Formula za strukturu atoma. Građa elektronskih ljuski atoma

Atom- najmanja čestica tvari koja je kemijski nedjeljiva. U 20. stoljeću razjašnjena je složena struktura atoma. Atomi se sastoje od pozitivno nabijenih jezgre i ljuske koju tvore negativno nabijeni elektroni. Ukupni naboj slobodnog atoma je nula, budući da su naboji jezgre i elektronska ljuska uravnotežiti jedno drugo. U ovom slučaju, naboj jezgre jednak je broju elementa u periodnom sustavu ( atomski broj) i jednak je ukupnom broju elektrona (naboj elektrona je −1).

Atomska jezgra sastoji se od pozitivno nabijenih protoni i neutralne čestice - neutroni koji nemaju naplatu. Generalizirane karakteristike elementarnih čestica u sastavu atoma mogu se prikazati u obliku tablice:

Broj protona jednak je naboju jezgre, dakle, jednak atomskom broju. Da bismo pronašli broj neutrona u atomu, potrebno je od atomske mase (zbroja masa protona i neutrona) oduzeti nuklearni naboj (broj protona).

Na primjer, u atomu natrija 23 Na broj protona je p = 11, a broj neutrona je n = 23 − 11 = 12.

Broj neutrona u atomima istog elementa može biti različit. Takvi se atomi nazivaju izotopi .

Elektronska ljuska atoma također ima složenu strukturu. Elektroni se nalaze na energetskim razinama (elektroničkim slojevima).

Broj razine karakterizira energiju elektrona. To je zbog činjenice da elementarne čestice mogu prenositi i primati energiju ne u proizvoljno malim količinama, već u određenim dijelovima - kvantima. Što je viša razina, elektron ima više energije. Budući da je niža energija sustava, to je on stabilniji (usporedite nisku stabilnost kamena na vrhu planine s visokom potencijalnom energijom i stabilan položaj istog kamena na ravnici ispod, kada je njegova energija mnogo niže), prvo se pune razine s niskom energijom elektrona, a tek onda s visokom.

Maksimalni broj elektrona koje razina može zadržati može se izračunati pomoću formule:
N \u003d 2n 2, gdje je N najveći broj elektrona u razini,
n - broj razine.

Tada je za prvu razinu N = 2 1 2 = 2,

za drugu N = 2 2 2 = 8 itd.

Broj elektrona na vanjskoj razini za elemente glavne (A) podskupine jednak je broju skupine.

U većini modernih periodnih tablica raspored elektrona po razinama naznačen je u ćeliji s elementom. Jako važno razumjeti da su razine očitane prema gore, što odgovara njihovoj energiji. Stoga, stupac brojeva u ćeliji s natrijem:
1
8
2

na 1. razini - 2 elektrona,

na 2. razini - 8 elektrona,

na 3. razini - 1 elektron
Budite oprezni, vrlo česta pogreška!

Raspodjela elektrona po razinama može se prikazati dijagramom:
11 Ne)))
2 8 1

Ako periodni sustav ne pokazuje raspodjelu elektrona po razinama, možete se voditi prema:

• najveći broj elektrona: na 1. razini, ne više od 2 e - ,
  na 2. - 8 e - ,
  na vanjskoj razini - 8 e − ;
• broj elektrona u vanjskoj razini (za prvih 20 elemenata jednak je broju grupe)

Tada će tijek razmišljanja za natrij biti sljedeći:

1. Ukupan broj elektrona je 11, dakle, prva razina je popunjena i sadrži 2 e − ;
2. Treća, vanjska razina sadrži 1 e − (I grupa)
3. Druga razina sadrži preostale elektrone: 11 − (2 + 1) = 8 (potpuno popunjeno)

* Za jasniju razliku između slobodnog atoma i atoma u spoju, brojni autori predlažu korištenje pojma "atom" samo za označavanje slobodnog (neutralnog) atoma i za sve atome, uključujući one u spojevima, predlažu termin "atomske čestice". Vrijeme će pokazati kako će se odvijati sudbina ovih termina. S naše točke gledišta, atom je, po definiciji, čestica, stoga se izraz "atomske čestice" može smatrati tautologijom ("ulje od maslaca").

2. Zadatak. Izračunavanje količine tvari jednog od produkata reakcije, ako je poznata masa polazne tvari.
Primjer:

Kolika će se količina tvari vodika osloboditi tijekom interakcije cinka s klorovodičnom kiselinom mase 146 g?

Riješenje:

1. Zapisujemo jednadžbu reakcije: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2
2. Pronađite molarnu masu klorovodične kiseline: M (HCl) \u003d 1 + 35,5 \u003d 36,5 (g / mol)
   (molarnu masu svakog elementa, brojčano jednaku relativnoj atomskoj masi, gledamo u periodnom sustavu pod znakom elementa i zaokružujemo na cijele brojeve, osim klora koji se uzima kao 35,5)
3. Pronađite količinu tvari klorovodične kiseline: n (HCl) \u003d m / M \u003d 146 g / 36,5 g / mol \u003d 4 mol
4. Iznad jednadžbe reakcije upisujemo dostupne podatke, a ispod jednadžbe broj molova prema jednadžbi (jednak koeficijentu ispred tvari):
   4 mol x mol
   Zn + 2HCl \u003d ZnCl2 + H2
   2 mol 1 mol
5. Pravimo proporciju:
   4 mol - x madež
   2 mol - 1 mol
   (ili uz objašnjenje:
   od 4 mola klorovodične kiseline dobijete x mol vodika
   a od 2 mola - 1 mol)
6. Pronašli smo x:
   x= 4 mol 1 mol / 2 mol = 2 mol

Odgovor: 2 mol.

DEFINICIJA

Atom je najmanja kemijska čestica.

Raznolikost kemijskih spojeva posljedica je različite kombinacije atoma kemijskih elemenata u molekule i nemolekularne tvari. Sposobnost atoma da uđe u kemijske spojeve, njegova kemijska i fizikalna svojstva određena su građom atoma. U tom smislu, za kemiju je od najveće važnosti unutarnja struktura atoma i, prije svega, struktura njegove elektronske ljuske.

Modeli strukture atoma

Početkom 19. stoljeća D. Dalton oživio je atomističku teoriju, oslanjajući se na dotad poznate temeljne zakone kemije (konstantnost sastava, višestruki omjeri i ekvivalenti). Provedeni su prvi pokusi proučavanja strukture tvari. No, unatoč učinjenim otkrićima (atomi istog elementa imaju ista svojstva, a atomi drugih elemenata različita svojstva, uveden je pojam atomske mase), atom se smatrao nedjeljivim.

