الذرة. عدد الكمية

نستخدم بعض الأشياء كل يوم: نأخذها بأيدينا ، ونقوم بأي تلاعب بها - نقوم بقلبها ، ونفحصها ، ثم نكسرها في النهاية. هل تساءلت يومًا عن سبب صنع هذه الأشياء؟ "ما الذي يجب التفكير فيه؟ من المعدن / الخشب / البلاستيك / القماش!" - سيجيب الكثير منا في حيرة. هذا جزئيا هو الجواب الصحيح. وماذا تتكون هذه المواد - المعادن والخشب والبلاستيك والنسيج والعديد من المواد الأخرى؟ اليوم سنناقش هذه المسألة.

الجزيء والذرة: التعريف

بالنسبة لشخص مطلع ، فإن الإجابة عليه بسيطة ومبتذلة: من الذرات والجزيئات. لكن بعض الناس يصابون بالحيرة ويبدأون في طرح الأسئلة: "ما هي الذرة والجزيء؟ كيف يبدوان؟" إلخ. دعنا نجيب على هذه الأسئلة بالترتيب. حسنًا ، أولاً وقبل كل شيء ، ما هي الذرة والجزيء؟ دعنا نخبرك على الفور أن هذه التعريفات ليست هي نفسها. علاوة على ذلك ، فهي مصطلحات مختلفة تمامًا. إذن ، الذرة هي أصغر جزء من عنصر كيميائي ، وهي حامل لخصائصه ، وهي جسيم من مادة ذات كتلة وحجم ضئيلتين. الجزيء هو جسيم متعادل كهربائيًا يتكون من عدة ذرات متصلة.

ما هي الذرة: الهيكل

تتكون الذرة من غلاف إلكتروني و (صورة). تتكون النواة بدورها من البروتونات والنيوترونات وقشرة الإلكترونات. في الذرة ، البروتونات موجبة الشحنة ، والإلكترونات سالبة الشحنة ، والنيوترونات غير مشحونة على الإطلاق. إذا تطابق عدد البروتونات ، فإن الذرة تكون متعادلة كهربائيًا ، أي إذا لمسنا مادة مكونة من جزيئات بهذه الذرات ، فلن نشعر بأدنى دفعة كهربائية. وحتى أجهزة الكمبيوتر شديدة التحمل لن تلتقطها بسبب عدم وجود هذا الأخير. ولكن يحدث أن عدد البروتونات يفوق عدد الإلكترونات ، والعكس صحيح. ثم سيكون من الأصح استدعاء مثل هذه الذرات أيونات. إذا كان هناك المزيد من البروتونات فيه ، فهو موجب كهربائيًا ، ولكن إذا كانت الإلكترونات سائدة ، فهو سالب كهربائيًا. تحتوي كل ذرة على عدد محدد من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. ويمكن حسابها. يبدو نموذج حل مشكلات إيجاد عدد هذه الجسيمات كما يلي:

تشيم. عنصر - R (أدخل اسم العنصر)
البروتونات (ع) -؟
الإلكترونات (ه) -؟
نيوترونات (ن) -؟
المحلول:
ع = الرقم التسلسلي للكيمياء. العنصر R في النظام الدوري المسمى D.I. مندليف
ه = ص
n \ u003d A r (R) - رقم R.

ما هو الجزيء: الهيكل

الجزيء هو أصغر جسيم في مادة كيميائية ، أي أنه مدرج بالفعل مباشرة في تركيبته. يتكون جزيء مادة معينة من عدة ذرات متطابقة أو مختلفة. تعتمد السمات الهيكلية للجزيئات على الخصائص الفيزيائية للمادة التي توجد فيها. تتكون الجزيئات من إلكترونات وذرات. يمكن العثور على موقع الأخير باستخدام الصيغة الهيكلية. يسمح لك بتحديد مسار التفاعل الكيميائي. عادة ما تكون محايدة (ليس لها شحنة كهربائية) ولا تحتوي على إلكترونات غير زوجية (جميع التكافؤات مشبعة). ومع ذلك ، يمكن أيضًا محاسبتهم ، وفي هذه الحالة يكون اسمهم الصحيح هو الأيونات. يمكن أن تحتوي الجزيئات أيضًا على إلكترونات غير متزاوجة وتكافؤات غير مشبعة - في هذه الحالة تسمى الجذور.

استنتاج

الآن أنت تعرف ما هي الذرة وكل المواد ، بدون استثناء ، تتكون من جزيئات ، والأخيرة ، بدورها ، مبنية من ذرات. تحدد الخصائص الفيزيائية للمادة ترتيب وترابط الذرات والجزيئات فيها.

من فترة العصور القديمة حتى منتصف القرن الثامن عشر ، سيطر العلم على فكرة أن الذرة هي جزء من مادة لا يمكن تقسيمها. عرف العالم الإنجليزي ، وكذلك عالم الطبيعة د. دالتون ، الذرة على أنها أصغر مكون من عنصر كيميائي. تمكن M.V Lomonosov في نظريته الذرية والجزيئية من تحديد الذرة والجزيء. كان على يقين من أن الجزيئات ، التي أطلق عليها اسم "الجسيمات" ، تتكون من "عناصر" - ذرات - وهي في حالة حركة مستمرة.

يعتقد D.I Mendeleev أن هذه الوحدة الفرعية من المواد التي يتكون منها العالم المادي تحتفظ بجميع خصائصها فقط إذا لم تتعرض للفصل. في هذه المقالة ، سوف نحدد الذرة ككائن للعالم المجهري وندرس خصائصها.

المتطلبات الأساسية لإنشاء نظرية بنية الذرة

في القرن التاسع عشر ، اعتُبر البيان حول عدم قابلية الذرة للتجزئة مقبولًا بشكل عام. يعتقد معظم العلماء أن جسيمات عنصر كيميائي واحد لا يمكن تحت أي ظرف من الظروف أن تتحول إلى ذرات عنصر آخر. كانت هذه الأفكار بمثابة الأساس الذي استند إليه تعريف الذرة حتى عام 1932. في نهاية القرن التاسع عشر ، حدثت اكتشافات أساسية في العلم غيرت وجهة النظر هذه. بادئ ذي بدء ، في عام 1897 ، اكتشف الفيزيائي الإنجليزي جيه جيه طومسون الإلكترون. هذه الحقيقة غيرت بشكل جذري أفكار العلماء حول عدم قابلية الجزء المكون للعنصر الكيميائي للتجزئة.

كيف تثبت أن الذرة معقدة

حتى قبل ذلك ، اتفق العلماء بالإجماع على أن الذرات ليس لها شحنة. ثم وجد أن الإلكترونات تنطلق بسهولة من أي عنصر كيميائي. يمكن العثور عليها في اللهب ، فهي حاملة للتيار الكهربائي ، وتطلقها المواد أثناء الأشعة السينية.

ولكن إذا كانت الإلكترونات جزءًا من جميع الذرات بدون استثناء وكانت سالبة الشحنة ، فلا يزال هناك بعض الجسيمات في الذرة التي تحتوي بالضرورة على شحنة موجبة ، وإلا فإن الذرات لن تكون متعادلة كهربائيًا. للمساعدة في كشف بنية الذرة ، ساعدت ظاهرة فيزيائية مثل النشاط الإشعاعي. أعطت التعريف الصحيح للذرة في الفيزياء ، ثم في الكيمياء.

أشعة غير مرئية

كان الفيزيائي الفرنسي أ. بيكريل أول من وصف ظاهرة انبعاث ذرات لعناصر كيميائية معينة ، وهي الأشعة غير المرئية بصريًا. إنها تؤين الهواء ، وتمر عبر المواد ، وتتسبب في اسوداد لوحات التصوير. في وقت لاحق ، وجد الزوجان كوريان أن المواد المشعة تتحول إلى ذرات من عناصر كيميائية أخرى (على سبيل المثال ، اليورانيوم إلى نبتونيوم).

الإشعاع المشع غير متجانس في التركيب: جسيمات ألفا ، جسيمات بيتا ، أشعة جاما. وهكذا فإن ظاهرة النشاط الإشعاعي أكدت أن جسيمات عناصر الجدول الدوري لها بنية معقدة. كانت هذه الحقيقة هي سبب التغييرات التي أجريت على تعريف الذرة. ما هي الجسيمات التي تتكون منها الذرة ، في ضوء الحقائق العلمية الجديدة التي حصل عليها رذرفورد؟ كانت الإجابة على هذا السؤال هي النموذج النووي للذرة الذي اقترحه العالم ، والذي بموجبه تدور الإلكترونات حول نواة موجبة الشحنة.

تناقضات نموذج رذرفورد

لم تستطع نظرية العالم ، على الرغم من طابعها البارز ، تعريف الذرة بشكل موضوعي. تعارضت استنتاجاتها مع القوانين الأساسية للديناميكا الحرارية ، والتي بموجبها تفقد جميع الإلكترونات التي تدور حول النواة طاقتها ، وبغض النظر عن ذلك ، يجب أن تسقط فيها عاجلاً أم آجلاً. يتم تدمير الذرة في هذه الحالة. هذا لا يحدث في الواقع ، لأن العناصر الكيميائية والجسيمات التي تتكون منها موجودة في الطبيعة لفترة طويلة جدًا. مثل هذا التعريف للذرة ، بناءً على نظرية رذرفورد ، لا يمكن تفسيره ، كما هو الحال بالنسبة للظاهرة التي تحدث عندما يتم تمرير مواد بسيطة ساخنة عبر محزوز الحيود. بعد كل شيء ، فإن الأطياف الذرية الناتجة لها شكل خطي. كان هذا يتعارض مع نموذج رذرفورد للذرة ، والذي وفقًا له يجب أن يكون الأطياف مستمرة. وفقًا لمفاهيم ميكانيكا الكم ، لا يتم تصنيف الإلكترونات في النواة حاليًا على أنها كائنات نقطية ، ولكن على شكل سحابة إلكترونية.

تكون أكبر كثافة له في مكان معين من الفضاء حول النواة ويعتبر موقع الجسيم في لحظة معينة من الزمن. كما وجد أن الإلكترونات في الذرة مرتبة في طبقات. يمكن تحديد عدد الطبقات من خلال معرفة عدد الفترة التي يوجد فيها العنصر في النظام الدوري لـ D. I. Mendeleev. على سبيل المثال ، تحتوي ذرة الفوسفور على 15 إلكترونًا ولها 3 مستويات طاقة. يسمى المؤشر الذي يحدد عدد مستويات الطاقة بالرقم الكمي الرئيسي.

