Ang mga modernong tao ay patuloy na nakakarinig ng mga parirala na naglalaman ng mga derivatives ng salitang "atom". Ito ay enerhiya, isang planta ng kuryente, isang bomba. Inaasahan ito ng ilan, at ang ilan ay nagtatanong: “Ano ang atom?”

Ano ang kahulugan ng salitang ito?

Mayroon itong sinaunang mga ugat ng Greek. Nagmula sa "atomos", na sa literal na pagsasalin nangangahulugang "hindi pinutol".

Ang isang taong medyo pamilyar sa pisika ng atom ay magagalit: "Paano ito "hindi pinutol" na binubuo ng ilang mga particle! Ang bagay ay lumitaw ang pangalan noong hindi pa alam ng mga siyentipiko na ang mga atomo ay hindi ang pinakamaliit na mga particle.

Pagkatapos ng eksperimentong patunay ng katotohanang ito, napagpasyahan na huwag baguhin ang karaniwang pangalan. At noong 1860, ang isang "atom" ay nagsimulang tawaging pinakamaliit na butil na mayroong lahat ng mga katangian ng elementong kemikal kung saan ito nabibilang.

Ano ang mas malaki kaysa sa isang atom at mas maliit kaysa dito?

Ang molekula ay palaging mas malaki. Ito ay nabuo mula sa ilang mga atomo at ang pinakamaliit na butil ng bagay.

Ngunit ang mas maliit ay mga elementarya na particle. Halimbawa, mga electron at proton, neutron at quark. Marami sila.

Marami nang nasabi tungkol sa kanya. Ngunit hindi pa rin masyadong malinaw kung ano ang atom.

Ano ba talaga siya?

Ang tanong kung paano kumatawan sa isang modelo ng isang atom ay matagal nang sinasakop ng mga siyentipiko. Ngayon, ang iminungkahi ni E. Rutherford at pinal ni N. Bohr ay tinanggap na. Ayon dito, ang atom ay nahahati sa dalawang bahagi: ang nucleus at ang electron cloud.

Karamihan sa masa ng isang atom ay puro sa gitna nito. Ang nucleus ay binubuo ng mga neutron at proton. At ang mga electron sa isang atom ay medyo matatagpuan malaking distansya mula sa gitna. Ito ay lumiliko ang isang bagay na katulad ng solar system. Sa gitna, tulad ng Araw, ay isang core, at ang mga electron ay umiikot sa paligid nito sa kanilang mga orbit, tulad ng mga planeta. Iyon ang dahilan kung bakit ang modelo ay madalas na tinatawag na planetary.

Kapansin-pansin, ang nucleus at mga electron ay sumasakop sa isang napakaliit na espasyo kumpara sa pangkalahatang sukat ng atom. Ito ay lumiliko na mayroong isang maliit na core sa gitna. Pagkatapos ay kawalan ng laman. Isang napakalaking walang laman. At pagkatapos ay isang makitid na strip ng maliliit na electron.

Ang mga siyentipiko ay hindi kaagad nakarating sa modelong ito ng mga atomo. Bago ito, maraming mga pagpapalagay ang ginawa na pinabulaanan ng mga eksperimento.

Ang isa sa mga ideyang ito ay upang kumatawan sa atom bilang isang solidong katawan na may positibong singil. At iminungkahi na maglagay ng mga electron sa isang atom sa buong katawan na ito. Ang ideyang ito ay iniharap ni J. Thomson. Ang kanyang modelo ng atom ay tinatawag ding "Raisin Pudding". Ang modelo ay napakahawig sa ulam na ito.

Ngunit ito ay hindi mapagtibay dahil hindi nito maipaliwanag ang ilan sa mga katangian ng atom. Kaya lang tinanggihan siya.

Ang Japanese scientist na si H. Nagaoka, nang tanungin kung ano ang atom, ay nagmungkahi ng gayong modelo. Sa kanyang opinyon, ang butil na ito ay may hindi malinaw na pagkakahawig sa planetang Saturn. Mayroong isang nucleus sa gitna, at ang mga electron ay umiikot sa paligid nito sa mga orbit na konektado sa isang singsing. Kahit na ang modelo ay hindi tinanggap, ang ilan sa mga probisyon nito ay ginamit sa planetary diagram.

Tungkol sa mga numerong nauugnay sa atom

Una, tungkol sa pisikal na dami. Ang kabuuang singil ng isang atom ay palaging zero. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang bilang ng mga electron at proton sa loob nito ay pareho. At ang kanilang singil ay pareho sa magnitude at may magkasalungat na mga palatandaan.