Nakon dobivanja eksperimentalnih dokaza (krajem XIX - početkom XX. stoljeća) o složenosti strukture atoma (fotoelektrični učinak, katodne i X-zrake, radioaktivnost), utvrđeno je da se atom sastoji od negativno i pozitivno nabijenih čestica koje međusobno djeluju s jedni druge.

Ta su otkrića dala poticaj stvaranju prvih modela strukture atoma. Predložen je jedan od prvih modela J. Thomson(1904) (slika 1): atom je predstavljen kao "more pozitivnog elektriciteta" s elektronima koji osciliraju u njemu.

Nakon pokusa s α-česticama, 1911. god. Rutherford je predložio tzv planetarni model struktura atoma (slika 1), slična strukturi Sunčevog sustava. Prema planetarnom modelu, u središtu atoma nalazi se vrlo mala jezgra s nabojem Z e, čija je veličina otprilike 1.000.000 puta manja od veličine samog atoma. Jezgra sadrži gotovo cijelu masu atoma i ima pozitivan naboj. Elektroni se kreću po orbitama oko jezgre, čiji je broj određen nabojem jezgre. Vanjska putanja elektrona određuje vanjske dimenzije atoma. Promjer atoma je 10 -8 cm, dok je promjer jezgre znatno manji -10 -12 cm.

Riža. 1 Modeli strukture atoma prema Thomsonu i Rutherfordu

Eksperimenti proučavanja atomskih spektara pokazali su nesavršenost planetarnog modela strukture atoma, budući da ovaj model proturječi linijskoj strukturi atomskih spektara. Na temelju Rutherfordovog modela, Einsteinove teorije svjetlosnih kvanta i kvantne teorije zračenja, Planck Niels Bohr (1913.) formuliran postulate, koji sadrži atomska teorija(Slika 2): elektron se može vrtjeti oko jezgre ne u bilo kojoj, već samo u određenim orbitama (stacionarno), krećući se duž takve orbite, ne emitira elektromagnetsku energiju, zračenje (apsorpcija ili emisija kvanta elektromagnetskog energija) događa se tijekom prijelaza (skoka) elektrona iz jedne orbite u drugu.

Riža. 2. Model strukture atoma prema N. Bohru

Nakupljeni eksperimentalni materijal koji karakterizira strukturu atoma pokazao je da se svojstva elektrona, kao i drugih mikroobjekata, ne mogu opisati na temelju pojmova klasične mehanike. Mikročestice se pokoravaju zakonima kvantne mehanike, koja je postala osnova za stvaranje moderni model strukture atoma.

Glavne teze kvantne mehanike:

- energiju emitiraju i apsorbiraju tijela u odvojenim dijelovima - kvantima, pa se energija čestica naglo mijenja;

- elektroni i druge mikročestice imaju dvojaku prirodu - ispoljava svojstva i čestica i valova (čestično-valni dualizam);

— kvantna mehanika negira postojanje određenih orbita za mikročestice (nemoguće je odrediti točan položaj za kretanje elektrona, jer se kreću u prostoru u blizini jezgre, može se samo odrediti vjerojatnost pronalaska elektrona u različitim dijelovima prostora).

Prostor u blizini jezgre, u kojem je vjerojatnost pronalaska elektrona dovoljno velika (90%), naziva se orbitalni.

kvantni brojevi. Paulijevo načelo. Pravila Klečkovskog

Stanje elektrona u atomu može se opisati pomoću četiri kvantni brojevi.

n je glavni kvantni broj. Karakterizira ukupnu energiju elektrona u atomu i broj energetske razine. n poprima cjelobrojne vrijednosti od 1 do ∞. Elektron ima najmanju energiju pri n=1; s povećanjem n - energije. Stanje atoma, kada su njegovi elektroni na takvim energetskim razinama da je njihova ukupna energija minimalna, naziva se osnovnim stanjem. Stanja s višim vrijednostima nazivaju se uzbuđena. Razine energije označene su arapskim brojevima prema vrijednosti n. Elektroni se mogu rasporediti u sedam razina, stoga u stvarnosti n postoji od 1 do 7. Glavni kvantni broj određuje veličinu elektronskog oblaka i određuje prosječni radijus elektrona u atomu.

l je orbitalni kvantni broj. Karakterizira rezervu energije elektrona u podrazini i oblik orbitale (tablica 1). Prihvaća cjelobrojne vrijednosti od 0 do n-1. l ovisi o n. Ako je n=1, onda je l=0, što znači da na 1. razini postoji 1. podrazina.

mi je magnetski kvantni broj. Karakterizira orijentaciju orbite u prostoru. Prihvaća cjelobrojne vrijednosti od –l preko 0 do +l. Dakle, kada je l=1 (p-orbitala), m e poprima vrijednosti -1, 0, 1, a orijentacija orbitale može biti različita (slika 3).

Riža. 3. Jedna od mogućih orijentacija u p-orbitalnom prostoru

s je spinski kvantni broj. Karakterizira vlastitu rotaciju elektrona oko osi. Uzima vrijednosti -1/2(↓) i +1/2 (). Dva elektrona u istoj orbitali imaju antiparalelne spinove.

Određuje se stanje elektrona u atomima Paulijevo načelo: atom ne može imati dva elektrona s istim skupom svih kvantnih brojeva. Redoslijed popunjavanja orbitala elektronima određen je Pravila Klečkovskog: orbitale se popunjavaju elektronima uzlaznim redoslijedom zbroja (n + l) za te orbitale, ako je zbroj (n + l) isti, tada se prvo popunjava orbitala s nižom vrijednošću n.

Međutim, atom obično ne sadrži jedan, već nekoliko elektrona, a kako bi se uzela u obzir njihova međusobna interakcija, koristi se koncept efektivnog naboja jezgre - na elektron vanjske razine utječe naboj koji je manji od naboja jezgre, zbog čega unutarnji elektroni štite vanjske.

Glavne karakteristike atoma: atomski radijus (kovalentni, metalni, van der Waalsov, ionski), afinitet prema elektronu, ionizacijski potencijal, magnetski moment.

Elektroničke formule atoma

Svi elektroni atoma čine njegovu elektronsku ljusku. Prikazana je struktura elektronske ljuske elektronska formula, koji pokazuje raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama. Broj elektrona u podrazini označen je brojem koji je upisan gore desno od slova koje označava podrazinu. Na primjer, atom vodika ima jedan elektron, koji se nalazi na s-podrazini 1. energetske razine: 1s 1. Elektronska formula helija koji sadrži dva elektrona napisana je na sljedeći način: 1s 2.