لقد ثبت تجريبياً أن إلكترونات مستوى الطاقة الأقرب للنواة لديها أقل طاقة. تنقسم كل قذيفة طاقة إلى مستويات فرعية ، وهي بدورها إلى مدارات. الإلكترونات الموجودة في مدارات مختلفة لها شكل سحابة متساوية (s ، p ، d ، f).

بناءً على ما سبق ، يترتب على ذلك أن شكل السحابة الإلكترونية لا يمكن أن يكون عشوائيًا. يتم تحديده بدقة وفقًا للمدار ، ونضيف أيضًا أن حالة الإلكترون في الجسيم الكبير يتم تحديدها بقيمتين أخريين - الأرقام الكمومية المغناطيسية والدورانية. الأول يعتمد على معادلة شرودنجر ويميز الاتجاه المكاني لسحابة الإلكترون على أساس الأبعاد الثلاثة لعالمنا. المؤشر الثاني هو رقم الدوران ، ويستخدم لتحديد دوران الإلكترون حول محوره في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

اكتشاف النيوترون

بفضل عمل د.تشادويك ، الذي قام به في عام 1932 ، تم تقديم تعريف جديد للذرة في الكيمياء والفيزياء. أثبت العالم في تجاربه أنه أثناء انقسام البولونيوم يحدث إشعاع ناتج عن جسيمات ليس لها شحنة كتلتها 1.008665. سمي الجسيم الأولي الجديد بالنيوترون. سمح اكتشافه ودراسته لخصائصه للعلماء السوفييت في.

وفقًا للنظرية الجديدة ، كان تعريف ذرة المادة على النحو التالي: إنها وحدة هيكلية لعنصر كيميائي ، تتكون من نواة تحتوي على بروتونات ونيوترونات وإلكترونات تتحرك حولها. عدد الجسيمات الموجبة في النواة يساوي دائمًا العدد الترتيبي للعنصر الكيميائي في النظام الدوري.

أكد البروفيسور أ. جدانوف لاحقًا في تجاربه أنه تحت تأثير الإشعاع الكوني الصلب ، تنقسم النوى الذرية إلى بروتونات ونيوترونات. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن القوى التي تحتفظ بهذه الجسيمات الأولية في النواة تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة. تعمل على مسافات قصيرة جدًا (في حدود 10-23 سم) وتسمى نووية. كما ذكرنا سابقًا ، حتى M. V. Lomonosov كان قادرًا على تحديد الذرة والجزيء بناءً على الحقائق العلمية المعروفة له.

في الوقت الحاضر ، يعتبر النموذج التالي مقبولًا بشكل عام: تتكون الذرة من نواة وإلكترونات تتحرك حولها على طول مسارات محددة بدقة - المدارات. تعرض الإلكترونات في نفس الوقت خصائص كل من الجسيمات والموجات ، أي أن لها طبيعة مزدوجة. تتركز كل كتلته تقريبًا في نواة الذرة. يتكون من البروتونات والنيوترونات المرتبطة بالقوى النووية.

هل من الممكن أن تزن ذرة

اتضح أن كل ذرة لها كتلة. على سبيل المثال ، بالنسبة للهيدروجين ، فهو 1.67 × 10 -24 جم ، ومن الصعب حتى تخيل مدى صغر هذه القيمة. للعثور على وزن مثل هذا الجسم ، لا يستخدمون المقاييس ، ولكن المذبذب ، وهو أنبوب نانوي كربوني. لحساب وزن ذرة وجزيء ، فإن القيمة الأكثر ملاءمة هي الكتلة النسبية. يوضح عدد المرات التي يكون فيها وزن الجزيء أو الذرة أكبر من 1/12 من ذرة الكربون ، وهو 1.66 × 10 -27 كجم. يتم إعطاء الكتل الذرية النسبية في النظام الدوري للعناصر الكيميائية ، وليس لها أبعاد.

يدرك العلماء جيدًا أن الكتلة الذرية لعنصر كيميائي هي متوسط ​​أعداد الكتلة لجميع نظائره. اتضح أنه في الطبيعة ، يمكن لوحدات عنصر كيميائي واحد أن يكون لها كتل مختلفة. في هذه الحالة ، فإن شحنات نوى هذه الجسيمات الهيكلية هي نفسها.

لقد وجد العلماء أن النظائر تختلف في عدد النيوترونات في النواة ، وأن شحنة نواتها هي نفسها. على سبيل المثال ، تحتوي ذرة الكلور بكتلة 35 على 18 نيوترونًا و 17 بروتونًا وكتلة 37-20 نيوترونًا و 17 بروتونًا. العديد من العناصر الكيميائية عبارة عن خليط من النظائر. على سبيل المثال ، تحتوي مواد بسيطة مثل البوتاسيوم والأرجون والأكسجين في تكوينها على ذرات تمثل 3 نظائر مختلفة.

تعريف الذرية

لها تفسيرات عديدة. تأمل ما هو المقصود بهذا المصطلح في الكيمياء. إذا كانت ذرات أي عنصر كيميائي قادرة على الوجود على الأقل لفترة قصيرة بشكل منفصل ، دون السعي لتكوين جسيم أكثر تعقيدًا - جزيء ، فإنهم يقولون إن هذه المواد لها بنية ذرية. على سبيل المثال ، تفاعل متعدد المراحل لكلور الميثان. يستخدم على نطاق واسع في كيمياء التخليق العضوي للحصول على أهم المشتقات المحتوية على الهالوجين: ثنائي كلورو ميثان ورابع كلوريد الكربون. يقسم جزيئات الكلور إلى ذرات شديدة التفاعل. يكسرون روابط سيجما في جزيء الميثان ، مما يوفر تفاعل تسلسلي بديل.

مثال آخر على عملية كيميائية ذات أهمية صناعية كبيرة هو استخدام بيروكسيد الهيدروجين كمطهر ومبيض. يحدث تحديد الأكسجين الذري ، كمنتج لانهيار بيروكسيد الهيدروجين ، في كل من الخلايا الحية (تحت تأثير إنزيم الكاتلاز) وفي ظروف المختبر. يتم تحديده نوعياً من خلال خصائصه العالية المضادة للأكسدة ، وكذلك من خلال القدرة على تدمير العوامل المسببة للأمراض: البكتيريا والفطريات وجراثيمها.

كيف هي القشرة الذرية

لقد اكتشفنا سابقًا أن الوحدة الهيكلية لعنصر كيميائي لها بنية معقدة. تدور الإلكترونات حول نواة موجبة الشحنة. قام نيلز بور الحائز على جائزة نوبل ، بناءً على نظرية الكم للضوء ، بإنشاء تعليمه ، حيث تكون خصائص الذرة وتعريفها كما يلي: تتحرك الإلكترونات حول النواة فقط على طول مسارات ثابتة معينة ، بينما لا تشع طاقة. أثبتت عقيدة بوهر أن جسيمات العالم المصغر ، والتي تشمل الذرات والجزيئات ، لا تخضع للقوانين الصالحة للأجسام الكبيرة - كائنات الكون الكبير.

تمت دراسة بنية غلاف الإلكترون للجسيمات الكبيرة في الأعمال المتعلقة بفيزياء الكم من قبل علماء مثل Hund و Pauli و Klechkovsky. لذلك أصبح معروفًا أن الإلكترونات تقوم بحركات دورانية حول النواة ليس بشكل عشوائي ، ولكن على طول مسارات ثابتة معينة. وجد باولي أنه ضمن مستوى طاقة واحد في كل من مداراته s ، p ، d ، f في الخلايا الإلكترونية لا يمكن أن يكون هناك أكثر من جسيمين سالبين الشحنة مع دوران معاكس + و -.

أوضحت قاعدة هوند كيف تمتلئ المدارات التي لها نفس مستوى الطاقة بالإلكترونات بشكل صحيح.

توضح قاعدة كليشكوفسكي ، التي تسمى أيضًا قاعدة n + l ، كيفية ملء مدارات ذرات الإلكترونات المتعددة (عناصر 5 ، 6 ، 7 فترات). كانت جميع الأنماط المذكورة أعلاه بمثابة تبرير نظري لنظام العناصر الكيميائية التي أنشأها ديمتري مندليف.

حالة الأكسدة

إنه مفهوم أساسي في الكيمياء ويميز حالة الذرة في الجزيء. التعريف الحديث لحالة أكسدة الذرات هو كما يلي: هذه هي الشحنة الشرطية للذرة في الجزيء ، والتي يتم حسابها بناءً على فكرة أن الجزيء له تركيبة أيونية فقط.

يمكن التعبير عن حالة الأكسدة في صورة عدد صحيح أو عدد كسري ، بقيم موجبة أو سالبة أو صفرية. في أغلب الأحيان ، تحتوي ذرات العناصر الكيميائية على العديد من حالات الأكسدة. على سبيل المثال ، يحتوي النيتروجين على -3 ، -2 ، 0 ، +1 ، +2 ، +3 ، +4 ، +5. لكن عنصرًا كيميائيًا مثل الفلور ، في جميع مركباته ، له حالة أكسدة واحدة فقط ، تساوي -1. إذا تم تمثيلها بواسطة مادة بسيطة ، فإن حالة الأكسدة الخاصة بها هي صفر. هذه الكمية الكيميائية ملائمة للاستخدام في تصنيف المواد ووصف خصائصها. في أغلب الأحيان ، تُستخدم حالة أكسدة الذرة في الكيمياء عند تجميع معادلات تفاعلات الأكسدة والاختزال.

خصائص الذرات

بفضل اكتشافات فيزياء الكم ، فإن التعريف الحديث للذرة ، القائم على نظرية D. Ivanenko و E. Gapon ، يكمله الحقائق العلمية التالية. لا تتغير بنية نواة الذرة أثناء التفاعلات الكيميائية. فقط مدارات الإلكترون الثابتة قابلة للتغيير. يمكن أن يفسر هيكلها الكثير من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد. إذا ترك الإلكترون مدارًا ثابتًا وذهب إلى مدار بمؤشر طاقة أعلى ، فإن هذه الذرة تسمى متحمس.

