղեծրով և հանդիսանում է Շրյոդինգերի հավասարման ճշգրիտ լուծումը նման համակարգի համար։ Էներգիայի մակարդակները (4) համապատասխանում են շառավղով ուղեծրերին

որտեղ a 0 \u003d 0,529 10 -8 սմ \u003d \u003d 0,529 A հաստատունը ջրածնի ատոմի առաջին շրջանաձև ուղեծրի շառավիղն է, որը համապատասխանում է նրա գետնի մակարդակին (այս Բորի շառավիղը հաճախ օգտագործվում է որպես հարմար միավոր երկարությունները չափելու համար ատոմային ֆիզիկա): Ուղեծրերի շառավիղը համամասնական է n 2 հիմնական քվանտային թվի քառակուսին և հակադարձ համեմատական ​​Z-ին; ջրածնի նման իոնների համար գծային չափսերի սանդղակը ջրածնի ատոմի համեմատ նվազում է Z գործակցով։ Ջրածնի ատոմի հարաբերական նկարագրությունը, հաշվի առնելով էլեկտրոնի սպինը, տրված է Դիրակի հավասարմամբ։

Ըստ քվանտային մեխանիկայի, ջրածնի ատոմի վիճակը լիովին որոշվում է չորս ֆիզիկական մեծությունների դիսկրետ արժեքներով՝ էներգիա E; ուղեծրային մոմենտ M l (էլեկտրոնի իմպուլսի պահը միջուկի նկատմամբ); ուղեծրի իմպուլսի M lz կանխատեսումները կամայականորեն ընտրված z ուղղության վրա; սպինի իմպուլսի M sz կանխատեսումներ (էլեկտրոնի իմպուլսի ներքին իմպուլս M s): Այս ֆիզիկական մեծությունների հնարավոր արժեքները, իրենց հերթին, որոշվում են համապատասխանաբար n, l, m l, m s քվանտային թվերով: Այն մոտավորությամբ, երբ ջրածնի ատոմի էներգիան նկարագրվում է (4) բանաձևով, այն որոշվում է միայն հիմնական քվանտային թվով n, որն ընդունում է 1, 2, 3, ... ամբողջ արժեքները: Տրված n-ով էներգիայի մակարդակը համապատասխանում է մի քանի վիճակների, որոնք տարբերվում են ուղեծրային (ազիմուտալ) քվանտային թվի արժեքներով l = 0, 1, ..., n-1: n և l տրված արժեքներով վիճակները սովորաբար նշվում են որպես 1s, 2s, 2p, 3s, ..., որտեղ թվերը ցույց են տալիս n-ի արժեքը, իսկ s, p, d, f տառերը (այսուհետ՝ լատիներեն): այբուբեն) - համապատասխանաբար, արժեքները l \u003d 0, 1, 2, 3: Տրված n-ի և l-ի համար տարբեր վիճակների թիվը 2 է (2l + 1) - մագնիսական արժեքների համակցությունների քանակը: մ վ մագնիսական սպինի ուղեծրային քվանտային թիվը մ լ (առաջինը վերցնում է 2լ + 1 արժեք, երկրորդը՝ 2 արժեք)։ Տրված n-ով և l-ով տարբեր վիճակների ընդհանուր թիվը 2n 2 է: Այսպիսով, ջրածնի ատոմի յուրաքանչյուր էներգիայի մակարդակը համապատասխանում է 2,8, 18,…2n 2 (n= 1, 2, 3, ...) տարբեր անշարժ քվանտային վիճակների: Եթե ​​էներգիայի մակարդակին համապատասխանում է միայն մեկ քվանտային վիճակ, ապա այն կոչվում է ոչ այլասերված, եթե երկուսը կամ ավելին՝ այլասերված (տես Դեգեներացիա քվանտային տեսության մեջ), իսկ այդպիսի վիճակների թիվը g կոչվում է այլասերվածության աստիճան կամ բազմակիություն ( ոչ այլասերված էներգիայի մակարդակներ g = 1): Ջրածնի ատոմի էներգիայի մակարդակները այլասերված են, և դրանց դեգեներացիայի աստիճանը g n = 2n 2 է:

Ջրածնի ատոմի տարբեր վիճակների համար ստացվում է նաև էլեկտրոնային խտության տարբեր բաշխում։ Դա կախված է քվանտային թվերից n, l և Միևնույն ժամանակ, s վիճակների համար էլեկտրոնային խտությունը (l=0) տարբերվում է զրոյից կենտրոնում, այսինքն՝ միջուկի գտնվելու վայրում և կախված չէ ուղղությունը (գնդաձեւ սիմետրիկ), իսկ մնացած վիճակների համար (l>0) այն կենտրոնում հավասար է զրոյի և կախված է ուղղությունից։ Էլեկտրոնների խտության բաշխումը ջրածնի ատոմի n = 1, 2, 3 վիճակների համար ներկայացված է Նկար 2-ում; «էլեկտրոնային ամպի» չափերը աճում են (6) բանաձևի համաձայն n2-ի համամասնությամբ (Նկար 2-ի սանդղակը նվազում է n = 1-ից n = 2 և n = 2-ից n = 3 տեղափոխելիս): Ջրածնի նման իոններում էլեկտրոնի քվանտային վիճակները բնութագրվում են նույն չորս քվանտային թվերով n, l, m l և m s, ինչ ջրածնի ատոմում։ Պահպանվում է նաև էլեկտրոնային խտության բաշխումը, միայն այն մեծանում է Զ–ի գործակցով։

Գործողություն արտաքին դաշտերի ատոմի վրա. ատոմի նման էլեկտրական համակարգարտաքին էլեկտրական և մագնիսական դաշտերում ձեռք է բերում լրացուցիչ էներգիա։ Էլեկտրական դաշտը բևեռացնում է ատոմը. այն տեղաշարժում է էլեկտրոնային ամպերը միջուկի համեմատ (տես Ատոմների, իոնների և մոլեկուլների բևեռացում), իսկ մագնիսական դաշտը որոշակի ձևով կողմնորոշում է ատոմի մագնիսական պահը, որը կապված է էլեկտրոնի շուրջը շարժման հետ։ միջուկը (M l ուղեծրի իմպուլսով) և նրա սպինը։ Նույն էներգիայով E n ջրածնի ատոմի տարբեր վիճակներ արտաքին դաշտում համապատասխանում են տարբեր իմաստներլրացուցիչ էներգիա ΔΕ, և այլասերված էներգիայի մակարդակը E n բաժանվում է մի շարք ենթամակարդակների: Ե՛վ էլեկտրական դաշտում էներգիայի մակարդակների պառակտումը` Սթարկի էֆեկտը, և՛ դրանց պառակտումը մագնիսական դաշտում` Զեեմանի էֆեկտը, համաչափ են համապատասխան դաշտերի ուժեղությանը:

Ատոմի ներսում փոքր մագնիսական փոխազդեցությունները նույնպես հանգեցնում են էներգիայի մակարդակների պառակտման: Ջրածնի ատոմի և ջրածնի նման իոնների համար գոյություն ունի սպին-ուղիղ փոխազդեցություն՝ էլեկտրոնի սպինի և ուղեծրային մոմենտների փոխազդեցություն. այն առաջացնում է էներգիայի մակարդակների այսպես կոչված նուրբ կառուցվածքը՝ գրգռված մակարդակների E n (n>1-ի համար) բաժանումը ենթամակարդակների: Ջրածնի ատոմի էներգիայի բոլոր մակարդակների համար նկատվում է նաև հիպերմանր կառուցվածք՝ միջուկային սպինի շատ փոքր մագնիսական փոխազդեցության պատճառով էլեկտրոնային մոմենտների հետ։

Բազմաէլեկտրոնային ատոմների էլեկտրոնային թաղանթներ. 2 կամ ավելի էլեկտրոն պարունակող ատոմի տեսությունը հիմնովին տարբերվում է ջրածնի ատոմի տեսությունից, քանի որ նման ատոմում կան միմյանց հետ փոխազդող նույնական մասնիկներ՝ էլեկտրոններ։ Բազմաէլեկտրոնային ատոմում էլեկտրոնների փոխադարձ վանումը զգալիորեն նվազեցնում է միջուկի հետ նրանց կապի ուժը։ Օրինակ՝ հելիումի իոնում (He +) մեկ էլեկտրոնի անջատման էներգիան 54,4 էՎ է, մինչդեռ չեզոք հելիումի ատոմում էլեկտրոնների վանման արդյունքում դրանցից մեկի անջատման էներգիան նվազում է մինչև 24,6 էՎ։ Ավելի ծանր ատոմների արտաքին էլեկտրոնների համար նրանց կապի ուժի նվազումը ներքին էլեկտրոնների կողմից վանման պատճառով ավելի էական է։ Բազմէլեկտրոնային ատոմներում կարևոր դեր են խաղում էլեկտրոնների՝ որպես նույնական միկրոմասնիկների հատկությունները (տես Ինքնության սկզբունքը) s = 1/2 սպինով, որի համար գործում է Պաուլիի սկզբունքը։ Այս սկզբունքի համաձայն՝ էլեկտրոնների համակարգում յուրաքանչյուր քվանտային վիճակում չի կարող լինել մեկից ավելի էլեկտրոն, ինչը հանգեցնում է ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների ձևավորմանը՝ խիստ լցված։ որոշակի թվերէլեկտրոններ.

