Головна Енциклопедія Реакції Добавки Ще
Мова: uk ru
Chemiday Авторизація:

Атом




Атом - частинка речовини мікроскопічних розмірів і маси, найменша частка хімічного елемента, яка є носієм його властивостей.

Знадобилося трохи менше 100 років після прийняття атомістичної теорії будови речовини, щоб на кордоні наступних століть - XIX і XX - науковці спочатку припустили, а потім довели складну будову атома. Виявилося, що атоми складаються з більш дрібних частинок. Англійський фізик Дж. Томсон запропонував модель атома, що складається з заряджених частинок (1898). Він практично відкрив існування негативно зарядженої частинки, присутньої у всіх речовинах і названої потім електроном (від грец. electron - бурштин, як речовина, легко электризующееся при терті). В планетарної моделі атома англійського фізика Е. Резерфорда (1911) була вперше зафіксована ідея про існування компактного позитивно зарядженого ядра, тобто про концентрації маси і заряду в мізерно малій частині простору всередині атома. Було встановлено, що об'єм ядра приблизно в 100 000 разів менше обсягу всього атома.

У 1913 р. на підставі експериментальних результатів вивчення Довжин хвиль рентгенівського випромінювання різних металів англійський Учений Р. Мозлі висловив припущення про те, що основною характеристикою атома є заряд ядра, який збільшується на одиницю при переході від одного елемента Періодичної системи до наступного. До того часу елементи розташовувалися в Періодичній системі в порядку збільшення атомних мас (в старій термінології - атомних ваг), в деяких випадках елемента з меншою атомною масою передував елемент з великою атомною масою, у цих випадках порядок визначався подібністю хімічних властивостей. Р. Мозлі запропонував термін «атомний номер» (символ Z), який, як відомо, дорівнює числу протонів (від грец. proton - перший) у ядрі, підвівши, таким чином, теоретичну базу під систематизацію елементів у Періодичній системі.

Експериментально було встановлено, що заряд протона дорівнює заряду електрона за абсолютною величиною. Оскільки атоми електронейтральні, стало ясно, що число протонів в атомі дорівнює числу електронів. Маса електрона становить приблизно 1/1840 маси протона. Маса атома водню збігається з масою протона, проте маси багатьох легких атомів приблизно в 2 рази більше сумарної маси містяться в них протонів. У зв'язку з цим було зроблено припущення про існування електронейтральної частинки з масою, приблизно рівній масі протона. Вона була відкрита в 1932 р. англійським фізиком Д. Чедвиком і названа нейтроном (від грец. neut-гіт - ні те, ні інше). Параметри фундаментальних частинок представлені в табл. 1.

Таблиця 1. Абсолютні і відносні значення мас і зарядів частинок, з яких складається атом
Частка Маса, кг Масове число Заряд, Кл Відносний заряд
Протон 1,673·10-27 1 +1,6·10-19 +1
Нейтрон 1,675·10-27 1 0 0
Електрон 0,911·10-31 0 -1,6·10-19 -1

Частинки, з яких складається ядро - протони і нейтрони - називаються нуклонами (від лат. nucleus - ядро). Масу атомів складають в основному протони і нейтрони, тому сума числа протонів і нейтронів називається масовим числом.

Атоми, що мають однакові масові числа, але містять в ядрі різне число протонів (ізобари), є атомами різних елементів. Наприклад, атом з масовим числом 58, має в ядрі 27 протонів і 31 нейтрон, належить кобальту, а атом з тим же масовим числом 58, має в ядрі 28 протонів і 30 нейтронів, належить нікелю.


Стан електрона в атомі

Рішення хвильового рівняння Шредінгера призводить до визначення стану електрона з допомогою чотирьох квантових чисел, два з яких були запропоновані ще до уявлень про корпускулярно-хвильовому дуалізм електрона.

Перше (головне) квантове число (n) характеризує відстань електрона від ядра, тобто розмір орбіталі. Чим більше значення головного квантового числа, то електрон перебуває в середньому все далі від ядра і тим більшим запасом енергії він володіє. Різниця в енергії між орбіталей, що відрізняються значенням головного квантового числа, убуває в міру зростання n. Головне квантове число характеризує енергетичний рівень орбіталі, воно може приймати значення цілих позитивних чисел від 1 до +∞. При n → ∞ електрон повністю долає тяжіння з боку ядра і відривається від атома, який перетворюється в позитивно заряджений іон. Максимально можливе значення n для електронів незбудженого атома даного елемента відповідає номеру періода, в якому знаходиться цей елемент, наприклад для водню n = 1, для сірки n = 3, для свинцю n = 6.