وتجدر الإشارة إلى أن الإلكترونات لا يمكنها البقاء في مثل هذه المدارات غير العادية لفترة طويلة. بالعودة إلى مداره الثابت ، يصدر الإلكترون كمية من الطاقة. سمحت دراسة خصائص الوحدات الهيكلية للعناصر الكيميائية مثل تقارب الإلكترون ، والسلبية الكهربية ، وطاقة التأين ، للعلماء ليس فقط بتعريف الذرة على أنها أهم جسيم في العالم الصغير ، بل سمحت لهم أيضًا بشرح قدرة الذرات على التكوين. حالة جزيئية مستقرة وأكثر ملاءمة من الناحية النشطة للمادة ، وهو أمر ممكن بسبب إنشاء أنواع مختلفة من الروابط الكيميائية المستقرة: الأيونية ، والتساهمية القطبية وغير القطبية ، ومتقبل المانح (كنوع من الرابطة التساهمية) والمعدنية. يحدد الأخير أهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية لجميع المعادن.

ثبت تجريبيا أن حجم الذرة يمكن أن يختلف. كل شيء سيعتمد على الجزيء الذي تم تضمينه فيه. بفضل تحليل حيود الأشعة السينية ، من الممكن حساب المسافة بين الذرات في مركب كيميائي ، وكذلك معرفة نصف قطر الوحدة الهيكلية للعنصر. من خلال معرفة أنماط التغيير في أنصاف أقطار الذرات المدرجة في فترة أو مجموعة من العناصر الكيميائية ، من الممكن التنبؤ بخصائصها الفيزيائية والكيميائية. على سبيل المثال ، في الفترات التي تزداد فيها شحنة نواة الذرات ، يتناقص أنصاف أقطارها ("ضغط الذرة") ، وبالتالي تضعف الخصائص المعدنية للمركبات ، وتزداد الصفات غير المعدنية.

وبالتالي ، فإن المعرفة حول تسمح لك بتحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية بدقة لجميع العناصر المدرجة في نظام مندليف الدوري.

الرد التحريري

في عام 1913 الدنماركي عالم الفيزياء نيلز بوراقترح نظريته عن بنية الذرة. اتخذ كأساس للنموذج الكوكبي للذرة ، الذي طوره الفيزيائي رذرفورد. في ذلك ، تم تشبيه الذرة بأشياء من الكون الكبير - نظام كوكبي ، حيث تتحرك الكواكب في مدارات حول نجم كبير. وبالمثل ، في النموذج الكوكبي للذرة ، تتحرك الإلكترونات في مدارات حول النواة الثقيلة الموجودة في المركز.

قدم بور فكرة التكميم في نظرية الذرة. وفقًا لذلك ، يمكن للإلكترونات أن تتحرك فقط في مدارات ثابتة تتوافق مع مستويات طاقة معينة. كان نموذج بوهر هو الأساس لإنشاء نموذج ميكانيكي الكم الحديث للذرة. في هذا النموذج ، تُحاط أيضًا نواة الذرة ، التي تتكون من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات غير مشحونة ، بإلكترونات سالبة الشحنة. ومع ذلك ، وفقًا لميكانيكا الكم ، بالنسبة للإلكترون ، من المستحيل تحديد أي مسار دقيق أو مدار للحركة - لا يوجد سوى منطقة توجد فيها إلكترونات ذات مستوى طاقة مماثل.

ما هو داخل الذرة؟

مصنوعة الذرات تتكون من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. تم اكتشاف النيوترونات بعد أن طور الفيزيائيون النموذج الكوكبي للذرة. فقط في عام 1932 ، أثناء إجراء سلسلة من التجارب ، اكتشف جيمس تشادويك جسيمات عديمة الشحنة. تم تأكيد غياب الشحنة من خلال حقيقة أن هذه الجسيمات لم تتفاعل بأي شكل من الأشكال مع المجال الكهرومغناطيسي.

تتكون نواة الذرة نفسها من جسيمات ثقيلة - البروتونات والنيوترونات: كل من هذه الجسيمات أثقل ألفي مرة من الإلكترون. تتشابه البروتونات والنيوترونات أيضًا في الحجم ، لكن البروتونات لها شحنة موجبة والنيوترونات ليس لها شحنة على الإطلاق.

في المقابل ، تتكون البروتونات والنيوترونات من جسيمات أولية تسمى الكواركات. في الفيزياء الحديثة ، الكواركات هي أصغر الجسيمات الأساسية للمادة.

حجم الذرة نفسها أكبر بعدة مرات من حجم النواة. إذا تم تكبير ذرة إلى حجم ملعب كرة قدم ، فإن حجم نواتها يمكن أن يكون مشابهًا لكرة تنس في وسط هذا الحقل.

في الطبيعة ، هناك العديد من الذرات التي تختلف في الحجم والكتلة وخصائص أخرى. تسمى مجموعة الذرات من نفس النوع عنصرًا كيميائيًا. حتى الآن ، هناك أكثر من مائة عنصر كيميائي معروف. تختلف ذراتها في الحجم والكتلة والبنية.

الإلكترونات داخل الذرة

تتحرك الإلكترونات سالبة الشحنة حول نواة الذرة ، وتشكل نوعًا من السحابة. تجذب النواة الضخمة الإلكترونات ، لكن طاقة الإلكترونات نفسها تسمح لها "بالهرب" بعيدًا عن النواة. وبالتالي ، كلما زادت طاقة الإلكترون ، كلما ابتعد عن النواة.

لا يمكن أن تكون قيمة طاقة الإلكترون عشوائية ، فهي تتوافق مع مجموعة محددة جيدًا من مستويات الطاقة في الذرة. أي أن طاقة الإلكترون تتغير تدريجياً من مستوى إلى آخر. وفقًا لذلك ، يمكن للإلكترون أن يتحرك فقط داخل غلاف إلكترون محدود يتوافق مع مستوى طاقة معين - وهذا هو معنى افتراضات بوهر.

بعد تلقيه المزيد من الطاقة ، "يقفز" الإلكترون إلى طبقة أعلى من النواة ، ويفقد الطاقة ، على العكس من ذلك ، إلى الطبقة السفلية. وهكذا ، فإن سحابة الإلكترونات حول النواة مرتبة في شكل عدة طبقات "مقطوعة".

تاريخ الأفكار حول الذرة

تأتي كلمة "ذرة" من الكلمة اليونانية "غير قابلة للتجزئة" وتعود إلى أفكار الفلاسفة اليونانيين القدماء حول أصغر جزء غير قابل للتجزئة من المادة. في العصور الوسطى ، أصبح الكيميائيون مقتنعين بأن بعض المواد لا يمكن تقسيمها إلى العناصر المكونة لها. تسمى هذه الجسيمات الأصغر من المادة بالذرات. في عام 1860 ، في المؤتمر الدولي للكيميائيين في ألمانيا ، تم تكريس هذا التعريف رسميًا في العلوم العالمية.

في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، اكتشف الفيزيائيون الجسيمات دون الذرية واتضح أن الذرة ليست في الواقع غير قابلة للتجزئة. طُرحت النظريات المتعلقة بالبنية الداخلية للذرة على الفور ، وكان أولها نموذج طومسون أو نموذج "بودنغ الزبيب". وفقًا لهذا النموذج ، كانت الإلكترونات الصغيرة داخل جسم ضخم شحنة موجبة ، مثل الزبيب داخل الحلوى. ومع ذلك ، فإن التجارب العملية للعالم الكيميائي رذرفورد دحضت هذا النموذج وقادته إلى إنشاء نموذج كوكبي للذرة.

شكّل تطوير بور للنموذج الكوكبي ، جنبًا إلى جنب مع اكتشاف النيوترونات في عام 1932 ، الأساس للنظرية الحديثة لبنية الذرة. ترتبط المراحل التالية في تطوير المعرفة حول الذرة بالفعل بفيزياء الجسيمات الأولية: الكواركات ، واللبتونات ، والنيوترينوات ، والفوتونات ، والبوزونات ، وغيرها.

ذرة، أصغر جزء من مادة يمكن أن يخضع لتفاعلات كيميائية. كل مادة لها مجموعتها الخاصة من الذرات. في وقت من الأوقات كان يعتقد أن الذرة غير قابلة للتجزئة ، ومع ذلك ، فهي تتكون من نووي موجب الشحنة ، تدور حوله الإلكترونات سالبة الشحنة. تتكون النواة (التي أسس وجودها في عام 1911 من قبل إرنست روثرفورد) من البروتونات والنيوترونات المكتظة بكثافة. إنها تشغل جزءًا صغيرًا فقط من الفضاء داخل الذرة ، ومع ذلك ، فهي تمثل تقريبًا كامل كتلة الذرة. في عام 1913 ، اقترح نيلز بور أن الإلكترونات تتحرك في مدارات ثابتة. منذ ذلك الحين ، أدى البحث في ميكانيكا الكم إلى فهم جديد للمدارات: وفقًا لمبدأ عدم التيقن من Heisenberg ، لا يمكن معرفة الموقع الدقيق وحركة حركة الجسيم دون الذري في وقت واحد. يحدد عدد الإلكترونات في الذرة وترتيبها الخصائص الكيميائية للعنصر. عند إضافة أو إزالة إلكترون واحد أو أكثر ، يتم إنشاء أيون.