Հաշվի առնելով փոխազդող էլեկտրոնների անտարբերությունը՝ իմաստ ունի խոսել միայն ատոմի քվանտային վիճակների մասին՝ որպես ամբողջություն։ Այնուամենայնիվ, կարելի է մոտավորապես դիտարկել առանձին էլեկտրոնների քվանտային վիճակները և բնութագրել նրանցից յուրաքանչյուրը n, l, m l և m s քվանտային թվերի բազմությամբ, ինչպես ջրածնի ատոմում գտնվող էլեկտրոնը: Այս դեպքում պարզվում է, որ էլեկտրոնի էներգիան կախված է ոչ միայն n-ից, ինչպես ջրածնի ատոմում, այլ նաև l-ից; այն դեռ կախված չէ m l-ից և m s-ից: Բազմէլեկտրոնային ատոմում տրված n և l էլեկտրոնները ունեն նույն էներգիան և կազմում են որոշակի էլեկտրոնային թաղանթ։ Նման համարժեք էլեկտրոնները և դրանցով ձևավորված թաղանթները, ինչպես նաև քվանտային վիճակները և էներգիայի մակարդակները նշված n-ով և l-ով նշվում են ns, np, nd, nf, ... նշաններով (1 = 0, 1, 2, 3, ...) և նրանք խոսում են 2p էլեկտրոնների, 3s թաղանթների և այլնի մասին:

Համաձայն Պաուլիի սկզբունքի՝ ատոմում ցանկացած 2 էլեկտրոն պետք է լինի տարբեր քվանտային վիճակներում և, հետևաբար, տարբերվի չորս քվանտային թվերից առնվազն մեկով՝ n, l, m l և m s, իսկ համարժեք էլեկտրոնների համար (n և l): նույնն են) - m l և m s արժեքներով: m l, m s զույգերի թիվը, այսինքն՝ տրված n-ով և l-ով էլեկտրոնի տարբեր քվանտային վիճակների թիվը, նրա էներգետիկ մակարդակի այլասերվածության աստիճանն է g l = 2 (2l+1) = 2, 6, 10, 14, .... Այն որոշում է էլեկտրոնների թիվը ամբողջությամբ լցված էլեկտրոնային թաղանթներում: Այսպիսով, s-, p-, d-, f-, ... թաղանթները լցված են 2, 6, 10, 14, ... էլեկտրոններով՝ անկախ n-ի արժեքից։ Տրված n-ով էլեկտրոնները կազմում են շերտ, որը բաղկացած է l = 0, 1, 2, ..., n - 1 թաղանթներից և լցված 2n 2 էլեկտրոններով, այսպես կոչված, K-, L-, M, N-շերտով։ Ամբողջական ավարտին մենք ունենք.

Յուրաքանչյուր շերտում ավելի փոքր l ունեցող թաղանթները բնութագրվում են ավելի բարձր էլեկտրոնային խտությամբ։ Էլեկտրոնի և միջուկի միջև կապի ուժը նվազում է n-ի աճով, իսկ տրված n-ի դեպքում՝ l-ի աճով: Որքան թույլ է կապված էլեկտրոնը համապատասխան թաղանթում, այնքան բարձր է նրա էներգիայի մակարդակը: Տրված Z-ով միջուկը էլեկտրոններին կապում է իրենց կապի ուժի նվազման կարգով. սկզբում երկու էլեկտրոն 1s, այնուհետև երկու էլեկտրոն 2s, վեց էլեկտրոն 2p և այլն: Յուրաքանչյուր քիմիական տարրի ատոմն ունի էլեկտրոնների որոշակի բաշխում թաղանթների վրա. կոնֆիգուրացիա, օրինակ.

(տրված թաղանթում էլեկտրոնների թիվը նշվում է վերևի աջ մասի ցուցիչով): Տարրերի հատկությունների պարբերականությունը որոշվում է ատոմի արտաքին էլեկտրոնային թաղանթների նմանությամբ։ Օրինակ, չեզոք P, As, Sb, Bi (Z = 15, 33, 51, 83) ատոմները արտաքին էլեկտրոնային թաղանթում ունեն երեք p-էլեկտրոններ, ինչպես N ատոմը, և նման են դրան քիմիական և բազմաթիվ ֆիզիկական հատկություններով։ .

Յուրաքանչյուր ատոմ բնութագրվում է նորմալ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայով, որը ստացվում է, երբ ատոմի բոլոր էլեկտրոնները ամենաուժեղ կապված են, և գրգռված էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաները, երբ մեկ կամ մի քանի էլեկտրոններ ավելի թույլ կապված են, ավելի բարձր էներգիայի մակարդակներում են: Օրինակ՝ հելիումի ատոմի համար նորմալ 1s2-ի հետ մեկտեղ հնարավոր են գրգռված էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաներ՝ 1s2s, 1s2p, ... (մեկ էլեկտրոն գրգռված է), 2s 2, 2s2p, ... (երկու էլեկտրոններն էլ գրգռված են)։ Որոշակի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան համապատասխանում է ատոմի մեկ էներգետիկ մակարդակին, որպես ամբողջություն, եթե էլեկտրոնային թաղանթները ամբողջությամբ լցված են (օրինակ, ատոմի նորմալ կոնֆիգուրացիան Ne 1s 2 2s 2 2р 6 է), և մի շարք էներգիայի մակարդակներ, եթե կան մասամբ լցված պատյաններ (օրինակ, ազոտի ատոմի նորմալ կոնֆիգուրացիան 1s 2 2s 2 2p 3 է, որի համար 2p կեղևը կիսով չափ լցված է): Մասամբ լցված d- և f-կեղևների առկայության դեպքում յուրաքանչյուր կազմաձևին համապատասխան էներգիայի մակարդակների թիվը կարող է հասնել հարյուրավորների, այնպես որ մասնակի լցված թաղանթներով ատոմի էներգիայի մակարդակների սխեման շատ բարդ է: Ատոմի հիմնական էներգիայի մակարդակը նորմալ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայի ամենացածր մակարդակն է:

Քվանտային անցումներ ատոմում. Քվանտային անցումներում ատոմն անցնում է մի անշարժ վիճակից մյուսը՝ էներգիայի մի մակարդակից մյուսը: Էներգիայի ավելի բարձր մակարդակից E i-ից ավելի ցածր E-ին անցնելու ժամանակ ատոմը էներգիա է տալիս E i-E k, հակառակ անցման ժամանակ այն ստանում է: Ինչ վերաբերում է ցանկացած քվանտային համակարգին, ապա ատոմի համար քվանտային անցումները կարող են լինել երկու տեսակի՝ ճառագայթմամբ (օպտիկական անցումներ) և առանց ճառագայթման (ճառագայթային կամ ոչ օպտիկական անցումներ): Քվանտային անցման ամենակարևոր բնութագիրը դրա հավանականությունն է, որը որոշում է, թե որքան հաճախ կարող է տեղի ունենալ այդ անցումը:

Ճառագայթման հետ քվանտային անցումների ժամանակ ատոմը կլանում է (անցում E դեպի → E i) կամ արտանետում (անցում E i → E դեպի) էլեկտրամագնիսական ճառագայթում։ Էլեկտրամագնիսական էներգիան ներծծվում և արտանետվում է ատոմի կողմից լույսի քվանտի տեսքով՝ ֆոտոն, որը բնութագրվում է տատանման որոշակի հաճախականությամբ v՝ ըստ հարաբերության.