Ang mga sitwasyon ay madalas na lumitaw kapag ang isang atom ay nawalan ng mga electron o, sa kabaligtaran, umaakit ng mga dagdag. Sa ganitong mga sitwasyon sinasabi nila na ito ay naging isang ion. At ang singil nito ay depende sa kung ano ang nangyari sa mga electron. Kung bumababa ang kanilang bilang, positibo ang singil ng ion. Kapag mayroong mas maraming mga electron kaysa sa kinakailangan, ang ion ay nagiging negatibo.

Ngayon tungkol sa kimika. Ang agham na ito, tulad ng walang iba, ay nagbibigay ng pinakamalaking pag-unawa sa kung ano ang isang atom. Pagkatapos ng lahat, kahit na ang pangunahing talahanayan na pinag-aralan dito ay batay sa katotohanan na ang mga atomo ay matatagpuan dito sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Pinag-uusapan natin ang periodic table.

Sa loob nito, ang bawat elemento ay itinalaga ng isang tiyak na numero, na nauugnay sa bilang ng mga proton sa nucleus. Ito ay karaniwang tinutukoy ng letrang z.

Ang susunod na halaga ay ang mass number. Ito ay katumbas ng kabuuan ng mga proton at neutron na matatagpuan sa nucleus ng isang atom. Karaniwan itong itinalaga ng titik A.

Ang dalawang numerong ipinahiwatig ay nauugnay sa isa't isa sa pamamagitan ng sumusunod na equation:

A = z + N.

Narito ang N ay ang bilang ng mga neutron sa atomic nucleus.

Ang isa pang mahalagang dami ay ang masa ng atom. Upang sukatin ito, isang espesyal na halaga ang ipinakilala. Ito ay pinaikling: a.e.m. At ito ay binabasa bilang isang atomic mass unit. Batay sa yunit na ito, ang tatlong particle na bumubuo sa lahat ng mga atomo ng Uniberso ay may mga masa:

Ang mga halagang ito ay madalas na kailangan kapag nilulutas ang mga problema sa kemikal.

Ang kimika ay ang agham ng mga sangkap at ang kanilang mga pagbabago sa isa't isa.

Ang mga sangkap ay purong kemikal na mga sangkap

Ang isang chemically pure substance ay isang koleksyon ng mga molecule na may parehong qualitative at quantitative na komposisyon at parehong istraktura.

CH 3 -O-CH 3 -

CH 3 -CH 2 -OH

Molecule - ang pinakamaliit na particle ng isang substance na mayroong lahat ng kemikal na katangian nito; ang isang molekula ay binubuo ng mga atomo.

Ang atom ay isang chemically indivisible particle kung saan nabuo ang mga molecule. (para sa mga marangal na gas ang molekula at ang atom ay pareho, He, Ar)

Ang atom ay isang electrically neutral na particle na binubuo ng isang positively charged nucleus sa paligid kung saan ang mga electron na may negatibong charge ay ipinamamahagi ayon sa kanilang mahigpit na tinukoy na mga batas. Bukod dito, ang kabuuang singil ng mga electron ay katumbas ng singil ng nucleus.

Ang nucleus ng isang atom ay binubuo ng mga proton na may positibong charge (p) at mga neutron (n) na walang anumang singil. Ang karaniwang pangalan para sa mga neutron at proton ay mga nucleon. Ang masa ng mga proton at neutron ay halos pareho.

Ang mga electron (e -) ay nagdadala ng negatibong singil na katumbas ng singil ng isang proton. Ang masa ng e ay humigit-kumulang 0.05% ng masa ng proton at neutron. Kaya, ang buong masa ng isang atom ay puro sa nucleus nito.

Ang numerong p sa isang atom, katumbas ng singil ng nucleus, ay tinatawag na serial number (Z), dahil ang atom ay neutral sa kuryente ang numerong e ay katumbas ng numerong p.

Ang mass number (A) ng isang atom ay ang kabuuan ng mga proton at neutron sa nucleus. Alinsunod dito, ang bilang ng mga neutron sa isang atom ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng A at Z (mass number ng atom at atomic number).(N=A-Z).

17 35 Cl р=17, N=18, Z=17. 17р + , 18n 0 , 17е - .

Mga Nucleon

Ang mga kemikal na katangian ng mga atom ay tinutukoy ng kanilang elektronikong istraktura (bilang ng mga electron), na katumbas ng atomic number (nuclear charge). Samakatuwid, ang lahat ng mga atom na may parehong nuclear charge ay kumikilos sa parehong paraan ng kemikal at kinakalkula bilang mga atom ng parehong elemento ng kemikal.

Ang elementong kemikal ay isang koleksyon ng mga atomo na may parehong nuclear charge. (110 mga elemento ng kemikal).

Ang mga atom, na may parehong nuclear charge, ay maaaring mag-iba sa mass number, na nauugnay sa ibang bilang ng mga neutron sa kanilang nuclei.

