Xoh atom. Dunyo ajoyib

Tahririyat javobi

1913 yilda Daniya fizik Nils Bor atom tuzilishi haqidagi nazariyasini taklif qildi. U fizik Ruterford tomonidan ishlab chiqilgan atomning sayyoraviy modelini asos qilib oldi. Unda atom makrokosmos ob'ektlari - sayyoralar tizimiga o'xshatilgan, bu erda sayyoralar katta yulduz atrofida orbita bo'ylab harakatlanadi. Xuddi shunday, atomning sayyoraviy modelida elektronlar markazda joylashgan og'ir yadro atrofida orbitalar bo'ylab harakatlanadi.

Bor atom nazariyasiga kvantlash g'oyasini kiritdi. Unga ko'ra, elektronlar faqat ma'lum energiya darajalariga mos keladigan sobit orbitalarda harakatlanishi mumkin. Aynan Bor modeli atomning zamonaviy kvant mexanik modelini yaratish uchun asos bo'ldi. Bu modelda musbat zaryadlangan proton va zaryadsiz neytronlardan tashkil topgan atom yadrosi ham manfiy zaryadlangan elektronlar bilan o'ralgan. Biroq, kvant mexanikasiga ko'ra, elektron uchun hech qanday aniq harakat traektoriyasini yoki orbitasini aniqlash mumkin emas - faqat bir xil energiya darajasiga ega bo'lgan elektronlar mavjud bo'lgan mintaqa mavjud.

Atomning ichida nima bor?

Atomlar elektronlar, protonlar va neytronlardan iborat. Neytronlar atomning sayyoraviy modeli fiziklar tomonidan ishlab chiqilganidan keyin kashf etilgan. Faqat 1932 yilda Jeyms Chadvik bir qator tajribalar o'tkazar ekan, zaryadsiz zarralarni topdi. Zaryadning yo'qligi bu zarralarning elektromagnit maydonga hech qanday reaksiyaga kirishmaganligi bilan tasdiqlandi.

Atom yadrosining o'zi og'ir zarralar - proton va neytronlardan hosil bo'ladi: bu zarralarning har biri elektrondan deyarli ikki ming marta og'irroqdir. Protonlar va neytronlar o'lchamlari bo'yicha ham o'xshashdir, lekin protonlar musbat zaryadga ega, neytronlar esa umuman zaryadga ega emas.

O'z navbatida, proton va neytronlar kvark deb ataladigan elementar zarralardan iborat. Zamonaviy fizikada kvarklar materiyaning eng kichik, asosiy zarrasi hisoblanadi.

Atomning o'zi yadro hajmidan ko'p marta katta. Agar atom futbol maydonining o'lchamiga qadar kattalashgan bo'lsa, u holda uning yadrosining o'lchamini bunday maydonning markazidagi tennis to'pi bilan taqqoslash mumkin.

Tabiatda hajmi, massasi va boshqa xususiyatlari bilan farq qiluvchi ko'plab atomlar mavjud. Bir xil turdagi atomlar guruhi kimyoviy element deb ataladi. Bugungi kunga kelib, yuzdan ortiq kimyoviy elementlar. Ularning atomlari hajmi, massasi va tuzilishi jihatidan farq qiladi.

Atom ichidagi elektronlar

Manfiy zaryadlangan elektronlar atom yadrosi atrofida harakatlanib, bir turdagi bulutni hosil qiladi. Massiv yadro elektronlarni o'ziga tortadi, ammo elektronlarning energiyasi ularning yadrodan uzoqroqqa "qochib ketishiga" imkon beradi. Shunday qilib, elektronning energiyasi qanchalik katta bo'lsa, u yadrodan shunchalik uzoqroq bo'ladi.

Elektron energiyasining qiymati o'zboshimchalik bilan bo'lishi mumkin emas, u atomdagi energiya darajalarining aniq belgilangan to'plamiga mos keladi. Ya'ni, elektronning energiyasi bir darajadan ikkinchi darajaga bosqichma-bosqich o'zgaradi. Shunga ko'ra, elektron faqat ma'lum bir energiya darajasiga mos keladigan cheklangan elektron qobiq ichida harakatlanishi mumkin - bu Bor postulatlarining ma'nosidir.

Ko'proq energiya olgandan so'ng, elektron yadrodan yuqoriroq qatlamga "sakrab o'tadi", energiyani yo'qotadi, aksincha, pastki qatlamga. Shunday qilib, yadro atrofidagi elektronlar buluti bir nechta "kesilgan" qatlamlar shaklida tartiblangan.

Atom haqidagi g'oyalar tarixi

"Atom" so'zining o'zi yunoncha "bo'linmas" so'zidan kelib chiqqan va g'oyalarga qaytadi qadimgi yunon faylasuflari materiyaning eng kichik bo'linmas qismi haqida. O'rta asrlarda kimyogarlar ba'zi moddalarni keyinchalik ularning tarkibiy elementlariga bo'linib bo'lmasligiga ishonch hosil qilishdi. Moddaning bu eng kichik zarralari atomlar deb ataladi. 1860 yilda Germaniyada bo'lib o'tgan kimyogarlarning xalqaro kongressida bu ta'rif jahon fanida rasman mustahkamlangan.

IN kech XIX 20-asrning boshlarida fiziklar subatomik zarralarni kashf etdilar va atom aslida boʻlinmas emasligi maʼlum boʻldi. Atomning ichki tuzilishi haqidagi nazariyalar darhol ilgari surildi, ularning birinchilaridan biri Tomson modeli yoki "mayiz pudingi" modeli edi. Ushbu modelga ko'ra, kichik elektronlar puding ichidagi mayiz kabi massiv musbat zaryadlangan tananing ichida edi. Biroq, kimyogar Rezerfordning amaliy tajribalari bu modelni rad etdi va uni atomning sayyoraviy modelini yaratishga olib keldi.

Bor tomonidan 1932 yilda neytronlarni kashf qilish bilan birga sayyoraviy modelni ishlab chiqish uchun asos bo'ldi. zamonaviy nazariya atomning tuzilishi haqida. Atom haqidagi bilimlarning rivojlanishining keyingi bosqichlari allaqachon elementar zarralar fizikasi bilan bog'liq: kvarklar, leptonlar, neytrinolar, fotonlar, bozonlar va boshqalar.

Har kuni biz ba'zi narsalarni ishlatamiz: biz ularni qo'llarimizga olamiz, ular ustida har qanday manipulyatsiyani bajaramiz - biz ularni aylantiramiz, tekshiramiz va nihoyat sindiramiz. Bu narsalar nimadan yasalgani haqida hech o'ylab ko'rganmisiz? "Nima haqida o'ylash kerak? Metall / yog'och / plastmassa / matodan!" - ko'pchiligimiz hayron bo'lib javob beramiz. Bu qisman to'g'ri javob. Va bu materiallar nimadan iborat - metall, yog'och, plastmassa, mato va boshqa ko'plab moddalar? Bugun biz bu masalani muhokama qilamiz.

Molekula va atom: ta'rifi

Bilimli odam uchun javob oddiy va oddiy: atomlar va molekulalardan. Ammo ba'zi odamlar hayron bo'lib, "Atom va molekula nima? Ular qanday ko'rinishga ega?" va boshqalar. Keling, bu savollarga tartibda javob beraylik. Xo'sh, birinchi navbatda, atom va molekula nima? Keling, bu ta'riflar bir xil narsa emasligini darhol aytaylik. Bundan tashqari, ular butunlay boshqacha atamalar. Demak, atom kimyoviy elementning eng kichik qismi bo'lib, uning xossalarini tashuvchisi, oz massa va o'lchamdagi materiya zarrasidir. Molekula - bu bir nechta bog'langan atomlardan hosil bo'lgan elektr neytral zarracha.

Atom nima: tuzilishi

Atom elektron qobiqdan iborat va (foto). O'z navbatida, yadro proton va neytronlardan, qobiq esa elektronlardan iborat. Atomda protonlar musbat zaryadlangan, elektronlar manfiy zaryadlangan, neytronlar esa umuman zaryadlanmagan. Agar protonlar soni mos keladigan bo'lsa, u holda atom elektr neytral hisoblanadi, ya'ni. agar shunday atomlarga ega bo'lgan molekulalardan hosil bo'lgan moddaga tegsak, biz zarracha elektr impulsini his qilmaymiz. Va hatto og'ir kompyuterlar ham ikkinchisining etishmasligi tufayli uni ushlay olmaydi. Ammo shunday bo'ladiki, protonlar elektronlardan ko'ra ko'proq va aksincha. Keyin bunday atomlarni ionlar deb atash to'g'riroq bo'ladi. Agar unda ko'proq proton bo'lsa, u elektr jihatdan ijobiy, lekin elektronlar ustun bo'lsa, u elektr manfiydir. Har bir o'ziga xos atomda qat'iy miqdordagi protonlar, neytronlar va elektronlar mavjud. Va buni hisoblash mumkin. Ushbu zarrachalar sonini topish masalalarini echish shablonlari quyidagicha ko'rinadi:

Kimyo. element - R (element nomini kiriting)
Protonlar (p) - ?
Elektronlar (e) - ?
Neytronlar (n) - ?
Yechim:
p = kimyoning seriya raqami. D.I nomidagi davriy tizimdagi R elementi. Mendeleev
e = p
n \u003d A r (R) - № R

Molekula nima: tuzilishi

Molekula - bu kimyoviy moddaning eng kichik zarrasi, ya'ni u allaqachon uning tarkibiga kiritilgan. Muayyan moddaning molekulasi bir nechta bir xil yoki turli atomlardan iborat. Molekulalarning strukturaviy xususiyatlari ular mavjud bo'lgan moddaning fizik xususiyatlariga bog'liq. Molekulalar elektronlar va atomlardan iborat. Ikkinchisining joylashuvi yordamida topish mumkin strukturaviy formula. kimyoviy reaksiyaning borishini aniqlash imkonini beradi. Ular odatda neytraldir elektr zaryadi), va ularning juftlanmagan elektronlari yo'q (barcha valentliklar to'yingan). Biroq, ular ham zaryadlanishi mumkin, keyin ular to'g'ri ism- ionlar. Molekulalarda juftlashtirilmagan elektronlar va to'yinmagan valentlik ham bo'lishi mumkin - bu holda ular radikallar deb ataladi.

Xulosa

Endi siz atom nima ekanligini bilasiz va barcha moddalar, istisnosiz, molekulalardan iborat, ikkinchisi esa, o'z navbatida, atomlardan iborat. Moddaning fizik xossalari undagi atom va molekulalarning joylashishi va bog‘lanishini belgilaydi.