որտեղ hv-ն ֆոտոնի էներգիան է: Հարաբերակցությունը (7) էներգիայի պահպանման օրենք է ճառագայթման հետ կապված միկրոսկոպիկ գործընթացների համար:

Հիմնական վիճակում գտնվող ատոմը կարող է կլանել միայն ֆոտոնները, մինչդեռ գրգռված վիճակում կարող է և՛ կլանել, և՛ արտանետել դրանք: Ազատ ատոմը հիմնական վիճակում կարող է գոյություն ունենալ անորոշ ժամանակով: Ատոմի գրգռված վիճակում մնալու տևողությունը (այս վիճակի կյանքի տևողությունը) սահմանափակ է, ատոմը ինքնաբերաբար (ինքնաբուխ), մասամբ կամ ամբողջությամբ կորցնում է գրգռման էներգիան՝ արտանետելով ֆոտոն և շարժվելով դեպի էներգիայի ավելի ցածր մակարդակ. Նման ինքնաբուխ արտանետման հետ մեկտեղ հնարավոր է նաև գրգռված արտանետում, որը տեղի է ունենում, ինչպես կլանումը, նույն հաճախականության ֆոտոնների ազդեցության տակ։ Գրգռված ատոմի կյանքի տևողությունը որքան կարճ է, այնքան մեծ է ինքնաբուխ անցման հավանականությունը, ջրածնի ատոմի համար այն 10-8 վ-ի կարգի է:

Ճառագայթման հետ հնարավոր անցումների հաճախականությունների v բազմությունը որոշում է համապատասխան ատոմի ատոմային սպեկտրը. ստորին մակարդակներից վերին անցումների հաճախականությունների բազմությունը նրա կլանման սպեկտրն է, վերին մակարդակից ստորին մակարդակների անցումների հաճախականությունների բազմությունը արտանետումների սպեկտրն է: . Ատոմային սպեկտրում յուրաքանչյուր նման անցում համապատասխանում է v հաճախականության որոշակի սպեկտրային գծի։

Ոչ ճառագայթային քվանտային անցումներում ատոմը ստանում կամ տալիս է էներգիա, երբ փոխազդում է այլ մասնիկների հետ, որոնց հետ նա բախվում է գազի մեջ կամ երկարաժամկետ կապված է մոլեկուլում, հեղուկում կամ ամուր մարմին. Գազում ատոմը կարող է ազատ համարվել բախումների միջև ընկած ժամանակահատվածում. բախման (ազդեցության) ժամանակ ատոմը կարող է գնալ ավելի ցածր կամ բարձր մակարդակէներգիա. Նման բախումը կոչվում է ոչ առաձգական (ի տարբերություն առաձգական բախման, որի ժամանակ փոխվում է միայն ատոմի փոխադրական շարժման կինետիկ էներգիան, մինչդեռ նրա ներքին էներգիան մնում է անփոփոխ)։ Կարևոր հատուկ դեպք է ազատ ատոմի բախումն էլեկտրոնի հետ; սովորաբար էլեկտրոնն ավելի արագ է շարժվում, քան ատոմը, բախման ժամանակը շատ կարճ է, և կարելի է խոսել էլեկտրոնի ազդեցության մասին: Էլեկտրոնի ազդեցությամբ ատոմի գրգռումը նրա էներգիայի մակարդակները որոշելու մեթոդներից մեկն է։

Քիմիական և ֆիզիկական հատկություններատոմ. Ատոմի հատկությունների մեծ մասը որոշվում է նրա արտաքին էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքով և բնութագրերով, որոնցում էլեկտրոնները համեմատաբար թույլ կապված են միջուկի հետ (մի քանի eV-ից մինչև մի քանի տասնյակ eV էներգիա կապող): Կառուցվածք ներքին պատյաններատոմը, որի էլեկտրոնները շատ ավելի ուժեղ կապված են (հարյուրավոր, հազարավոր և տասնյակ հազարավոր էՎ էներգիաներ կապող էներգիա), դրսևորվում է միայն ատոմի փոխազդեցության մեջ արագ մասնիկների և բարձր էներգիաների ֆոտոնների հետ (ավելի քան հարյուրավոր էՎ) . Նման փոխազդեցությունները որոշում են ատոմի ռենտգենյան սպեկտրները և արագ մասնիկների ցրումը (տես Մասնիկների դիֆրակցիա)։ Ատոմի զանգվածը որոշում է նրա մեխանիկական հատկությունները ատոմի ընդհանուր շարժման ժամանակ՝ շարժման քանակությունը, կինետիկ էներգիան։ Ատոմի տարբեր ռեզոնանսային և ֆիզիկական այլ հատկություններ կախված են ատոմի մեխանիկական և հարակից մագնիսական և էլեկտրական մոմենտներից (տես Էլեկտրոնի պարամագնիսական ռեզոնանս, Միջուկային մագնիսական ռեզոնանս, Միջուկային քառաբևեռ ռեզոնանս)։

Ատոմի արտաքին թաղանթների էլեկտրոնները հեշտությամբ ենթարկվում են արտաքին ազդեցության։ Երբ ատոմները մոտենում են միմյանց, առաջանում են ուժեղ էլեկտրաստատիկ փոխազդեցություններ, որոնք կարող են հանգեցնել քիմիական կապի ձևավորմանը։ Երկու ատոմների ավելի թույլ էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունները դրսևորվում են նրանց փոխադարձ բևեռացման մեջ՝ էլեկտրոնների տեղաշարժը միջուկների նկատմամբ, որն ամենաուժեղն է թույլ կապված արտաքին էլեկտրոնների համար։ Ատոմների միջև առաջանում են ձգողականության բևեռացման ուժեր, որոնք պետք է հաշվի առնել արդեն նրանց միջև մեծ հեռավորությունների վրա: Ատոմի բևեռացումը տեղի է ունենում նաև արտաքին էլեկտրական դաշտերում. արդյունքում ատոմի էներգիայի մակարդակները տեղաշարժվում են, և հատկապես կարևոր է, որ էներգիայի այլասերված մակարդակները բաժանվում են (Սթարկի էֆեկտ)։ Ատոմի բևեռացումը կարող է առաջանալ ազդեցության տակ էլեկտրական դաշտթեթեւ (էլեկտրամագնիսական) ալիք; դա կախված է լույսի հաճախականությունից, որը որոշում է կախվածությունը նրանից և բեկման ինդեքսից (տես Լույսի ցրում), որը կապված է ատոմի բևեռացման հետ։ Փակել կապը օպտիկական բնութագրերատոմն իր էլեկտրական հատկություններով հատկապես հստակորեն դրսևորվում է իր օպտիկական սպեկտրում։

Ատոմների մագնիսական հատկությունները որոշվում են հիմնականում նրանց էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքով։ Ատոմի մագնիսական մոմենտը կախված է նրա մեխանիկական մոմենտից (տես Մագնիտո-մեխանիկական հարաբերակցությունը), լրիվ լցված էլեկտրոնային թաղանթներով ատոմում այն զրո, ինչպես նաև մեխանիկական պահը։ Մասամբ լցված արտաքին էլեկտրոնային թաղանթներով ատոմները, որպես կանոն, ունեն ոչ զրոյական մագնիսական մոմենտներ և պարամագնիսական են։ Արտաքին մագնիսական դաշտում ատոմների բոլոր մակարդակները, որոնցում մագնիսական մոմենտը հավասար չէ զրոյի, բաժանվում են՝ տեղի է ունենում Զեմանի էֆեկտը։ Բոլոր ատոմներն ունեն դիամագնիսականություն, որը պայմանավորված է նրանցում արտաքին ազդեցության տակ մագնիսական պահի առաջացմամբ։ մագնիսական դաշտը(այսպես կոչված ինդուկտիվ մագնիսական մոմենտը, որը նման է ատոմի էլեկտրական դիպոլային մոմենտին):

Ատոմի հաջորդական իոնացումով, այսինքն՝ նրա էլեկտրոնների տարանջատմամբ՝ սկսած ամենաարտաքիններից՝ իրենց կապի ամրության մեծացման կարգով, համապատասխանաբար փոխվում են ատոմի բոլոր հատկությունները, որոնք որոշվում են նրա արտաքին թաղանթով։ Ավելի ու ավելի ամուր կապված էլեկտրոնները դառնում են արտաքին. Արդյունքում, էլեկտրական դաշտում ատոմի բևեռացման ունակությունը զգալիորեն նվազում է, էներգիայի մակարդակների միջև հեռավորությունը և այս մակարդակների միջև օպտիկական անցումների հաճախականությունը մեծանում է (ինչը հանգեցնում է սպեկտրների տեղափոխմանը դեպի ավելի կարճ ալիքների երկարություններ): Մի շարք հատկություններ ցուցադրում են պարբերականություն. նման արտաքին էլեկտրոններով իոնների հատկությունները պարզվում են, որ նման են. օրինակ, N 3+ (երկու 2s էլեկտրոն) ցույց է տալիս նմանություն N 5+ (երկու 1s էլեկտրոն): Սա վերաբերում է էներգիայի մակարդակների բնութագրերին և հարաբերական դասավորությանը և օպտիկական սպեկտրներին, ատոմի մագնիսական մոմենտներին և այլն։ Հատկությունների առավել կտրուկ փոփոխությունը տեղի է ունենում, երբ վերջին էլեկտրոնը հեռացվում է արտաքին ծածկույթ, երբ մնում են միայն ամբողջությամբ լցված պատյաններ, օրինակ՝ N 4+-ից N 5+ անցնելիս (էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաներ 1s 2 2s և 1s 2)։ Այս դեպքում իոնն առավել կայուն է, և նրա ընդհանուր մեխանիկական և ընդհանուր մագնիսական մոմենտները հավասար են զրոյի:

Ատոմի հատկությունները կապված պետություն(օրինակ՝ մոլեկուլի մի մասը) տարբերվում են ազատ ատոմի հատկություններից։ Ատոմի հատկությունները ենթարկվում են ամենամեծ փոփոխությունների, որոնք որոշվում են ամենահեռավոր էլեկտրոններով, որոնք մասնակցում են տվյալ ատոմի ավելացմանը մյուսին։ Միևնույն ժամանակ, ներքին թաղանթների էլեկտրոններով որոշված ​​հատկությունները կարող են գրեթե անփոփոխ մնալ, ինչպես դա տեղի է ունենում ռենտգենյան սպեկտրների դեպքում: Ատոմի որոշ հատկություններ կարող են ենթարկվել համեմատաբար փոքր փոփոխությունների, որոնցից կարելի է տեղեկատվություն ստանալ կապված ատոմների փոխազդեցության բնույթի մասին։ Կարևոր օրինակ է բյուրեղներում և բարդ միացություններում ատոմային էներգիայի մակարդակների պառակտումը, որը տեղի է ունենում շրջակա իոնների կողմից ստեղծված էլեկտրական դաշտերի ազդեցության ներքո:

Ատոմի կառուցվածքի, էներգիայի մակարդակների, այլ ատոմների, տարրական մասնիկների, մոլեկուլների, արտաքին դաշտերի և այլնի հետ փոխազդեցության ուսումնասիրման փորձարարական մեթոդները բազմազան են, սակայն հիմնական տեղեկատվությունը պարունակվում է նրա սպեկտրում։ Ատոմային սպեկտրոսկոպիայի մեթոդները բոլոր ալիքի երկարությունների միջակայքում, և մասնավորապես ժամանակակից լազերային սպեկտրոսկոպիայի մեթոդները հնարավորություն են տալիս ուսումնասիրել ատոմի հետ կապված ավելի ու ավելի նուրբ ազդեցությունները: 19-րդ դարի սկզբից գիտնականների համար ակնհայտ էր ատոմի գոյությունը, սակայն 20-րդ դարի սկզբին Ջ. Մանրադիտակի զարգացմամբ հնարավոր դարձավ ստանալ ատոմների պատկերներ պինդ մարմինների մակերեսին։ Ատոմն առաջին անգամ տեսել է Է.Մյուլլերը (ԱՄՆ, 1955թ.) իր հայտնագործած դաշտա-իոնային մանրադիտակի օգնությամբ։ Ժամանակակից ատոմային ուժը և թունելային մանրադիտակները թույլ են տալիս ստանալ պինդ մարմինների մակերեսների պատկերներ՝ լավ լուծաչափով։ ատոմային մակարդակ(տես նկար 3):

Բրինձ. 3. Սիլիցիումի մակերևույթի ատոմային կառուցվածքի պատկերը, որը ստացել է Օքսֆորդի համալսարանի պրոֆեսոր Մ. Կապստելը սկանավորող թունելային մանրադիտակի միջոցով:

Այսպես կոչված էկզոտիկ ատոմներ գոյություն ունեն և լայնորեն կիրառվում են տարբեր հետազոտություններում, օրինակ՝ մյուոնային ատոմներ, այսինքն՝ ատոմներ, որոնցում էլեկտրոնների ամբողջ կամ մի մասը փոխարինվում են բացասական մյուոններով, մյուոնիումով, պոզիտրոնիումով, ինչպես նաև հադրոնային ատոմներով՝ բաղկացած լիցքավորված պիոններից։ , կաոններ, պրոտոններ, դեյտրոններ և այլն։ Հակաջրածնի ատոմի առաջին դիտարկումները նույնպես արվել են (2002 թ.)՝ պոզիտրոնից և հակապրոտոնից բաղկացած ատոմ։

Լիտ.՝ ծնված Մ. Ատոմային ֆիզիկա. 3-րդ հրատ. Մ., 1970; Fano U., Fano L. Ատոմների և մոլեկուլների ֆիզիկա. Մ., 1980; Շպոլսկի E.V. Ատոմային ֆիզիկա. 7-րդ հրատ. M., 1984. T. 1-2; Էլյաշևիչ Մ.Ա. Ատոմային և մոլեկուլային սպեկտրոսկոպիա. 2-րդ հրատ. Մ., 2000 թ.

Ատոմի կազմը.

Ատոմը կազմված է ատոմային միջուկև էլեկտրոնային թաղանթ.

Ատոմի միջուկը կազմված է պրոտոններից ( p+) և նեյտրոններ ( n 0): Ջրածնի ատոմների մեծ մասն ունի մեկ պրոտոնի միջուկ:

Պրոտոնների թիվը Ն(p+) հավասար է միջուկային լիցքին ( Զ) և տարրի հերթական թիվը տարրերի բնական շարքում (և տարրերի պարբերական համակարգում):

Ն(էջ +) = Զ

Նեյտրոնների քանակի գումարը Ն(n 0), որը նշվում է պարզապես տառով Նև պրոտոնների քանակը Զկանչեց զանգվածային համարըև նշվում է տառով ԲԱՅՑ.

Ա = Զ + Ն

Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթը բաղկացած է միջուկի շուրջ շարժվող էլեկտրոններից ( ե -).

Էլեկտրոնների թիվը Ն(ե-) չեզոք ատոմի էլեկտրոնային թաղանթում հավասար է պրոտոնների թվին Զիր հիմքում:

Պրոտոնի զանգվածը մոտավորապես հավասար է նեյտրոնի զանգվածին և 1840 անգամ էլեկտրոնի զանգվածին, ուստի ատոմի զանգվածը գործնականում հավասար է միջուկի զանգվածին։

Ատոմի ձևը գնդաձև է։ Միջուկի շառավիղը մոտ 100000 անգամ փոքր է ատոմի շառավղից։

Քիմիական տարր- ատոմների տեսակը (ատոմների հավաքածու) նույն միջուկային լիցքով (միջուկում նույն քանակությամբ պրոտոններով):

Իզոտոպ- միջուկում նույն թվով նեյտրոններով մեկ տարրի ատոմների մի շարք (կամ միջուկում նույն թվով պրոտոններով և նույն թվով նեյտրոններով ատոմներ):

Տարբեր իզոտոպներ միմյանցից տարբերվում են իրենց ատոմների միջուկներում նեյտրոնների քանակով։

Մեկ ատոմի կամ իզոտոպի նշանակումը՝ (E - տարրի նշան), օրինակ՝ .

Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթի կառուցվածքը

ատոմային ուղեծրատոմում էլեկտրոնի վիճակն է։ Ուղեծրային նշան - . Յուրաքանչյուր ուղեծր համապատասխանում է էլեկտրոնային ամպի:

Իրական ատոմների ուղեծրերը գետնի (չգրգռված) վիճակում չորս տեսակի են. ս, էջ, դև զ.

էլեկտրոնային ամպ- տարածության այն հատվածը, որում էլեկտրոն կարելի է գտնել 90 (կամ ավելի) տոկոս հավանականությամբ։

ՆշումԵրբեմն «ատոմային ուղեծր» և «էլեկտրոնային ամպ» հասկացությունները չեն տարբերվում՝ երկուսն էլ անվանելով «ատոմային ուղեծրեր»։

Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթը շերտավորված է։ Էլեկտրոնային շերտձևավորվել են նույն չափի էլեկտրոնային ամպերով: Մեկ շերտի օրբիտալներ էլեկտրոնային («էներգետիկ») մակարդակ, նրանց էներգիաները նույնն են ջրածնի ատոմի համար, բայց տարբեր են մյուս ատոմների համար։

Նույն մակարդակի ուղեծրերը խմբավորված են էլեկտրոնային (էներգիա)ենթամակարդակներ.
ս- ենթամակարդակ (բաղկացած է մեկից ս- ուղեծրեր), խորհրդանիշ - .
էջենթամակարդակ (բաղկացած է երեքից էջ
դենթամակարդակ (բաղկացած է հինգից դ- ուղեծրեր), խորհրդանիշ - .
զենթամակարդակ (բաղկացած է յոթից զ- ուղեծրեր), խորհրդանիշ - .