Ang mga atom na may parehong Z ngunit magkaibang mga numero ng masa ay tinatawag na isotopes.

17 35 Cl 17 37 Cl

Isotopes ng hydrogen H:

Pagtatalaga: 1 1 N 1 2 D 1 3 T

Pangalan: protium deuterium tritium

Pangunahing komposisyon: 1р 1р+1n 1р+2n

Ang protium at deuterium ay matatag

Tritium decays (radioactive) Ginagamit sa hydrogen bomb.

Yunit ng atomic mass. Numero ni Avogadro. Mol.

Ang mga masa ng mga atomo at molekula ay napakaliit (humigit-kumulang 10 -28 hanggang 10 -24 g);

Dahil ang masa ng isang atom ay puro sa nucleus nito, na binubuo ng mga proton at neutron ng halos pantay na masa, lohikal na kunin ang masa ng isang nucleon bilang isang yunit ng atomic mass.

Sumang-ayon kaming kunin ang isang ikalabindalawa ng carbon isotope, na may simetriko na istraktura ng nucleus (6p+6n), bilang yunit ng masa ng mga atomo at molekula. Ang yunit na ito ay tinatawag na atomic mass unit (amu), ito ay ayon sa bilang na katumbas ng masa ng isang nucleon. Sa sukat na ito, ang masa ng mga atom ay malapit sa mga halaga ng integer: He-4; Al-27; Ra-226 a.u.m……

Kalkulahin natin ang masa ng 1 amu sa gramo.

1/12 (12 C) = =1.66*10 -24 g/a.u.m

Kalkulahin natin kung ilang amu ang nasa 1g.

N A = 6.02 *-Avogadro number

Ang resultang ratio ay tinatawag na numero ni Avogadro at nagpapakita kung gaano karaming amu ang nasa 1g.

Ang mga masa ng atom na ibinigay sa Periodic Table ay ipinahayag sa amu

Ang molecular mass ay ang masa ng isang molekula, na ipinahayag sa amu, at matatagpuan bilang kabuuan ng mga masa ng lahat ng mga atomo na bumubuo ng isang ibinigay na molekula.

m(1 molekula H 2 SO 4)= 1*2+32*1+16*4= 98 a.u.

Upang lumipat mula sa a.u.m hanggang 1 g na praktikal na ginagamit sa kimika, ipinakilala ang isang bahagi ng pagkalkula ng dami ng isang substance, na ang bawat bahagi ay naglalaman ng bilang na N A mga yunit ng istruktura(mga atomo, molekula, ion, elektron). Sa kasong ito, ang masa ng naturang bahagi, na tinatawag na 1 mole, na ipinahayag sa gramo, ay ayon sa bilang na katumbas ng atomic o molecular mass na ipinahayag sa amu.

Hanapin natin ang masa ng 1 mol H 2 SO 4:

M(1 mol H 2 SO 4)=

98a.u.m*1.66**6.02*=

Tulad ng makikita, ang molekular at molar mass katumbas ng bilang.

1 nunal– ang halaga ng isang sangkap na naglalaman ng bilang ng Avogadro ng mga yunit ng istruktura (mga atom, molekula, ion).

Molekular na timbang(M)- mass ng 1 mole ng isang substance, na ipinahayag sa gramo.

Dami ng sangkap - V (mol); masa ng sangkap m(g); molar mass M(g/mol) - nauugnay sa relasyon: V=;

2H 2 O+ O 2 2H 2 O

2 nunal 1 nunal

2.Mga pangunahing batas ng kimika

Ang batas ng katatagan ng komposisyon ng isang sangkap - isang kemikal na purong sangkap, anuman ang paraan ng paghahanda, ay palaging may pare-parehong husay at dami ng komposisyon.

CH3+2O2=CO2+2H2O

NaOH+HCl=NaCl+H2O

Ang mga sangkap na may pare-parehong komposisyon ay tinatawag na daltonites. Bilang isang pagbubukod, ang mga sangkap ng hindi nagbabago na komposisyon ay kilala - bertholites (oxides, carbide, nitride)

Batas ng konserbasyon ng masa (Lomonosov) - ang masa ng mga sangkap na pumapasok sa isang reaksyon ay palaging katumbas ng masa ng mga produkto ng reaksyon. Ito ay sumusunod mula dito na ang mga atomo ay hindi nawawala sa panahon ng reaksyon at hindi nabubuo mula sa isang sangkap patungo sa isa pa. Ito ang batayan para sa pagpili ng mga coefficient sa equation ng isang kemikal na reaksyon ang bilang ng mga atomo ng bawat elemento sa kaliwa at kanang bahagi ng equation ay dapat na pantay.