Za elemente druge periode, elektroni ispunjavaju 2. energetsku razinu, koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Najprije elektroni ispunjavaju s-podrazinu, zatim p-podrazinu. Na primjer:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Odnos elektroničke strukture atoma s položajem elementa u periodnom sustavu

Elektronička formula elementa određena je njegovim položajem u periodnom sustavu D.I. Mendeljejev. Dakle, broj razdoblja odgovara elementima drugog razdoblja, elektroni ispunjavaju 2. energetsku razinu, koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Najprije elektroni ispunjavaju U elementima druge periode elektroni ispunjavaju 2. energetsku razinu koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Najprije elektroni ispunjavaju s-podrazinu, zatim p-podrazinu. Na primjer:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Za atome nekih elemenata uočava se pojava "curenja" elektrona s vanjske energetske razine na pretposljednju. Klizanje elektrona događa se u atomima bakra, kroma, paladija i nekih drugih elemenata. Na primjer:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1

energetska razina koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Najprije elektroni ispunjavaju s-podrazinu, zatim p-podrazinu. Na primjer:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Broj skupine za elemente glavnih podskupina jednak je broju elektrona u vanjskoj energetskoj razini, takvi se elektroni nazivaju valentni elektroni (sudjeluju u stvaranju kemijske veze). Valentni elektroni elemenata bočnih podskupina mogu biti elektroni vanjske energetske razine i d-podrazine pretposljednje razine. Broj skupine elemenata bočnih podskupina III-VII skupina, kao i za Fe, Ru, Os, odgovara ukupnom broju elektrona u s-podrazini vanjske energetske razine i d-podrazini pretposljednja razina

Zadaci:

Nacrtajte elektronske formule atoma fosfora, rubidija i cirkonija. Navedite valentne elektrone.

Odgovor:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Valentni elektroni 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Valentni elektroni 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Valentni elektroni 4d 2 5s 2

Elektroni

Pojam atoma nastao je u starom svijetu za označavanje čestica materije. Na grčkom atom znači "nedjeljiv".

Irski fizičar Stoney je na temelju pokusa došao do zaključka da elektricitet prenose najsitnije čestice koje postoje u atomima svih kemijskih elemenata. Godine 1891. Stoney je predložio da se te čestice nazovu elektronima, što na grčkom znači "jantar". Nekoliko godina nakon što je elektron dobio ime, engleski fizičar Joseph Thomson i francuski fizičar Jean Perrin dokazali su da elektroni nose negativan naboj. To je najmanji negativni naboj, koji se u kemiji uzima kao jedinica (-1). Thomson je čak uspio odrediti brzinu elektrona (brzina elektrona u orbiti obrnuto je proporcionalna broju orbite n. Polumjeri orbita rastu proporcionalno kvadratu broja orbite. U prvoj orbiti vodika atom (n=1; Z=1), brzina je ≈ 2,2 106 m/c, odnosno oko sto puta manja od brzine svjetlosti c=3 108 m/s.) i masa elektrona ( gotovo je 2000 puta manja od mase atoma vodika).

Stanje elektrona u atomu

Stanje elektrona u atomu je skup informacija o energiji pojedinog elektrona i prostoru u kojem se nalazi. Elektron u atomu nema putanju gibanja, tj. može se samo govoriti o vjerojatnost pronalaska u prostoru oko jezgre.

Može se nalaziti u bilo kojem dijelu tog prostora koji okružuje jezgru, a ukupnost njegovih različitih položaja smatra se elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Slikovito se to može zamisliti na sljedeći način: kada bi bilo moguće fotografirati položaj elektrona u atomu u stotinkama ili milijuntim dijelovima sekunde, kao u fotofinišu, tada bi elektron na takvim fotografijama bio predstavljen kao točke. Prekrivanje bezbrojnih takvih fotografija rezultiralo bi slikom elektronskog oblaka najveće gustoće gdje će biti najviše tih točaka.

Prostor oko atomske jezgre, u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron, naziva se orbitala. Sadrži približno 90% e-oblak, a to znači da je oko 90% vremena elektron u ovom dijelu prostora. Razlikuje se po obliku 4 trenutno poznate vrste orbitala, koji se označavaju latinskim slova s, p, d i f. Grafički prikaz nekih oblika elektronskih orbitala prikazan je na slici.

Najvažnija karakteristika gibanja elektrona po određenoj orbiti je energija njegove veze s jezgrom. Elektroni sa sličnim energetskim vrijednostima tvore jedan elektronski sloj, odnosno energetsku razinu. Energetske razine su numerirane počevši od jezgre - 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7.

Cijeli broj n, koji označava broj energetske razine, naziva se glavni kvantni broj. Karakterizira energiju elektrona koji zauzimaju određenu energetsku razinu. Najnižu energiju imaju elektroni prve energetske razine, najbliže jezgri. U usporedbi s elektronima prve razine, elektroni sljedećih razina karakterizirat će veliku količinu energije. Posljedično, elektroni vanjske razine su najslabije vezani za jezgru atoma.

Najveći broj elektrona u energetskoj razini određuje se formulom:

N = 2n2,

gdje je N najveći broj elektrona; n je broj razine, odnosno glavni kvantni broj. Posljedično, prva energetska razina najbliža jezgri ne može sadržavati više od dva elektrona; na drugom - ne više od 8; na trećem - ne više od 18; na četvrtom - ne više od 32.

Počevši od druge energetske razine (n = 2), svaka od razina podijeljena je na podrazine (podslojeve), koje se međusobno nešto razlikuju po energiji vezanja s jezgrom. Broj podrazina jednak je vrijednosti glavnog kvantnog broja: prva energetska razina ima jednu podrazinu; drugi - dva; treći - tri; četvrti - četiri podrazine. Podrazine, pak, tvore orbitale. Svaka vrijednostn odgovara broju orbitala jednakom n.

Uobičajeno je označavati podrazine latiničnim slovima, kao i oblik orbitala od kojih se sastoje: s, p, d, f.

Protoni i neutroni

Atom bilo kojeg kemijskog elementa usporediv je sa sićušnim Sunčevim sustavom. Stoga se takav model atoma, koji je predložio E. Rutherford, naziva planetarni.

Atomska jezgra, u kojoj je koncentrirana cjelokupna masa atoma, sastoji se od čestica dvije vrste - protona i neutrona.

Protoni imaju naboj jednak naboju elektrona, ali suprotnog predznaka (+1), i masu jednaku masi atoma vodika (u kemiji je prihvaćen kao jedinica). Neutroni nemaju naboj, neutralni su i imaju masu jednaku masi protona.

