Struktur dan prinsip struktur atom. Struktur atom

Film dokumenter pendidikan. Seri "Fisika".

Atom (dari bahasa Yunani atomos - tidak dapat dibagi) - partikel nuklir tunggal, tidak dapat dibagi secara kimia unsur kimia, pembawa sifat-sifat materi. Zat tersusun dari atom. Atom itu sendiri terdiri dari inti bermuatan positif dan awan elektron bermuatan negatif. Secara umum, atom bersifat netral secara listrik. Ukuran atom sepenuhnya ditentukan oleh ukuran awan elektronnya, karena ukuran nukleus dapat diabaikan dibandingkan dengan ukuran awan elektron. Inti terdiri dari Z proton bermuatan positif (muatan proton sesuai dengan +1 dalam satuan konvensional) dan N neutron yang tidak membawa muatan (proton dan neutron disebut nukleon). Dengan demikian, muatan inti hanya ditentukan oleh jumlah proton dan sama dengan nomor seri elemen dalam tabel periodik. Muatan positif inti dikompensasi oleh elektron bermuatan negatif (muatan elektron -1 dalam satuan sembarang), yang membentuk awan elektron. Jumlah elektron sama dengan jumlah proton. Massa proton dan neutron sama (masing-masing 1 dan 1 sma).

Massa atom ditentukan oleh massa intinya, karena massa elektron kira-kira 1850 kali lebih kecil dari massa proton dan neutron dan jarang diperhitungkan dalam perhitungan. Jumlah neutron dapat ditemukan dengan perbedaan antara massa atom dan jumlah proton (N=A-Z). Jenis atom dari setiap unsur kimia dengan inti yang terdiri dari nomor tertentu proton (Z) dan neutron (N) disebut nuklida.

Sebelum mempelajari sifat-sifat elektron dan aturan pembentukan tingkat elektronik, perlu untuk menyentuh sejarah pembentukan ide-ide tentang struktur atom. Kami tidak akan mempertimbangkan sejarah lengkap pembentukan struktur atom, tetapi hanya akan membahas ide-ide yang paling relevan dan paling "benar" yang paling jelas dapat menunjukkan bagaimana elektron berada di dalam atom. Yang pertama memiliki atom sebagai konstituen dasar materi, disarankan filosof Yunani kuno. Setelah itu, sejarah struktur atom melewati jalan yang sulit dan pemikiran yang berbeda, seperti atom tidak dapat dibagi, model atom Thomson, dan lain-lain. Model atom yang dikemukakan oleh Ernest Rutherford pada tahun 1911 ternyata paling mendekati. Dia membandingkan atom dengan tata surya, di mana inti atom bertindak sebagai matahari, dan elektron bergerak mengelilinginya seperti planet. Menempatkan elektron pada orbit stasioner merupakan langkah yang sangat penting dalam memahami struktur atom. Namun, seperti model planet struktur atom bertentangan dengan mekanika klasik. Faktanya adalah bahwa ketika sebuah elektron bergerak di orbit, ia harus kehilangan energi potensial dan akhirnya "jatuh" pada nukleus dan atom harus tidak ada lagi. Paradoks seperti itu dihilangkan dengan pengenalan postulat oleh Niels Bohr. Menurut postulat ini, elektron bergerak dalam orbit stasioner di sekitar nukleus dan dalam kondisi normal tidak menyerap atau memancarkan energi. Postulat menunjukkan bahwa hukum mekanika klasik tidak cocok untuk menjelaskan atom. Model atom ini disebut model Bohr-Rutherford. kelanjutan struktur planet atom adalah model mekanika kuantum atom, yang dengannya kita akan mempertimbangkan elektron.

Elektron adalah partikel kuasi yang menunjukkan dualisme gelombang sel darah. Ini adalah partikel (sel darah) dan gelombang pada saat yang bersamaan. Sifat-sifat partikel termasuk massa elektron dan muatannya, dan sifat gelombang - kemampuan untuk difraksi dan interferensi. Hubungan antara gelombang dan sifat sel dari elektron tercermin dalam persamaan de Broglie.