ATOM [frantsuzcha atom, lotincha atomus, yunoncha?tmos (ous?a) — boʻlinmas (mohiyat)], moddaning zarrasi, kimyoviy elementning eng kichik qismi, uning xossalarini tashuvchisi. Har bir elementning atomlari tuzilishi va xossalari jihatidan individualdir va elementlarning kimyoviy belgilari bilan belgilanadi (masalan, vodorod atomi - H, temir - Fe, simob - Hg, uran - U va boshqalar). Atomlar erkin holatda ham, bogʻlangan holatda ham mavjud boʻlishi mumkin (qarang Kimyoviy bogʻ ). Barcha turdagi moddalar tufayli turli xil kombinatsiyalar atomlar bir-biriga. Gazsimon, suyuq va xossalari qattiq moddalar Ularni tashkil etuvchi atomlarning xossalariga bog'liq. Atomning barcha fizik va kimyoviy xossalari uning tuzilishi bilan belgilanadi va kvant qonunlariga bo'ysunadi. (Atom haqidagi ta'limotning rivojlanish tarixi haqida "Atom fizikasi" maqolasiga qarang.)

Atomlar tuzilishining umumiy tavsifi. Atom musbat elektr zaryadli og'ir yadrodan va uni manfiy elektr zaryadlari bilan o'rab turgan engil elektronlardan iborat bo'lib, atomning elektron qobiqlarini hosil qiladi. Atomning o'lchamlari uning tashqi elektron qobig'ining o'lchamlari bilan belgilanadi va atom yadrosining o'lchamlariga nisbatan katta. Diametrlarning, maydonlarning xarakterli tartiblari ko'ndalang kesim va atom va yadroning hajmlari:

Atom 10 -8 sm 10 -16 sm 2 10 -24 sm 3

Yadro 10 -12 sm 10 -24 sm 2 10 -36 sm 3

Atomning elektron qobiqlari qat'iy belgilangan chegaralarga ega emas va atom o'lchamlarining qiymatlari ko'p yoki kamroq darajada ularni aniqlash usullariga bog'liq.

Yadro zaryadi atomning asosiy xarakteristikasi bo'lib, uning ma'lum bir elementga tegishli ekanligini belgilaydi. Yadro zaryadi har doim musbat elementar elektr zaryadining butun soni bo'lib, mutlaq qiymati bo'yicha elektronning zaryadiga -e teng. Yadro zaryadi +Ze, bu erda Z seriya raqami (atom raqami). Z \u003d 1, 2, 3, ... kimyoviy elementlarning davriy tizimidagi ketma-ket elementlarning atomlari uchun, ya'ni H, He, Li, ... atomlari uchun. Neytral atomda, zaryadli yadro. +Z Z elektronlarni umumiy zaryadga ega - Ze tutadi. Atom elektronlarni yo'qotishi yoki olishi va ijobiy yoki manfiy ionga aylanishi mumkin (k = 1, 2, 3, ... - uning ionlanishining ko'pligi). Muayyan elementning atomi ko'pincha uning ionlari deb ataladi. Yozishda ionlar neytral atomdan k + va k - indekslari bilan farqlanadi; masalan, O neytral kislorod atomi, O +, O 2+, O 3+, ..., O 8+, O -, O 2- - uning musbat va manfiy ionlari. Neytral atom va boshqa elementlar ionlarining bir xil miqdordagi elektronga ega bo'lgan birikmasi izoelektron qatorni hosil qiladi, masalan, H, He +, Li 2+, Be 3+, ... vodorodga o'xshash atomlar qatori.

Atom yadrosi zaryadining elementar zaryad e ga koʻpligi yadro tuzilishi haqidagi gʻoyalar asosida tushuntirildi: Z yadrodagi protonlar soniga teng, proton zaryadi + e. Atomning massasi Z ortishi bilan ortadi. Atom yadrosining massasi taxminan A massa soniga - yadrodagi proton va neytronlarning umumiy soniga proportsionaldir. Elektronning massasi (0,91 10 -27 g) proton yoki neytronning massasidan (1,67 × 10 -24 g) ancha kichik (taxminan 1840 marta), shuning uchun atomning massasi asosan atomning massasi bilan aniqlanadi. uning yadrosi.

Berilgan elementning atomlari yadro massasida farq qilishi mumkin (protonlar soni Z doimiy, neytronlar soni A-Z o'zgarishi mumkin); bir xil element atomlarining bunday navlari izotoplar deyiladi. Yadro massasidagi farq Z ga bog'liq bo'lgan berilgan atomning elektron qobiqlarining tuzilishiga va atomning xususiyatlariga deyarli ta'sir qilmaydi. Xususiyatlardagi eng katta farqlar (izotop effektlari) vodorod izotoplari (Z = 1) tufayli olinadi. katta farq oddiy engil vodorod atomi (A = 1), deyteriy (A = 2) va tritiy (A = 3) massalarida.

Atomning massasi 1,67 × 10 -24 g (asosiy izotop vodorod atomi uchun Z = 1, A = 1) dan taxminan 4 × 10 -22 g gacha (transuran elementlari atomlari uchun) o'zgaradi. Ko'pchilik aniq qiymatlar atomlarning massalarini mass-spektroskopiya usullari bilan aniqlash mumkin. Atomning massasi yadro massasi va elektronlar massasining yig'indisiga to'liq teng emas, lekin bir oz kamroq - massa nuqsoni DM = W / c 2, bu erda W - atomning hosil bo'lish energiyasi yadro va elektronlar (bog'lanish energiyasi), c - yorug'lik tezligi. Bu tuzatish og'ir atomlar uchun elektron massasi m e tartibida, engil atomlar uchun esa ahamiyatsiz (10 -4 m e tartibida).

Atom energiyasi va uning kvantlanishi. O'zining kichik o'lchamlari va katta massasi tufayli atom yadrosini taxminan atomning massa markazida joylashgan nuqta deb hisoblash mumkin (yadro va elektronlarning umumiy massa markazi yadro yaqinida joylashgan va tezligi atomning massa markaziga nisbatan yadro elektronlar tezligiga nisbatan kichik). Shunga ko'ra, atomni N zaryadli elektronlar - e harakatsiz tortishish markazi atrofida harakatlanadigan tizim sifatida ko'rib chiqish mumkin. Atomdagi elektronlar harakati cheklangan hajmda sodir bo'ladi, ya'ni u bog'langan. E atomining umumiy ichki energiyasi barcha elektronlarning kinetik energiyalari T va potentsial energiya U - ularning yadrosi tomonidan tortishish va bir-biridan itarilish energiyasi yig'indisiga teng.

1913 yilda Nils Bor tomonidan taklif qilingan atom nazariyasiga ko'ra, vodorod atomida -e zaryadli bitta elektron +e zaryadli qo'zg'almas markaz atrofida harakat qiladi. Klassik mexanikaga muvofiq, bunday elektronning kinetik energiyasi tengdir

Bu erda v - tezlik, p = m e v - elektronning impulsi (momentum). Potensial energiya (elektronning yadro tomonidan Kulon tortishish energiyasiga kamaytirilgan) ga teng.

va faqat elektronning yadrodan r masofasiga bog'liq. Grafik jihatdan U(r) funksiya r kamayishi, ya’ni elektronning yadroga yaqinlashishi bilan cheksiz ravishda kamayib boruvchi egri chiziq bilan ifodalanadi. r→∞ da U(r) qiymati nol sifatida qabul qilinadi. Da salbiy qiymatlar umumiy energiya 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 elektronning harakati erkin - u ionlangan vodorod atomiga H + mos keladigan E = T = (1/2)m e v 2 energiya bilan cheksizlikka borishi mumkin. Shunday qilib, neytral vodorod atomi elektrostatik bog'langan yadrolar tizimi va energiya E bo'lgan elektrondir.< 0.

Bajarildi ichki energiya atom E - kvant tizimi sifatida uning asosiy xarakteristikasi (qarang Kvant mexanikasi). Atom faqat ma'lum energiyaga ega bo'lgan - statsionar (vaqt bo'yicha o'zgarmas) holatlardagina uzoq vaqt turishi mumkin. Bog'langan mikrozarrachalardan (shu jumladan atomdan) tashkil topgan kvant tizimining ichki energiyasi diskret (uzluksiz) qator qiymatlardan birini qabul qilishi mumkin.

Ushbu "ruxsat etilgan" energiya qiymatlarining har biri bir yoki bir nechta statsionar kvant holatiga mos keladi. Tizim energiyaning oraliq qiymatlariga ega bo'lishi mumkin emas (masalan, E 1 va E 2, E 2 va E 3 va boshqalar o'rtasida joylashgan), bunday tizim kvantlangan deb ataladi. E ning har qanday o'zgarishi tizimning bir statsionar kvant holatidan ikkinchisiga kvant (sakrashga o'xshash) o'tishi bilan bog'liq (pastga qarang).

Atom energiyasining mumkin bo'lgan diskret qiymatlari (3) har xil balandliklarga (turli darajalarga) ko'tarilgan tananing potentsial energiyasiga o'xshashlik yo'li bilan, har bir energiya energiya darajalarining diagrammasi shaklida grafik tarzda tasvirlanishi mumkin. qiymat E i , i= 1 , 2, 3, ... balandlikda chizilgan toʻgʻri chiziqqa mos keladi (1-rasm). Atomning mumkin bo'lgan eng past energiyasiga to'g'ri keladigan eng past daraja E 1 er sathi deb ataladi va qolganlari (E i > E 1), i = 2, 3, 4, ...) hayajonlangan deb ataladi, chunki ularga borish uchun (yerdan mos keladigan statsionar qo'zg'aluvchan holatlarga o'tish) tizimni qo'zg'atish - uni energiyadan E i -E 1 dan xabardor qilish kerak.