Protoni i neutroni zajednički se nazivaju nukleoni (od lat. nucleus - jezgra). Zbroj broja protona i neutrona u atomu naziva se maseni broj. Na primjer, maseni broj atoma aluminija:

13 + 14 = 27

broj protona 13, broj neutrona 14, maseni broj 27

Budući da se masa elektrona, koja je zanemariva, može zanemariti, očito je da je cjelokupna masa atoma koncentrirana u jezgri. Elektroni predstavljaju e - .

Jer atom električki neutralan, također je očito da je broj protona i elektrona u atomu isti. Jednak je rednom broju kemijskog elementa koji mu je dodijeljen u periodnom sustavu. Masu atoma čini masa protona i neutrona. Znajući redni broj elementa (Z), tj. broj protona, i maseni broj (A), jednak zbroju brojeva protona i neutrona, možete pronaći broj neutrona (N) pomoću formula:

N=A-Z

Na primjer, broj neutrona u atomu željeza je:

56 — 26 = 30

izotopi

Nazivaju se varijante atoma istog elementa koji imaju isti nuklearni naboj, ali različite masene brojeve izotopi. Kemijski elementi koji se nalaze u prirodi mješavina su izotopa. Dakle, ugljik ima tri izotopa s masom 12, 13, 14; kisik - tri izotopa s masom 16, 17, 18 itd. Relativna atomska masa kemijskog elementa koja se obično daje u periodnom sustavu prosječna je vrijednost atomskih masa prirodne mješavine izotopa danog elementa, uzimajući uzeti u obzir njihov relativni sadržaj u prirodi. Kemijska svojstva izotopa većine kemijskih elemenata potpuno su ista. Međutim, izotopi vodika uvelike se razlikuju po svojstvima zbog dramatičnog višestrukog povećanja njihove relativne atomske mase; čak su dobili i pojedinačna imena i kemijske simbole.

Elementi prvog razdoblja

Shema elektronske strukture atoma vodika:

Sheme elektroničke strukture atoma prikazuju raspored elektrona po elektronskim slojevima (energijskim razinama).

Grafička elektronska formula atoma vodika (prikazuje raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama):

Grafičke elektroničke formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona ne samo po razinama i podrazinama, već i po orbitama.

U atomu helija prvi elektronski sloj je završen – ima 2 elektrona. Vodik i helij su s-elementi; kod ovih atoma, s-orbitala je ispunjena elektronima.

Svi elementi drugog razdoblja popunjen je prvi sloj elektrona, a elektroni ispunjavaju s- i p-orbitale drugog elektronskog sloja u skladu s načelom najmanje energije (prvo s, a zatim p) i pravilima Paulija i Hunda.

U atomu neona dovršen je drugi elektronski sloj – ima 8 elektrona.

Za atome elemenata treće periode prvi i drugi elektronski sloj su dovršeni, pa je popunjen treći elektronski sloj u kojem elektroni mogu zauzimati 3s-, 3p- i 3d-podrazine.

3s elektronska orbitala je završena na atomu magnezija. Na i Mg su s-elementi.

Za aluminij i sljedeće elemente, podrazina 3p je ispunjena elektronima.

Elementi treće periode imaju nepopunjene 3d orbitale.

Svi elementi od Al do Ar su p-elementi. s- i p-elementi čine glavne podskupine u periodnom sustavu.

Elementi četvrtog - sedmog razdoblja

Četvrti sloj elektrona pojavljuje se na atomima kalija i kalcija, podrazina 4s je ispunjena, jer ima manju energiju od podrazine 3d.

K, Ca - s-elementi uključeni u glavne podskupine. Za atome od Sc do Zn, 3d podrazina je ispunjena elektronima. Ovo su 3d elementi. Ubrajaju se u sekundarne podskupine, imaju ispunjen predvanjski sloj elektrona, nazivaju se prijelaznim elementima.

Obratite pozornost na strukturu elektronskih ljuski atoma kroma i bakra. U njima dolazi do “ispada” jednog elektrona s 4s- na 3d-podrazinu, što se objašnjava većom energetskom stabilnošću nastalih elektroničkih konfiguracija 3d 5 i 3d 10:

U atomu cinka treći elektronski sloj je završen - u njemu su popunjene sve podrazine 3s, 3p i 3d, ukupno na njima ima 18 elektrona. U elementima koji slijede nakon cinka, četvrti sloj elektrona nastavlja se puniti, podrazina 4p.

Elementi od Ga do Kr su p-elementi.

Vanjski sloj (četvrti) atoma kriptona je potpun i ima 8 elektrona. Ali u četvrtom elektronskom sloju mogu biti samo 32 elektrona; 4d- i 4f-podrazine atoma kriptona ostaju još nepopunjene.Elementi pete periode popunjavaju podrazine sljedećim redom: 5s - 4d - 5p. A postoje i iznimke koje se odnose na " neuspjeh» elektroni, y 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

U šestoj i sedmoj periodi pojavljuju se f-elementi, tj. elementi u kojima su popunjene 4f- odnosno 5f-podrazine trećeg vanjskog elektronskog sloja.

4f elementi nazivaju se lantanidi.

5f elementi nazivaju se aktinidi.

Redoslijed popunjavanja elektronskih podrazina u atomima elemenata šeste periode: 55 Cs i 56 Ba - 6s-elementi; 57 La … 6s 2 5d x - 5d element; 58 Ce - 71 Lu - 4f elementi; 72 Hf - 80 Hg - 5d elemenata; 81 T1 - 86 Rn - 6d elementi. Ali i tu postoje elementi u kojima je redoslijed popunjavanja elektronskih orbitala “narušen”, što je, primjerice, povezano s većom energetskom stabilnošću polu i potpuno popunjenih f-podrazina, tj. nf 7 i nf 14. Ovisno o tome koja je podrazina atoma posljednja ispunjena elektronima, svi elementi se dijele u četiri elektronske obitelji ili bloka:

• s-elementi. S-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; s-elementi uključuju vodik, helij i elemente glavnih podskupina I. i II.

• p-elementi. P-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; p-elementi uključuju elemente glavnih podskupina III-VIII skupina.

• d-elementi. D-podrazina predvanjske razine atoma ispunjena je elektronima; d-elementi uključuju elemente sekundarnih podskupina skupina I-VIII, tj. elemente interkalarnih dekada velikih perioda koji se nalaze između s- i p-elemenata. Nazivaju se i prijelazni elementi.

• f-elementi. F-podrazina treće vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; to uključuje lantanide i antinoide.