Նույն ենթամակարդակի ուղեծրերի էներգիաները նույնն են։

Ենթամակարդակները նշանակելիս ենթամակարդակի խորհրդանիշին ավելացվում է շերտի թիվը (էլեկտրոնային մակարդակ), օրինակ՝ 2. ս, 3էջ, 5դնշանակում է ս- երկրորդ մակարդակի ենթամակարդակ, էջ- երրորդ մակարդակի ենթամակարդակ, դ- հինգերորդ մակարդակի ենթամակարդակ:

Մեկ մակարդակում ենթամակարդակների ընդհանուր թիվը հավասար է մակարդակի թվին n. Մեկ մակարդակում ուղեծրերի ընդհանուր թիվը կազմում է n 2. Ըստ այդմ, մեկ շերտում ամպերի ընդհանուր թիվը նույնպես n 2 .

Նշանակումներ՝ - ազատ ուղեծիր (առանց էլեկտրոնների), - ուղեծիր՝ չզույգված էլեկտրոնով, - ուղեծր՝ էլեկտրոնային զույգով (երկու էլեկտրոններով):

Այն կարգը, որով էլեկտրոնները լրացնում են ատոմի ուղեծրերը, որոշվում է բնության երեք օրենքներով (ձևակերպումները տրված են պարզեցված ձևով).

1. Նվազագույն էներգիայի սկզբունքը. էլեկտրոնները լրացնում են ուղեծրերը ուղեծրերի էներգիայի ավելացման հերթականությամբ:

2. Պաուլիի սկզբունքը՝ մեկ ուղեծրում երկու էլեկտրոնից ավելի լինել չի կարող։

3. Հունդի կանոն - ենթամակարդակի շրջանակներում էլեկտրոնները նախ լրացնում են ազատ ուղեծրերը (մեկ առ մեկ), և միայն դրանից հետո ձևավորում են էլեկտրոնային զույգեր։

Էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը էլեկտրոնային մակարդակում (կամ էլեկտրոնային շերտում) 2 է n 2 .

Ենթամակարդակների բաշխումն ըստ էներգիայի արտահայտվում է հետևյալ կերպ (էներգիայի ավելացման կարգով).

1ս, 2ս, 2էջ, 3ս, 3էջ, 4ս, 3դ, 4էջ, 5ս, 4դ, 5էջ, 6ս, 4զ, 5դ, 6էջ, 7ս, 5զ, 6դ, 7էջ ...

Տեսողականորեն այս հաջորդականությունը արտահայտվում է էներգիայի դիագրամով.

Ատոմի էլեկտրոնների բաշխումն ըստ մակարդակների, ենթամակարդակների և ուղեծրերի (ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա) կարելի է պատկերել էլեկտրոնային բանաձևի, էներգիայի դիագրամի կամ, ավելի պարզ, էլեկտրոնային շերտի դիագրամի տեսքով (" էլեկտրոնային դիագրամ»):

Ատոմների էլեկտրոնային կառուցվածքի օրինակներ.

Վալենտային էլեկտրոններ- ատոմի էլեկտրոններ, որոնք կարող են մասնակցել քիմիական կապերի ձևավորմանը. Ցանկացած ատոմի համար սրանք բոլոր արտաքին էլեկտրոններն են՝ գումարած այն նախնական արտաքին էլեկտրոնները, որոնց էներգիան ավելի մեծ է, քան արտաքինինը: Օրինակ՝ Ca ատոմն ունի 4 արտաքին էլեկտրոն ս 2, դրանք նաև վալենտ են. Fe-ի ատոմն ունի արտաքին էլեկտրոններ՝ 4 ս 2, բայց նա ունի 3 դ 6, հետևաբար, երկաթի ատոմն ունի 8 վալենտային էլեկտրոն: Վալանս էլեկտրոնային բանաձեւկալցիումի ատոմներ - 4 ս 2, իսկ երկաթի ատոմները՝ 4 ս 2 3դ 6 .

Դ.Ի.Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
(քիմիական տարրերի բնական համակարգ)

Քիմիական տարրերի պարբերական օրենքը(ժամանակակից ձևակերպում). Քիմիական տարրերի, ինչպես նաև նրանց կողմից ձևավորված պարզ և բարդ նյութերի հատկությունները պարբերական կախվածության մեջ են ատոմային միջուկների լիցքի արժեքից:

Պարբերական համակարգ- պարբերական օրենքի գրաֆիկական արտահայտություն.

Քիմիական տարրերի բնական տեսականի- մի շարք քիմիական տարրեր՝ դասավորված ըստ իրենց ատոմների միջուկներում պրոտոնների քանակի ավելացման, կամ, նույնն է՝ ըստ այդ ատոմների միջուկների լիցքերի ավելացման։ Այս շարքի տարրի սերիական համարը հավասար է այս տարրի ցանկացած ատոմի միջուկի պրոտոնների թվին։

Քիմիական տարրերի աղյուսակը կառուցված է քիմիական տարրերի բնական շարքը «կտրելով»: ժամանակաշրջաններ(աղյուսակի հորիզոնական տողեր) և ատոմների նմանատիպ էլեկտրոնային կառուցվածք ունեցող տարրերի խմբավորումներ (աղյուսակի ուղղահայաց սյունակներ):

Կախված նրանից, թե ինչպես են տարրերը միավորվում խմբերի մեջ, աղյուսակը կարող է լինել երկար ժամանակաշրջան(միևնույն թվով և տիպի վալենտային էլեկտրոններով տարրերը հավաքվում են խմբերով) և կարճաժամկետ(նույն թվով վալենտային էլեկտրոններով տարրերը հավաքվում են խմբերով):

Կարճ ժամանակաշրջանի աղյուսակի խմբերը բաժանվում են ենթախմբերի ( հիմնականև կողմնակի ազդեցություն), համընկնում է երկարաժամկետ աղյուսակի խմբերի հետ։

Միևնույն ժամանակաշրջանի տարրերի բոլոր ատոմները նույն թիվըէլեկտրոնային շերտեր, որոնք հավասար են ժամանակաշրջանի թվին:

Տարրերի քանակը ժամանակաշրջաններում՝ 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32։ Ութերորդ շրջանի տարրերի մեծ մասը ստացվել է արհեստական ​​ճանապարհով, այս շրջանի վերջին տարրերը դեռ չեն սինթեզվել։ Բոլոր ժամանակաշրջանները, բացի առաջինից, սկսվում են ալկալիական մետաղ ձևավորող տարրով (Li, Na, K և այլն) և ավարտվում են ազնիվ գազ ձևավորող տարրով (He, Ne, Ar, Kr և այլն):

Կարճ ժամանակաշրջանի աղյուսակում՝ ութ խումբ, որոնցից յուրաքանչյուրը բաժանված է երկու ենթախմբի (հիմնական և երկրորդական), երկարաժամկետ աղյուսակում՝ տասնվեց խմբեր, որոնք համարակալված են հռոմեական թվերով A կամ B տառերով, օրինակ՝ IA, IIIB, VIA, VIIB: Երկար ժամանակաշրջանի աղյուսակի IA խումբը համապատասխանում է կարճ ժամանակաշրջանի աղյուսակի առաջին խմբի հիմնական ենթախմբին. VIIB խումբ - յոթերորդ խմբի երկրորդական ենթախումբ. մնացածը `նմանապես:

Քիմիական տարրերի բնութագրերը բնականաբար փոխվում են խմբերով և ժամանակաշրջաններով:

Ժամանակահատվածներում (աճող սերիական համարով)

• միջուկային լիցքը մեծանում է
• արտաքին էլեկտրոնների թիվը մեծանում է,
• ատոմների շառավիղը նվազում է,
• էլեկտրոնների կապի ուժը միջուկի հետ մեծանում է (իոնացման էներգիա),
• էլեկտրաբացասականությունը մեծանում է.
• ուժեղացնել օքսիդացնող հատկություններպարզ նյութեր («ոչ մետաղականություն»),
• պարզ նյութերի («մետաղականություն») նվազեցնող հատկությունները թուլանում են,
• թուլացնում է հիդրօքսիդների և համապատասխան օքսիդների հիմնական բնույթը,
• մեծանում է հիդրօքսիդների և համապատասխան օքսիդների թթվային բնույթը։

Խմբերում (մեծացող սերիական համարով)