Чим більше значення n, тим більше число електронів може знаходитися на даному енергетичному рівні. Ємність енергетичного рівня обчислюють за формулою 2n2. Таким чином, на першому енергетичному рівні можуть знаходитися максимально 2·12 = 2 електрони, на другому - 2·22 = 8 електронів, на третьому - 2·32 = 18 електронів, на четвертому - 2·42 = 32 електрона.

При значеннях n > 1 спостерігається розщеплення енергетичного рівня на підрівні. Це означає, що електрони, що знаходяться на одному енергетичному рівні, дещо відрізняються за запасом енергії і, як наслідок цього, розрізняються формами атомних орбіталей.

Друге (орбітальне, побічну) квантове число може приймати значення цілих чисел у діапазоні 0 < l < n - 1. Число орбіталей, що знаходяться на даному енергетичному підрівні, розраховують за формулою 2l + 1. Наприклад, при n = 2 можливі два значення l: 0 і 1. На енергетичному підрівні при l = 0 знаходиться тільки одна орбіталь: 2·0 + 1 = 1; на підрівні при l = 1 їх буде три: 2·1 + 1 = 3. Кількість підрівнів на даному енергетичному рівні дорівнює головному квантовому числу цього рівня.

Для другого квантового числа найбільш поширеними є не цифрові, а літерні позначення: l = 0 відповідає s-, l = 1 - p-,l = 2 - d-,l = 3 - f-подуровню. На d-підрівні знаходяться п'ять орбіталей, а на f-підрівні - сім. Електрони, що знаходяться на відповідних подуровнях, називають s-, p-, d-, f-електронами. Згідно квантово-механічних уявлень s-орбіталь має сферичну форму, p-орбіталь - гантелеобразную (об'ємної вісімки), d-орбіталь - четырехлопастную (конюшинового аркуша). Форми орбіталей представлені на рисунку нижче:
орбитали

Третє (магнітне) квантове число m характеризує взаємну просторову орієнтацію орбіталей в магнітному полі, що виникає внаслідок руху електронів по замкнутих орбиталям. Магнітне квантове число приймає значення цілих чисел, включаючи 0, в діапазоні -l < m < +l і показує максимально можливе число орбіталей на кожному енергетичному підрівні. При l = 0 магнітне квантове число може мати лише одне значення - m = 0, отже, існує тільки одна s-орбіталь. Сферична s-орбіталь симетрична відносно ядра і не має певного напряму у тривимірній системі координат. Для l = 1 існують три значення m (-1, 0, +1), тобто три p-орбіталі. Вони розрізняються тим, що одна з них в тривимірній системі координат орієнтована вздовж осі x, інша — вздовж осі y і третя — вздовж осі z. Їх часто називають відповідно px, py та pz-орбіталі.

Орбітальному квантовому числу l = 2 відповідають п'яти d-орбіталей. Маючи чотири лопаті, вони орієнтуються більш складним чином, розрізняють dxz, dyz, dxy, dx2-y2, dz2.

орбитали

Три квантових числа характеризують атомні орбіталі. четверте квантове число - тільки електрон.

Четверте (спін) квантове число s приймає два значення: s = +½ і s = -½ Слід зазначити, що спін квантове число ніяк не пов'язане з яким-небудь його переміщенням у просторі, в тому числі і з обертанням навколо власної осі» (швидкість такого обертання повинна перевищувати швидкість світла у вакуумі), хоча це і відображено в назві (від англ. spin - вовчок, веретено, обертання). Електрон має власне магнітне поле, яке може орієнтуватися паралельно або антипараллельно відносно магнітного поля, створюваного взаємодією електрона з ядром. Два значення спінового квантового числа відповідають двом можливим способам квантування власного магнітного моменту щодо прикладеного магнітного поля. Спін електрона не може бути змінений йди знищений. Електрони з протилежними значеннями квантових чисел відштовхуються один від одного, прагнучи зайняти іншу атомну орбіталь. Одна атомна орбіталь, таким чином, може бути зайнята максимально двома електронами, але за умови, що вони мають різні значення спінового числа. При зображенні електронних конфігурацій електрони, що мають протилежний спін, позначаються протилежно спрямованими стрілками: ↑↓.



Список використаної літератури
Попков Ст. А., Пузаков С. А. Загальна хімія: підручник. - М.: ГЕОТАР-Медіа, 2010. - 976 с.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [с. 15-16]


Інформація про статтю:

Оновлено:
Створено: 06.11.2014 17:21

Переглядів: 593
Оцінка інформації: 5.0 з 5
Кількість голосів - 1
ChemiDay не нав'язує вам свою думку. Все що ви робите - робите на свій страх і ризик.
Про сайт | Відгуки та пропозиції | Зворотній зв'язок | Сторінка у ВК
ChemiDay.com © 2017