Atom energiyasini kvantlash elektronlarning to'lqin xususiyatlarining natijasidir. Korpuskulyar-to'lqinli dualizm printsipiga ko'ra, massasi m bo'lgan mikrozarrachaning v tezlik bilan harakati to'lqin uzunligi l = h/mv ga to'g'ri keladi, bu erda h Plank doimiysi. Atomdagi elektron uchun l 10 -8 sm, ya'ni atomning chiziqli o'lchamlari tartibida bo'lib, atomdagi elektronning to'lqin xususiyatlarini hisobga olish kerak. Tegishli harakat atomdagi elektron doimiy to'lqinga o'xshaydi va uni harakat deb hisoblamaslik kerak moddiy nuqta traektoriya bo'ylab, lekin qanchalik murakkab to'lqin jarayoni. Cheklangan hajmdagi doimiy to'lqin uchun faqat l to'lqin uzunligining ma'lum qiymatlari (va shuning uchun tebranish chastotasi v) mumkin. Kvant mexanikasiga ko'ra, E atomining energiyasi v ga E = hn munosabati bilan bog'liq va shuning uchun faqat ma'lum qiymatlarni qabul qilishi mumkin. Mikrozarrachaning fazoda cheklanmagan erkin translatsion harakati, masalan, atomdan ajralgan elektronning harakati (energiyasi E>0) harakatlanuvchi toʻlqinning cheksiz hajmda tarqalishiga oʻxshaydi, buning uchun har qanday l (va v) qiymatlari mumkin. Bunday erkin mikrozarrachaning energiyasi har qanday qiymatlarni qabul qilishi mumkin (u kvantlanmaydi, doimiy energiya spektriga ega). Bunday uzluksiz ketma-ketlik ionlangan atomga mos keladi. E ∞ = 0 qiymati ionlanish chegarasiga mos keladi; E ∞ -E 1 \u003d E ionining farqi ionlanish energiyasi deb ataladi (Ionizatsiya potentsiali maqolasiga qarang); vodorod atomi uchun u 13,6 eV ga teng.

Elektron zichligi taqsimoti. Elektronning atomdagi aniq joylashuvi bu daqiqa nisbatning noaniqliklari tufayli vaqtni belgilash mumkin emas. Atomdagi elektronning holati uning koordinatalariga ma'lum darajada bog'liq bo'lgan to'lqin funktsiyasi bilan belgilanadi; to'lqin funksiyasi modulining kvadrati fazoda berilgan nuqtada elektronni topish ehtimoli zichligini tavsiflaydi. To'lqin funksiyasi aniq Shredinger tenglamasining yechimidir.

Shunday qilib, atomdagi elektronning holatini uning elektr zaryadining ma'lum bir zichlikdagi fazoda taqsimlanishi - elektron zichligi taqsimlanishi bilan tavsiflash mumkin. Elektronlar, go'yo, kosmosda "qoralangan" va "elektron bulutini" hosil qiladi. Bunday model qat'iy belgilangan orbitalar bo'ylab harakatlanadigan nuqta elektronining modeliga qaraganda atomdagi elektronlarni to'g'riroq tavsiflaydi (atomning Bor nazariyasida). Shu bilan birga, har bir bunday Bor orbitasi ma'lum bir elektron zichligi taqsimoti bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Erning energiya darajasi E 1 uchun elektron zichligi yadro yaqinida to'plangan; hayajonlangan energiya darajalari uchun E 2, E 3, E 4 ... u yadrodan tobora katta o'rtacha masofalarda taqsimlanadi. Ko'p elektronli atomda elektronlar yadroni turli masofalarda o'rab turgan qobiqlarga guruhlangan va ma'lum elektron zichlik taqsimoti bilan tavsiflanadi. Elektronlarning tashqi qobiqlardagi yadro bilan bog'lanish kuchi ichki qobiqlarga qaraganda kamroq va elektronlar eng katta o'lchamlarga ega bo'lgan eng tashqi qobiqda eng zaif bog'langan.

Elektron spini va yadro spinini hisobga olish. Atom nazariyasida elektronning o'z o'qi atrofida aylanishiga mos keladigan vizual nuqtai nazardan elektronning spinini - impuls momentining o'ziga xos (spin) momentini hisobga olish juda muhimdir (agar elektron kichik zarracha sifatida qabul qilinadi). Yuz o'z (spin) magnit momenti elektronning spini bilan bog'liq. Shuning uchun atomda elektrostatik o'zaro ta'sirlar bilan bir qatorda spin magnit momenti va elektronning yadro atrofidagi harakati bilan bog'liq bo'lgan orbital magnit moment bilan aniqlangan magnit o'zaro ta'sirlarni hisobga olish kerak; magnit shovqinlar elektrostatiklarga nisbatan kichikdir. Ko'p elektronli atomlarda spinning ta'siri eng muhim: atomning elektron qobiqlarini ma'lum miqdordagi elektronlar bilan to'ldirish elektronlarning spiniga bog'liq.

Atomdagi yadro ham o'ziga xos mexanik momentga ega bo'lishi mumkin - yadro spini, elektrondan yuzlab va minglab marta kichik yadro magnit momenti bilan bog'liq. Spinlarning mavjudligi yadro va elektronlar o'rtasida qo'shimcha, juda kichik o'zaro ta'sirlarga olib keladi (pastga qarang).

Vodorod atomining kvant holatlari. Atomning kvant nazariyasida eng muhim rolni zaryad +Ze bo'lgan yadro va -e zaryadli elektrondan tashkil topgan eng oddiy bir elektronli atom nazariyasi, ya'ni vodorod nazariyasi egallaydi. atom H va vodorodga o'xshash ionlar He +, Li 2+, Be 3+, ..., odatda vodorod atomi nazariyasi deb ataladi. Usullari kvant mexanikasi aniq va olishingiz mumkin to'liq tavsif bir elektronli atomdagi elektronning holatlari. Ko'p elektronli atom masalasi faqat taxminan hal qilinadi; bunda ular bir elektronli atom masalasini yechish natijalaridan kelib chiqadi.

Relyativistik bo'lmagan yaqinlikdagi bir elektronli atomning energiyasi (elektron spinini hisobga olmagan holda) ga teng.

butun son n = 1, 2, 3, ... mumkin bo'lgan diskret energiya qiymatlarini - energiya darajalarini aniqlaydi va asosiy kvant soni deb ataladi, R - Ridberg doimiysi, 13,6 eV ga teng. Atomning energiya darajalari n =∞ ga mos keladigan E ∞ = 0 ionlanish chegarasiga yaqinlashadi (kondensatsiyalanadi). Vodorodga o'xshash ionlar uchun faqat energiya qiymatlari shkalasi o'zgaradi (Z2 faktoriga). Vodorodga o'xshash atomning ionlanish energiyasi (elektron bog'lanish energiyasi) (eV da)

Bu H, He +, Li 2+, ... uchun 13,6 eV, 54,4 eV, 122,4 eV, ... qiymatlarini beradi.

Asosiy formula (4) elektronning potentsial energiyasi uchun U(r) = -Ze 2 /r ifodasiga mos keladi. elektr maydoni+Ze zaryadli yadrolar. Bu formula birinchi marta N. Bor tomonidan elektronning r radiusli dumaloq orbita boʻylab yadro atrofidagi harakatini hisobga olgan holda olingan boʻlib, bunday sistema uchun Shredinger tenglamasining aniq yechimi hisoblanadi. Energiya darajalari (4) radius orbitalariga mos keladi

Bu erda doimiy a 0 \u003d 0,529 10 -8 sm \u003d \u003d 0,529 A - bu vodorod atomining birinchi dumaloq orbitasining er osti darajasiga to'g'ri keladigan radiusi (bu Bor radiusi ko'pincha uzunliklarni o'lchash uchun qulay birlik sifatida ishlatiladi. atom fizikasi). Orbitalarning radiusi bosh kvant sonining kvadratiga proporsional n 2 va Z ga teskari proportsional; vodorodga o'xshash ionlar uchun chiziqli o'lchamlar shkalasi vodorod atomiga nisbatan Z marta kamayadi. Elektronning spinini hisobga olgan holda vodorod atomining relativistik tavsifi Dirak tenglamasi bilan berilgan.

Kvant mexanikasiga ko'ra, vodorod atomining holati to'liq to'rtta jismoniy miqdorning diskret qiymatlari bilan aniqlanadi: energiya E; orbital moment M l (elektronning yadroga nisbatan impuls momenti); orbital impulsning M lz proyeksiyasi ixtiyoriy tanlangan z yo‘nalishiga; proyeksiyalari Spin momentining M sz (elektron impulsining ichki impulsi M s). Ushbu jismoniy miqdorlarning mumkin bo'lgan qiymatlari, o'z navbatida, n, l, m l, m s kvant raqamlari bilan aniqlanadi. Vodorod atomining energiyasi (4) formula bilan tavsiflanganda, u faqat 1, 2, 3, ... butun qiymatlarini oladigan asosiy kvant soni n bilan aniqlanadi. Berilgan n ga ega energiya darajasi orbital (azimutal) kvant sonining l = 0, 1, ..., n-1 qiymatlarida farq qiluvchi bir nechta holatlarga mos keladi. Berilgan n va l qiymatlari bo'lgan davlatlar odatda 1s, 2s, 2p, 3s, ... sifatida belgilanadi, bu erda raqamlar n qiymatini va s, p, d, f harflarini bildiradi (bundan buyon matnda lotin tilida). alifbo) - mos ravishda l \u003d 0, 1, 2, 3 qiymatlari. Berilgan n va l uchun turli holatlar soni 2 ga teng (2l + 1) - qiymatlar kombinatsiyasi soni magnit orbital kvant soni ml magnit spin soni ms (birinchi 2l + 1 qiymatlarni oladi, ikkinchisi - 2 qiymat). Berilgan n va l bilan har xil holatlarning umumiy soni 2n 2 ga teng. Shunday qilib, vodorod atomining har bir energiya darajasi 2,8, 18,…2n 2 (n= 1, 2, 3, ... da) turli statsionar kvant holatlariga mos keladi. Agar energiya darajasiga faqat bitta kvant holati to'g'ri kelsa, u degenerativ emas, ikkita yoki undan ko'p bo'lsa - degeneratsiya deb ataladi (kvant nazariyasidagi Degeneratsiyaga qarang) va bunday holatlarning soni g degeneratsiya darajasi yoki ko'pligi deb ataladi (uchun). degenerativ bo'lmagan energiya darajalari g = 1). Vodorod atomining energiya darajalari degenerativ bo'lib, ularning degeneratsiya darajasi g n = 2n 2 ga teng.