• միջուկային լիցքը մեծանում է
• ատոմների շառավիղը մեծանում է (միայն A-խմբերում),
• Էլեկտրոնների և միջուկի միջև կապի ուժը նվազում է (իոնացման էներգիա, միայն A-խմբերում),
• էլեկտրաբացասականությունը նվազում է (միայն A-խմբերում),
• թուլացնել պարզ նյութերի օքսիդացնող հատկությունները («ոչ մետաղականություն», միայն A-խմբերում),
• ուժեղացված են պարզ նյութերի վերականգնող հատկությունները («մետաղականություն», միայն A-խմբերում),
• հիդրօքսիդների և համապատասխան օքսիդների հիմնական բնույթը մեծանում է (միայն A-խմբերում),
• հիդրօքսիդների և համապատասխան օքսիդների թթվային բնույթը թուլանում է (միայն A-խմբերում),
• կայունությունը նվազում է ջրածնի միացություններ(դրանց նվազեցնող ակտիվությունը մեծանում է. միայն A-խմբերում):

Առաջադրանքներ և թեստեր «Թեմա 9. «Ատոմի կառուցվածքը. Դ.Ի. Մենդելեևի (PSCE) քիմիական տարրերի պարբերական օրենքը և պարբերական համակարգը»:

• Պարբերական օրենք - Ատոմների պարբերական օրենքը և կառուցվածքը 8–9-րդ դասարաններ
  Դուք պետք է իմանաք՝ ուղեծրերը էլեկտրոններով լցնելու օրենքները (նվազագույն էներգիայի սկզբունք, Պաուլիի սկզբունք, Հունդի կանոն), տարրերի պարբերական համակարգի կառուցվածքը։

  Դուք պետք է կարողանաք՝ որոշել ատոմի կազմը պարբերական համակարգում տարրի դիրքով և, ընդհակառակը, գտնել տարր պարբերական համակարգում՝ իմանալով դրա բաղադրությունը. պատկերել կառուցվածքի դիագրամը, ատոմի, իոնի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան և, ընդհակառակը, դիագրամից և էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայից որոշել քիմիական տարրի դիրքը PSCE-ում. բնութագրել տարրը և այն նյութերը, որոնք նա կազմում է ըստ PSCE-ում ունեցած դիրքի. որոշել ատոմների շառավիղների փոփոխությունները, քիմիական տարրերի հատկությունները և դրանց առաջացրած նյութերը մեկ ժամանակահատվածում և պարբերական համակարգի մեկ հիմնական ենթախմբում:

  Օրինակ 1Որոշեք ուղեծրերի թիվը երրորդ էլեկտրոնային մակարդակում: Որո՞նք են այս ուղեծրերը:
  Օրբիտալների քանակը որոշելու համար մենք օգտագործում ենք բանաձևը Նուղեծրեր = n 2, որտեղ n- մակարդակի համարը. Նուղեծրեր = 3 2 = 9. Մեկ 3 ս-, երեք 3 էջ- և հինգը 3 դ- ուղեծրեր.

  Օրինակ 2Որոշեք, թե որ տարրի ատոմն ունի էլեկտրոնային բանաձև 1 ս 2 2ս 2 2էջ 6 3ս 2 3էջ 1 .
  Որոշելու համար, թե որ տարրն է դա, պետք է պարզել նրա սերիական համարը, որը հավասար է ատոմի էլեկտրոնների ընդհանուր թվին։ Այս դեպքում՝ 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Սա ալյումին է:

  Համոզվելով, որ այն ամենը, ինչ ձեզ հարկավոր է, սովորել է, անցեք առաջադրանքներին։ Մաղթում ենք հաջողություն։

  
  Առաջարկվող գրականություն.
  • Օ.Ս.Գաբրիելյան և ուրիշներ Քիմիա 11-րդ դաս. Մ., Բուստարդ, 2002;
  • G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Քիմիա 11 բջիջ. Մ., Կրթություն, 2001:

Անտիկ ժամանակաշրջանից մինչև 18-րդ դարի կեսերը գիտության մեջ գերակշռում էր այն գաղափարը, որ ատոմը նյութի մասնիկ է, որը հնարավոր չէ բաժանել։ Անգլիացի գիտնականը, ինչպես նաև բնագետ Դ. Դալթոնը, ատոմը սահմանել են որպես քիմիական տարրի ամենափոքր բաղադրիչ։ Մ.Վ.Լոմոնոսովն իր ատոմային և մոլեկուլային տեսության մեջ կարողացավ սահմանել ատոմը և մոլեկուլը: Նա վստահ էր, որ մոլեկուլները, որոնց նա անվանում էր «մարմիններ», կազմված են «տարրերից»՝ ատոմներից, և գտնվում են անընդհատ շարժման մեջ։

Դ. Ի. Մենդելեևը կարծում էր, որ նյութական աշխարհը կազմող նյութերի այս ենթամիավորումը պահպանում է իր բոլոր հատկությունները միայն այն դեպքում, եթե այն չի ենթարկվում տարանջատման: Այս հոդվածում մենք կսահմանենք ատոմը որպես միկրոաշխարհի օբյեկտ և կուսումնասիրենք նրա հատկությունները։

Ատոմի կառուցվածքի տեսության ստեղծման նախադրյալները

19-րդ դարում ատոմի անբաժանելիության մասին հայտարարությունը համարվում էր ընդհանուր առմամբ ընդունված։ Գիտնականների մեծ մասը կարծում էր, որ մի քիմիական տարրի մասնիկները ոչ մի դեպքում չեն կարող վերածվել մեկ այլ տարրի ատոմների: Այս գաղափարները ծառայեցին որպես հիմք, որի վրա հիմնված էր ատոմի սահմանումը մինչև 1932 թ. 19-րդ դարի վերջին գիտության մեջ հիմնարար բացահայտումներ արվեցին, որոնք փոխեցին այս տեսակետը։ Առաջին հերթին 1897 թվականին անգլիացի ֆիզիկոս Ջեյ Ջեյ Թոմսոնը հայտնաբերեց էլեկտրոնը։ Այս փաստն արմատապես փոխեց գիտնականների պատկերացումները քիմիական տարրի բաղկացուցիչ մասի անբաժանելիության մասին։

Ինչպես ապացուցել, որ ատոմը բարդ է

Նույնիսկ նախկինում գիտնականները միաձայն համաձայնում էին, որ ատոմները լիցքեր չունեն: Հետո պարզվեց, որ էլեկտրոնները հեշտությամբ ազատվում են ցանկացած քիմիական տարրից։ Նրանք կարող են հայտնաբերվել բոցերի մեջ, դրանք կրողներ են էլեկտրական հոսանք, դրանք արտանետվում են ռենտգենյան ճառագայթման ժամանակ նյութերից։

Բայց եթե էլեկտրոններն առանց բացառության բոլոր ատոմների մաս են կազմում և բացասական լիցքավորված են, ապա ատոմում դեռ կան որոշ մասնիկներ, որոնք անպայման դրական լիցք ունեն, հակառակ դեպքում ատոմները էլեկտրականորեն չեզոք չէին լինի։ Ատոմի կառուցվածքը պարզելու համար օգնեց այնպիսի ֆիզիկական երևույթ, ինչպիսին ռադիոակտիվությունն է: Այն տվել է ատոմի ճիշտ սահմանումը ֆիզիկայում, իսկ հետո՝ քիմիայում։

Անտեսանելի ճառագայթներ

Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ա.Բեկերելն առաջինն է նկարագրել որոշակի քիմիական տարրերի, տեսողական անտեսանելի ճառագայթների ատոմների արտանետման երեւույթը։ Նրանք իոնացնում են օդը, անցնում նյութերի միջով, առաջացնում լուսանկարչական թիթեղների սևացում։ Ավելի ուշ Կյուրիի ամուսինները պարզեցին, որ ռադիոակտիվ նյութերը վերածվում են այլ քիմիական տարրերի ատոմների (օրինակ՝ ուրանը՝ նեպտունիումի)։

Ռադիոակտիվ ճառագայթումը բաղադրությամբ տարասեռ է՝ ալֆա մասնիկներ, բետա մասնիկներ, գամմա ճառագայթներ։ Այսպիսով, ռադիոակտիվության ֆենոմենը հաստատեց, որ պարբերական համակարգի տարրերի մասնիկները ունեն բարդ կառուցվածք. Հենց այս փաստն է եղել ատոմի սահմանման մեջ կատարված փոփոխությունների պատճառը։ Ի՞նչ մասնիկներից է բաղկացած ատոմը՝ հաշվի առնելով Ռադերֆորդի ստացած նոր գիտական ​​փաստերը: Այս հարցի պատասխանը եղել է գիտնականի առաջարկած ատոմի միջուկային մոդելը, ըստ որի էլեկտրոնները պտտվում են դրական լիցքավորված միջուկի շուրջ։