تعتمد كتلة الذرة على حجم النواة. يمثل الجزء الأكبر من وزن الذرة ، لأن الإلكترونات لا تزن شيئًا. على سبيل المثال ، ذرة اليورانيوم هي أثقل ذرة تحدث بشكل طبيعي ، حيث تحتوي على 146 نيوترونًا و 92 بروتونًا و 92 إلكترونًا. من ناحية أخرى ، أخف ذرة الهيدروجين ، التي تحتوي على 1 بروتون وإلكترون. ومع ذلك ، فإن ذرة اليورانيوم ، على الرغم من أنها أثقل بـ 230 مرة من ذرة الهيدروجين ، إلا أنها أكبر بثلاث مرات فقط. يُعبر عن وزن الذرة بوحدات الكتلة الذرية ويُشار إليه بالرمز u. تتكون الذرات من جسيمات أصغر تسمى الجسيمات دون الذرية (الأولية). أهمها البروتونات (موجبة الشحنة) ، النيوترونات (محايدة كهربائيا) و> lsktrons (سالب الشحنة). تشكل مجموعات من النترونات والنيوترونات نواة في مركز الذرة من كل> msmstone (باستثناء الهيدروجين ، والذي لديه بروتون واحد فقط). تدور "الإلكترونات" حولها! نوى على مسافة ما منه ، بما يتناسب مع pa (مقاييس الذرة. | (على سبيل المثال ، إذا كانت نواة ذرة الهيليوم بحجم كرة التنس ، فإن الإلكترونات ستكون على مسافة 6 كيلومترات منها هناك 112 نوعًا مختلفًا من الذرات ، مثل عدد العناصر الموجودة في الجدول الدوري. تختلف ذرات العناصر في العدد الذري والكتلة الذرية. نواة الذرة ترجع كتلة الذرة أساسًا إلى نواة كثيفة نسبيًا. والنيوترونات لها كتلة تقارب 1K4 () مرات أكبر من الإلكترونات ، وبما أن الأشواط مشحونة موجبة ، بينما النيوترونات متعادلة ، فإن نواة الذرة دائمًا ما تكون موجبة الشحنة ، وبما أن الشحنات المتعاكسة تجذب بعضها البعض ، فإن النواة تحافظ على الإلكترونات في مداراتها. تتكون الجري والنيوترونات من جسيمات أصغر ، كواركات. تحدد جهلها الكيميائي H oshichis من كواكب النظام الشمسي ، تدور الأعصاب حول النواة بشكل عشوائي ، oiMiiMi لا توجد مسافة ثابتة من النواة ، obraz-ivh "o Syulochki. كلما زادت الطاقة التي يمتلكها elek-ipon. يمكن أن يتحرك بعيدًا أكثر ، متغلبًا على جاذبية نواة موجبة الشحنة. في الذرة المحايدة ، توازن الشحنة الموجبة للإلكترونات الشحنة الموجبة لبروتونات النواة. لذلك ، إزالة أو إضافة إلكترون واحد في agome يؤدي إلى ظهور أيون مشحون ، وتقع قذائف الإلكترون على مسافات ثابتة من النواة اعتمادًا على مستوى طاقتها ، ويتم ترقيم كل غلاف من النواة ، ولا يوجد أكثر من سبع قذائف على agome ، ويمكن أن يحتوي كل واحد منهم فقط على عدد معين من الإلكترونات. إذا كانت هناك طاقة كافية ، يمكن للإلكترون أن يقفز من قشرة إلى أخرى أعلى. عندما يضرب القشرة السفلية مرة أخرى ، فإنه يصدر إشعاعًا على شكل فوتون. ينتمي الإلكترون إلى فئة من الجسيمات تسمى اللبتونات ، وجسيمه المضاد يسمى البوزيترون.

تفاعل السلسلة النووية. في انفجار نووي ، على سبيل المثال ، ayumnoi oomba ، يصطدم النيوترون بنواة يورانيوم 23b (أي نواة بها عدد إجمالي من البروتونات والنيوترونات يساوي 35). عند: nom ، يُمتص النيوترون وينشأ اليورانيوم .236 إنه غير مستقر للغاية وينقسم إلى نواتين أصغر حجمًا ، مما يطلق كمية هائلة من الطاقة وعدة نيوترونات. تسمى الظروف الحرجة (كمية اليورانيوم 235 تتجاوز الكتلة الحرجة ) ، فسيكون عدد اصطدامات النيوترونات كافياً لكي يتطور التفاعل بسرعة البرق ، أي يحدث تفاعل متسلسل. في المفاعل النووي ، يتم استخدام heplo المنطلق أثناء عملية EUM لتسخين البخار ، والذي يدفع مولد التوربينات لتوليد الكهرباء.

القاموس الموسوعي العلمي والتقني.

المرادفات:

شاهد ما هو "ATOM" في القواميس الأخرى:

ذرةذرة ، و ... قاموس الهجاء الروسي

- (ذرة يونانية من الجزء السالب ، وملف توموس ، قسم توموس ، مقطع). جسيم صغير غير قابل للتجزئة ، ويؤلف مجمله أي جسم مادي. قاموس الكلمات الأجنبية المدرجة في اللغة الروسية. Chudinov A.N. ، 1910. أتوم اليونانية ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

ذرة- أ م أتوم م. 1. أصغر جزء غير قابل للتجزئة من المادة. الذرات لا يمكن أن تكون أبدية. كانتمير عن الطبيعة. يعتقد أمبير أن كل جسيم غير قابل للتجزئة من المادة (ذرة) يحتوي على كمية متأصلة من الكهرباء. DZ 1848 56 8240. ليكن ... ... القاموس التاريخي للغالات للغة الروسية

- (من ذرة اليونانية - غير قابلة للتجزئة) أصغر الجسيمات المكونة للمادة التي تشكل كل ما هو موجود ، بما في ذلك الروح ، المتكونة من أرقى الذرات (ليوكيبوس ، ديموقريطس ، أبيقور). الذرات أبدية ، فهي لا تنشأ ولا تختفي ، فهي ثابتة ... ... موسوعة فلسفية

ذرة- Atom ♦ Atome من حيث أصل الكلمة ، فإن الذرة عبارة عن جسيم غير قابل للتجزئة ، أو جسيم لا يخضع إلا للتقسيم التأملي ؛ عنصر غير قابل للتجزئة (ذرة) من المادة. يفهم ديموقريطس وأبيقور الذرة بهذا المعنى. يدرك العلماء المعاصرون جيدًا أن هذا ... ... القاموس الفلسفي لسبونفيل

- (من ذرة يونانية غير قابلة للتجزئة) أصغر جسيم لعنصر كيميائي يحتفظ بخصائصه. يوجد في وسط الذرة نواة موجبة الشحنة ، حيث تتركز كتلة الذرة بأكملها تقريبًا ؛ تتحرك الإلكترونات وتشكل ... قاموس موسوعي كبير

زوج يوناني غير قابل للتجزئة. مادة في أقصى حدود قابليتها للقسمة ، ذرة غبار غير مرئية ، يُزعم أن جميع الأجسام تتكون منها ، كل مادة ، كما لو كانت من حبيبات الرمل. | ذرة غبار لا حصر لها ، صغيرة بلا حدود ، كمية ضئيلة. | للكيميائيين كلمة ... ... قاموس دال التوضيحي

سم … قاموس مرادف

ذرة- (من اليونانية ذرة غير قابلة للتجزئة). تستخدم كلمة (أ) في العلم الحديث بمعاني مختلفة. في معظم الحالات ، تستدعي A. الكمية المحدودة من الكيمياء. العنصر ، يؤدي المزيد من التجزئة إلى القرن إلى فقدان فردية العنصر ، أي إلى حاد ... ... موسوعة طبية كبيرة

ذرة- Atom Atom هو جزء من الكلام ، باعتباره الأقل حاملًا للقوى الكيميائية للعنصر الكيميائي الغنائي. أنماط Vіdomo لأنواع الذرات ، و sіlki of є العناصر الكيميائية و їх іzotopіv. محايد كهربائيًا ، ويتكون من نوى وإلكترونات. نصف قطر الذرة ... ... قاموس جيرنيشي الموسوعي

كتب

• ذرة الهيدروجين والهندسة غير الإقليدية ، V.A. فوك. سيتم إنتاج هذا الكتاب وفقًا لطلبك باستخدام تقنية الطباعة عند الطلب. أُعيد إصداره في تهجئة المؤلف الأصلي لطبعة عام 1935 (دار النشر "دار النشر ...
• ذرة الهيدروجين هي أبسط الذرات. استمرار لنظرية نيلز بور. الجزء 5. تردد إشعاع الفوتون يتزامن مع متوسط ​​تواتر إشعاع الإلكترون في المرحلة الانتقالية ، AI Shidlovsky. استمرت نظرية بور عن ذرة الهيدروجين ("الموازية" للنهج الميكانيكي الكمومي) على طول المسار التقليدي لتطور الفيزياء ، حيث تتعايش الكميات التي يمكن ملاحظتها والتي لا يمكن ملاحظتها نظريًا. إلى عن على…

أتوم [ذرة فرنسية ، من لاتينية ذرة ، من اليونانية؟ τομος (ουσ؟ α) - غير قابل للتجزئة (جوهر)] ، جسيم من المادة ، أصغر جزء من عنصر كيميائي ، وهو الناقل لخصائصه. تكون ذرات كل عنصر فردية في التركيب والخصائص ويتم تحديدها بواسطة الرموز الكيميائية للعناصر (على سبيل المثال ، ذرة الهيدروجين هي H ، والحديد هو Fe ، والزئبق هو Hg ، واليورانيوم هو U ، وما إلى ذلك). يمكن أن توجد الذرات في حالة حرة وفي حالة مرتبطة (انظر الرابطة الكيميائية). ترجع المجموعة الكاملة للمواد إلى مجموعات مختلفة من الذرات فيما بينها. تعتمد خصائص المواد الغازية والسائلة والصلبة على خصائص الذرات المكونة لها. يتم تحديد جميع الخصائص الفيزيائية والكيميائية للذرة من خلال هيكلها وامتثال لقوانين الكم. (حول تاريخ تطور عقيدة الذرة ، انظر مقالة الفيزياء الذرية.)

الخصائص العامة لبنية الذرات. تتكون الذرة من نواة ثقيلة ذات شحنة كهربائية موجبة وإلكترونات ضوئية تحيط بها بشحنات كهربائية سالبة تشكل غلاف الإلكترون للذرة. يتم تحديد أبعاد الذرة من خلال أبعاد غلافها الإلكتروني الخارجي وهي كبيرة مقارنة بأبعاد النواة الذرية. الترتيب المميز للأقطار ومساحات المقطع العرضي وأحجام الذرة والنواة هي:

ذرة 10-8 سم 10-16 سم 2 10-24 سم 3

كور 10-12 سم 10-24 سم 2 10-36 سم 3

لا تحتوي قذائف الإلكترون في الذرة على حدود محددة بدقة ، وتعتمد قيم أبعاد الذرة إلى حد أكبر أو أقل على طرق تحديدها.