Batas ng katumbas - sa mga reaksiyong kemikal ang mga sangkap ay tumutugon at nabubuo sa mga dami na katumbas ng katumbas (Gaano karaming mga katumbas ng isang sangkap ang natupok, eksaktong parehong bilang ng mga katumbas ang natupok o nabuo ng isa pang sangkap).

Ang katumbas ay ang dami ng isang sangkap na, sa panahon ng isang reaksyon, ay nagdaragdag, nagpapalit, o naglalabas ng isang mole ng mga H atomo (ion). Ang katumbas na masa na ipinahayag sa gramo ay tinatawag na katumbas na masa (E).

Mga batas sa gas

Batas ni Dalton - ang kabuuang presyon ng pinaghalong gas ay katumbas ng kabuuan ng mga bahagyang presyon ng lahat ng bahagi ng pinaghalong gas.

Batas ni Avogadro: Ang pantay na dami ng iba't ibang gas sa ilalim ng parehong mga kondisyon ay naglalaman ng pantay na bilang ng mga molekula.

Kinahinatnan: isang mole ng anumang gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon (t=0 degrees o 273K at P=1 atmosphere o 101255 Pascal o 760 mm Hg. Col.) ay sumasakop sa V=22.4 liters.

Ang V na sumasakop sa isang mole ng gas ay tinatawag na molar volume Vm.

Alam ang dami ng gas (gas mixture) at Vm sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon, madaling kalkulahin ang dami ng gas (gas mixture) =V/Vm.

Iniuugnay ng Mendeleev-Clapeyron equation ang dami ng gas sa mga kondisyon kung saan ito matatagpuan. pV=(m/M)*RT= *RT

Kapag ginagamit ang equation na ito, ang lahat ng pisikal na dami ay dapat ipahayag sa SI: p-gas pressure (pascal), V-gas volume (litro), m-gas mass (kg), M-molar mass (kg/mol), T- temperatura sa isang absolute scale (K), Nu-dami ng gas (mol), R-gas constant = 8.31 J/(mol*K).

D - ang kamag-anak na density ng isang gas kumpara sa isa pa - ang ratio ng M gas sa M gas, na pinili bilang isang pamantayan, ay nagpapakita kung gaano karaming beses ang isang gas ay mas mabigat kaysa sa isa pang D = M1 / ​​​​M2.

Mga paraan ng pagpapahayag ng komposisyon ng pinaghalong sangkap.

Mass fraction W - ang ratio ng mass ng substance sa masa ng buong mixture W=((m mixture)/(m solution))*100%

Ang mole fraction æ ay ang ratio ng bilang ng mga substance sa kabuuang bilang ng lahat ng substance. sa pinaghalong.

Karamihan sa mga elemento ng kemikal sa kalikasan ay naroroon bilang pinaghalong iba't ibang isotopes; Ang pag-alam sa isotopic na komposisyon ng isang elemento ng kemikal, na ipinahayag sa mga praksyon ng nunal, ang timbang na average na halaga ng atomic mass ng elementong ito ay kinakalkula, na na-convert sa ISHE. А= Σ (æi*Аi)= æ1*А1+ æ2*А2+…+ æn*Аn, kung saan ang æi ay ang mole fraction ng i-th isotope, ang Аi ay ang atomic mass ng i-th isotope.

Ang fraction ng volume (φ) ay ang ratio ng Vi sa dami ng buong mixture. φi=Vi/VΣ

Alam ang volumetric na komposisyon ng pinaghalong gas, ang Mav ng pinaghalong gas ay kinakalkula. Мср= Σ (φi*Mi)= φ1*М1+ φ2*М2+…+ φn*Мn

DEPINISYON

Atom– ang pinakamaliit na particle ng kemikal.

Ang iba't ibang mga compound ng kemikal ay dahil sa iba't ibang kumbinasyon ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal sa mga molekula at di-molekular na mga sangkap. Ang kakayahan ng isang atom na pumasok sa mga kemikal na compound, ang kemikal nito at pisikal na katangian tinutukoy ng istraktura ng atom. Sa pagsasaalang-alang na ito, para sa kimika, ang panloob na istraktura ng atom at, una sa lahat, ang istraktura ng elektronikong shell nito ay pinakamahalaga.

Mga modelo ng istruktura ng atom

Sa simula ng ika-19 na siglo, muling binuhay ni D. Dalton ang atomic theory, na umaasa sa mga pangunahing batas ng kimika na kilala noong panahong iyon (constancy of composition, multiple ratios and equivalents). Ang mga unang eksperimento ay isinagawa upang pag-aralan ang istraktura ng bagay. Gayunpaman, sa kabila ng mga natuklasan na ginawa (ang mga atomo ng parehong elemento ay may parehong mga katangian, at ang mga atomo ng iba pang mga elemento ay may iba't ibang mga katangian, ang konsepto ng atomic mass ay ipinakilala), ang atom ay itinuturing na hindi mahahati.