Vodorod atomining turli holatlari uchun elektron zichligining boshqa taqsimoti ham olinadi. Bu n, l kvant sonlariga bog'liq va Shu bilan birga, s-holatlar uchun elektron zichligi (l=0) markazda, ya'ni yadro joylashgan joyda noldan farq qiladi va . yo'nalishi (sferik simmetrik), qolgan holatlar uchun (l>0) markazda nolga teng va yo'nalishga bog'liq. Vodorod atomining n = 1, 2, 3 bo'lgan holatlari uchun elektron zichligi taqsimoti 2-rasmda ko'rsatilgan; "elektron buluti" ning o'lchamlari (6) formulaga muvofiq n2 ga mutanosib ravishda o'sadi (2-rasmdagi masshtab n = 1 dan n = 2 gacha va n = 2 dan n = 3 ga o'tganda kamayadi). Vodorodga o'xshash ionlardagi elektronning kvant holatlari vodorod atomidagi kabi to'rtta n, l, m l va m s kvant sonlari bilan tavsiflanadi. Elektron zichligi taqsimoti ham saqlanib qoladi, faqat u Z marta ortadi.

Tashqi maydonlar atomiga ta'sir qilish. atom kabi elektr tizimi tashqi elektr va magnit maydonlarda qo'shimcha energiya oladi. Elektr maydoni atomni qutblantiradi - u elektron bulutlarini yadroga nisbatan siljitadi (qarang: Atomlar, ionlar va molekulalarning qutblanishi) va magnit maydon ma'lum bir tarzda atomning atrofida elektron harakati bilan bog'liq bo'lgan magnit momentini yo'naltiradi. yadro (orbital momenti M l bilan) va uning spini. Tashqi maydonda bir xil energiya E n bo'lgan vodorod atomining turli holatlari mos keladi turli ma'nolar qo'shimcha energiya DE va ​​degenerativ energiya darajasi E n bir qancha kichik darajalarga bo'linadi. Elektr maydonidagi energiya sathlarining bo'linishi - Stark effekti va ularning magnit maydonda bo'linishi - Zeeman effekti - mos keladigan maydonlarning kuchlariga proportsionaldir.

Atom ichidagi kichik magnit o'zaro ta'sirlar ham energiya darajalarining bo'linishiga olib keladi. Vodorod atomi va vodorodga o'xshash ionlar uchun spin-orbitali o'zaro ta'sir mavjud - elektronning spin va orbital momentlarining o'zaro ta'siri; u energiya darajalarining nozik tuzilishi deb ataladigan - qo'zg'atilgan E n darajalarining (n>1 uchun) pastki darajalarga bo'linishiga olib keladi. Vodorod atomining barcha energiya darajalari uchun yadro spinining elektron momentlar bilan juda kichik magnit o'zaro ta'siri tufayli juda nozik struktura ham kuzatiladi.

Ko'p elektronli atomlarning elektron qobiqlari. 2 yoki undan ortiq elektronni o'z ichiga olgan atom nazariyasi vodorod atomi nazariyasidan tubdan farq qiladi, chunki bunday atomda bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiluvchi bir xil zarralar - elektronlar mavjud. Ko'p elektronli atomdagi elektronlarning o'zaro itarilishi ularning yadro bilan bog'lanish kuchini sezilarli darajada kamaytiradi. Masalan, geliy ionidagi (He+) bitta elektronning ajralish energiyasi 54,4 eV ni tashkil qilsa, neytral geliy atomida elektronlarning qaytarilishi natijasida ulardan birining ajralish energiyasi 24,6 eV ga kamayadi. Og'irroq atomlarning tashqi elektronlari uchun ichki elektronlar tomonidan itarilish tufayli ularning bog'lanish kuchining pasayishi yanada muhimroqdir. Ko'p elektronli atomlarda muhim rol o'ynaydigan elektronlarning spini s = 1/2 bo'lgan bir xil mikrozarralar sifatidagi xossalari (Shaxsiy printsipga qarang), Pauli printsipi amal qiladi. Ushbu printsipga ko'ra, elektronlar tizimida har bir kvant holatida bittadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas, bu esa atomning elektron qatlamlarini shakllantirishga olib keladi. ma'lum raqamlar elektronlar.

O'zaro ta'sir qiluvchi elektronlarning farqlanmasligini hisobga olgan holda, faqat butun atomning kvant holatlari haqida gapirish mantiqiy. Shu bilan birga, alohida elektronlarning kvant holatlarini taxminan ko'rib chiqish va ularning har birini vodorod atomidagi elektronga o'xshash n, l, m l va m s kvant sonlari to'plami bilan tavsiflash mumkin. Bunda elektron energiyasi nafaqat vodorod atomidagi kabi n ga, balki l ga ham bog'liq bo'lib chiqadi; u hali ham m l va m s ga bog'liq emas. Ko'p elektronli atomdagi n va l berilgan elektronlar bir xil energiyaga ega va ma'lum elektron qobiqni hosil qiladi. Bunday ekvivalent elektronlar va ular tomonidan hosil qilingan qobiqlar, shuningdek, n ​​va l berilgan kvant holatlari va energiya darajalari ns, np, nd, nf, ... belgilari bilan belgilanadi (1 = 0, 1, 2, 3, ...) va ular 2p elektronlar, 3s qobiqlar va boshqalar haqida gapirishadi.

Pauli printsipiga ko'ra, atomdagi har qanday 2 elektron turli kvant holatlarida bo'lishi kerak va shuning uchun to'rtta kvant sonidan kamida bittasida n, l, ml va ms va ekvivalent elektronlar uchun (n va l) farq qilishi kerak. bir xil) - ml va ms . Juftlar soni ml , ms , ya'ni berilgan n va l bo'lgan elektronning turli kvant holatlari soni, uning energiya darajasining degeneratsiya darajasi gl = 2 (2l+1) = 2, 6, 10, 14, ... . To'liq to'ldirilgan elektron qatlamlardagi elektronlar sonini aniqlaydi. Shunday qilib, s-, p-, d-, f-, ... qobiqlar n ning qiymatidan qat'i nazar, 2, 6, 10, 14, ... elektronlar bilan to'ldiriladi. Berilgan n bo'lgan elektronlar l = 0, 1, 2, ..., n - 1 bo'lgan va 2n 2 elektron bilan to'ldirilgan qobiqlardan tashkil topgan qatlamni K-, L-, M, N-qatlam deb ataladi. To'liq tugallangandan so'ng bizda:

Har bir qatlamda kichikroq l bo'lgan qobiqlar yuqori elektron zichligi bilan tavsiflanadi. Elektron va yadro orasidagi bog'lanish kuchi n ning ortishi bilan, ma'lum n uchun esa l ning ortishi bilan kamayadi. Tegishli qobiqdagi bog'langan elektron qanchalik zaif bo'lsa, uning energiya darajasi shunchalik yuqori bo'ladi. Berilgan Z bo'lgan yadro elektronlarni bog'lanish kuchini pasaytirish tartibida biriktiradi: avval ikkita elektron 1s, keyin ikkita elektron 2s, oltita elektron 2p va hokazo. Har bir kimyoviy element atomi elektronlarning qobiqlar bo'ylab ma'lum taqsimlanishiga ega - uning elektron konfiguratsiya, masalan:

(ma'lum bir qobiqdagi elektronlar soni yuqori o'ngdagi indeks bilan ko'rsatilgan). Elementlar xossalarining davriyligi atomning tashqi elektron qavatlarining o'xshashligi bilan belgilanadi. Masalan, neytral atomlar P, As, Sb, Bi (Z = 15, 33, 51, 83) tashqi elektron qavatida N atomi kabi uchta p-elektronga ega bo'lib, kimyoviy va ko'p fizik xususiyatlariga ko'ra unga o'xshashdir. .

Har bir atom oddiy elektron konfiguratsiya bilan tavsiflanadi, atomdagi barcha elektronlar eng kuchli bog'langanda olinadi va qo'zg'aluvchan elektron konfiguratsiyalar, bir yoki bir nechta elektron zaifroq bog'langan bo'lsa, yuqori energiya darajasida bo'ladi. Misol uchun, geliy atomi uchun oddiy 1s2 bilan bir qatorda, qo'zg'atilgan elektron konfiguratsiyalar mumkin: 1s2s, 1s2p, ... (bitta elektron qo'zg'atilgan), 2s 2, 2s2p, ... (har ikkala elektron ham qo'zg'atilgan). Ma'lum bir elektron konfiguratsiya atomning bir energiya darajasiga to'g'ri keladi, agar elektron qobiqlar to'liq to'ldirilgan bo'lsa (masalan, atomning normal konfiguratsiyasi Ne 1s 2 2s 2 2r 6) va bir qator energiya darajalari, qisman to'ldirilgan qobiqlar mavjud bo'lsa (masalan, azot atomining normal konfiguratsiyasi 1s 2 2s 2 2p 3 bo'lib, buning uchun qobiq 2p yarmi to'ldirilgan). Qisman to'ldirilgan d- va f-qobiqlar mavjud bo'lganda, har bir konfiguratsiyaga mos keladigan energiya darajalari soni ko'p yuzlab bo'lishi mumkin, shuning uchun qisman to'ldirilgan qobiqli atomning energiya darajalari sxemasi juda murakkab. Atomning asosiy energiya darajasi oddiy elektron konfiguratsiyaning eng past darajasidir.

Atomdagi kvant o'tishlari. Kvant o'tishlarida atom bir statsionar holatdan ikkinchisiga - bir energiya darajasidan ikkinchisiga o'tadi. Yuqori energiya darajasidan E i dan quyi E ga o'tishda atomga E i - E k energiya beradi, teskari o'tish paytida uni oladi. Har qanday kvant tizimiga kelsak, atom uchun kvant o'tishlari ikki xil bo'lishi mumkin: nurlanish bilan (optik o'tishlar) va nurlanishsiz (radiatsion yoki optik bo'lmagan o'tishlar). Kvant o'tishning eng muhim xususiyati uning ehtimoli bo'lib, bu o'tish qanchalik tez-tez sodir bo'lishini belgilaydi.

Nurlanish bilan kvant o'tishlari paytida atom elektromagnit nurlanishni yutadi (E → E ga o'tish) yoki chiqaradi (E i → E ga o'tish). Elektromagnit energiya atom tomonidan so'riladi va chiqariladigan yorug'lik kvanti shaklida - foton - ma'lum bir tebranish chastotasi v, munosabatga ko'ra:

bu erda hv - foton energiyasi. Munosabatlar (7) - nurlanish bilan bog'liq mikroskopik jarayonlar uchun energiyaning saqlanish qonuni.