Švicarski fizičar W. Pauli 1925. godine utvrdio je da u atomu u jednoj orbiti ne mogu biti više od dva elektrona koji imaju suprotne (antiparalelne) spinove (u prijevodu s engleskog - "vreteno"), tj. imaju takva svojstva koja se mogu uvjetno zamisliti kao rotacija elektrona oko svoje zamišljene osi: u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od njega.

Ovaj princip se zove Paulijevo načelo. Ako postoji jedan elektron u orbitali, onda se on naziva nespareni, ako su dva, onda su to spareni elektroni, odnosno elektroni sa suprotnim spinovima. Na slici je prikazan dijagram podjele energetskih razina na podrazine i redoslijed njihovog popunjavanja.

Vrlo često se struktura elektronskih ljuski atoma prikazuje pomoću energetskih ili kvantnih ćelija - one zapisuju takozvane grafičke elektronske formule. Za ovaj zapis koristi se sljedeća oznaka: svaka kvantna stanica označena je ćelijom koja odgovara jednoj orbitali; svaki elektron je označen strelicom koja odgovara smjeru spina. Prilikom pisanja grafičke elektroničke formule treba zapamtiti dva pravila: Paulijev princip i F. Hundovo pravilo, prema kojem elektroni zauzimaju slobodne ćelije, prvo jedan po jedan i istovremeno imaju istu vrijednost spina, pa tek onda sparu, ali će spinovi, prema Paulijevom principu, već biti suprotno usmjereni.

Hundovo pravilo i Paulijev princip

Hundovo pravilo- pravilo kvantne kemije, koje određuje redoslijed popunjavanja orbitala određenog podsloja i formulira se na sljedeći način: ukupna vrijednost spinskog kvantnog broja elektrona ovog podsloja treba biti najveća. Formulirao Friedrich Hund 1925.

To znači da se u svakoj od orbitala podsloja prvo popunjava po jedan elektron, a tek nakon što se potroše nepopunjene orbitale, ovoj orbitali se dodaje drugi elektron. U tom slučaju u jednoj orbitali postoje dva elektrona s polucijelim spinovima suprotnog predznaka, koji se sparuju (formiraju dvoelektronski oblak) i kao rezultat toga ukupni spin orbitale postaje jednak nuli.

Druga formulacija: Ispod energije nalazi se atomski član za koji su zadovoljena dva uvjeta.

1. Mnoštvo je maksimalno
2. Kada se višestrukosti podudaraju, ukupni orbitalni moment L je maksimalan.

Analizirajmo ovo pravilo na primjeru popunjavanja orbitala p-podrazine str- elementi druge periode (odnosno od bora do neona (u donjem dijagramu vodoravne crte označavaju orbitale, okomite strelice označavaju elektrone, a smjer strelice označava orijentaciju spina).

pravilo Klečkovskog

Pravilo Klečkovskog - povećanjem ukupnog broja elektrona u atomima (s povećanjem naboja njihovih jezgri, odnosno rednih brojeva kemijskih elemenata), atomske orbitale se naseljavaju na način da pojava elektrona u orbitalama viših energija ovisi samo o glavni kvantni broj n i ne ovisi o svim ostalim kvantnim brojevima, uključujući i one iz l. Fizički to znači da je u atomu sličnom vodiku (u nedostatku međuelektronskog odbijanja) orbitalna energija elektrona određena samo prostornom udaljenošću gustoće naboja elektrona od jezgre i ne ovisi o značajkama njegova gibanja u polju jezgre.

Klečkovskovo empirijsko pravilo i slijed sekvenci donekle kontradiktornog realnog energetskog slijeda atomskih orbitala koji proizlaze iz njega samo u dva slučaja istog tipa: za atome Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au, dolazi do “ispada” elektrona sa s - podrazine vanjskog sloja na d-podrazinu prethodnog sloja, što dovodi do energetski stabilnijeg stanja atoma, naime: nakon popunjavanja orbitale 6 s dva elektroni s

Kemikalije su stvari koje čine svijet oko nas.

Svojstva svake kemijske tvari dijele se u dvije vrste: to su kemijska, koja karakteriziraju njezinu sposobnost stvaranja drugih tvari, i fizička, koja se objektivno promatraju i mogu se promatrati odvojeno od kemijskih transformacija. Tako su npr. fizikalna svojstva tvari agregatno stanje (kruto, tekuće ili plinovito), toplinska vodljivost, toplinski kapacitet, topljivost u različitim medijima (voda, alkohol itd.), gustoća, boja, okus itd. .

Pretvorbu jednih kemijskih tvari u druge tvari nazivamo kemijskim pojavama ili kemijskim reakcijama. Treba napomenuti da postoje i fizikalni fenomeni, koji su, očito, popraćeni promjenom bilo kojih fizičkih svojstava tvari bez njezine transformacije u druge tvari. Fizikalni fenomeni, na primjer, uključuju topljenje leda, smrzavanje ili isparavanje vode itd.

Da se tijekom bilo kojeg procesa odvija kemijska pojava može se zaključiti promatranjem karakterističnih znakova kemijskih reakcija, kao što su promjena boje, taloženje, razvijanje plina, topline i/ili svjetlosti.

Tako se, primjerice, o tijeku kemijskih reakcija može zaključiti promatranjem:

Stvaranje taloga pri kuhanju vode, koji se u svakodnevnom životu naziva kamenac;

Oslobađanje topline i svjetlosti tijekom gorenja vatre;

Promjena boje kriške svježe jabuke na zraku;

Stvaranje mjehurića plina tijekom fermentacije tijesta itd.

Najmanje čestice materije, koje se u procesu kemijskih reakcija praktički ne mijenjaju, već se samo na novi način povezuju jedna s drugom, nazivaju se atomi.

Sama ideja o postojanju takvih jedinica materije nastala je još u staroj Grčkoj u glavama antičkih filozofa, što zapravo objašnjava podrijetlo pojma "atom", budući da "atomos" u doslovnom prijevodu s grčkog znači "nedjeljiv".

Međutim, suprotno ideji starogrčkih filozofa, atomi nisu apsolutni minimum materije, tj. sami imaju složenu strukturu.

Svaki atom se sastoji od takozvanih subatomskih čestica - protona, neutrona i elektrona, označenih redom simbolima p + , n o i e - . Gornji indeks u korištenoj oznaci označava da proton ima jedinični pozitivni naboj, elektron ima jedinični negativni naboj, a neutron nema naboj.

Što se tiče kvalitativne strukture atoma, svaki atom ima sve protone i neutrone koncentrirane u takozvanoj jezgri, oko koje elektroni tvore elektronsku ljusku.

Proton i neutron imaju praktički iste mase, tj. m p ≈ m n , a masa elektrona je gotovo 2000 puta manja od mase svakog od njih, tj. m p / m e ≈ m n / m e ≈ 2000.