شحنة النواة هي السمة الرئيسية للذرة ، والتي تحدد انتمائها إلى عنصر معين. تكون شحنة النواة دائمًا عددًا صحيحًا مضاعفًا للشحنة الكهربائية الأولية الموجبة ، وتساوي في القيمة المطلقة شحنة الإلكترون- e. شحنة النواة هي + زي ، حيث Z هو الرقم التسلسلي (الرقم الذري). Z \ u003d 1 ، 2 ، 3 ، ... لذرات العناصر المتتالية في النظام الدوري للعناصر الكيميائية ، أي للذرات H ، He ، Li ، .... في ذرة متعادلة ، نواة ذات شحنة + زي يحمل إلكترونات Z بشحنة إجمالية - زي. يمكن للذرة أن تفقد أو تكتسب إلكترونات وتصبح أيونًا موجبًا أو سالبًا (ك = 1 ، 2 ، 3 ، ... - تعدد تأينها). غالبًا ما يشار إلى ذرة عنصر معين باسم أيوناتها. عند الكتابة ، يتم تمييز الأيونات عن الذرة المحايدة بالمؤشر k + و k - ؛ على سبيل المثال ، O عبارة عن ذرة أكسجين محايدة ، O + ، O 2+ ، O 3+ ، ... ، O 8+ ، O - ، O 2- - أيوناتها الموجبة والسالبة. يشكل الجمع بين ذرة محايدة وأيونات عناصر أخرى مع نفس العدد من الإلكترونات سلسلة متساوية الإلكترون ، على سبيل المثال ، سلسلة من الذرات الشبيهة بالهيدروجين H ، He + ، Li 2+ ، Be 3+ ، ...

تم شرح تعدد شحنة نواة الذرة إلى الشحنة الأولية e على أساس الأفكار حول بنية النواة: Z يساوي عدد البروتونات في النواة ، شحنة البروتون هي + e. تزداد كتلة الذرة مع زيادة Z. تتناسب كتلة نواة الذرة تقريبًا مع عدد الكتلة A - العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات في النواة. كتلة الإلكترون (0.91 10-27 جم) أقل بكثير (حوالي 1840 مرة) من كتلة البروتون أو النيوترون (1.67 × 10-24 جم) ، لذلك يتم تحديد كتلة الذرة أساسًا بواسطة كتلة نواتها.

قد تختلف ذرات عنصر معين في كتلة النواة (عدد البروتونات Z ثابت ، وقد يختلف عدد النيوترونات من A إلى Z) ؛ تسمى هذه الأنواع من ذرات نفس العنصر بالنظائر. الاختلاف في كتلة النواة ليس له أي تأثير تقريبًا على بنية غلاف الإلكترون لذرة معينة ، والتي تعتمد على Z ، وعلى خصائص الذرة. تم الحصول على أكبر الاختلافات في الخصائص (تأثيرات النظائر) لنظائر الهيدروجين (Z = 1) بسبب الاختلاف الكبير في كتل ذرة الهيدروجين الخفيف المعتادة (A = 1) والديوتيريوم (A = 2) والتريتيوم (A = 3) ).

تتراوح كتلة الذرة من 1.67 × 10 -24 جم (للنظير الرئيسي ، ذرة الهيدروجين ، Z = 1 ، A = 1) إلى حوالي 4 × 10 -22 جم (لذرات عناصر عبر اليورانيوم). يمكن تحديد القيم الأكثر دقة للكتل الذرية بواسطة التحليل الطيفي الشامل. كتلة الذرة لا تساوي تمامًا مجموع كتلة النواة وكتل الإلكترونات ، ولكنها أقل إلى حد ما - إلى عيب الكتلة ΔM = W / c 2 ، حيث W هي طاقة تكوين ذرة من النواة والإلكترونات (طاقة الربط) ، ج هي سرعة الضوء. هذا التصحيح بترتيب كتلة الإلكترون m e ​​للذرات الثقيلة ، وبالنسبة للذرات الخفيفة فهو مهمل (من 10 -4 م هـ).

طاقة الذرة وتكميمها. نظرًا لصغر حجمها وكتلتها الكبيرة ، يمكن اعتبار النواة الذرية تقريبًا كنقطة وتستقر في مركز كتلة الذرة (يقع المركز المشترك لكتلة النواة والإلكترونات بالقرب من النواة ، وسرعة النواة بالنسبة لمركز كتلة الذرة صغيرة مقارنة بسرعات الإلكترونات). وفقًا لذلك ، يمكن اعتبار الذرة كنظام يتحرك فيه N إلكترونات بشحنات حول مركز جذب غير متحرك. تحدث حركة الإلكترونات في الذرة في حجم محدود ، أي أنها مرتبطة. إجمالي الطاقة الداخلية للذرة E يساوي مجموع الطاقات الحركية T لجميع الإلكترونات والطاقة الكامنة U - طاقة الجذب بواسطة نواتها والتنافر من بعضها البعض.

وفقًا لنظرية الذرة ، التي اقترحها نيلز بور عام 1913 ، في ذرة الهيدروجين ، يتحرك إلكترون واحد بشحنة -e حول مركز ثابت بشحنة + e. وفقًا للميكانيكا الكلاسيكية ، فإن الطاقة الحركية لمثل هذا الإلكترون تساوي

حيث v هي السرعة ، p = m e v هي زخم (زخم) الإلكترون. الطاقة الكامنة (التي تنخفض إلى طاقة جاذبية كولوم للإلكترون بواسطة النواة) تساوي

ويعتمد فقط على المسافة r للإلكترون من النواة. بيانياً ، يتم تمثيل الوظيفة U (r) بمنحنى يتناقص إلى أجل غير مسمى مع انخفاض r ، أي عندما يقترب الإلكترون من النواة. قيمة U (r) عند r → ∞ تؤخذ على أنها صفر. للقيم السلبية لإجمالي الطاقة 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 تكون حركة الإلكترون حرة - يمكن أن تذهب إلى اللانهاية بالطاقة E = T = (1/2) m e v 2 ، والتي تتوافق مع ذرة الهيدروجين المتأين H +. وبالتالي ، فإن ذرة الهيدروجين المحايدة عبارة عن نظام من النوى المرتبطة بالكهرباء الساكنة وإلكترونًا بطاقة E< 0.

إجمالي الطاقة الداخلية للذرة E هي السمة الرئيسية لها كنظام كمي (انظر ميكانيكا الكم). يمكن للذرة أن تبقى لفترة طويلة فقط في حالات ذات طاقة معينة - حالات ثابتة (ثابتة في الوقت المناسب). يمكن أن تأخذ الطاقة الداخلية لنظام كمي يتكون من جزيئات دقيقة مرتبطة (بما في ذلك الذرة) إحدى سلاسل القيم المنفصلة (غير المستمرة)

تتوافق كل من قيم الطاقة "المسموح بها" هذه مع حالة كمية ثابتة واحدة أو أكثر. لا يمكن أن يحتوي النظام على قيم وسيطة للطاقة (على سبيل المثال ، تقع بين E 1 و E 2 ، و E 2 و E 3 ، وما إلى ذلك) ، ويقال أن مثل هذا النظام محدد كميًا. يرتبط أي تغيير في E بانتقال كمي (يشبه القفزة) للنظام من حالة كمومية ثابتة إلى أخرى (انظر أدناه).

يمكن تصوير القيم المنفصلة المحتملة (3) لطاقة الذرة بيانياً عن طريق القياس بالقياس مع الطاقة الكامنة لجسم مرفوعة إلى ارتفاعات مختلفة (إلى مستويات مختلفة) ، في شكل رسم تخطيطي لمستويات الطاقة ، حيث كل طاقة تقابل القيمة خطًا مستقيمًا مرسومًا على ارتفاع E i ، i = 1 ، 2 ، 3 ، ... (الشكل 1). يُطلق على أدنى مستوى E 1 ، الذي يقابل أقل طاقة ممكنة للذرة ، مستوى الأرض ، ويطلق على الباقي (E i> E 1) ، i = 2 ، 3 ، 4 ، ...) متحمس ، لأنه للذهاب إليهم (الانتقال إلى الحالات المثارة الثابتة المقابلة من الأرض) ، من الضروري إثارة النظام - لإبلاغه من الخارج للطاقة E i -E 1.

إن تكميم طاقة الذرة هو نتيجة للخصائص الموجية للإلكترونات. وفقًا لمبدأ ثنائية الموجة الجسدية ، فإن حركة جسيم دقيق كتلته m بسرعة v تتوافق مع الطول الموجي λ = h / mv ، حيث h هو ثابت بلانك. بالنسبة للإلكترون في الذرة ، λ من 10 إلى 8 سم ، أي من ترتيب الأبعاد الخطية للذرة ، ومن الضروري مراعاة الخصائص الموجية للإلكترون في الذرة. تشبه الحركة المصاحبة للإلكترون في الذرة الموجة الواقفة ، ولا ينبغي اعتبارها حركة لنقطة مادية على طول مسار ، ولكن كعملية موجية معقدة. بالنسبة للموجة الواقفة ذات الحجم المحدود ، فإن قيم معينة فقط من الطول الموجي λ (وبالتالي تردد التذبذب v) ممكنة. وفقًا لميكانيكا الكم ، ترتبط طاقة الذرة E بـ v من خلال العلاقة E = hν وبالتالي لا يمكن إلا أن تأخذ قيمًا معينة. إن حركة الترجمة الحرة لجسيم دقيق ، غير محدودة في الفضاء ، على سبيل المثال ، حركة إلكترون مفصول من ذرة (مع طاقة E> 0) ، تشبه انتشار موجة متنقلة في حجم غير محدود ، أي قيم λ (و v) ممكنة. يمكن لطاقة مثل هذه الجسيمات الدقيقة الحرة أن تأخذ أي قيم (فهي ليست كمية ، لها طيف طاقة مستمر). مثل هذا التسلسل المستمر يتوافق مع ذرة مؤينة. تتوافق قيمة E ∞ = 0 مع حدود التأين ؛ يسمى الفرق E ∞ -E 1 \ u003d E أيون طاقة التأين (انظر مقالة إمكانات التأين) ؛ بالنسبة لذرة الهيدروجين ، فهي تساوي 13.6 فولت.

توزيع كثافة الإلكترون. لا يمكن تحديد الموضع الدقيق للإلكترون في الذرة في وقت معين بسبب عدم اليقين في النسبة. يتم تحديد حالة الإلكترون في الذرة من خلال وظيفتها الموجية ، والتي تعتمد بطريقة معينة على إحداثياتها ؛ يميز مربع معامل الدالة الموجية كثافة احتمالية إيجاد إلكترون في نقطة معينة في الفضاء. الدالة الموجية هي بوضوح حل لمعادلة شرودنغر.