Asosiy holatda bo'lgan atom faqat fotonlarni o'zlashtira oladi, hayajonlangan holatda esa ularni yutishi va chiqarishi mumkin. Asosiy holatda erkin atom cheksiz mavjud bo'lishi mumkin. Atomning qo'zg'aluvchan holatda turish muddati (bu holatning umri) cheklangan, atom o'z-o'zidan (o'z-o'zidan), qo'zg'alish energiyasini qisman yoki to'liq yo'qotib, foton chiqaradi va quyi energiya darajasiga o'tadi; Bunday o'z-o'zidan emissiya bilan bir qatorda, xuddi shu chastotali fotonlar ta'sirida yutish kabi sodir bo'ladigan stimulyatsiyalangan emissiya ham mumkin. Qo'zg'atilgan atomning ishlash muddati qanchalik qisqa bo'lsa, o'z-o'zidan o'tish ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi, vodorod atomi uchun u 10-8 s ni tashkil qiladi.

Radiatsiya bilan mumkin bo'lgan o'tishlarning v chastotalari to'plami mos keladigan atomning atom spektrini aniqlaydi: quyi darajadan yuqori darajaga o'tish chastotalari to'plami - uning yutilish spektri, yuqoridan pastki darajaga o'tish chastotalari to'plami - emissiya spektri. . Atom spektridagi har bir bunday o'tish v chastotasining ma'lum bir spektral chizig'iga to'g'ri keladi.

Radiativ bo'lmagan kvant o'tishlarida atom gazda to'qnashadigan yoki molekula, suyuqlik yoki uzoq muddatli bog'langan boshqa zarralar bilan o'zaro ta'sirlashganda energiya oladi yoki chiqaradi. qattiq tana. Gazda atomni to'qnashuvlar orasidagi vaqt oralig'ida erkin deb hisoblash mumkin; to'qnashuv (ta'sir) paytida atom pastki yoki yuqori daraja energiya. Bunday to'qnashuv elastik deb ataladi (elastik to'qnashuvdan farqli o'laroq, atomning translatsiya harakatining faqat kinetik energiyasi o'zgaradi, ichki energiyasi esa o'zgarmaydi). Muhim maxsus holat - erkin atomning elektron bilan to'qnashuvi; odatda elektron atomdan tezroq harakat qiladi, to'qnashuv vaqti juda qisqa va elektron ta'siri haqida gapirish mumkin. Atomning elektron ta'sirida qo'zg'alishi uning energiya darajasini aniqlash usullaridan biridir.

Kimyoviy va jismoniy xususiyatlar atom. Atomning aksariyat xossalari uning tashqi elektron qavatlarining tuzilishi va xarakteristikalari bilan belgilanadi, bunda elektronlar yadro bilan nisbatan zaif bog'lanadi (bir necha eV dan bir necha o'n eV gacha bo'lgan bog'lanish energiyasi). Tuzilishi ichki qobiqlar Elektronlari ancha kuchli bog'langan atom (bog'lanish energiyasi yuzlab, minglab va o'n minglab eV) faqat atomning tez zarrachalar va yuqori energiyali (yuzlab eV dan ortiq) fotonlari bilan o'zaro ta'sirida namoyon bo'ladi. . Bunday oʻzaro taʼsirlar atomning rentgen nurlari spektrlarini va tez zarrachalarning tarqalishini aniqlaydi (q. Zarrachalar difraksiyasi). Atomning massasi butun atom harakati paytida uning mexanik xususiyatlarini - harakat miqdorini, kinetik energiyasini belgilaydi. Atomning turli rezonans va boshqa fizik xossalari atomning mexanik va unga bogʻliq boʻlgan magnit va elektr momentlariga bogʻliq (qarang Elektron paramagnit rezonansi, Yadro magnit rezonansi, Yadro quadrupol rezonansi).

Atomning tashqi qobiqlarining elektronlari tashqi ta'sirlarga oson ta'sir qiladi. Atomlar bir-biriga yaqinlashganda kuchli elektrostatik o'zaro ta'sirlar paydo bo'ladi, bu esa kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishiga olib kelishi mumkin. Ikki atomning zaifroq elektrostatik o'zaro ta'siri ularning o'zaro qutblanishida namoyon bo'ladi - kuchsiz bog'langan tashqi elektronlar uchun eng kuchli bo'lgan elektronlarning yadrolarga nisbatan siljishi. Atomlar o'rtasida tortishishning qutblanish kuchlari paydo bo'ladi, ularni ular orasidagi katta masofalarda hisobga olish kerak. Atomning qutblanishi tashqi elektr maydonlarida ham sodir bo'ladi; natijada atomning energiya darajalari siljiydi va ayniqsa muhimi, degeneratsiyalangan energiya darajalari bo'linadi (Stark effekti). Atomning qutblanishi ta'sirida yuzaga kelishi mumkin elektr maydoni yorug'lik (elektromagnit) to'lqin; bu yorug'likning chastotasiga bog'liq bo'lib, unga bog'liqligini va atomning qutblanish qobiliyati bilan bog'liq bo'lgan sinishi indeksiga (q. Yorug'lik dispersiyasi) bog'liq. Ulanishni yoping optik xususiyatlar elektr xossalariga ega bo'lgan atom, ayniqsa, uning optik spektrlarida yaqqol namoyon bo'ladi.

Atomlarning magnit xossalari asosan ularning elektron qobiqlarining tuzilishi bilan belgilanadi. Atomning magnit momenti uning mexanik momentiga bog'liq (qarang Magneto-mexanik nisbat), elektron qobiqlari to'liq to'ldirilgan atomda u nol, shuningdek, mexanik moment. Qisman to'ldirilgan tashqi elektron qobiqli atomlar, qoida tariqasida, nolga teng bo'lmagan magnit momentlarga ega va paramagnitdir. Tashqi magnit maydonda magnit momenti nolga teng bo'lmagan atomlarning barcha darajalari bo'linadi - Zeeman effekti sodir bo'ladi. Barcha atomlar diamagnetizmga ega, bu tashqi ta'sir ostida ularda magnit momentning paydo bo'lishi bilan bog'liq. magnit maydon(atomning elektr dipol momentiga o'xshash induksiyalangan magnit moment deb ataladi).

Atomning ketma-ket ionlanishi bilan, ya'ni elektronlarning eng tashqi elektronlaridan boshlab, ularning bog'lanish kuchini oshirish tartibida ajralishi bilan atomning tashqi qobig'i bilan aniqlangan barcha xossalari shunga mos ravishda o'zgaradi. Borgan sari mustahkam bog'langan elektronlar tashqi bo'ladi; natijada atomning elektr maydonida qutblanish qobiliyati sezilarli darajada kamayadi, energiya darajalari orasidagi masofalar va bu darajalar orasidagi optik o'tish chastotalari ortadi (bu spektrlarning tobora qisqaroq to'lqin uzunliklari tomon siljishiga olib keladi). Bir qator xususiyatlar davriylikni namoyon qiladi: tashqi elektronlari o'xshash bo'lgan ionlarning xossalari o'xshash bo'lib chiqadi; masalan, N 3+ (ikki elektron 2s) N 5+ (ikki elektron 1s) bilan o'xshashlikni ko'rsatadi. Bu energiya sathlarining xarakteristikalari va nisbiy joylashuvi va optik spektrlarga, atomning magnit momentlariga va hokazolarga taalluqlidir. Xususiyatlarning eng keskin o'zgarishi oxirgi elektron chiqarilganda sodir bo'ladi tashqi qobiq, faqat to'liq to'ldirilgan qobiqlar qolganda, masalan, N 4+ dan N 5+ ga o'tishda (elektron konfiguratsiyalar 1s 2 2s va 1s 2). Bunday holda, ion eng barqaror va uning umumiy mexanik va umumiy magnit momentlari nolga teng.

Atomning xossalari bog'langan holat(masalan, molekula tarkibiga kiruvchi) erkin atom xossalaridan farq qiladi. Atomning xossalari ma'lum bir atomni boshqasiga qo'shishda ishtirok etadigan eng tashqi elektronlar tomonidan belgilanadigan eng katta o'zgarishlarga uchraydi. Shu bilan birga, ichki qobiqlarning elektronlari tomonidan aniqlangan xususiyatlar rentgen nurlari spektrlarida bo'lgani kabi deyarli o'zgarishsiz qolishi mumkin. Atomning ba'zi xossalari nisbatan kichik o'zgarishlarga duch kelishi mumkin, ulardan bog'langan atomlarning o'zaro ta'sirining tabiati haqida ma'lumot olish mumkin. Atrofdagi ionlar tomonidan yaratilgan elektr maydonlari ta'sirida sodir bo'ladigan kristallar va kompleks birikmalardagi atom energiyasi darajasining bo'linishi muhim misoldir.

Atomning tuzilishini, uning energiya darajalarini, boshqa atomlar, elementar zarralar, molekulalar, tashqi maydonlar va boshqalar bilan o'zaro ta'sirini o'rganishning eksperimental usullari xilma-xildir, lekin asosiy ma'lumotlar uning spektrlarida mavjud. Barcha to'lqin uzunliklari diapazonlarida atom spektroskopiyasi usullari, xususan, zamonaviy lazer spektroskopiyasi usullari atom bilan bog'liq bo'lgan tobora ko'proq nozik effektlarni o'rganish imkonini beradi. 19-asrning boshidan atomning mavjudligi olimlarga ayon boʻlgan boʻlsa-da, uning mavjudligi haqiqatini isbotlash uchun tajriba 20-asr boshlarida J. Perrin tomonidan oʻrnatildi. Mikroskopiyaning rivojlanishi bilan qattiq jismlar yuzasida atomlarning tasvirini olish mumkin bo'ldi. Atomni birinchi marta E. Myuller (AQSh, 1955) oʻzi ixtiro qilgan dala-ion mikroskopi yordamida koʻrgan. Zamonaviy atom kuchi va tunnel mikroskoplari qattiq jismlarning yuzalarini yaxshi aniqlikdagi tasvirlarni olish imkonini beradi. atom darajasi(3-rasmga qarang).

Guruch. 3. Oksford universiteti professori M. Kapstell tomonidan skanerlovchi tunnel mikroskop yordamida olingan kremniy sirtining atom tuzilishi tasviri.

Ekzotik atomlar deb ataladiganlar mavjud bo'lib, ular turli tadqiqotlarda keng qo'llaniladi, masalan, muonik atomlar, ya'ni elektronlarning hammasi yoki bir qismi manfiy muonlar bilan almashinadigan atomlar, muoniy, pozitroniy, shuningdek, zaryadlangan pionlardan tashkil topgan adronik atomlar. , kaonlar, protonlar, deytronlar va boshqalar. Antivodorod atomining birinchi kuzatishlari ham amalga oshirildi (2002) - pozitron va antiprotondan iborat atom.