Segala sesuatu di dunia ini terdiri dari atom. Tetapi dari mana mereka berasal, dan terdiri dari apa mereka sendiri? Hari ini kami menjawab pertanyaan sederhana dan mendasar ini. Memang, banyak orang yang hidup di planet ini mengatakan bahwa mereka tidak memahami struktur atom, yang terdiri dari mereka sendiri.

Secara alami, pembaca yang budiman memahami bahwa dalam artikel ini kami mencoba menyajikan semuanya pada tingkat yang paling sederhana dan menarik, oleh karena itu kami tidak "memuat" dengan istilah ilmiah. Bagi mereka yang ingin mempelajari masalah ini lebih lanjut level profesional, kami menyarankan Anda untuk membaca literatur khusus. Namun, informasi dalam artikel ini dapat membantu studi Anda dan membuat Anda lebih terpelajar.

Atom adalah partikel materi yang berukuran mikroskopis dan bermassa, bagian terkecil dari suatu unsur kimia, yang merupakan pembawa sifat-sifatnya. Dengan kata lain, itu adalah partikel terkecil dari suatu zat yang dapat masuk ke dalam reaksi kimia.

Sejarah penemuan dan struktur

Konsep atom sudah dikenal di Yunani kuno. Atomisme adalah teori fisika yang menyatakan bahwa semua benda material terdiri dari partikel yang tidak dapat dibagi lagi. Seiring dengan Yunani Kuno, ide atomisme juga dikembangkan secara paralel di India Kuno.

Tidak diketahui apakah alien memberi tahu para filsuf saat itu tentang atom, atau mereka memikirkannya sendiri, tetapi ahli kimia dapat mengkonfirmasi teori ini secara eksperimental jauh kemudian - hanya pada abad ketujuh belas, ketika Eropa muncul dari jurang Inkuisisi dan Abad Pertengahan. Usia.

Untuk waktu yang lama, gagasan dominan tentang struktur atom adalah gagasan tentangnya sebagai partikel yang tidak dapat dibagi. Fakta bahwa atom masih dapat dibagi, baru menjadi jelas pada awal abad kedua puluh. Rutherford, berkat eksperimennya yang terkenal dengan pembelokan partikel alfa, mengetahui bahwa atom terdiri dari nukleus yang mengelilingi elektron. Model planet atom diadopsi, yang menurutnya elektron berputar di sekitar nukleus, seperti planet kita. tata surya di sekitar bintang.

Ide-ide modern tentang struktur atom telah berkembang jauh. Inti atom, pada gilirannya, terdiri dari partikel subatom, atau nukleon - proton dan neutron. Ini adalah nukleon yang membentuk sebagian besar atom. Pada saat yang sama, proton dan neutron juga bukan partikel yang tidak dapat dibagi, dan terdiri dari partikel dasar - quark.

Inti atom memiliki kutub positif muatan listrik, sedangkan elektron yang mengorbit adalah negatif. Dengan demikian, atom bersifat netral secara listrik.

Di bawah ini adalah diagram dasar dari struktur atom karbon.

sifat atom

Bobot

Massa atom biasanya diukur dalam satuan massa atom - a.m.u. Satuan massa atom adalah massa 1/12 dari atom karbon istirahat bebas dalam keadaan dasarnya.

Dalam kimia, untuk mengukur massa atom, konsep yang digunakan "mol". 1 mol adalah jumlah suatu zat yang jumlah atomnya sama dengan bilangan Avogadro.

Ukuran

Atom sangat kecil. Jadi, atom terkecil adalah atom Helium, jari-jarinya adalah 32 pikometer. Atom terbesar adalah atom cesium, yang memiliki jari-jari 225 pikometer. Awalan pico berarti sepuluh hingga dua belas minus! Artinya, jika 32 meter dikurangi seribu miliar kali, kita akan mendapatkan ukuran jari-jari atom helium.

Pada saat yang sama, skala hal-hal sedemikian rupa sehingga, pada kenyataannya, atom terdiri dari 99% kekosongan. Nukleus dan elektron menempati bagian yang sangat kecil dari volumenya. Sebagai ilustrasi, mari kita lihat sebuah contoh. Jika Anda membayangkan sebuah atom berbentuk stadion Olimpiade di Beijing (atau mungkin tidak di Beijing, bayangkan saja sebuah stadion besar), maka inti atom ini akan menjadi ceri yang terletak di tengah lapangan. Orbit elektron kemudian akan berada di suatu tempat di tingkat tribun atas, dan ceri akan berbobot 30 juta ton. Mengesankan, bukan?