Ռադերֆորդի մոդելի հակասությունները

Գիտնականի տեսությունը, չնայած իր ակնառու բնավորությանը, չէր կարող օբյեկտիվորեն սահմանել ատոմը: Նրա եզրակացությունները հակասում էին թերմոդինամիկայի հիմնարար օրենքներին, որոնց համաձայն միջուկի շուրջ պտտվող բոլոր էլեկտրոնները կորցնում են իրենց էներգիան և, ինչպես որ դա պատահի, վաղ թե ուշ պետք է ընկնեն դրա մեջ: Ատոմը այս դեպքում ոչնչացվում է։ Դա իրականում տեղի չի ունենում, քանի որ քիմիական տարրերը և մասնիկները, որոնցից դրանք կազմված են, գոյություն ունեն բնության մեջ շատ երկար ժամանակ: Ռադերֆորդի տեսության վրա հիմնված ատոմի նման սահմանումը անբացատրելի է, ինչպես նաև այն երևույթը, որը տեղի է ունենում, երբ տաք պարզ նյութերն անցնում են դիֆրակցիոն ցանցով։ Ի վերջո, ստացված ատոմային սպեկտրները ունեն գծային ձև: Սա հակասում էր Ռադերֆորդի ատոմի մոդելին, ըստ որի սպեկտրը պետք է շարունակական լիներ։ Քվանտային մեխանիկայի հասկացությունների համաձայն՝ միջուկի էլեկտրոնները ներկայումս բնութագրվում են ոչ թե որպես կետային առարկաներ, այլ որպես էլեկտրոնային ամպի ձև։

Նրա ամենամեծ խտությունը գտնվում է միջուկի շուրջ տարածության որոշակի վայրում և համարվում է մասնիկի գտնվելու վայրը տվյալ պահին։ Պարզվել է նաև, որ ատոմում էլեկտրոնները դասավորված են շերտերով։ Շերտերի թիվը կարելի է որոշել՝ իմանալով այն ժամանակաշրջանի թիվը, որում տարրը գտնվում է Դ.Ի.Մենդելեևի պարբերական համակարգում։ Օրինակ՝ ֆոսֆորի ատոմը պարունակում է 15 էլեկտրոն և ունի 3 էներգիայի մակարդակ։ Էներգիայի մակարդակների քանակը որոշող ցուցիչը կոչվում է հիմնական քվանտային թիվ։

Փորձնականորեն հաստատվել է, որ միջուկին ամենամոտ էներգիայի մակարդակի էլեկտրոններն ունեն ամենացածր էներգիան։ Յուրաքանչյուր էներգետիկ թաղանթ բաժանված է ենթամակարդակների, իսկ նրանք, իրենց հերթին, ուղեծրերի։ Տարբեր ուղեծրերում տեղակայված էլեկտրոնները ունեն հավասար ամպի ձև (s, p, d, f):

Ելնելով վերոգրյալից՝ հետևում է, որ էլեկտրոնային ամպի ձևը չի կարող լինել կամայական։ Այն խստորեն սահմանվում է ըստ ուղեծրի։ Մենք նաև ավելացնում ենք, որ մակրոմասնիկի մեջ էլեկտրոնի վիճակը որոշվում է ևս երկու արժեքով՝ մագնիսական և սպին քվանտային թվերով։ Առաջինը հիմնված է Շրյոդինգերի հավասարման վրա և բնութագրում է էլեկտրոնային ամպի տարածական ուղղվածությունը՝ հիմնված մեր աշխարհի եռաչափության վրա։ Երկրորդ ցուցանիշը սպինի թիվն է, այն օգտագործվում է էլեկտրոնի պտույտը իր առանցքի շուրջ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ կամ հակառակ ուղղությամբ:

Նեյտրոնի հայտնաբերում

1932 թվականին նրա կատարած Դ.Չադվիքի աշխատանքի շնորհիվ քիմիայի և ֆիզիկայի մեջ տրվեց ատոմի նոր սահմանումը։ Իր փորձերում գիտնականն ապացուցել է, որ պոլոնիումի պառակտման ժամանակ առաջանում է ճառագայթում, որն առաջանում է լիցք չունեցող մասնիկների կողմից՝ 1,008665 զանգվածով։ Նոր տարրական մասնիկը ստացել է նեյտրոն անվանումը։ Նրա հայտնաբերումն ու հատկությունների ուսումնասիրությունը սովետական ​​գիտնականներ Վ.Գապոնին և Դ.Իվանենկոյին թույլ տվեցին ստեղծել պրոտոններ և նեյտրոններ պարունակող ատոմային միջուկի կառուցվածքի նոր տեսություն։

Ըստ նոր տեսության՝ նյութի ատոմի սահմանումը հետևյալն էր՝ այն քիմիական տարրի կառուցվածքային միավոր է, որը բաղկացած է պրոտոններ և նեյտրոններ պարունակող միջուկից և նրա շուրջը շարժվող էլեկտրոններից։ Միջուկում դրական մասնիկների թիվը միշտ հավասար է պարբերական համակարգի քիմիական տարրի հերթական թվին։

Հետագայում պրոֆեսոր Ա.Ժդանովն իր փորձերում հաստատել է, որ կոշտ տիեզերական ճառագայթման ազդեցության տակ. ատոմային միջուկներբաժանվել է պրոտոնների և նեյտրոնների: Բացի այդ, ապացուցվել է, որ սրանք պահող ուժերը տարրական մասնիկներառանցքում, չափազանց էներգատար: Նրանք գործում են շատ փոքր հեռավորությունների վրա (10 -23 սմ կարգի) և կոչվում են միջուկային։ Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, նույնիսկ Մ.Վ.Լոմոնոսովը կարողացավ սահմանել ատոմը և մոլեկուլը՝ հիմնվելով իրեն հայտնի գիտական ​​փաստերի վրա:

Ներկայումս ընդհանուր առմամբ ընդունված է համարվում հետևյալ մոդելը՝ ատոմը բաղկացած է միջուկից և էլեկտրոններից, որոնք նրա շուրջը շարժվում են խիստ սահմանված հետագծերով՝ ուղեծրերով: Էլեկտրոնները միաժամանակ ցուցադրում են ինչպես մասնիկների, այնպես էլ ալիքների հատկությունները, այսինքն՝ ունեն երկակի բնույթ։ Նրա գրեթե ամբողջ զանգվածը կենտրոնացած է ատոմի միջուկում։ Այն բաղկացած է միջուկային ուժերով կապված պրոտոններից և նեյտրոններից։

Հնարավո՞ր է ատոմ կշռել

Պարզվում է, որ յուրաքանչյուր ատոմ զանգված ունի։ Օրինակ, ջրածնի համար այն 1,67x10 -24 գ է, նույնիսկ դժվար է պատկերացնել, թե որքան փոքր է այս արժեքը: Նման օբյեկտի կշիռը գտնելու համար նրանք օգտագործում են ոչ թե կշեռք, այլ տատանող, որը ածխածնային նանոխողովակ է։ Ատոմի և մոլեկուլի քաշը հաշվարկելու համար ավելի հարմար արժեք է հարաբերական զանգվածը։ Այն ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է մոլեկուլի կամ ատոմի զանգվածը մեծ ածխածնի ատոմի 1/12-ից, որը կազմում է 1,66x10 -27 կգ։ Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում տրված են հարաբերական ատոմային զանգվածներ, և դրանք չափեր չունեն։

Գիտնականները լավ գիտեն դա ատոմային զանգվածքիմիական տարրը միջին արժեքն է զանգվածային թվերնրա բոլոր իզոտոպները: Պարզվում է, որ բնության մեջ մեկ քիմիական տարրի միավորները կարող են ունենալ տարբեր զանգվածներ։ Այս դեպքում նման կառուցվածքային մասնիկների միջուկների լիցքերը նույնն են։

Գիտնականները պարզել են, որ իզոտոպները տարբերվում են միջուկում նեյտրոնների քանակով, և նրանց միջուկների լիցքը նույնն է։ Օրինակ՝ 35 զանգված ունեցող քլորի ատոմը պարունակում է 18 նեյտրոն և 17 պրոտոն, իսկ 37 զանգվածով՝ 20 նեյտրոն և 17 պրոտոն։ Շատ քիմիական տարրեր իզոտոպների խառնուրդներ են: Օրինակ, այնպիսի պարզ նյութեր, ինչպիսիք են կալիումը, արգոնը, թթվածինը, իրենց բաղադրության մեջ պարունակում են 3 տարբեր իզոտոպներ ներկայացնող ատոմներ։

Ատոմականության սահմանում

Այն ունի մի քանի մեկնաբանություն. Նկատի առեք, թե ինչ է նշանակում այս տերմինը քիմիայում: Եթե ​​որևէ քիմիական տարրի ատոմներն ի վիճակի են գոյություն ունենալ գոնե կարճ ժամանակով առանձին՝ չձգտելով ձևավորել ավելի բարդ մասնիկ՝ մոլեկուլ, ապա ասում են, որ այդպիսի նյութերն ունեն ատոմային կառուցվածք։ Օրինակ՝ մեթանի քլորացման մի քանի փուլային ռեակցիա: Այն լայնորեն կիրառվում է օրգանական սինթեզի քիմիայում՝ ստանալու հալոգեն պարունակող ամենակարեւոր ածանցյալները՝ դիքլորմեթան, ածխածնի տետրաքլորիդ։ Այն քլորի մոլեկուլները բաժանում է բարձր ռեակտիվ ատոմների: Նրանք կոտրում են սիգմա կապերը մեթանի մոլեկուլում՝ ապահովելով շղթայական ռեակցիափոխարինում.