وهكذا ، يمكن تمييز حالة الإلكترون في الذرة عن طريق توزيع شحنتها الكهربائية في الفضاء بكثافة معينة - توزيع كثافة الإلكترون. الإلكترونات ، كما كانت ، "ملطخة" في الفضاء وتشكل "سحابة إلكترونية". مثل هذا النموذج يميز الإلكترونات في الذرة بشكل صحيح أكثر من نموذج الإلكترون النقطي الذي يتحرك على طول مدارات محددة بدقة (في نظرية بوهر للذرة). في الوقت نفسه ، يمكن ربط كل مدار من مدار بوهر بتوزيع محدد لكثافة الإلكترون. بالنسبة لمستوى الطاقة الأرضية E 1 ، تتركز كثافة الإلكترون بالقرب من النواة ؛ بالنسبة لمستويات الطاقة المثارة E 2 ، E 3 ، E 4 ... يتم توزيعها على مسافات متوسطة كبيرة بشكل متزايد من النواة. في ذرة متعددة الإلكترونات ، يتم تجميع الإلكترونات في أغلفة تحيط بالنواة على مسافات مختلفة وتتميز بتوزيعات معينة لكثافة الإلكترونات. تكون قوة ارتباط الإلكترونات بالنواة في الغلاف الخارجي أقل مما هي عليه في الأصداف الداخلية ، وتكون الإلكترونات أضعف ارتباط في الغلاف الخارجي ، الذي يحتوي على أكبر أبعاد.

يمثل الدوران الإلكتروني والنووي. في نظرية الذرة ، من المهم جدًا مراعاة دوران الإلكترون - لحظة زخمه (المغزلي) الخاصة به ، من وجهة نظر بصرية تتوافق مع دوران الإلكترون حول محوره (إذا كان يعتبر الإلكترون جسيمًا صغيرًا). مائة لحظة مغناطيسية (تدور) مرتبطة بدوران الإلكترون. لذلك ، في الذرة ، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار ، إلى جانب التفاعلات الكهروستاتيكية ، التفاعلات المغناطيسية التي تحددها لحظة الدوران المغناطيسية والعزم المغناطيسي المداري المرتبط بحركة الإلكترون حول النواة ؛ التفاعلات المغناطيسية صغيرة مقارنة بالتفاعلات الكهروستاتيكية. يعد تأثير الدوران في ذرات الإلكترونات المتعددة هو الأكثر أهمية: يعتمد ملء غلاف الإلكترون للذرة بعدد معين من الإلكترونات على دوران الإلكترونات.

يمكن أن يكون للنواة في الذرة عزمها الميكانيكي الخاص بها - الدوران النووي ، المرتبط بعزم مغناطيسي نووي أصغر بمئات وآلاف المرات من العزم الإلكترونية. يؤدي وجود السبينات إلى تفاعلات إضافية صغيرة جدًا بين النواة والإلكترونات (انظر أدناه).

الحالات الكمومية لذرة الهيدروجين. الدور الأكثر أهمية في النظرية الكمومية للذرة هو نظرية أبسط ذرة إلكترون واحدة ، تتكون من نواة ذات شحنة + زي وإلكترون بشحنة- e ، أي نظرية الهيدروجين ذرة H والأيونات الشبيهة بالهيدروجين He +، Li 2+، Be 3+، ... ، يشار إليها عادة باسم نظرية ذرة الهيدروجين. باستخدام طرق ميكانيكا الكم ، يمكن للمرء الحصول على توصيف دقيق وكامل لحالات الإلكترون في ذرة إلكترون واحد. يتم حل مشكلة ذرة متعددة الإلكترونات تقريبًا ؛ في هذه الحالة ، ينطلقون من نتائج حل مشكلة ذرة إلكترون واحد.

طاقة ذرة إلكترون واحد في التقريب غير النسبي (دون الأخذ بعين الاعتبار دوران الإلكترون) تساوي

عدد صحيح ن = 1 ، 2 ، 3 ، ... يحدد قيم الطاقة المنفصلة الممكنة - مستويات الطاقة - ويسمى رقم الكم الرئيسي ، R هو ثابت ريدبيرج ، يساوي 13.6 فولت. تتقارب مستويات طاقة الذرة (تتكثف) مع حدود التأين Е ∞ = 0 المقابل لـ n = ∞. بالنسبة للأيونات الشبيهة بالهيدروجين ، يتغير مقياس قيم الطاقة فقط (بمعامل Z2). طاقة التأين لذرة تشبه الهيدروجين (طاقة ربط الإلكترون) هي (في eV)

الذي يعطي لـ H ، He + ، Li 2+ ، ... القيم 13.6 eV ، 54.4 eV ، 122.4 eV ، ....

الصيغة الأساسية (4) تتوافق مع التعبير U (r) = -Ze 2 / r للطاقة الكامنة لإلكترون في المجال الكهربائي لنواة بشحنة + زي. تم اشتقاق هذه الصيغة لأول مرة بواسطة N. تتوافق مستويات الطاقة (4) مع مدارات نصف القطر

حيث الثابت a 0 \ u003d 0.529 10 -8 cm \ u003d \ u003d 0.529 A هو نصف قطر أول مدار دائري لذرة الهيدروجين المقابلة لمستوى الأرض (غالبًا ما يستخدم نصف قطر Bohr هذا كوحدة ملائمة لقياس الأطوال في الفيزياء الذرية). يتناسب نصف قطر المدارات مع مربع الرقم الكمومي الأساسي n 2 ويتناسب عكسياً مع Z ؛ بالنسبة للأيونات الشبيهة بالهيدروجين ، يتناقص مقياس الأبعاد الخطية بعامل Z مقارنة بذرة الهيدروجين. يتم إعطاء الوصف النسبي لذرة الهيدروجين ، مع مراعاة دوران الإلكترون ، بواسطة معادلة ديراك.

وفقًا لميكانيكا الكم ، يتم تحديد حالة ذرة الهيدروجين تمامًا من خلال القيم المنفصلة لأربع كميات فيزيائية: الطاقة E ؛ العزم المداري M l (لحظة زخم الإلكترون بالنسبة للنواة) ؛ إسقاطات M lz للزخم المداري على اتجاه مختار عشوائياً z ؛ إسقاطات M sz لزخم الدوران (الزخم الداخلي لزخم الإلكترون M s). يتم تحديد القيم المحتملة لهذه الكميات الفيزيائية ، بدورها ، من خلال الأرقام الكمومية n ، l ، m l ، m s ، على التوالي. في التقريب عندما يتم وصف طاقة ذرة الهيدروجين بالصيغة (4) ، يتم تحديدها فقط من خلال الرقم الكمي الرئيسي n ، الذي يأخذ قيمًا صحيحة 1 ، 2 ، 3 ، .... يتوافق مستوى الطاقة مع n معطى مع عدة حالات تختلف في قيم عدد الكم المداري (السمتي) l = 0 ، 1 ، ... ، n-1. عادةً ما يُشار إلى الحالات ذات القيم المعطاة لـ n و l على أنها 1s ، 2s ، 2p ، 3s ، ... ، حيث تشير الأرقام إلى قيمة n ، والأحرف s ، p ، d ، f (يشار إليها فيما يلي باللاتينية الأبجدية) - على التوالي ، القيم l \ u003d 0 ، 1 ، 2 ، 3. بالنسبة إلى n و l ، يكون عدد الحالات المختلفة 2 (2l + 1) - عدد مجموعات قيم المغناطيسية عدد الكم المداري m l من عدد الدوران المغناطيسي m s (الأول يأخذ قيم 2l + 1 ، الثاني - قيمتان). العدد الإجمالي للحالات المختلفة مع المعطى n و l هو 2n 2. وبالتالي ، فإن كل مستوى طاقة لذرة الهيدروجين يتوافق مع 2.8 ، 18 ، ... 2n 2 (عند n = 1 ، 2 ، 3 ، ...) حالات كمية ثابتة مختلفة. إذا كانت حالة كمية واحدة فقط تتطابق مع مستوى طاقة ، فيُطلق عليها اسم غير متدهور ، إذا كانت اثنتان أو أكثر - متدهورة (انظر الانحطاط في نظرية الكم) ، ويسمى عدد هذه الحالات g درجة أو تعدد الانحطاط (لـ مستويات الطاقة غير المنحلة g = 1). تتدهور مستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين ، ودرجة انحلالها هي g n = 2n 2.

بالنسبة للحالات المختلفة لذرة الهيدروجين ، يتم أيضًا الحصول على توزيع مختلف لكثافة الإلكترون. يعتمد ذلك على الأرقام الكمومية n ، l وفي نفس الوقت ، تختلف كثافة الإلكترون للحالات s (l = 0) عن الصفر في المركز ، أي في موقع النواة ، ولا تعتمد على الاتجاه (متماثل كرويًا) ، وبالنسبة للحالات الباقية (l> 0) فهو يساوي صفرًا في المركز ويعتمد على الاتجاه. يظهر توزيع كثافة الإلكترون لحالات ذرة الهيدروجين مع n = 1 ، 2 ، 3 في الشكل 2 ؛ تنمو أبعاد "سحابة الإلكترون" وفقًا للصيغة (6) بما يتناسب مع n2 (يتناقص المقياس في الشكل 2 عند الانتقال من n = 1 إلى n = 2 ومن n = 2 إلى n = 3). تتميز الحالات الكمومية للإلكترون في الأيونات الشبيهة بالهيدروجين بنفس الأرقام الكمومية الأربعة n و l و m l و m s كما في ذرة الهيدروجين. يتم أيضًا الحفاظ على توزيع كثافة الإلكترون ، ويزداد فقط بمعامل Z.

العمل على ذرة المجالات الخارجية. تكتسب الذرة كنظام كهربائي في المجالات الكهربائية والمغناطيسية الخارجية طاقة إضافية. يستقطب المجال الكهربائي الذرة - فهو يزيح غيوم الإلكترون بالنسبة إلى النواة (انظر قابلية استقطاب الذرات والأيونات والجزيئات) ، ويوجه المجال المغناطيسي بطريقة معينة اللحظة المغناطيسية للذرة ، المرتبطة بحركة الإلكترون حولها. النواة (ذات العزم المداري M l) ودورانها. تتوافق الحالات المختلفة لذرة الهيدروجين بنفس الطاقة E n في مجال خارجي مع قيم مختلفة للطاقة الإضافية ΔE ، وينقسم مستوى الطاقة المتدهور E n إلى عدد من المستويات الفرعية. يتناسب كل من تقسيم مستويات الطاقة في مجال كهربائي - تأثير ستارك - وانقسامها في مجال مغناطيسي - تأثير زيمان - مع قوى المجالات المقابلة.