Matapos makuha ang eksperimentong ebidensya (huli XIX - unang bahagi ng XX siglo) ng pagiging kumplikado ng istraktura ng atom (photoelectric effect, cathode at X-ray, radioactivity) napag-alaman na ang atom ay binubuo ng negatibo at positibong sisingilin na mga particle na nakikipag-ugnayan sa isa't isa.

Ang mga pagtuklas na ito ay nagbigay ng impetus sa paglikha ng mga unang modelo ng atomic structure. Ang isa sa mga unang modelo ay iminungkahi J. Thomson(1904) (Larawan 1): ang atom ay naisip bilang isang "dagat ng positibong kuryente" na may mga electron na nag-o-oscillating dito.

Pagkatapos ng mga eksperimento sa α-particle, noong 1911. Iminungkahi ni Rutherford ang tinatawag na modelo ng planeta atomic na istraktura (Larawan 1), katulad ng istraktura solar system. Ayon sa modelo ng planeta, sa gitna ng atom ay may napakaliit na nucleus na may singil na Z e, ang laki nito ay humigit-kumulang 1,000,000 beses mas maliliit na sukat ang atom mismo. Ang nucleus ay naglalaman ng halos buong masa ng atom at may positibong singil. Ang mga electron ay gumagalaw sa paligid ng nucleus sa mga orbit, ang bilang nito ay tinutukoy ng singil ng nucleus. Ang panlabas na tilapon ng mga electron ay tumutukoy sa mga panlabas na sukat ng atom. Ang diameter ng isang atom ay 10 -8 cm, habang ang diameter ng nucleus ay mas maliit -10 -12 cm.

kanin. 1 Mga modelo ng atomic structure ayon kina Thomson at Rutherford

Ang mga eksperimento sa pag-aaral ng atomic spectra ay nagpakita ng di-kasakdalan ng planetaryong modelo ng istruktura ng atom, dahil ang modelong ito ay sumasalungat sa line structure ng atomic spectra. Batay sa modelo ni Rutherford, ang mga turo ni Einstein tungkol sa light quanta at kabuuan teorya radiation planck Niels Bohr (1913) nabuo postulates, na binubuo teorya ng atomic structure(Larawan 2): ang isang electron ay maaaring umikot sa paligid ng nucleus hindi sa anuman, ngunit sa ilang partikular na mga orbit (nakatigil), na gumagalaw sa naturang orbit ay hindi ito naglalabas ng electromagnetic energy, radiation (absorption o emission ng isang quantum ng electromagnetic energy ) ay nangyayari sa panahon ng paglipat (tulad ng pagtalon) na elektron mula sa isang orbit patungo sa isa pa.

kanin. 2. Modelo ng istruktura ng atom ayon kay N. Bohr

Ang naipon na pang-eksperimentong materyal na nagpapakilala sa istraktura ng atom ay nagpakita na ang mga katangian ng mga electron, pati na rin ang iba pang mga micro-object, ay hindi mailarawan batay sa mga konsepto ng klasikal na mekanika. Ang mga microparticle ay sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics, na naging batayan para sa paglikha modernong modelo estraktura ng mga atom.

Ang mga pangunahing theses ng quantum mechanics:

- enerhiya ay ibinubuga at hinihigop ng mga katawan sa magkahiwalay na bahagi - quanta, samakatuwid, ang enerhiya ng mga particle ay biglang nagbabago;

- ang mga electron at iba pang microparticle ay may dalawahang katangian - ipinapakita nila ang mga katangian ng parehong mga particle at waves (wave-particle duality);

— tinatanggihan ng quantum mechanics ang pagkakaroon ng ilang partikular na orbit para sa mga microparticle (para sa mga gumagalaw na electron imposibleng matukoy ang eksaktong posisyon, dahil gumagalaw sila sa espasyo malapit sa nucleus, matutukoy mo lamang ang posibilidad na makahanap ng electron sa iba't ibang bahagi space).

Ang espasyo malapit sa nucleus kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang electron ay medyo mataas (90%) ay tinatawag orbital.