Kako je temeljno svojstvo atoma njegova električna neutralnost, a naboj jednog elektrona jednak je naboju jednog protona, iz toga se može zaključiti da je broj elektrona u bilo kojem atomu jednak broju protona.

Tako, na primjer, donja tablica prikazuje mogući sastav atoma:

Vrsta atoma s istim nuklearnim nabojem, tj. s jednakim brojem protona u svojim jezgrama nazivamo kemijskim elementom. Dakle, iz gornje tablice možemo zaključiti da atom1 i atom2 pripadaju jednom kemijskom elementu, a atom3 i atom4 drugom kemijskom elementu.

Svaki kemijski element ima svoje ime i individualni simbol koji se čita na određeni način. Tako, na primjer, najjednostavniji kemijski element, čiji atomi sadrže samo jedan proton u jezgri, ima naziv "vodik" i označava se simbolom "H", koji se čita kao "pepeo", a kemijski element s nuklearnim nabojem od +7 (tj. sadrži 7 protona) - "dušik", ima simbol "N", koji se čita kao "en".

Kao što možete vidjeti iz gornje tablice, atomi jednog kemijskog elementa mogu se razlikovati po broju neutrona u jezgri.

Atomi koji pripadaju istom kemijskom elementu, ali imaju različit broj neutrona i, kao rezultat toga, masu, nazivaju se izotopi.

Tako, primjerice, kemijski element vodik ima tri izotopa - 1 H, 2 H i 3 H. Indeksi 1, 2 i 3 iznad simbola H označavaju ukupan broj neutrona i protona. Oni. znajući da je vodik kemijski element, kojeg karakterizira činjenica da se u jezgri njegovih atoma nalazi jedan proton, možemo zaključiti da u izotopu 1 H (1-1 = 0) uopće nema neutrona, u izotop 2 H - 1 neutron (2-1=1) i u izotopu 3 H - dva neutrona (3-1=2). Budući da, kao što je već rečeno, neutron i proton imaju iste mase, a masa elektrona je u usporedbi s njima zanemariva, to znači da je izotop 2 H gotovo dvostruko teži od izotopa 1 H, a izotop 3 H izotop je tri puta teži. . U vezi s tako velikim rasponom masa izotopa vodika, izotopima 2 H i 3 H čak su dodijeljena zasebna individualna imena i simboli, što nije tipično ni za jedan drugi kemijski element. Izotop 2H je nazvan deuterij i dobio je simbol D, a izotop 3H je dobio ime tricij i dobio je simbol T.

Ako masu protona i neutrona uzmemo kao jedinicu, a zanemarimo masu elektrona, zapravo, gornji lijevi indeks, pored ukupnog broja protona i neutrona u atomu, možemo smatrati njegovom masom, a stoga se ovaj indeks naziva masenim brojem i označava simbolom A. Budući da naboj jezgre bilo kojeg protona odgovara atomu, a naboj svakog protona uvjetno se smatra jednakim +1, broj protona u jezgri naziva se broj naboja (Z). Označavajući broj neutrona u atomu slovom N, matematički odnos između masenog broja, broja naboja i broja neutrona može se izraziti kao:

Prema suvremenim konceptima, elektron ima dualnu (čestično-valnu) prirodu. Ima svojstva i čestice i vala. Kao i čestica, elektron ima masu i naboj, ali u isto vrijeme, protok elektrona, poput vala, karakterizira sposobnost difrakcije.

Za opisivanje stanja elektrona u atomu koriste se pojmovi kvantne mehanike prema kojima elektron nema određenu putanju gibanja i može se nalaziti u bilo kojoj točki prostora, ali s različitim vjerojatnostima.

Područje prostora oko jezgre gdje se najvjerojatnije nalazi elektron naziva se atomska orbitala.

Atomska orbitala može imati različit oblik, veličinu i orijentaciju. Atomska orbitala naziva se i elektronski oblak.

Grafički se jedna atomska orbitala obično označava kao kvadratna ćelija:

Kvantna mehanika ima izuzetno složen matematički aparat, stoga se u okviru školskog tečaja kemije razmatraju samo posljedice kvantno-mehaničke teorije.

Prema tim posljedicama, bilo koja atomska orbitala i elektron koji se na njoj nalazi potpuno su karakterizirani s 4 kvantna broja.

• Glavni kvantni broj - n - određuje ukupnu energiju elektrona u određenoj orbitali. Raspon vrijednosti glavnog kvantnog broja su svi prirodni brojevi, tj. n = 1,2,3,4, 5 itd.
• Orbitalni kvantni broj - l - karakterizira oblik atomske orbitale i može poprimiti bilo koje cjelobrojne vrijednosti od 0 do n-1, gdje je n, podsjetimo, glavni kvantni broj.

Orbitale s l = 0 nazivaju se s-orbitale. s-orbitale su sferne i nemaju smjer u prostoru:

Orbitale s l = 1 nazivaju se str-orbitale. Ove orbitale imaju oblik trodimenzionalne osmice, tj. oblik koji se dobiva rotiranjem osmice oko osi simetrije, a izvana podsjećaju na bučicu:

Orbitale s l = 2 nazivaju se d-orbitale, a uz l = 3 – f-orbitale. Njihova struktura je mnogo složenija.

3) Magnetski kvantni broj - m l - određuje prostornu orijentaciju pojedine atomske orbitale i izražava projekciju orbitalne kutne količine gibanja na smjer magnetskog polja. Magnetski kvantni broj m l odgovara orijentaciji orbitale u odnosu na smjer vektora jakosti vanjskog magnetskog polja i može poprimiti bilo koje cjelobrojne vrijednosti od –l do +l, uključujući 0, tj. ukupan broj mogućih vrijednosti je (2l+1). Tako, na primjer, s l = 0 m l = 0 (jedna vrijednost), s l = 1 m l = -1, 0, +1 (tri vrijednosti), s l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1, +2 (pet vrijednosti magnetskog kvantnog broja) itd.

Tako, na primjer, p-orbitale, t.j. orbitale s orbitalnim kvantnim brojem l = 1, koje imaju oblik "trodimenzionalne osmice", odgovaraju trima vrijednostima magnetskog kvantnog broja (-1, 0, +1), što zauzvrat odgovara na tri pravca u prostoru okomita jedan na drugi.

4) Spinski kvantni broj (ili jednostavno spin) - m s - može se uvjetno smatrati odgovornim za smjer rotacije elektrona u atomu, može poprimiti vrijednosti. Elektroni s različitim spinovima označeni su okomitim strelicama koje pokazuju u različitim smjerovima: ↓ i .