Lit .: Tug'ilgan M. Atom fizikasi. 3-nashr. M., 1970; Fano U., Fano L. Atomlar va molekulalar fizikasi. M., 1980; Shpolskiy E.V. Atom fizikasi. 7-nashr. M., 1984. T. 1-2; Elyashevich MA Atom va molekulyar spektroskopiya. 2-nashr. M., 2000 yil.

Atomning tarkibi.

Atom quyidagilardan iborat atom yadrosi Va elektron qobiq.

Atom yadrosi protonlardan tashkil topgan ( p+) va neytronlar ( n 0). Vodorod atomlarining aksariyati bitta proton yadrosiga ega.

Protonlar soni N(p+) yadro zaryadiga teng ( Z) va elementlarning tabiiy qatoridagi (va elementlarning davriy tizimidagi) elementning tartib raqami.

N(p +) = Z

Neytronlar sonining yig'indisi N(n 0), oddiygina harf bilan belgilanadi N, va protonlar soni Z chaqirdi massa raqami va harf bilan belgilanadi LEKIN.

A = Z + N

Atomning elektron qobig'i yadro atrofida harakatlanadigan elektronlardan iborat ( e -).

Elektronlar soni N(e-) neytral atomning elektron qobig'idagi protonlar soniga teng Z uning asosida.

Protonning massasi taxminan neytronning massasiga va elektronning massasidan 1840 marta kattaroqdir, shuning uchun atomning massasi amalda yadro massasiga teng.

Atomning shakli sharsimondir. Yadro radiusi atom radiusidan taxminan 100 000 marta kichikdir.

Kimyoviy element- bir xil yadro zaryadiga ega (yadrodagi protonlar soni bir xil bo'lgan) atomlar turi (atomlar to'plami).

Izotop- yadrosida bir xil miqdordagi neytronlarga ega bo'lgan bir element atomlari to'plami (yoki yadroda bir xil miqdordagi proton va bir xil miqdordagi neytronlarga ega bo'lgan atomlar turi).

Turli izotoplar bir-biridan atom yadrolaridagi neytronlar soni bilan farqlanadi.

Yagona atom yoki izotopning belgilanishi: (E - element belgisi), masalan: .

Atomning elektron qobig'ining tuzilishi

atom orbitali atomdagi elektronning holatidir. Orbital belgisi -. Har bir orbital elektron bulutga mos keladi.

Haqiqiy atomlarning yerdagi (qo'zg'atmagan) orbitallari to'rt xil: s, p, d Va f.

elektron bulut- fazoning 90 (yoki undan ortiq) foiz ehtimollik bilan elektron topilishi mumkin bo'lgan qismi.

Eslatma: ba'zan "atom orbitali" va "elektron buluti" tushunchalari farqlanmaydi, ularning ikkalasini ham "atom orbitali" deb atashadi.

Atomning elektron qobig'i qatlamli. Elektron qatlam bir xil o'lchamdagi elektron bulutlardan hosil bo'lgan. Bir qavatli orbitallar hosil bo'ladi elektron ("energiya") darajasi, ularning energiyalari vodorod atomi uchun bir xil, ammo boshqa atomlar uchun farq qiladi.

Xuddi shu darajadagi orbitallar guruhlarga bo'linadi elektron (energiya) pastki darajalar:
s- pastki daraja (birdan iborat s-orbitallar), ramzi - .
p pastki daraja (uchtadan iborat p
d pastki daraja (beshdan iborat d-orbitallar), belgisi - .
f pastki daraja (ettidan iborat f-orbitallar), belgisi - .

Xuddi shu darajadagi orbitallarning energiyalari bir xil.

Pastki darajalarni belgilashda pastki daraja belgisiga qatlamning soni (elektron daraja) qo'shiladi, masalan: 2 s, 3p, 5d anglatadi s- ikkinchi darajaning pastki darajasi, p- uchinchi darajaning pastki darajasi; d- beshinchi darajaning pastki darajasi.

Bir darajadagi pastki darajalarning umumiy soni daraja soniga teng n. Bir darajadagi orbitallarning umumiy soni n 2. Shunga ko'ra, bitta qatlamdagi bulutlarning umumiy soni ham n 2 .

Belgilari: - erkin orbital (elektronsiz), - juftlanmagan elektronli orbital, - elektron juftli orbital (ikki elektronli).

Elektronlarning atom orbitallarini to'ldirish tartibi uchta tabiat qonuni bilan belgilanadi (formulalar soddalashtirilgan tarzda berilgan):

1. Eng kam energiya printsipi - elektronlar orbitallarning energiyasini oshirish tartibida orbitallarni to'ldiradi.

2. Pauli printsipi - bir orbitalda ikkitadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas.

3. Xund qoidasi - pastki sath doirasida elektronlar birinchi navbatda erkin orbitallarni (birma-bir) to'ldiradi va shundan keyingina ular elektron juftlarni hosil qiladi.

Elektron darajadagi (yoki elektron qatlamdagi) elektronlarning umumiy soni 2 ga teng n 2 .

Quyi darajalarni energiya bo'yicha taqsimlash quyidagi tarzda ifodalanadi (energetikani oshirish tartibida):

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

Vizual ravishda bu ketma-ketlik energiya diagrammasi bilan ifodalanadi:

Atom elektronlarining darajalar, pastki darajalar va orbitallar bo'yicha taqsimlanishi (atomning elektron konfiguratsiyasi) elektron formula, energiya diagrammasi yoki oddiyroq, elektron qatlam diagrammasi shaklida tasvirlanishi mumkin (" elektron diagramma").

Atomlarning elektron tuzilishiga misollar:

Valent elektronlar- kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishida ishtirok eta oladigan atom elektronlari. Har qanday atom uchun bu barcha tashqi elektronlar va energiya tashqi elektronlardan kattaroq bo'lgan oldingi tashqi elektronlardir. Masalan: Ca atomida 4 ta tashqi elektron mavjud s 2, ular ham valentlikdir; Fe atomi tashqi elektronlarga ega - 4 s 2 lekin uning 3 tasi bor d 6, demak, temir atomida 8 ta valentlik elektron mavjud. Valentlik elektron formula kaltsiy atomlari - 4 s 2 va temir atomlari - 4 s 2 3d 6 .

D. I. Mendeleyev kimyoviy elementlarning davriy tizimi
(kimyoviy elementlarning tabiiy tizimi)

Kimyoviy elementlarning davriy qonuni(zamonaviy formula): kimyoviy elementlarning xossalari, shuningdek ular tomonidan hosil qilingan oddiy va murakkab moddalar atom yadrolari zaryadining qiymatiga davriy bog'liqdir.

Davriy tizim- davriy qonunning grafik ifodasi.

Kimyoviy elementlarning tabiiy diapazoni- atomlari yadrolaridagi protonlar sonining ko'payishiga qarab qurilgan bir qator kimyoviy elementlar yoki xuddi shu atomlarning yadrolari zaryadlarining ortishiga qarab. Ushbu seriyadagi elementning seriya raqami ushbu elementning har qanday atomining yadrosidagi protonlar soniga teng.

Kimyoviy elementlar jadvali kimyoviy elementlarning tabiiy qatorini "kesish" orqali tuziladi davrlar(jadvalning gorizontal qatorlari) va atomlarning elektron tuzilishi o'xshash elementlarning guruhlari (jadvalning vertikal ustunlari).

Elementlarning guruhlarga birlashtirilganligiga qarab, jadval bo'lishi mumkin uzoq muddat(valentlik elektronlarining soni va turi bir xil bo'lgan elementlar guruhlarga yig'iladi) va qisqa muddatga(valentlik elektronlari bir xil bo'lgan elementlar guruhlarga yig'iladi).

Qisqa davr jadvalining guruhlari kichik guruhlarga bo'lingan ( asosiy Va yon effektlar), uzoq davr jadvalining guruhlari bilan mos keladi.

Xuddi shu davrdagi elementlarning barcha atomlari bir xil raqam elektron qatlamlar, davr soniga teng.

Davrlardagi elementlar soni: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Sakkizinchi davr elementlarining aksariyati sunʼiy yoʻl bilan olingan, bu davrning oxirgi elementlari hali sintez qilinmagan. Birinchi davrdan tashqari barcha davrlar ishqoriy metall hosil qiluvchi element (Li, Na, K va boshqalar) bilan boshlanadi va asil gaz hosil qiluvchi element (He, Ne, Ar, Kr va boshqalar) bilan tugaydi.

Qisqa davr jadvalida - har biri ikkita kichik guruhga (asosiy va ikkinchi darajali) bo'lingan sakkizta guruh, uzoq davr jadvalida - rim raqamlari bilan A yoki B harflari bilan raqamlangan o'n olti guruh, masalan: IA, IIIB, VIA, VIIB. Uzoq davr jadvalining IA guruhi qisqa davr jadvalining birinchi guruhining asosiy kichik guruhiga mos keladi; VIIB guruhi - ettinchi guruhning ikkilamchi kichik guruhi: qolganlari - xuddi shunday.

Kimyoviy elementlarning xarakteristikalari tabiiy ravishda guruhlar va davrlarda o'zgaradi.

Davrlarda (seriya raqami ortishi bilan)

• yadro zaryadi ortadi
• tashqi elektronlar soni ortadi;
• atomlarning radiusi kamayadi;
• elektronlarning yadro bilan bog'lanish kuchi ortadi (ionlanish energiyasi),
• elektromanfiylik kuchayadi.
• kuchaytirmoq oksidlovchi xossalari oddiy moddalar ("metall bo'lmagan"),
• oddiy moddalarning qaytaruvchi xususiyatlari ("metalllik") zaiflashadi,
• gidroksidlar va tegishli oksidlarning asosiy xususiyatini zaiflashtiradi;
• gidroksidlar va tegishli oksidlarning kislotalilik xususiyati ortadi.

Guruhlarda (seriya raqamini oshirish bilan)

• yadro zaryadi ortadi
• atomlarning radiusi ortadi (faqat A-guruhlarda),
• elektronlar va yadro o'rtasidagi bog'lanishning mustahkamligi pasayadi (ionlanish energiyasi; faqat A-guruhlarda),
• elektromanfiylik pasayadi (faqat A-guruhlarda),
• oddiy moddalarning oksidlovchi xususiyatlarini zaiflashtiradi ("metall bo'lmagan"; faqat A-guruhlarda),
• oddiy moddalarning qaytaruvchi xossalari kuchayadi ("metalllik"; faqat A-guruhlarda),
• gidroksidlarning asosiy xususiyati va tegishli oksidlar ortadi (faqat A-guruhlarda),
• gidroksidlarning kislotali tabiati va tegishli oksidlar zaiflashadi (faqat A-guruhlarda),
• barqarorlik pasayadi vodorod birikmalari(ularning kamaytiruvchi faolligi oshadi; faqat A-guruhlarda).