Քիմիական գործընթացի ևս մեկ օրինակ, որն ունի մեծ նշանակությունԱրդյունաբերության մեջ ջրածնի պերօքսիդի օգտագործումը որպես ախտահանիչ և սպիտակեցնող միջոց: Ատոմային թթվածնի որոշումը՝ որպես ջրածնի պերօքսիդի քայքայման արդյունք, տեղի է ունենում ինչպես կենդանի բջիջներում (կատալազային ֆերմենտի գործողության ներքո), այնպես էլ լաբորատոր պայմաններում։ որակապես որոշվում է իր բարձր հակաօքսիդանտ հատկություններով, ինչպես նաև պաթոգեն գործակալներին՝ բակտերիաներին, սնկերին և դրանց սպորներին ոչնչացնելու ունակությամբ:

Ինչպես է ատոմային կեղևը

Ավելի վաղ մենք արդեն պարզել ենք, որ քիմիական տարրի կառուցվածքային միավորն ունի բարդ կառուցվածք։ Էլեկտրոնները պտտվում են դրական լիցքավորված միջուկի շուրջ։ Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր Նիլս Բորը, հիմնվելով լույսի քվանտային տեսության վրա, ստեղծեց իր ուսմունքը, որում ատոմի բնութագրերն ու սահմանումը հետևյալն են. էլեկտրոնները միջուկի շուրջը շարժվում են միայն որոշակի անշարժ հետագծերով, մինչդեռ էներգիա չեն ճառագայթում: Բորի վարդապետությունն ապացուցեց, որ միկրոտիեզերքի մասնիկները, որոնք ներառում են ատոմներ և մոլեկուլներ, չեն ենթարկվում օրենքներին, որոնք գործում են մեծ մարմինների՝ մակրոտիեզերքի առարկաների համար։

Մակրոմասնիկների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն ուսումնասիրվել է քվանտային ֆիզիկայի աշխատություններում այնպիսի գիտնականների կողմից, ինչպիսիք են Հունդը, Պաուլին, Կլեչկովսկին։ Այսպիսով, հայտնի դարձավ, որ էլեկտրոնները միջուկի շուրջ պտտվող շարժումներ են կատարում ոչ թե պատահական, այլ որոշակի անշարժ հետագծերով: Պաուլին պարզել է, որ իր s, p, d, f օրբիտալներից յուրաքանչյուրի մեկ էներգիայի մակարդակում էլեկտրոնային բջիջներում չի կարող լինել ոչ ավելի, քան երկու բացասական լիցքավորված մասնիկներ՝ հակառակ սպիններով + ½ և - ½:

Հունդի կանոնը բացատրում էր, թե ինչպես են նույն էներգիայի մակարդակով ուղեծրերը ճիշտ լցված էլեկտրոններով։

Կլեչկովսկու կանոնը, որը նաև կոչվում է n + l կանոն, բացատրում է, թե ինչպես են լրացվում բազմէլեկտրոնների ատոմների ուղեծրերը (5, 6, 7 պարբերությունների տարրեր): Վերոհիշյալ բոլոր օրինաչափությունները ծառայեցին որպես Դմիտրի Մենդելեևի ստեղծած քիմիական տարրերի համակարգի տեսական հիմնավորում:

Օքսիդացման վիճակ

Դա քիմիայի հիմնարար հասկացություն է և բնութագրում է ատոմի վիճակը մոլեկուլում։ Ատոմների օքսիդացման վիճակի ժամանակակից սահմանումը հետևյալն է. սա մոլեկուլում ատոմի պայմանական լիցքն է, որը հաշվարկվում է այն գաղափարի հիման վրա, որ մոլեկուլն ունի միայն իոնային բաղադրություն։

Օքսիդացման վիճակը կարող է արտահայտվել որպես ամբողջ թիվ կամ կոտորակային թիվ՝ դրական, բացասական կամ զրոյական արժեքներով։ Ամենից հաճախ քիմիական տարրերի ատոմներն ունեն մի քանի օքսիդացման վիճակ: Օրինակ՝ ազոտն ունի -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5: Բայց այնպիսի քիմիական տարրը, ինչպիսին ֆտորն է, իր բոլոր միացություններում ունի միայն մեկ օքսիդացման վիճակ՝ հավասար -1: Եթե ​​ներկայացվի պարզ նյութ, ապա նրա օքսիդացման աստիճանը զրո է։ Այս քիմիական քանակությունը հարմար է նյութերի դասակարգման և դրանց հատկությունները նկարագրելու համար: Ամենից հաճախ ատոմի օքսիդացման վիճակն օգտագործվում է քիմիայում՝ ռեդոքս ռեակցիաների համար հավասարումներ կազմելիս։

ատոմների հատկությունները

բացահայտումների շնորհիվ քվանտային ֆիզիկա, ժամանակակից սահմանումատոմը, որը հիմնված է Դ.Իվանենկոյի և Է.Գապոնի տեսության վրա, լրացվում է հետևյալով գիտական ​​փաստեր. ընթացքում ատոմի միջուկի կառուցվածքը չի փոխվում քիմիական ռեակցիաներ. Միայն անշարժ էլեկտրոնային ուղեծրերը ենթակա են փոփոխության: Նրանց կառուցվածքը կարող է բացատրել նյութերի բազմաթիվ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ: Եթե ​​էլեկտրոնը թողնում է անշարժ ուղեծրը և գնում դեպի ավելի մեծ էներգիայի ինդեքս ունեցող ուղեծիր, ապա այդպիսի ատոմը կոչվում է գրգռված։

Պետք է նշել, որ էլեկտրոնները չեն կարող երկար ժամանակլինել այսպիսի անսովոր ուղեծրերում։ Վերադառնալով իր անշարժ ուղեծրին՝ էլեկտրոնն արձակում է էներգիայի քվանտ։ Քիմիական տարրերի կառուցվածքային միավորների այնպիսի բնութագրերի ուսումնասիրությունը, ինչպիսիք են էլեկտրոնների մերձեցումը, էլեկտրաբացասականությունը, իոնացման էներգիան, թույլ տվեց գիտնականներին ոչ միայն սահմանել ատոմը որպես միկրոտիեզերքի ամենակարևոր մասնիկ, այլև թույլ տվեց նրանց բացատրել ատոմների ձևավորման ունակությունը: նյութի կայուն և էներգետիկորեն ավելի բարենպաստ մոլեկուլային վիճակ, որը հնարավոր է ստեղծման շնորհիվ տարբեր տեսակներկայուն քիմիական կապ՝ իոնային, կովալենտ-բևեռային և ոչ բևեռային, դոնոր-ընդունիչ (որպես տարատեսակ կովալենտային կապ) և մետաղ. Վերջինս որոշում է բոլոր մետաղների ամենակարևոր ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները:

Փորձնականորեն հաստատվել է, որ ատոմի չափը կարող է փոխվել։ Ամեն ինչ կախված կլինի նրանից, թե որ մոլեկուլում է այն ներառված։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի շնորհիվ հնարավոր է լինում հաշվարկել ատոմների միջև եղած հեռավորությունը քիմիական միացության մեջ, ինչպես նաև պարզել տարրի կառուցվածքային միավորի շառավիղը։ Իմանալով քիմիական տարրերի ժամանակաշրջանի կամ խմբի մեջ ընդգրկված ատոմների շառավիղների փոփոխության օրինաչափությունները՝ հնարավոր է կանխատեսել դրանց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները։ Օրինակ, ատոմների միջուկի լիցքի ավելացման ժամանակաշրջաններում դրանց շառավիղները նվազում են («ատոմի սեղմում»), ուստի միացությունների մետաղական հատկությունները թուլանում են, իսկ ոչ մետաղականները՝ մեծանում։

Այսպիսով, գիտելիքները թույլ են տալիս ճշգրիտ որոշել բոլոր տարրերի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները պարբերական համակարգՄենդելեևը։