Skup svih orbitala u atomu koje imaju istu vrijednost glavnog kvantnog broja naziva se energetska razina ili elektronska ljuska. Bilo koja proizvoljna energetska razina s nekim brojem n sastoji se od n 2 orbitala.

Skup orbitala s istim vrijednostima glavnog kvantnog broja i orbitalnog kvantnog broja je energetska podrazina.

Svaka energetska razina, koja odgovara glavnom kvantnom broju n, sadrži n podrazina. Zauzvrat, svaka energetska podrazina s orbitalnim kvantnim brojem l sastoji se od (2l+1) orbitala. Tako se s-podsloj sastoji od jedne s-orbitale, p-podsloj - tri p-orbitale, d-podsloj - pet d-orbitala, a f-podsloj - sedam f-orbitala. Budući da se, kao što je već spomenuto, jedna atomska orbitala često označava jednom kvadratnom ćelijom, s-, p-, d- i f-podrazine mogu se grafički prikazati na sljedeći način:

Svaka orbitala odgovara pojedinačnom strogo definiranom skupu od tri kvantna broja n, l i m l .

Raspodjela elektrona po orbitalama naziva se elektronska konfiguracija.

Punjenje atomskih orbitala elektronima događa se u skladu s tri uvjeta:

• Načelo minimalne energije: Elektroni ispunjavaju orbitale počevši od najniže energetske podrazine. Slijed podrazina prema rastućoj energiji je sljedeći: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Kako bismo lakše zapamtili ovaj redoslijed popunjavanja elektroničkih podrazina, vrlo je zgodna sljedeća grafička ilustracija:

• Paulijevo načelo: Svaka orbitala može držati najviše dva elektrona.

Ako je u orbitali jedan elektron, onda se on naziva nespareni, a ako su dva, onda se nazivaju elektronskim parom.

• Hundovo pravilo: najstabilnije stanje atoma je ono u kojem unutar jedne podrazine atom ima najveći mogući broj nesparenih elektrona. Ovo najstabilnije stanje atoma naziva se osnovnim stanjem.

Zapravo, gore navedeno znači da će se, na primjer, raspored 1., 2., 3. i 4. elektrona na tri orbitale p-podrazine izvesti na sljedeći način:

Popunjavanje atomskih orbitala od vodika, koji ima nabojni broj 1, do kriptona (Kr) s nabojnim brojem 36, izvršit će se na sljedeći način:

Sličan prikaz redoslijeda popunjenosti atomskih orbitala naziva se energetski dijagram. Na temelju elektroničkih dijagrama pojedinih elemenata možete zapisati njihove tzv. elektroničke formule (konfiguracije). Tako, na primjer, element s 15 protona i, kao rezultat, 15 elektrona, tj. fosfor (P) će imati sljedeći energetski dijagram:

Kada se prevede u elektroničku formulu, atom fosfora će poprimiti oblik:

15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Brojevi normalne veličine lijevo od simbola podrazine pokazuju broj energetske razine, a superskripti desno od simbola podrazine pokazuju broj elektrona u odgovarajućoj podrazini.

Ispod su elektroničke formule prvih 36 elemenata D.I. Mendeljejev.

razdoblje	Predmet broj.	simbol	titula	elektronska formula
ja	1	H	vodik	1s 1
	2	On	helij	1s2
II	3	Li	litij	1s2 2s1
	4	Biti	berilijum	1s2 2s2
	5	B	bor	1s 2 2s 2 2p 1
	6	C	ugljik	1s 2 2s 2 2p 2
	7	N	dušik	1s 2 2s 2 2p 3
	8	O	kisik	1s 2 2s 2 2p 4
	9	F	fluor	1s 2 2s 2 2p 5
	10	ne	neon	1s 2 2s 2 2p 6
III	11	Na	natrij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
	12	mg	magnezij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
	13	Al	aluminij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
	14	Si	silicij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
	15	P	fosfor	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
	16	S	sumpor	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
	17	Cl	klor	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
	18	Ar	argon	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
IV	19	K	kalij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1
	20	ca	kalcij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2
	21	sc	skandij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1
	22	Ti	titanijum	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2
	23	V	vanadij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3
	24	Kr	krom	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 s na d podnivo
	25	Mn	mangan	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5
	26	Fe	željezo	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
	27	co	kobalt	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7
	28	Ni	nikal	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
	29	Cu	bakar	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 s na d podnivo
	30	Zn	cinkov	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
	31	ga	galij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
	32	Ge	germanij	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2
	33	Kao	arsen	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3
	34	Se	selen	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4
	35	Br	brom	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5
	36	kr	kripton	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Kao što je već spomenuto, u svom osnovnom stanju elektroni u atomskim orbitalama raspoređeni su prema principu najmanje energije. Unatoč tome, u prisutnosti praznih p-orbitala u osnovnom stanju atoma, često, kada mu se dodijeli višak energije, atom se može prebaciti u takozvano pobuđeno stanje. Tako, na primjer, atom bora u svom osnovnom stanju ima elektroničku konfiguraciju i energetski dijagram sljedećeg oblika:

5 B = 1s 2 2s 2 2p 1

I u pobuđenom stanju (*), tj. kada predate nešto energije atomu bora, njegova elektronička konfiguracija i energetski dijagram izgledat će ovako:

5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2

Ovisno o tome koja je podrazina u atomu zadnja ispunjena, kemijski elementi se dijele na s, p, d ili f.

Pronalaženje s, p, d i f-elemenata u tablici D.I. Mendeljejev:

• s-elementi imaju zadnji s-podrazinu koju treba ispuniti. Ovi elementi uključuju elemente glavne (lijevo u ćeliji tablice) podskupine skupina I i II.
• Za p-elemente p-podrazina je popunjena. P-elementi uključuju zadnjih šest elemenata svakog razdoblja, osim prvog i sedmog, kao i elemente glavnih podskupina III-VIII skupina.
• d-elementi se nalaze između s- i p-elemenata u velikim periodima.
• F-elementi se nazivaju lantanidi i aktinidi. Na dno tabele stavlja ih D.I. Mendeljejev.

Kao što znate, sve materijalno u svemiru sastoji se od atoma. Atom je najmanja jedinica materije koja nosi svoja svojstva. S druge strane, strukturu atoma čini magično trojstvo mikročestica: protona, neutrona i elektrona.

Štoviše, svaka od mikročestica je univerzalna. To jest, ne možete pronaći dva različita protona, neutrona ili elektrona u svijetu. Svi su apsolutno slični jedni drugima. A svojstva atoma ovisit će samo o kvantitativnom sastavu tih mikročestica u općoj strukturi atoma.