تؤدي التفاعلات المغناطيسية الصغيرة داخل الذرة أيضًا إلى تقسيم مستويات الطاقة. بالنسبة لذرة الهيدروجين والأيونات الشبيهة بالهيدروجين ، هناك تفاعل تدور حول مدار الإلكترون - تفاعل دوران الإلكترون واللحظات المدارية ؛ يتسبب في ما يسمى بالهيكل الدقيق لمستويات الطاقة - تقسيم المستويات المثارة E n (لـ n> 1) إلى مستويات فرعية. لجميع مستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين ، لوحظ أيضًا هيكل فائق الدقة ، بسبب التفاعلات المغناطيسية الصغيرة جدًا للدوران النووي مع اللحظات الإلكترونية.

قذائف إلكترونية لذرات متعددة الإلكترونات. تختلف نظرية الذرة التي تحتوي على إلكترونين أو أكثر اختلافًا جوهريًا عن نظرية ذرة الهيدروجين ، حيث توجد جسيمات متطابقة في مثل هذه الذرة تتفاعل مع بعضها البعض - الإلكترونات. التنافر المتبادل للإلكترونات في ذرة متعددة الإلكترونات يقلل بشكل كبير من قوة ارتباطها بالنواة. على سبيل المثال ، طاقة فصل إلكترون واحد في أيون الهيليوم (He +) هي 54.4 eV ، بينما في ذرة الهليوم المحايدة ، نتيجة تنافر الإلكترونات ، تنخفض طاقة فصل أحدهم إلى 24.6 eV. بالنسبة للإلكترونات الخارجية للذرات الأثقل ، يكون الانخفاض في قوة الرابطة بسبب تنافر الإلكترونات الداخلية أكثر أهمية. تلعب خصائص الإلكترونات دورًا مهمًا في الذرات متعددة الإلكترونات باعتبارها جزيئات دقيقة متطابقة (انظر مبدأ الهوية) مع الدوران s = 1/2 ، والذي يعتبر مبدأ باولي صالحًا له. وفقًا لهذا المبدأ ، في نظام الإلكترونات لا يمكن أن يكون هناك أكثر من إلكترون واحد في كل حالة كمية ، مما يؤدي إلى تكوين غلاف إلكتروني للذرة ، مليء بأعداد محددة بدقة من الإلكترونات.

مع الأخذ في الاعتبار عدم القدرة على التمييز بين الإلكترونات المتفاعلة ، فمن المنطقي التحدث فقط عن الحالات الكمومية للذرة ككل. ومع ذلك ، يمكن للمرء أن ينظر تقريبًا في الحالات الكمومية للإلكترونات الفردية ويميز كل منها بمجموعة من الأرقام الكمومية n و l و m l و m s ، على غرار الإلكترون في ذرة الهيدروجين. في هذه الحالة ، تبين أن طاقة الإلكترون لا تعتمد فقط على n ، كما هو الحال في ذرة الهيدروجين ، ولكن أيضًا على l ؛ لا يزال لا يعتمد على m l و m s. الإلكترونات التي لها n و l في ذرة متعددة الإلكترونات لها نفس الطاقة وتشكل غلاف إلكترون معين. يُشار إلى هذه الإلكترونات المكافئة والأغلفة التي تشكلها ، بالإضافة إلى الحالات الكمومية ومستويات الطاقة مع المعطى n و l ، بالرموز ns و np و nd و nf ... (بالنسبة إلى 1 = 0 ، 1 ، 2 ، 3 ، ...) ويتحدثون عن إلكترونات 2p ، وقذائف 3s ، وما إلى ذلك.

وفقًا لمبدأ باولي ، فإن أي إلكترونين في الذرة يجب أن يكونا في حالات كمية مختلفة ، وبالتالي يختلفان بواحد على الأقل من الأرقام الكمومية الأربعة n و l و m l و m s ، وبالنسبة للإلكترونات المكافئة (n و l هي نفسها) - من خلال القيم m l و m s. عدد الأزواج m l، m s ، أي عدد الحالات الكمومية المختلفة للإلكترون مع إعطاء n و l ، هو درجة انحطاط مستوى طاقته g l = 2 (2l + 1) = 2 ، 6 ، 10 ، 14 ، .... يحدد عدد الإلكترونات في أغلفة الإلكترون المملوءة بالكامل. وهكذا ، s- ، p- ، d- ، f- ، ... تمتلئ الأصداف بـ 2 ، 6 ، 10 ، 14 ، ... إلكترونات ، بغض النظر عن قيمة n. تشكل الإلكترونات ذات n المعطى طبقة تتكون من قذائف ذات l = 0 ، 1 ، 2 ، ... ، n - 1 ومليئة بـ 2n 2 إلكترونات ، ما يسمى K- ، L- ، M ، N- طبقة. عند الانتهاء الكامل ، لدينا:

في كل طبقة ، تتميز الأصداف ذات l الأصغر بكثافة إلكترون أعلى. تتناقص قوة الرابطة بين الإلكترون والنواة مع زيادة n ، و n مع زيادة l. كلما أضعف الإلكترون المرتبط في الغلاف المقابل ، ارتفع مستوى طاقته. نواة تحتوي على Z معينة تعلق الإلكترونات بترتيب تناقص قوة الرابطة الخاصة بها: أول إلكترونين 1 ثانية ، ثم إلكترونان 2 ثانية ، وستة إلكترونات 2 ع ، إلخ. تحتوي ذرة كل عنصر كيميائي على توزيع معين للإلكترونات على غلافها الإلكتروني التكوين ، على سبيل المثال:

(يُشار إلى عدد الإلكترونات في غلاف معين بالفهرس الموجود أعلى اليمين). يتم تحديد الدورية في خصائص العناصر من خلال تشابه غلاف الإلكترون الخارجي للذرة. على سبيل المثال ، تحتوي الذرات المحايدة P ، As ، Sb ، Bi (Z = 15 ، 33 ، 51 ، 83) على ثلاثة إلكترونات p في غلاف الإلكترون الخارجي ، مثل ذرة N ، وتشبهها في الخصائص الكيميائية والعديد من الخصائص الفيزيائية .

تتميز كل ذرة بتكوين إلكتروني عادي ، يتم الحصول عليه عندما تكون جميع الإلكترونات في الذرة مرتبطة بشدة ، والتكوينات الإلكترونية المتحمسة ، عندما يكون إلكترون واحد أو أكثر مرتبطًا بشكل غير محكم - عند مستويات طاقة أعلى. على سبيل المثال ، بالنسبة لذرة الهليوم ، جنبًا إلى جنب مع 1s2 العادي ، من الممكن إجراء تكوينات إلكترونية مثيرة: 1s2s ، 1s2p ، ... (إلكترون واحد متحمس) ، 2s 2 ، 2s2p ، ... (كلا الإلكترونين متحمسان). يتوافق تكوين إلكتروني معين مع مستوى طاقة واحد للذرة ككل ، إذا كانت قذائف الإلكترون ممتلئة تمامًا (على سبيل المثال ، التكوين الطبيعي للذرة هو Ne 1s 2 2s 2 2р 6) ، وعدد من مستويات الطاقة ، إذا كانت هناك قذائف مملوءة جزئيًا (على سبيل المثال ، التكوين الطبيعي لذرة النيتروجين هو 1s 2 2s 2 2p 3 حيث يتم ملء نصف الغلاف 2p). في حالة وجود قذائف d و f المملوءة جزئيًا ، يمكن أن يصل عدد مستويات الطاقة المقابلة لكل تكوين إلى عدة مئات ، لذا فإن مخطط مستويات الطاقة لذرة ذات أغلفة مملوءة جزئيًا معقد للغاية. مستوى الطاقة الأساسي للذرة هو أدنى مستوى من التكوين الإلكتروني العادي.

انتقالات الكم في الذرة. في التحولات الكمومية ، تنتقل الذرة من حالة ثابتة إلى أخرى - من مستوى طاقة إلى آخر. أثناء الانتقال من مستوى طاقة أعلى E i إلى مستوى أقل إلى الذرة ، تُطلق الطاقة E i - E k ، أثناء الانتقال العكسي تستقبلها. بالنسبة لأي نظام كمي ، يمكن أن تكون الانتقالات الكمومية للذرة من نوعين: بالإشعاع (انتقالات بصرية) وبدون إشعاع (انتقالات إشعاعية أو غير بصرية). أهم ما يميز الانتقال الكمي هو احتماله ، والذي يحدد عدد مرات حدوث هذا الانتقال.

أثناء انتقالات الكم مع الإشعاع ، تمتص الذرة (الانتقال من E إلى → E i) أو تنبعث (الانتقال من E i → E إلى) الإشعاع الكهرومغناطيسي. تُمتص الطاقة الكهرومغناطيسية وتنبعث من ذرة على شكل كم من الضوء - فوتون - يتميز بتردد تذبذب معين v ، وفقًا للعلاقة:

حيث hv هي طاقة الفوتون. العلاقة (7) هي قانون حفظ الطاقة للعمليات المجهرية المرتبطة بالإشعاع.

يمكن للذرة في الحالة الأرضية أن تمتص الفوتونات فقط ، بينما في الحالات المثارة يمكنها امتصاصها وإصدارها. يمكن أن توجد ذرة حرة في الحالة الأرضية إلى أجل غير مسمى. مدة بقاء الذرة في حالة الإثارة (عمر هذه الحالة) محدودة ، والذرة تلقائيًا (تلقائيًا) ، تفقد جزئيًا أو كليًا طاقة الإثارة ، وتنبعث منها فوتونًا وتتحرك إلى مستوى طاقة أقل ؛ إلى جانب هذا الانبعاث التلقائي ، من الممكن أيضًا أن يكون الانبعاث المحفّز ، والذي يحدث ، مثل الامتصاص ، تحت تأثير الفوتونات ذات التردد نفسه. إن عمر الذرة المثارة هو أقصر ، وكلما زاد احتمال الانتقال التلقائي ، بالنسبة لذرة الهيدروجين يكون من 10 إلى 8 ثوانٍ.