Dari mana asal atom?

Seperti yang Anda ketahui, sekarang berbagai atom dikelompokkan dalam tabel periodik. Ia memiliki 118 (dan jika dengan elemen yang diprediksi, tetapi belum ditemukan - 126), tidak termasuk isotop. Tapi itu tidak selalu begitu.

Pada awal pembentukan Semesta, tidak ada atom, dan terlebih lagi, hanya ada partikel dasar, yang berinteraksi satu sama lain di bawah pengaruh suhu yang sangat besar. Seperti yang akan dikatakan penyair, itu adalah pendewaan partikel yang nyata. Dalam tiga menit pertama keberadaan Semesta, karena penurunan suhu dan kebetulan dari sejumlah besar faktor, proses nukleosintesis primer dimulai, ketika dari partikel dasar unsur pertama muncul: hidrogen, helium, litium, dan deuterium (hidrogen berat). Dari unsur-unsur inilah bintang-bintang pertama terbentuk, di dalamnya reaksi termonuklir terjadi, akibatnya hidrogen dan helium "terbakar", membentuk unsur-unsur yang lebih berat. Jika bintang itu cukup besar, maka ia mengakhiri hidupnya dengan apa yang disebut ledakan "supernova", akibatnya atom-atom dikeluarkan ke ruang sekitarnya. Dan ternyata seluruh tabel periodik.

Jadi, kita dapat mengatakan bahwa semua atom penyusun kita pernah menjadi bagian dari bintang-bintang purba.

Mengapa inti atom tidak meluruh?

Dalam fisika, ada empat jenis interaksi mendasar antara partikel dan benda yang mereka buat. Ini adalah interaksi kuat, lemah, elektromagnetik dan gravitasi.

Berkat interaksi yang kuat, yang memanifestasikan dirinya pada skala inti atom dan bertanggung jawab atas daya tarik antar nukleon, atom adalah "kacang yang tangguh".

Belum lama berselang, orang menyadari bahwa ketika inti atom terbelah, energi yang sangat besar dilepaskan. Pembelahan inti atom berat merupakan sumber energi dalam reaktor nuklir dan senjata nuklir.

Jadi, teman-teman, setelah memperkenalkan Anda pada struktur dan dasar-dasar struktur atom, kami hanya dapat mengingatkan Anda bahwa kami siap membantu Anda kapan saja. Tidak masalah, Anda harus menyelesaikan diploma di fisika nuklir, atau kontrol terkecil - situasi berbeda, tetapi ada jalan keluar dari situasi apa pun. Pikirkan tentang skala Semesta, pesan pekerjaan di Zaochnik dan ingat - tidak ada alasan untuk khawatir.

Komposisi atom.

Sebuah atom terdiri dari inti atom dan kulit elektron.

Inti atom terdiri dari proton ( p+) dan neutron ( n 0). Kebanyakan atom hidrogen memiliki inti proton tunggal.

Jumlah proton N(p+) sama dengan muatan inti ( Z) dan nomor urut unsur dalam deret alami unsur (dan dalam sistem periodik unsur).

N(p +) = Z

Jumlah dari jumlah neutron N(n 0), dilambangkan hanya dengan huruf N, dan jumlah proton Z ditelepon nomor massa dan ditandai dengan huruf TETAPI.

SEBUAH = Z + N

Kulit elektron atom terdiri dari elektron yang bergerak mengelilingi inti ( e -).

Jumlah elektron N(e-) pada kulit elektron atom netral sama dengan jumlah proton Z pada intinya.

Massa proton kira-kira sama dengan massa neutron dan 1840 kali massa elektron, sehingga massa atom praktis sama dengan massa inti.

Bentuk atom adalah bulat. Jari-jari inti sekitar 100.000 kali lebih kecil dari jari-jari atom.

unsur kimia- jenis atom (kumpulan atom) dengan muatan inti yang sama (dengan jumlah proton yang sama dalam nukleus).