Na primjer, struktura atoma vodika sastoji se od jednog protona i jednog elektrona. Sljedeći po složenosti, atom helija sastoji se od dva protona, dva neutrona i dva elektrona. Atom litija sastoji se od tri protona, četiri neutrona i tri elektrona itd.

Struktura atoma (s lijeva na desno): vodik, helij, litij

Atomi se spajaju u molekule, a molekule se spajaju u tvari, minerale i organizme. Molekula DNK, koja je osnova svega života, struktura je sastavljena od ista tri magična građevna bloka svemira kao kamen koji leži na cesti. Iako je ova struktura mnogo složenija.

Još nevjerojatnije činjenice otkrivamo kada pokušamo pobliže promotriti proporcije i strukturu atomskog sustava. Poznato je da se atom sastoji od jezgre i elektrona koji se oko nje kreću duž putanje koja opisuje sferu. Odnosno, ne može se čak ni nazvati pokretom u uobičajenom smislu te riječi. Elektron se nalazi posvuda i neposredno unutar ove sfere, stvarajući elektronski oblak oko jezgre i formirajući elektromagnetsko polje.

Shematski prikazi strukture atoma

Jezgra atoma sastoji se od protona i neutrona iu njoj je koncentrirana gotovo cjelokupna masa sustava. Ali u isto vrijeme, sama jezgra je toliko mala da ako povećate njen radijus na ljestvici od 1 cm, tada će radijus cijele strukture atoma doseći stotine metara. Dakle, sve što percipiramo kao gustu materiju sastoji se od više od 99% energetskih veza između samih fizičkih čestica i manje od 1% samih fizičkih oblika.

Ali koji su to fizički oblici? Od čega su napravljeni i od kakvog su materijala? Kako bismo odgovorili na ova pitanja, pogledajmo pobliže strukture protona, neutrona i elektrona. Dakle, spuštamo se još jednu stepenicu u dubine mikrokozmosa – na razinu subatomskih čestica.

Od čega se sastoji elektron?

Najmanja čestica atoma je elektron. Elektron ima masu, ali nema volumen. U znanstvenom pogledu, elektron se ne sastoji ni od čega, već je točka bez strukture.

Elektron se ne može vidjeti pod mikroskopom. Opaža se samo u obliku elektronskog oblaka, koji izgleda kao nejasna kugla oko atomske jezgre. U isto vrijeme, nemoguće je s točnošću reći gdje se elektron nalazi u određenom trenutku. Uređaji su sposobni uhvatiti ne samu česticu, već samo njen energetski trag. Suština elektrona nije ugrađena u pojam materije. To je više poput prazne forme koja postoji samo u i kroz pokret.

U elektronu još nije pronađena nikakva struktura. To je ista točkasta čestica kao i kvant energije. Zapravo, elektron je energija, ali to je njegov stabilniji oblik od onog koji predstavljaju fotoni svjetlosti.

Trenutno se elektron smatra nedjeljivim. To je i razumljivo, jer nemoguće je podijeliti nešto što nema volumen. Međutim, već postoje pomaci u teoriji, prema kojima sastav elektrona sadrži trojstvo takvih kvazičestica kao što su:

• Orbiton - sadrži podatke o orbitalnom položaju elektrona;
• Spinon - odgovoran za vrtnju ili okretni moment;
• Holon - nosi informaciju o naboju elektrona.

Međutim, kao što vidimo, kvazičestice nemaju apsolutno ništa zajedničko s materijom, već nose samo informaciju.

Fotografije atoma različitih tvari u elektronskom mikroskopu

Zanimljivo je da elektron može apsorbirati kvante energije, poput svjetlosti ili topline. U tom slučaju atom prelazi na novu energetsku razinu, a granice elektronskog oblaka se šire. Također se događa da je energija koju apsorbira elektron tolika da može iskočiti iz atomskog sustava i nastaviti svoje kretanje kao samostalna čestica. Pritom se ponaša kao foton svjetlosti, odnosno kao da prestaje biti čestica i počinje pokazivati ​​svojstva vala. To je dokazano eksperimentom.

Youngov eksperiment

Tijekom eksperimenta struja elektrona bila je usmjerena na zaslon s dva proreza. Prolazeći kroz te proreze, elektroni su se sudarali s površinom drugog projekcijskog platna, ostavljajući trag na njemu. Kao rezultat tog “bombardiranja” elektronima, na projekcijskom platnu pojavio se interferencijski uzorak, sličan onom koji bi se pojavio da kroz dva proreza prolaze valovi, a ne čestice.

Takav uzorak nastaje zbog činjenice da je val, koji prolazi između dva utora, podijeljen u dva vala. Uslijed daljnjeg kretanja valovi se međusobno preklapaju, a na nekim područjima i poništavaju. Kao rezultat toga, na projekcijskom platnu dobivamo mnogo pruga, umjesto jedne, kao što bi bilo da se elektron ponaša kao čestica.

Građa jezgre atoma: protoni i neutroni

Protoni i neutroni čine jezgru atoma. I unatoč činjenici da u ukupnom volumenu jezgra zauzima manje od 1%, upravo je u ovoj strukturi koncentrirana gotovo cijela masa sustava. Ali na račun strukture protona i neutrona, fizičari su podijeljeni u mišljenju, a trenutno postoje dvije teorije odjednom.

• Teorija #1 - Standard

Standardni model kaže da su protoni i neutroni sastavljeni od tri kvarka povezana oblakom gluona. Kvarkovi su točkaste čestice, baš kao kvanti i elektroni. A gluoni su virtualne čestice koje osiguravaju međudjelovanje kvarkova. Međutim, ni kvarkovi ni gluoni nisu pronađeni u prirodi, pa je ovaj model podložan oštrim kritikama.

• Teorija #2 - Alternativa

Ali prema alternativnoj teoriji objedinjenog polja koju je razvio Einstein, proton je, poput neutrona, kao i svaka druga čestica fizičkog svijeta, elektromagnetsko polje koje se okreće brzinom svjetlosti.

Elektromagnetska polja čovjeka i planeta

Koji su principi strukture atoma?

Sve na svijetu – suptilno i gusto, tekuće, čvrsto i plinovito – samo su energetska stanja bezbrojnih polja koja prožimaju prostor Svemira. Što je viša razina energije u polju, ono je tanje i manje zamjetljivo. Što je niža razina energije, to je stabilnija i opipljivija. U strukturi atoma, kao iu strukturi bilo koje druge jedinice svemira, leži međudjelovanje takvih polja - različitih po gustoći energije. Ispada da je materija samo iluzija uma.