تحدد مجموعة الترددات v للتحولات المحتملة مع الإشعاع الطيف الذري للذرة المقابلة: مجموعة ترددات التحولات من المستويات الأدنى إلى المستويات العليا هي طيف الامتصاص الخاص بها ، ومجموعة ترددات التحولات من المستويات العليا إلى المستويات الدنيا هي طيف الانبعاث . كل انتقال من هذا القبيل في الطيف الذري يتوافق مع خط طيفي معين من التردد v.

في التحولات الكمومية غير الإشعاعية ، تستقبل الذرة أو تعطي طاقة عند التفاعل مع الجسيمات الأخرى التي تصطدم بها في غاز أو مرتبطة على المدى الطويل في جزيء أو سائل أو صلب. في الغاز ، يمكن اعتبار الذرة حرة في الفترات الزمنية بين الاصطدامات ؛ أثناء الاصطدام (الاصطدام) ، يمكن للذرة أن تنتقل إلى مستوى طاقة أقل أو أعلى. يسمى هذا الاصطدام غير مرن (على عكس الاصطدام المرن ، حيث تتغير الطاقة الحركية فقط للحركة الانتقالية للذرة ، بينما تظل طاقتها الداخلية دون تغيير). حالة خاصة مهمة هي اصطدام ذرة حرة مع إلكترون ؛ عادة ما يتحرك الإلكترون أسرع من الذرة ، ويكون وقت الاصطدام قصيرًا جدًا ويمكن للمرء التحدث عن تأثير الإلكترون. إن إثارة الذرة عن طريق تأثير الإلكترون هي إحدى طرق تحديد مستويات طاقتها.

الخواص الكيميائية والفيزيائية للذرة. يتم تحديد معظم خصائص الذرة من خلال بنية وخصائص غلافها الإلكتروني الخارجي ، حيث ترتبط الإلكترونات بشكل ضعيف نسبيًا بالنواة (طاقات ربط من عدة فولت إلى عدة عشرات من فولت إلكتروني). تتجلى بنية الغلاف الداخلي للذرة ، التي ترتبط إلكتروناتها بقوة أكبر (طاقات ملزمة من مئات وآلاف وعشرات الآلاف من eV) ، فقط خلال تفاعلات الذرة مع الجسيمات السريعة والفوتونات ذات الطاقات العالية (المزيد من مئات فولت). تحدد مثل هذه التفاعلات أطياف الأشعة السينية للذرة وتشتت الجسيمات السريعة (انظر حيود الجسيمات). تحدد كتلة الذرة خواصها الميكانيكية أثناء حركة الذرة ككل - مقدار الحركة ، الطاقة الحركية. تعتمد الخواص الرنينية والفيزيائية الأخرى للذرة على اللحظات الميكانيكية والكهربائية والمغناطيسية ذات الصلة للذرة (انظر الرنين المغنطيسي الإلكترون ، الرنين المغناطيسي النووي ، الرنين النووي الرباعي).

تتعرض إلكترونات الأغلفة الخارجية للذرة بسهولة للتأثيرات الخارجية. عندما تقترب الذرات من بعضها البعض ، تنشأ تفاعلات إلكتروستاتيكية قوية يمكن أن تؤدي إلى تكوين رابطة كيميائية. تتجلى التفاعلات الكهروستاتيكية الأضعف بين ذرتين في الاستقطاب المتبادل بينهما - إزاحة الإلكترونات بالنسبة إلى النوى ، وهي أقوى الإلكترونات الخارجية المرتبطة بشكل ضعيف. تنشأ قوى الجذب الاستقطابية بين الذرات ، والتي يجب أن تؤخذ في الاعتبار بالفعل على مسافات كبيرة بينها. يحدث استقطاب الذرة أيضًا في المجالات الكهربائية الخارجية ؛ نتيجة لذلك ، يتم تغيير مستويات الطاقة في الذرة ، والمهم بشكل خاص ، يتم تقسيم مستويات الطاقة المتدهورة (تأثير ستارك). يمكن أن ينشأ استقطاب الذرة تحت تأثير المجال الكهربائي لموجة ضوئية (كهرومغناطيسية) ؛ يعتمد على تواتر الضوء الذي يحدد الاعتماد عليه ومعامل الانكسار (انظر تشتت الضوء) المرتبط باستقطاب الذرة. تتجلى العلاقة الوثيقة بين الخصائص البصرية للذرة وخصائصها الكهربائية بشكل خاص في أطيافها الضوئية.

يتم تحديد الخصائص المغناطيسية للذرات بشكل أساسي من خلال بنية غلافها الإلكتروني. تعتمد العزم المغناطيسي للذرة على عزمها الميكانيكي (انظر النسبة المغناطيسية الميكانيكية) ، في ذرة ذات غلاف إلكترون ممتلئ تمامًا ، تساوي الصفر ، تمامًا مثل العزم الميكانيكي. تحتوي الذرات ذات الأصداف الإلكترونية الخارجية المملوءة جزئيًا ، كقاعدة عامة ، على لحظات مغناطيسية غير صفرية وتكون مغناطيسية. في مجال مغناطيسي خارجي ، تنقسم جميع مستويات الذرات ، التي لا تساوي فيها العزم المغناطيسي صفرًا - يحدث تأثير زيمان. جميع الذرات لها نفاذية مغناطيسية ، ويرجع ذلك إلى ظهور لحظة مغناطيسية فيها تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي (ما يسمى بالعزم المغناطيسي المستحث ، على غرار العزم ثنائي القطب الكهربائي للذرة).

مع التأين المتعاقب للذرة ، أي بفصل إلكتروناتها ، بدءًا من الأبعد من أجل زيادة قوة الرابطة ، تتغير وفقًا لذلك كل خصائص الذرة التي تحددها غلافها الخارجي. المزيد والمزيد من الإلكترونات المرتبطة بقوة تصبح خارجية ؛ نتيجة لذلك ، تقل قدرة الذرة على الاستقطاب في مجال كهربائي بشكل كبير ، وتزداد المسافات بين مستويات الطاقة وترددات التحولات الضوئية بين هذه المستويات (مما يؤدي إلى تحول في الأطياف نحو أطوال موجية أقصر من أي وقت مضى). يظهر عدد من الخصائص الدورية: خصائص الأيونات ذات الإلكترونات الخارجية المتشابهة تبين أنها متشابهة ؛ على سبيل المثال ، يُظهر N 3+ (إلكترونان 2s) تشابهًا مع N 5+ (إلكترونان 1s). ينطبق هذا على الخصائص والترتيب النسبي لمستويات الطاقة والأطياف الضوئية ، على اللحظات المغناطيسية للذرة ، وما إلى ذلك. يحدث التغيير الأكثر دراماتيكية في الخصائص عند إزالة الإلكترون الأخير من الغلاف الخارجي ، عندما تبقى الأصداف المملوءة بالكامل فقط ، على سبيل المثال ، عند الانتقال من N 4+ إلى N 5+ (التكوينات الإلكترونية 1s 2 2s و 1s 2). في هذه الحالة ، يكون الأيون أكثر استقرارًا ويكون إجمالي عزمه الميكانيكي والمغناطيسي الكلي مساويًا للصفر.

تختلف خصائص الذرة في حالة مرتبطة (على سبيل المثال ، جزء من جزيء) عن خصائص الذرة الحرة. تخضع خصائص الذرة لأكبر التغييرات ، والتي تحددها الإلكترونات الخارجية التي تشارك في إضافة ذرة معينة إلى ذرة أخرى. في الوقت نفسه ، قد تظل الخصائص التي تحددها إلكترونات الأصداف الداخلية دون تغيير تقريبًا ، كما هو الحال بالنسبة لأطياف الأشعة السينية. قد تخضع بعض خصائص الذرة لتغييرات صغيرة نسبيًا ، والتي يمكن من خلالها الحصول على معلومات حول طبيعة تفاعلات الذرات المقيدة. ومن الأمثلة المهمة على ذلك تقسيم مستويات الطاقة الذرية في البلورات والمركبات المعقدة ، والتي تحدث تحت تأثير المجالات الكهربائية الناتجة عن الأيونات المحيطة.

تتنوع الطرق التجريبية لدراسة بنية الذرة ومستويات طاقتها وتفاعلاتها مع الذرات الأخرى والجسيمات الأولية والجزيئات والحقول الخارجية وما إلى ذلك ، ولكن المعلومات الرئيسية موجودة في أطيافها. إن طرق التحليل الطيفي الذري في جميع نطاقات الطول الموجي ، وخاصة طرق التحليل الطيفي بالليزر الحديثة ، تجعل من الممكن دراسة المزيد والمزيد من التأثيرات الدقيقة المرتبطة بالذرة. منذ بداية القرن التاسع عشر ، كان وجود الذرة واضحًا للعلماء ، ولكن تم إجراء تجربة لإثبات حقيقة وجودها بواسطة J.Perrin في بداية القرن العشرين. مع تطور الفحص المجهري ، أصبح من الممكن الحصول على صور للذرات على سطح المواد الصلبة. تم اكتشاف الذرة لأول مرة بواسطة E.Muller (الولايات المتحدة الأمريكية ، 1955) بمساعدة المجهر الأيوني الميداني الذي اخترعه. تتيح القوة الذرية الحديثة والمجاهر النفقية الحصول على صور للأسطح الصلبة بدقة جيدة على المستوى الذري (انظر الشكل 3).

أرز. 3. صورة للتركيب الذري لسطح السيليكون حصل عليها الأستاذ في جامعة أكسفورد م. كابستيل باستخدام مجهر مسح نفقي.

توجد الذرات الغريبة المزعومة وتستخدم على نطاق واسع في دراسات مختلفة ، على سبيل المثال ، الذرات الميونية ، أي الذرات التي يتم فيها استبدال كل أو جزء من الإلكترونات بالميونات السالبة ، والميونيوم ، والبوزيترونيوم ، وكذلك ذرات الهادرونيك ، التي تتكون من تم إجراء الملاحظات الأولى لذرة الهيدروجين المضاد (2002) - ذرة تتكون من بوزيترون وبروتون مضاد.

مضاءة: ولد M. الفيزياء الذرية. الطبعة الثالثة. م ، 1970 ؛ فيزياء الذرات والجزيئات. م ، 1980 ؛ Shpolsky E.V. الفيزياء الذرية. الطبعة السابعة. M.، 1984. T. 1-2؛ Elyashevich MA التحليل الطيفي الذري والجزيئي. الطبعة الثانية. م ، 2000.