Isotop- satu set atom dari satu unsur dengan jumlah neutron yang sama dalam nukleus (atau jenis atom dengan jumlah proton yang sama dan jumlah neutron yang sama dalam nukleus).

Isotop yang berbeda berbeda satu sama lain dalam jumlah neutron dalam inti atomnya.

Penunjukan atom tunggal atau isotop: (E - simbol elemen), misalnya: .

Struktur kulit elektron atom

orbital atom adalah keadaan elektron dalam atom. Simbol orbit - . Setiap orbital sesuai dengan awan elektron.

Orbital atom nyata dalam keadaan dasar (tidak tereksitasi) terdiri dari empat jenis: s, p, d dan f.

awan elektronik- bagian ruang di mana elektron dapat ditemukan dengan probabilitas 90 (atau lebih) persen.

Catatan: terkadang konsep "orbital atom" dan "awan elektron" tidak dibedakan, menyebut keduanya "orbital atom".

Kulit elektron suatu atom berlapis-lapis. Lapisan elektronik dibentuk oleh awan elektron dengan ukuran yang sama. Orbital dari satu lapisan terbentuk tingkat elektronik ("energi"), energinya sama untuk atom hidrogen, tetapi berbeda untuk atom lain.

Orbital dari tingkat yang sama dikelompokkan menjadi elektronik (energi) sublevel:
s- sublevel (terdiri dari satu s-orbital), simbol - .
p sublevel (terdiri dari tiga p
d sublevel (terdiri dari lima d-orbital), simbol - .
f sublevel (terdiri dari tujuh f-orbital), simbol - .

Energi orbital dari sublevel yang sama adalah sama.

Saat menunjuk sublevel, jumlah lapisan (level elektronik) ditambahkan ke simbol sublevel, misalnya: 2 s, 3p, 5d cara s- sublevel dari tingkat kedua, p- sublevel dari tingkat ketiga, d- sublevel dari tingkat kelima.

Jumlah total sublevel dalam satu level sama dengan jumlah level n. Jumlah orbital dalam satu tingkat adalah n 2. Demikian, jumlah total awan dalam satu lapisan juga n 2 .

Sebutan: - orbital bebas (tanpa elektron), - orbital dengan elektron tidak berpasangan, - orbital dengan pasangan elektron (dengan dua elektron).

Urutan elektron mengisi orbital atom ditentukan oleh tiga hukum alam (formulasi diberikan dengan cara yang disederhanakan):

1. Prinsip energi terkecil - elektron mengisi orbital sesuai dengan peningkatan energi orbital.

2. Prinsip Pauli - tidak boleh ada lebih dari dua elektron dalam satu orbital.

3. Aturan Hund - di dalam sublevel, elektron pertama-tama mengisi orbital bebas (satu per satu), dan baru setelah itu mereka membentuk pasangan elektron.

Jumlah total elektron di tingkat elektronik (atau di lapisan elektronik) adalah 2 n 2 .

Distribusi sublevel berdasarkan energi dinyatakan berikutnya (dalam urutan peningkatan energi):

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p ...

Secara visual, urutan ini dinyatakan oleh diagram energi:

Distribusi elektron atom berdasarkan level, sublevel dan orbital (konfigurasi elektron atom) dapat digambarkan dalam bentuk rumus elektronik, diagram energi, atau, lebih sederhana, dalam bentuk diagram lapisan elektron (" diagram elektronik").

Contoh struktur elektron atom:

Elektron valensi- elektron suatu atom yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan ikatan kimia. Untuk setiap atom, ini semua adalah elektron terluar ditambah elektron pra-luar yang energinya lebih besar daripada elektron terluar. Contoh: atom Ca memiliki 4 elektron terluar s 2, mereka juga valensi; atom Fe memiliki elektron eksternal - 4 s 2 tapi dia punya 3 d 6, maka atom besi memiliki 8 elektron valensi. Valensi rumus elektronik atom kalsium - 4 s 2, dan atom besi - 4 s 2 3d 6 .

Sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev
(sistem alami unsur kimia)

Hukum periodik unsur kimia(formulasi modern): sifat-sifat unsur kimia, serta sederhana dan zat kompleks, yang dibentuk oleh mereka, berada dalam ketergantungan periodik pada nilai muatan dari inti atom.

Sistem periodik- ekspresi grafis dari hukum periodik.

Rentang alami elemen kimia- sejumlah unsur kimia, diatur menurut peningkatan jumlah proton dalam inti atomnya, atau, yang sama, menurut peningkatan muatan inti atom-atom ini. Nomor seri suatu elemen dalam seri ini sama dengan jumlah proton dalam inti atom apa pun dari elemen ini.

Tabel unsur kimia dibuat dengan "memotong" rangkaian alami unsur kimia menjadi periode(baris horizontal tabel) dan pengelompokan (kolom vertikal tabel) elemen dengan struktur elektron atom yang serupa.

Bergantung pada bagaimana elemen digabungkan ke dalam grup, sebuah tabel dapat menjadi periode panjang(elemen dengan jumlah dan jenis elektron valensi yang sama dikumpulkan dalam kelompok) dan jangka pendek(elemen dengan jumlah elektron valensi yang sama dikumpulkan dalam kelompok).

Kelompok tabel periode pendek dibagi menjadi subkelompok ( utama dan efek samping), bertepatan dengan kelompok tabel periode panjang.

Semua atom unsur berperiode sama nomor yang sama lapisan elektronik, sama dengan jumlah periode.

Jumlah unsur pada periode: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Sebagian besar unsur periode kedelapan diperoleh secara artifisial, unsur terakhir periode ini belum disintesis. Semua periode, kecuali yang pertama, dimulai dengan unsur yang membentuk logam alkali(Li, Na, K, dll) dan diakhiri dengan unsur gas mulia (He, Ne, Ar, Kr, dll).

Dalam tabel periode pendek - delapan kelompok, yang masing-masing dibagi menjadi dua subkelompok (utama dan sekunder), dalam tabel periode panjang - enam belas kelompok, yang diberi nomor romawi dengan huruf A atau B, misalnya: IA, IIIB, VIA, VIIB. Grup IA dari tabel periode panjang sesuai dengan subgrup utama dari grup pertama tabel periode pendek; grup VIIB - subgrup sekunder dari grup ketujuh: sisanya - sama.

Sifat-sifat unsur kimia secara alami berubah dalam golongan dan periode.

Dalam periode (dengan meningkatnya nomor seri)

• muatan inti bertambah
• jumlah elektron terluar bertambah,
• jari-jari atom mengecil,
• kekuatan ikatan elektron dengan inti meningkat (energi ionisasi),
• elektronegativitas meningkat.
• mengintensifkan sifat pengoksidasi zat sederhana ("non-metalik"),
• sifat pereduksi zat sederhana ("metalik") melemah,
• melemahkan sifat dasar hidroksida dan oksida yang sesuai,
• karakter asam hidroksida dan oksida yang sesuai meningkat.

Dalam kelompok (dengan meningkatnya nomor seri)

• muatan inti bertambah
• jari-jari atom meningkat (hanya dalam kelompok-A),
• kekuatan ikatan antara elektron dan inti berkurang (energi ionisasi; hanya pada gugus A),
• keelektronegatifan berkurang (hanya pada gugus A),
• melemahkan sifat pengoksidasi zat sederhana ("non-metalik"; hanya dalam kelompok-A),
• sifat pereduksi zat sederhana ditingkatkan ("metalik"; hanya dalam kelompok-A),
• karakter dasar hidroksida dan oksida yang sesuai meningkat (hanya dalam kelompok A),
• sifat asam hidroksida dan oksida yang sesuai melemah (hanya dalam kelompok A),
• stabilitas menurun senyawa hidrogen(aktivitas pengurangannya meningkat; hanya dalam kelompok-A).

Tugas dan tes pada topik "Topik 9. "Struktur atom. Hukum periodik dan sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev (PSCE)"."

• Hukum periodik - Hukum periodik dan struktur atom Grade 8–9
  Anda harus tahu: hukum pengisian orbital dengan elektron (prinsip energi terkecil, prinsip Pauli, aturan Hund), struktur sistem periodik unsur.