“9-mavzu.” Atomning tuzilishi” mavzusidagi topshiriq va testlar. D. I. Mendeleyev (PSCE) kimyoviy elementlarning davriy qonuni va davriy tizimi".

• Davriy qonun - Atomlarning davriy qonuni va tuzilishi 8–9-sinf
  Siz bilishingiz kerak: orbitallarni elektronlar bilan to'ldirish qonunlari (eng kam energiya printsipi, Pauli printsipi, Xund qoidasi), elementlarning davriy tizimining tuzilishi.

  Siz quyidagilarni bilishingiz kerak: elementning davriy sistemadagi o‘rni bo‘yicha atom tarkibini aniqlash va aksincha, uning tarkibini bilgan holda davriy sistemadagi elementni topish; struktura diagrammasini, atom, ionning elektron konfiguratsiyasini tasvirlash va aksincha, diagramma va elektron konfiguratsiyadan PSCEdagi kimyoviy elementning o'rnini aniqlash; elementni va u hosil qiladigan moddalarni PSCEdagi mavqeiga ko'ra tavsiflash; atomlar radiusi, kimyoviy elementlarning xossalari va ular hosil qiladigan moddalarning bir davr va davriy tizimning bir asosiy kichik guruhidagi o'zgarishlarini aniqlash.

  1-misol Uchinchi elektron darajadagi orbitallar sonini aniqlang. Bu orbitallar nima?
  Orbitallar sonini aniqlash uchun formuladan foydalanamiz N orbitallar = n 2, qayerda n- daraja raqami. N orbitallar = 3 2 = 9. Bitta 3 s-, uchta 3 p- va besh 3 d-orbitallar.

  2-misol Qaysi elementning atomida elektron formula 1 borligini aniqlang s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .
  Qaysi element ekanligini aniqlash uchun siz atomdagi elektronlarning umumiy soniga teng bo'lgan uning seriya raqamini topishingiz kerak. Bu holda: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Bu alyuminiy.

  Sizga kerak bo'lgan hamma narsani o'rganganingizga ishonch hosil qilganingizdan so'ng, vazifalarga o'ting. Sizga muvaffaqiyatlar tilaymiz.

  
  Tavsiya etilgan adabiyotlar:
  • O. S. Gabrielyan va boshqalar Kimyo, 11-sinf. M., Bustard, 2002;
  • G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Kimyo 11 hujayra. M., Ta'lim, 2001 yil.

Antik davrdan 18-asrning oʻrtalarigacha atom materiyaning boʻlinib boʻlmaydigan zarrasi degan gʻoya fanda hukmronlik qilgan. Ingliz olimi, shuningdek, tabiatshunos D. Dalton atomni kimyoviy elementning eng kichik tarkibiy qismi sifatida belgilagan. M. V. Lomonosov o'zining atom va molekulyar nazariyasida atom va molekulani aniqlay oldi. U “korpuskulalar” deb atagan molekulalar “elementlar” – atomlardan tashkil topgan va doimiy harakatda ekanligiga ishonch hosil qilgan.

D. I. Mendeleyev moddiy olamni tashkil etuvchi moddalarning bu bo‘linmasi ajralishga duchor bo‘lmasagina o‘zining barcha xossalarini saqlab qoladi, deb hisoblagan. Ushbu maqolada biz atomni mikrodunyoning ob'ekti sifatida belgilaymiz va uning xususiyatlarini o'rganamiz.

Atom tuzilishi nazariyasini yaratishning zaruriy shartlari

19-asrda atomning bo'linmasligi haqidagi bayonot umumiy qabul qilingan deb hisoblangan. Aksariyat olimlar bir kimyoviy elementning zarralari hech qanday sharoitda boshqa elementning atomiga aylana olmaydi, deb hisoblashgan. Bu g'oyalar 1932 yilgacha atom ta'rifiga asos bo'lib xizmat qildi. 19-asr oxirida fanda bu qarashni oʻzgartirgan fundamental kashfiyotlar amalga oshirildi. Avvalo, 1897 yilda ingliz fizigi J. J. Tomson elektronni kashf etdi. Bu fakt olimlarning kimyoviy elementning tarkibiy qismining bo'linmasligi haqidagi g'oyalarini tubdan o'zgartirdi.

Atomning murakkab ekanligini qanday isbotlash mumkin

Ilgari olimlar bir ovozdan atomlarda zaryad yo'qligiga rozi bo'lishdi. Keyin elektronlar har qanday kimyoviy elementdan osongina ajralib chiqishi aniqlandi. Ularni olovda topish mumkin, ular tashuvchilardir elektr toki, ular rentgen nurlanishi paytida moddalar tomonidan chiqariladi.

Ammo agar elektronlar istisnosiz barcha atomlarning bir qismi bo'lsa va manfiy zaryadlangan bo'lsa, unda atomda musbat zaryadga ega bo'lgan ba'zi zarralar mavjud, aks holda atomlar elektr neytral bo'lmaydi. Atomning tuzilishini ochishga yordam berish uchun radioaktivlik kabi jismoniy hodisa yordam berdi. U fizikada, keyin esa kimyoda atomning to'g'ri ta'rifini berdi.

Ko'rinmas nurlar

Fransuz fizigi A.Bekkerel birinchi bo'lib ma'lum kimyoviy elementlarning atomlari tomonidan ko'zga ko'rinmas nurlar chiqarish hodisasini tasvirlab berdi. Ular havoni ionlashtiradi, moddalardan o'tadi, fotografik plitalarning qorayishiga olib keladi. Keyinchalik Kyuri turmush o'rtoqlari radioaktiv moddalar boshqa kimyoviy elementlarning atomlariga (masalan, urandan neptunga) aylanishini aniqladilar.

Radioaktiv nurlanish tarkibida heterojen bo'ladi: alfa zarralari, beta zarralari, gamma nurlari. Shunday qilib, radioaktivlik hodisasi davriy jadval elementlarining zarralari borligini tasdiqladi. murakkab tuzilish. Bu fakt atom ta'rifiga kiritilgan o'zgarishlarga sabab bo'ldi. Rezerford tomonidan olingan yangi ilmiy faktlarni hisobga olgan holda atom qanday zarralardan iborat? Bu savolga javob olim tomonidan taklif qilingan atomning yadro modeli bo'ldi, unga ko'ra elektronlar musbat zaryadlangan yadro atrofida aylanadi.

Rezerford modelining ziddiyatlari

Olimning nazariyasi o'zining ajoyib xarakteriga qaramay, atomni ob'ektiv ravishda aniqlay olmadi. Uning xulosalari termodinamikaning asosiy qonunlariga zid edi, unga ko'ra yadro atrofida aylanadigan barcha elektronlar o'z energiyasini yo'qotadi va ertami-kechmi unga tushishi kerak. Bu holda atom yo'q qilinadi. Bu aslida sodir bo'lmaydi, chunki kimyoviy elementlar va ular tashkil topgan zarrachalar tabiatda juda uzoq vaqt mavjud. Rezerford nazariyasiga asoslangan atomning bunday ta'rifi, shuningdek, issiq oddiy moddalar difraksion panjara orqali o'tkazilganda sodir bo'ladigan hodisani tushuntirib bo'lmaydi. Axir, hosil bo'lgan atom spektrlari chiziqli shaklga ega. Bu Rezerfordning atom modeliga zid edi, unga ko'ra spektrlar uzluksiz bo'lishi kerak edi. Kvant mexanikasi kontseptsiyalariga ko'ra, yadrodagi elektronlar hozirgi vaqtda nuqta ob'ektlari sifatida emas, balki elektron bulut shakliga ega sifatida tavsiflanadi.

Uning eng katta zichligi yadro atrofidagi ma'lum bir fazoda joylashgan bo'lib, zarrachaning ma'lum bir vaqtning o'zida joylashgan joyi hisoblanadi. Atomdagi elektronlar qatlam bo'lib joylashishi ham aniqlandi. Qatlamlar sonini element D. I. Mendeleyev davriy sistemasida joylashgan davr sonini bilish orqali aniqlash mumkin. Masalan, fosfor atomi 15 ta elektronni o'z ichiga oladi va 3 ta energiya darajasiga ega. Energiya darajalari sonini aniqlaydigan ko'rsatkich asosiy kvant soni deb ataladi.

Yadroga eng yaqin energiya darajasidagi elektronlar eng kam energiyaga ega ekanligi eksperimental tarzda aniqlangan. Har bir energiya qobig'i pastki darajalarga bo'linadi va ular o'z navbatida orbitallarga bo'linadi. Turli orbitallarda joylashgan elektronlar teng bulut shakliga ega (s, p, d, f).

Yuqorida aytilganlarga asoslanib, elektron bulutning shakli o'zboshimchalik bilan bo'lishi mumkin emas. U orbitalga ko'ra qat'iy belgilangan.Shuningdek, makrozarrachadagi elektronning holati yana ikkita qiymat - magnit va spin kvant sonlari bilan aniqlanadi. Birinchisi Shredinger tenglamasiga asoslanadi va bizning dunyomizning uch o'lchovliligiga asoslangan elektron bulutining fazoviy yo'nalishini tavsiflaydi. Ikkinchi ko'rsatkich spin raqami bo'lib, u elektronning o'z o'qi atrofida soat yo'nalishi bo'yicha yoki teskari yo'nalishda aylanishini aniqlash uchun ishlatiladi.

Neytronning kashf etilishi

D.Chedvikning 1932 yilda amalga oshirgan ishlari tufayli kimyo va fizikada atomga yangi ta'rif berildi. Olim o‘z tajribalarida poloniyning bo‘linishi jarayonida zaryadga ega bo‘lmagan, massasi 1,008665 bo‘lgan zarralar ta’sirida nurlanish paydo bo‘lishini isbotladi. Yangi elementar zarracha neytron deb nomlandi. Uning ochilishi va xossalarini o‘rganish sovet olimlari V.Gapon va D.Ivanenkolarga proton va neytronlarni o‘z ichiga olgan atom yadrosi tuzilishining yangi nazariyasini yaratish imkonini berdi.

Yangi nazariyaga ko'ra, modda atomining ta'rifi quyidagicha edi: u kimyoviy elementning tarkibiy birligi bo'lib, u proton va neytronlarni o'z ichiga olgan yadro va uning atrofida harakatlanuvchi elektronlardan iborat. Yadrodagi musbat zarrachalar soni har doim kimyoviy elementning davriy sistemadagi tartib raqamiga teng.