Quantum number. Prinsipyo ni Pauli. Mga panuntunan ni Klechkovsky

Ang estado ng isang elektron sa isang atom ay maaaring ilarawan gamit ang apat mga numerong quantum.

n– pangunahing quantum number. Nailalarawan ang kabuuang reserbang enerhiya ng isang elektron sa isang atom at ang bilang ng antas ng enerhiya. n tumatagal sa mga halaga ng integer mula 1 hanggang ∞. Ang elektron ay may pinakamababang enerhiya kapag n=1; na may pagtaas ng n – enerhiya. Ang estado ng isang atom kapag ang mga electron nito ay nasa mga antas ng enerhiya na ang kanilang kabuuang enerhiya ay minimal ay tinatawag na ground state. Estado na may higit pa mataas na halaga tinatawag na excited. Ang mga antas ng enerhiya ay ipinahiwatig ng mga numerong Arabe ayon sa halaga ng n. Maaaring isaayos ang mga electron sa pitong antas, samakatuwid, ang n ay aktwal na umiiral mula 1 hanggang 7. Tinutukoy ng pangunahing quantum number ang laki ng electron cloud at tinutukoy ang average na radius ng isang electron sa isang atom.

l– orbital quantum number. Nailalarawan ang reserbang enerhiya ng mga electron sa sublevel at ang hugis ng orbital (Talahanayan 1). Tumatanggap ng mga halaga ng integer mula 0 hanggang n-1. nakadepende ako sa n. Kung n=1, kung gayon l=0, na nangangahulugang mayroong 1st sublevel sa 1st level.

m e– magnetic quantum number. Nailalarawan ang oryentasyon ng orbital sa espasyo. Tumatanggap ng mga halaga ng integer mula –l hanggang 0 hanggang +l. Kaya, kapag l=1 (p-orbital), ang m e ay tumatagal sa mga halaga -1, 0, 1 at ang oryentasyon ng orbital ay maaaring magkakaiba (Larawan 3).

kanin. 3. Isa sa mga posibleng oryentasyon sa espasyo ng p-orbital

s– spin quantum number. Nailalarawan ang sariling pag-ikot ng elektron sa paligid ng axis nito. Tumatanggap ng mga halaga -1/2(↓) at +1/2(). Dalawang electron sa parehong orbital ay may antiparallel spins.

Natutukoy ang estado ng mga electron sa mga atomo Prinsipyo ni Pauli: ang isang atom ay hindi maaaring magkaroon ng dalawang electron na may parehong hanay ng lahat ng quantum number. Natutukoy ang pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga orbital ng mga electron Mga panuntunan ni Klechkovsky: ang mga orbital ay napupuno ng mga electron sa pagtaas ng pagkakasunud-sunod ng kabuuan (n+l) para sa mga orbital na ito, kung ang kabuuan (n+l) ay pareho, kung gayon ang orbital na may mas maliit na halaga ng n ay unang punan.

Gayunpaman, ang isang atom ay karaniwang naglalaman ng hindi isa, ngunit maraming mga electron, at upang isaalang-alang ang kanilang pakikipag-ugnayan sa isa't isa, ang konsepto ng epektibong nuclear charge ay ginagamit - ang isang elektron sa panlabas na antas ay napapailalim sa isang singil na mas mababa kaysa sa singil. ng nucleus, bilang isang resulta kung saan ang mga panloob na electron ay nagsa-screen ng mga panlabas.

Mga pangunahing katangian ng isang atom: atomic radius (covalent, metallic, van der Waals, ionic), electron affinity, ionization potential, magnetic moment.

Mga elektronikong formula ng mga atom

Ang lahat ng mga electron ng isang atom ay bumubuo sa shell ng elektron nito. Ang istraktura ng shell ng elektron ay inilalarawan elektronikong pormula, na nagpapakita ng pamamahagi ng mga electron sa mga antas ng enerhiya at mga sublevel. Ang bilang ng mga electron sa isang sublevel ay ipinahiwatig ng isang numero, na nakasulat sa kanang itaas ng titik na nagpapahiwatig ng sublevel. Halimbawa, ang hydrogen atom ay may isang electron, na matatagpuan sa s-sublevel ng 1st energy level: 1s 1. Ang electronic formula ng helium na naglalaman ng dalawang electron ay nakasulat bilang mga sumusunod: 1s 2.

Para sa mga elemento ng ikalawang yugto, pinupunan ng mga electron ang 2nd energy level, na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 electron. Una, pinupunan ng mga electron ang s-sublevel, pagkatapos ay ang p-sublevel. Halimbawa:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Relasyon sa pagitan ng elektronikong istraktura ng atom at ang posisyon ng elemento sa Periodic Table

Ang electronic formula ng isang elemento ay tinutukoy ng posisyon nito sa Periodic Table D.I. Mendeleev. Kaya, ang numero ng panahon ay tumutugma sa Sa mga elemento ng ikalawang yugto, ang mga electron ay pumupuno sa ika-2 antas ng enerhiya, na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 mga electron. Una, pinupunan ng mga electron ang mga elemento ng ikalawang yugto, pinupunan ng mga electron ang 2nd energy level, na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 electron. Una, pinupunan ng mga electron ang s-sublevel, pagkatapos ay ang p-sublevel. Halimbawa:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Sa mga atomo ng ilang mga elemento, ang kababalaghan ng elektron na "lukso" mula sa panlabas na antas ng enerhiya hanggang sa penultimate ay sinusunod. Ang pagtagas ng elektron ay nangyayari sa mga atomo ng tanso, kromo, palladium at ilang iba pang elemento. Halimbawa:

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

isang antas ng enerhiya na maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 8 mga electron. Una, pinupunan ng mga electron ang s-sublevel, pagkatapos ay ang p-sublevel. Halimbawa:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Ang numero ng pangkat para sa mga elemento ng pangunahing subgroup ay katumbas ng bilang ng mga electron sa panlabas na antas ng enerhiya ay tinatawag na mga electron ng valence (lumahok sila sa pagbuo ng isang kemikal na bono). Ang mga electron ng Valence para sa mga elemento ng mga side subgroup ay maaaring mga electron ng panlabas na antas ng enerhiya at ang d-sublevel ng penultimate level. Ang bilang ng pangkat ng mga elemento ng pangalawang subgroup na mga pangkat III-VII, pati na rin para sa Fe, Ru, Os, ay tumutugma sa kabuuang bilang ng mga electron sa s-sublevel ng panlabas na antas ng enerhiya at ang d-sublevel ng penultimate level

Mga gawain:

Iguhit ang mga elektronikong formula ng phosphorus, rubidium at zirconium atoms. Ipahiwatig ang mga electron ng valence.

Sagot:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Valence electron 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Valence electron 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Valence electron 4d 2 5s 2

ATOM [French atome, mula sa Latin atomus, mula sa Greek?τομος (ουσ?α) - hindi mahahati (essence)], isang particle ng matter, ang pinakamaliit na bahagi ng isang kemikal na elemento, na siyang nagdadala ng mga katangian nito. Ang mga atomo ng bawat elemento ay indibidwal sa istraktura at mga katangian at itinalaga ng mga kemikal na simbolo ng mga elemento (halimbawa, ang hydrogen atom - H, iron - Fe, mercury - Hg, uranium - U, atbp.). Ang mga atom ay maaaring umiral pareho sa isang malayang estado at sa isang nakatali na estado (tingnan ang Chemical bond). Ang buong iba't ibang mga sangkap ay dahil sa iba't ibang mga kumbinasyon ng mga atomo sa bawat isa. Ang mga katangian ng gaseous, liquid at solid substance ay nakasalalay sa mga katangian ng kanilang mga constituent atoms. Lahat ng pisikal at Mga katangian ng kemikal ang atom ay tinutukoy ng istraktura nito at sumusunod sa mga batas ng quantum. (Para sa kasaysayan ng pag-unlad ng doktrina ng atom, tingnan ang artikulong Atomic Physics.)

Pangkalahatang katangian ng istraktura ng mga atomo. Ang isang atom ay binubuo ng isang mabigat na nucleus na may positibong singil sa kuryente at mga magaan na electron na may mga negatibong singil sa kuryente na nakapalibot dito, na bumubuo sa mga electron shell ng atom. Ang mga sukat ng isang atom ay tinutukoy ng mga sukat ng panlabas na shell ng elektron nito at malaki kumpara sa mga sukat ng atomic nucleus. Mga katangiang order diameters, cross-sectional area at volume ng isang atom at nucleus ay:

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

Core 10 -12 cm 10 -24 cm 2 10 -36 cm 3

Ang mga electron shell ng isang atom ay walang mahigpit na tinukoy na mga hangganan, at ang mga sukat ng isang atom ay nakasalalay sa mas malaki o mas maliit na lawak sa mga pamamaraan para sa pagtukoy sa kanila.

Ang nuclear charge ay ang pangunahing katangian ng isang atom, na tumutukoy sa pag-aari nito sa isang tiyak na elemento. Ang nuclear charge ay palaging isang integer multiple ng positive elementary electric charge, katumbas ng in ganap na halaga singil ng elektron -e. Ang singil ng nucleus ay +Ze, kung saan ang Z ay ang atomic number (atomic number). Z= 1, 2, 3,... para sa mga atomo ng magkakasunod na elemento sa periodic table mga elemento ng kemikal, iyon ay, para sa mga atomo H, He, Li, .... Sa isang neutral na atom, ang isang nucleus na may singil na +Ze ay mayroong Z electron na may kabuuang singil na -Ze. Ang isang atom ay maaaring mawalan o makakuha ng mga electron at maging isang positibo o negatibong ion (k = 1, 2, 3, ... - ang multiplicity ng ionization nito). Ang isang atom ng isang partikular na elemento ay kadalasang kinabibilangan ng mga ion nito. Kapag nagsusulat, ang mga ion ay nakikilala mula sa isang neutral na atom sa pamamagitan ng index na k + at k -; halimbawa, ang O ay isang neutral na oxygen atom, O +, O 2+, O 3+, ..., O 8+, O -, O 2- ang mga positibo at negatibong ion nito. Ang kumbinasyon ng isang neutral na atom at mga ion ng iba pang mga elemento na may parehong bilang ng mga electron ay bumubuo ng isang isoelectronic na serye, halimbawa, isang serye ng mga hydrogen-like atoms H, He +, Li 2+, Be 3+,....