  Anda harus dapat: menentukan komposisi atom berdasarkan posisi unsur dalam sistem periodik, dan, sebaliknya, menemukan unsur dalam sistem periodik, mengetahui komposisinya; menggambarkan diagram struktur, konfigurasi elektron suatu atom, ion, dan sebaliknya menentukan posisi suatu unsur kimia dalam PSCE dari diagram dan konfigurasi elektronik; mengkarakterisasi unsur dan zat yang terbentuk menurut posisinya dalam PSCE; menentukan perubahan jari-jari atom, sifat-sifat unsur kimia dan zat yang terbentuk dalam satu periode dan satu subkelompok utama sistem periodik.

  Contoh 1 Tentukan jumlah orbital pada tingkat elektronik ketiga. Apa orbital ini?
  Untuk menentukan jumlah orbital, kita menggunakan rumus N orbital = n 2 , dimana n- nomor tingkat. N orbital = 3 2 = 9. Satu 3 s-, tiga 3 p- dan lima 3 d-orbital.

  Contoh 2 Tentukan atom unsur yang memiliki rumus elektron 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .
  Untuk menentukan elemen mana, Anda perlu mengetahui nomor serinya, yang sama dengan jumlah total elektron dalam atom. Dalam hal ini: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Ini adalah aluminium.

  Setelah memastikan bahwa semua yang Anda butuhkan telah dipelajari, lanjutkan ke tugas. Kami berharap Anda sukses.

  
  Literatur yang direkomendasikan:
  • O. S. Gabrielyan dan lainnya Kimia, kelas 11. M., Bustard, 2002;
  • G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. Kimia 11 sel. M., Pendidikan, 2001.

Sejak pada reaksi kimia inti atom yang bereaksi tetap tidak berubah (dengan pengecualian transformasi radioaktif), maka Sifat kimia atom bergantung pada struktur kulit elektronnya. Teori struktur elektron atom berdasarkan peralatan mekanika kuantum. Dengan demikian, struktur tingkat energi atom dapat diperoleh berdasarkan perhitungan mekanika kuantum dari probabilitas menemukan elektron dalam ruang di sekitar inti atom ( Nasi. 4,5).

Beras. 4,5. Skema pembagian tingkat energi menjadi sublevel

Dasar-dasar teori struktur elektronik atom direduksi menjadi ketentuan berikut: keadaan setiap elektron dalam atom dicirikan oleh empat bilangan kuantum: bilangan kuantum utama n = 1, 2, 3,; orbit (azimut) l=0,1,2, n-1; magnetis m aku = –l, –1,0,1,  aku; putaran m s = -1/2, 1/2 .

Berdasarkan prinsip pauli, dalam atom yang sama tidak mungkin ada dua elektron yang memiliki himpunan empat bilangan kuantum yang sama n,l,m aku , m s; set elektron dengan bilangan kuantum utama yang sama n membentuk lapisan elektron, atau tingkat energi atom, diberi nomor dari nukleus dan dilambangkan sebagai K, L, M, N, O, P, Q, apalagi, di lapisan energi dengan nilai yang diberikan n bisa tidak lebih dari 2n 2 elektron. Himpunan elektron dengan bilangan kuantum yang sama n dan aku, membentuk sublevel, dilambangkan saat mereka menjauh dari inti sebagai s, p, d, f.

Penemuan probabilistik posisi elektron dalam ruang di sekitar inti atom sesuai dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg. Menurut konsep mekanika kuantum, elektron dalam atom tidak memiliki lintasan gerak tertentu dan dapat ditempatkan di bagian mana pun di sekitar nukleus, dan berbagai posisinya dianggap sebagai awan elektron dengan kerapatan muatan negatif tertentu. Ruang di sekitar nukleus, di mana elektron paling mungkin ditemukan, disebut orbit. Ini berisi sekitar 90% dari awan elektron. Setiap sublevel 1s, 2s, 2p dll. sesuai dengan sejumlah orbital dengan bentuk tertentu. Sebagai contoh, 1 detik- dan 2s- Orbital berbentuk bola dan 2p-orbital ( 2p x , 2p kamu , 2p z-orbital) berorientasi pada arah yang saling tegak lurus dan berbentuk halter ( Nasi. 4.6).