Keyinchalik professor A.Jdanov o‘z tajribalarida qattiq kosmik nurlanish ta’sirida atom yadrolari proton va neytronlarga bo'linadi. Bundan tashqari, ularni ushlab turgan kuchlar ham isbotlangan elementar zarralar yadroda, juda energiya talab qiladi. Ular juda qisqa masofalarda (10-23 sm gacha) ishlaydi va yadro deb ataladi. Avval aytib o'tganimizdek, hatto M. V. Lomonosov ham o'ziga ma'lum bo'lgan ilmiy dalillarga asoslanib, atom va molekulani aniqlay olgan.

Hozirgi vaqtda quyidagi model umumiy qabul qilingan deb hisoblanadi: atom yadro va uning atrofida qat'iy belgilangan traektoriyalar - orbitallar bo'ylab harakatlanadigan elektronlardan iborat. Elektronlar bir vaqtning o'zida zarrachalar va to'lqinlarning xususiyatlarini namoyon qiladi, ya'ni ular ikki tomonlama xususiyatga ega. Uning deyarli barcha massasi atom yadrosida to'plangan. U yadroviy kuchlar bilan bog'langan proton va neytronlardan iborat.

Atomni tortish mumkinmi?

Ma'lum bo'lishicha, har bir atomning massasi bor. Masalan, vodorod uchun 1,67x10 -24 g.Bu qiymat qanchalik kichik ekanligini tasavvur qilish ham qiyin. Bunday ob'ektning og'irligini topish uchun ular tarozidan emas, balki uglerod nanonaychasi bo'lgan osilatordan foydalanadilar. Atom va molekulaning og'irligini hisoblash uchun qulayroq qiymat nisbiy massa hisoblanadi. Bu molekula yoki atomning og'irligi uglerod atomining 1/12 qismidan necha marta katta ekanligini ko'rsatadi, bu 1,66x10 -27 kg. Nisbiy atom massalari kimyoviy elementlarning davriy tizimida berilgan va ularning o'lchamlari yo'q.

Buni olimlar yaxshi bilishadi atom massasi kimyoviy element - o'rtacha qiymat massa raqamlari uning barcha izotoplari. Ma'lum bo'lishicha, tabiatda bitta kimyoviy elementning birliklari har xil massaga ega bo'lishi mumkin. Bunda bunday strukturaviy zarrachalar yadrolarining zaryadlari bir xil bo'ladi.

Olimlar izotoplar yadrodagi neytronlar soniga ko'ra farq qilishini va yadrolarining zaryadi bir xil ekanligini aniqladilar. Masalan, massasi 35 bo'lgan xlor atomida 18 ta neytron va 17 proton, massasi 37 - 20 neytron va 17 proton mavjud. Ko'pgina kimyoviy elementlar izotoplar aralashmasidir. Masalan, kaliy, argon, kislorod kabi oddiy moddalar tarkibida 3 xil izotopni ifodalovchi atomlar mavjud.

Atomlikning ta'rifi

U bir nechta talqinlarga ega. Kimyoda bu atama nimani anglatishini ko'rib chiqing. Agar biron-bir kimyoviy elementning atomlari murakkabroq zarracha - molekula hosil qilishga intilmasdan, hech bo'lmaganda qisqa vaqt davomida alohida-alohida mavjud bo'lishga qodir bo'lsa, ular bunday moddalarning atom tuzilishiga ega ekanligini aytishadi. Masalan, ko'p bosqichli metan xlorlash reaktsiyasi. U organik sintez kimyosida eng muhim galogen o'z ichiga olgan hosilalarni olish uchun keng qo'llaniladi: diklorometan, uglerod tetraklorid. U xlor molekulalarini yuqori reaktiv atomlarga ajratadi. Ular metan molekulasidagi sigma aloqalarini sindirib, ta'minlaydi zanjir reaktsiyasi almashtirish.

Kimyoviy jarayonning yana bir misoli katta ahamiyatga ega sanoatda vodorod periksni dezinfektsiyalovchi va oqartiruvchi vosita sifatida ishlatish. Vodorod peroksidning parchalanishi mahsuloti sifatida atom kislorodini aniqlash ham tirik hujayralarda (katalaza fermenti ta'sirida) ham, laboratoriya sharoitida ham sodir bo'ladi. yuqori antioksidant xususiyatlari, shuningdek patogen agentlarni: bakteriyalar, zamburug'lar va ularning sporalarini yo'q qilish qobiliyati bilan sifat jihatidan aniqlanadi.

Atom qobig'i qanday

Kimyoviy elementning strukturaviy birligi murakkab tuzilishga ega ekanligini biz allaqachon bilib oldik. Elektronlar musbat zaryadlangan yadro atrofida aylanadi. Nobel mukofoti sovrindori Nils Bor yorug'likning kvant nazariyasiga asoslanib, o'z ta'limotini yaratdi, unda atomning xarakteristikalari va ta'rifi quyidagicha: elektronlar yadro atrofida faqat ma'lum statsionar traektoriyalar bo'ylab harakatlanadi, lekin ular energiya chiqarmaydi. Bor ta'limoti atom va molekulalarni o'z ichiga olgan mikroolam zarralari katta jismlar - makrokosmos ob'ektlari uchun amal qiladigan qonunlarga bo'ysunmasligini isbotladi.

Makrozarrachalarning elektron qavatlarining tuzilishi Xund, Pauli, Klechkovskiy kabi olimlarning kvant fizikasiga oid ishlarida oʻrganilgan. Shunday qilib, elektronlar yadro atrofida tasodifiy emas, balki ma'lum statsionar traektoriyalar bo'ylab aylanish harakatlarini amalga oshirishi ma'lum bo'ldi. Pauli elektron hujayralardagi s, p, d, f orbitallarining har birida bitta energiya darajasida qarama-qarshi spinli + ½ va - ½ bo'lgan ikkitadan ortiq manfiy zaryadlangan zarrachalar bo'lishi mumkinligini aniqladi.

Xund qoidasi energiya darajasi bir xil bo'lgan orbitallarning elektronlar bilan qanday to'g'ri to'ldirilganligini tushuntirdi.

Klechkovskiy qoidasi, n + l qoidasi deb ham ataladi, ko'p elektronli atomlarning orbitallari (5, 6, 7 davr elementlari) qanday to'ldirilganligini tushuntirdi. Yuqoridagi barcha naqshlar Dmitriy Mendeleev tomonidan yaratilgan kimyoviy elementlar tizimini nazariy asoslash bo'lib xizmat qildi.

Oksidlanish holati

Bu kimyoda asosiy tushuncha bo'lib, molekuladagi atomning holatini tavsiflaydi. Atomlarning oksidlanish darajasining zamonaviy ta'rifi quyidagicha: bu molekuladagi atomning shartli zaryadidir, bu molekula faqat ionli tarkibga ega degan tushunchaga asoslanib hisoblanadi.

Oksidlanish darajasi musbat, manfiy yoki nol qiymatlari bilan butun yoki kasr son sifatida ifodalanishi mumkin. Ko'pincha kimyoviy elementlarning atomlari bir nechta oksidlanish darajasiga ega. Masalan, azotda -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5 bor. Ammo ftor kabi kimyoviy element barcha birikmalarida -1 ga teng bo'lgan faqat bitta oksidlanish darajasiga ega. Agar u taqdim etilgan bo'lsa oddiy modda, keyin uning oksidlanish darajasi nolga teng. Ushbu kimyoviy miqdor moddalarni tasniflash va ularning xususiyatlarini tavsiflash uchun foydalanish uchun qulaydir. Ko'pincha atomning oksidlanish darajasi kimyoda oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari uchun tenglamalarni tuzishda qo'llaniladi.

atomlarning xossalari

Kashfiyotlar tufayli kvant fizikasi, zamonaviy ta'rif atom, D. Ivanenko va E. Gapon nazariyasiga asoslanib, quyidagilar bilan to'ldiriladi ilmiy faktlar. Atom yadrosining tuzilishi davomida o'zgarmaydi kimyoviy reaksiyalar. Faqat statsionar elektron orbitallar o'zgarishi mumkin. Ularning tuzilishi moddalarning ko'pgina fizik va kimyoviy xususiyatlarini tushuntirishi mumkin. Agar elektron statsionar orbitadan chiqib, energiya indeksi yuqori bo'lgan orbitaga chiqsa, bunday atom qo'zg'aluvchan deyiladi.

Shuni ta'kidlash kerakki, elektronlar mumkin emas uzoq vaqt shunday noodatiy orbitallarda bo'lish. O'zining statsionar orbitasiga qaytib, elektron energiyaning kvantini chiqaradi. Kimyoviy elementlarning strukturaviy birliklarining elektronga yaqinlik, elektron manfiylik, ionlanish energiyasi kabi xususiyatlarini o'rganish olimlarga nafaqat atomni mikrokosmosning eng muhim zarrasi sifatida belgilashga, balki atomlarning hosil bo'lish qobiliyatini tushuntirishga ham imkon berdi. materiyaning barqaror va energiya jihatidan qulayroq molekulyar holati, yaratilish tufayli mumkin har xil turlari barqaror kimyoviy bog'lanish: ionli, kovalent-qutbli va qutbsiz, donor-akseptor (turli kabi) kovalent bog'lanish) va metall. Ikkinchisi barcha metallarning eng muhim fizik va kimyoviy xususiyatlarini aniqlaydi.

Atomning kattaligi o'zgarishi mumkinligi eksperimental ravishda aniqlangan. Hamma narsa u qaysi molekulaga kiritilganiga bog'liq bo'ladi. X-nurlarining diffraksion tahlili tufayli kimyoviy birikmadagi atomlar orasidagi masofani hisoblash, shuningdek, elementning strukturaviy birligining radiusini aniqlash mumkin. Kimyoviy elementlar davri yoki guruhiga kiruvchi atomlar radiuslarining o'zgarish qonuniyatlarini bilib, ularning fizik-kimyoviy xossalarini bashorat qilish mumkin. Masalan, atomlar yadrosi zaryadining ko'payishi bilan davrlarda ularning radiusi pasayadi ("atomning siqilishi"), shuning uchun birikmalarning metall xususiyatlari zaiflashadi va metall bo'lmaganlar ortadi.

Shunday qilib, haqidagi bilim sizga kiritilgan barcha elementlarning fizik va kimyoviy xususiyatlarini aniq aniqlash imkonini beradi davriy tizim Mendeleev.