Beras. 4.6. Bentuk dan orientasi orbital elektron.

Selama reaksi kimia, inti atom tidak mengalami perubahan, hanya kulit elektron atom, struktur yang menjelaskan banyak sifat unsur kimia. Atas dasar teori struktur elektronik atom, makna fisika yang mendalam dari hukum periodik unsur kimia Mendeleev ditetapkan dan teori ikatan kimia diciptakan.

Pembuktian teoretis dari sistem periodik unsur kimia mencakup data tentang struktur atom, yang mengkonfirmasi adanya hubungan antara periodisitas perubahan sifat-sifat unsur kimia dan pengulangan periodik dari jenis konfigurasi elektronik atom yang serupa.

Mengingat doktrin struktur atom, pembagian Mendeleev dari semua elemen menjadi tujuh periode menjadi dibenarkan: jumlah periode sesuai dengan jumlah tingkat energi atom yang diisi dengan elektron. Dalam waktu singkat, dengan peningkatan muatan positif inti atom, jumlah elektron per tingkat eksternal(dari 1 hingga 2 pada periode pertama, dan dari 1 hingga 8 pada periode kedua dan ketiga), yang menjelaskan perubahan sifat-sifat unsur: pada awal periode (kecuali yang pertama) ada alkali logam, kemudian sifat logam melemah secara bertahap dan peningkatan sifat non-logam diamati. Keteraturan ini dapat dilacak untuk unsur-unsur periode kedua dalam tabel 4.2.

Tabel 4.2.

Dalam periode besar, dengan peningkatan muatan inti, pengisian level dengan elektron lebih sulit, yang menjelaskan perubahan sifat unsur yang lebih kompleks dibandingkan dengan unsur periode kecil.

Sifat yang sama dari sifat-sifat unsur kimia dalam subkelompok dijelaskan oleh struktur tingkat energi eksternal yang serupa, seperti yang ditunjukkan pada tab. 4.3 menggambarkan urutan pengisian elektron tingkat energi untuk subkelompok logam alkali.

Tabel 4.3.

Nomor golongan, sebagai suatu peraturan, menunjukkan jumlah elektron dalam atom yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia. Ini adalah arti fisik dari nomor grup. Di empat tempat dalam tabel periodik, unsur-unsur tidak dalam urutan massa atom: Ar dan K,bersama dan Ni,Te dan Saya,Th dan Pa. Penyimpangan ini dianggap sebagai kekurangan dari tabel periodik unsur kimia. Doktrin struktur atom menjelaskan penyimpangan ini. Penentuan eksperimental muatan nuklir menunjukkan bahwa susunan unsur-unsur ini sesuai dengan peningkatan muatan inti mereka. Selain itu, penentuan eksperimental muatan inti atom memungkinkan untuk menentukan jumlah unsur antara hidrogen dan uranium, serta jumlah lantanida. Sekarang semua tempat dalam sistem periodik diisi dalam interval dari Z = 1 sebelum Z = 114, tetapi sistem periodik tidak selesai, penemuan elemen transuranium baru dimungkinkan.

Konsep "atom" sudah tidak asing lagi bagi umat manusia sejak zaman Yunani kuno. Menurut pepatah para filosof kuno, atom adalah partikel terkecil yang merupakan bagian dari zat.

Struktur elektron atom

Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif yang mengandung proton dan neutron. Elektron bergerak dalam orbit di sekitar inti, yang masing-masing dapat dicirikan oleh empat bilangan kuantum: utama (n), orbital (l), magnetik (ml) dan spin (ms atau s).

Bilangan kuantum utama menentukan energi elektron dan ukuran awan elektron. Energi elektron terutama tergantung pada jarak elektron dari nukleus: semakin dekat elektron ke nukleus, semakin rendah energinya. Dengan kata lain, bilangan kuantum utama menentukan lokasi elektron pada tingkat energi tertentu (lapisan kuantum). Bilangan kuantum utama memiliki nilai serangkaian bilangan bulat dari 1 hingga tak terhingga.

Bilangan kuantum orbital mencirikan bentuk awan elektron. bentuk yang berbeda awan elektron menyebabkan perubahan energi elektron dalam satu tingkat energi, yaitu membaginya menjadi sublevel energi. Bilangan kuantum orbital dapat memiliki nilai dari nol hingga (n-1), dalam total nilai n. Sublevel energi dilambangkan dengan huruf:

Bilangan kuantum magnetik menunjukkan orientasi orbital dalam ruang. Ia menerima nilai integer dari (+l) ke (-l), termasuk nol. Nomor nilai yang mungkin bilangan kuantum magnetik sama dengan (2l+1).

Sebuah elektron, yang bergerak di bidang inti atom, selain momentum sudut orbital, juga memiliki momentum sudutnya sendiri, yang mencirikan rotasi berbentuk gelendong di sekitar sumbunya sendiri. Sifat elektron ini disebut spin. Nilai dan orientasi spin dicirikan oleh bilangan kuantum spin, yang dapat mengambil nilai (+1/2) dan (-1/2). positif dan nilai negatif bagian belakang terkait dengan arahnya.

Sebelum semua hal di atas diketahui dan dikonfirmasi secara eksperimental, ada beberapa model struktur atom. Salah satu model pertama dari struktur atom diusulkan oleh E. Rutherford, yang, dalam percobaan hamburan partikel , menunjukkan bahwa hampir seluruh massa atom terkonsentrasi dalam volume yang sangat kecil - muatan positif. inti. Menurut modelnya, elektron bergerak di sekitar inti pada jarak yang cukup jauh, dan jumlahnya sedemikian rupa sehingga, secara keseluruhan, atom secara elektrik netral.

Model struktur atom Rutherford dikembangkan oleh N. Bohr, yang dalam penelitiannya juga menggabungkan ajaran Einstein tentang kuanta cahaya dan teori radiasi kuantum Planck. Selesaikan apa yang kita mulai dan persembahkan kepada dunia model modern struktur atom unsur kimia Louis de Broglie dan Schrödinger.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan	Tunjukkan jumlah proton dan neutron yang terkandung dalam inti nitrogen (nomor atom 14), silikon (nomor atom 28) dan barium (nomor atom 137).
Larutan	Jumlah proton dalam inti atom suatu unsur kimia ditentukan oleh nomor serinya dalam Tabel Periodik, dan jumlah neutron adalah selisih antara nomor massa (M) dan muatan inti (Z). Nitrogen: n(N)=M-Z=14-7=7. silikon: n(Si) \u003d M -Z \u003d 28-14 \u003d 14. Barium: n (Ba) \u003d M -Z \u003d 137-56 \u003d 81.
Menjawab	Jumlah proton dalam inti nitrogen adalah 7, neutron - 7; dalam inti atom batu api ada 14 proton, 14 neutron; dalam inti atom barium terdapat 56 proton dan 81 neutron.

CONTOH 2

Latihan	Susunlah sublevel energi dalam urutan pengisian elektronnya: a) 3p, 3d, 4s, 4p; b) 4d , 5s, 5p, 6s; c) 4f , 5 detik , 6p; 4d , 6 detik; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f .
Larutan	Sublevel energi diisi dengan elektron sesuai dengan aturan Klechkovsky. Prasyarat adalah nilai minimum dari jumlah bilangan kuantum utama dan orbital. Sublevel s dicirikan oleh angka 0, p - 1, d - 2 dan f-3. Kondisi kedua - sublevel dengan nilai terkecil bilangan kuantum utama.
Menjawab	a) Orbital 3p, 3d, 4s, 4p sesuai dengan bilangan 4, 5, 4 dan 5. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dengan urutan sebagai berikut: 3p, 4s, 3d, 4p. b) Orbital 4d , 5s, 5p, 6s akan sesuai dengan angka 7, 5, 6 dan 6. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dalam urutan berikut: 5s, 5p, 6s, 4d. c) Orbital 4f , 5 detik , 6p; 4d , 6s akan sesuai dengan angka 7, 5, 76 dan 6. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dalam urutan berikut: 5s, 4d , 6s, 4f, 6p. d) Orbital 5d, 6s, 6p, 7s, 4f sesuai dengan bilangan 7, 6, 7, 7 dan 7. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dengan urutan sebagai berikut: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s.