Ang multiplicity ng singil ng nucleus ng isang atom sa elementary charge e ay ipinaliwanag sa batayan ng mga ideya tungkol sa istraktura ng nucleus: Ang Z ay katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus, ang singil ng isang proton ay +e . Ang masa ng isang atom ay tumataas sa pagtaas ng Z. Ang masa ng nucleus ng isang atom ay humigit-kumulang na proporsyonal sa mass number A - ang kabuuang bilang ng mga proton at neutron sa nucleus. Ang mass ng isang electron (0.91 x 10 -27 g) ay makabuluhang mas mababa (mga 1840 beses) kaysa sa mass ng isang proton o neutron (1.67 x 10 -24 g), kaya ang masa ng isang atom ay pangunahing tinutukoy ng masa ng nucleus nito.

Ang mga atom ng isang partikular na elemento ay maaaring mag-iba sa nuclear mass (ang bilang ng mga proton Z ay pare-pareho, ang bilang ng mga neutron A-Z ay maaaring mag-iba); Ang ganitong mga uri ng mga atomo ng parehong elemento ay tinatawag na isotopes. Ang pagkakaiba sa masa ng nucleus ay halos walang epekto sa istraktura ng mga elektronikong shell ng isang naibigay na atom, na nakasalalay sa Z, at ang mga katangian ng atom. Ang pinakamalaking pagkakaiba sa mga katangian (isotope effect) ay nakuha para sa hydrogen isotopes (Z = 1) dahil sa malaking pagkakaiba sa masa ng ordinaryong light atom ng hydrogen (A = 1), deuterium (A = 2) at tritium (A = 3).

Ang masa ng isang atom ay nag-iiba mula 1.67 × 10 -24 g (para sa pangunahing isotope, hydrogen atom, Z = 1, A = 1) hanggang humigit-kumulang 4 × 10 -22 g (para sa mga atom ng mga elemento ng transuranium). Karamihan eksaktong mga halaga Ang mga masa ng atom ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng mass spectroscopy. Ang masa ng isang atom ay hindi eksaktong katumbas ng kabuuan ng masa ng nucleus at ang masa ng mga electron, ngunit medyo mas kaunti - sa pamamagitan ng mass defect ΔM = W/c 2, kung saan ang W ay ang enerhiya ng pagbuo ng isang atom mula sa nucleus at electron (binding energy), c ay ang bilis ng liwanag. Ang pagwawasto na ito ay nasa pagkakasunud-sunod ng electron mass m e para sa mabibigat na atomo, at para sa magaan na atomo ito ay bale-wala (mga 10 -4 m e).

Atomic energy at ang quantization nito. Salamat sa maliit nitong sukat at malaking masa ang atomic nucleus ay maaaring ituring na parang pointlike at nakapahinga sa gitna ng masa ng atom ( pangkalahatang sentro Ang masa ng nucleus at mga electron ay matatagpuan malapit sa nucleus, at ang bilis ng paggalaw ng nucleus na may kaugnayan sa sentro ng masa ng atom ay maliit kumpara sa bilis ng paggalaw ng mga electron). Alinsunod dito, ang isang atom ay maaaring ituring bilang isang sistema kung saan ang mga N electron na may mga singil ay gumagalaw sa paligid ng isang nakatigil na sentro ng pang-akit. Ang paggalaw ng mga electron sa isang atom ay nangyayari sa isang limitadong dami, iyon ay, ito ay nakagapos. Ang kabuuang panloob na enerhiya ng isang atom E ay katumbas ng kabuuan ng kinetic energies T ng lahat ng mga electron at ang potensyal na enerhiya U - ang enerhiya ng kanilang pagkahumaling sa pamamagitan ng nucleus at pagtanggi mula sa isa't isa.

Ayon sa teorya ng atom, na iminungkahi noong 1913 ni Niels Bohr, sa isang hydrogen atom ang isang elektron na may singil -e ay gumagalaw sa paligid ng isang nakatigil na sentro na may singil +e. Alinsunod sa mga klasikal na mekanika, ang kinetic energy ng naturang electron ay katumbas ng

kung saan ang v ay ang bilis, p = m e v ang momentum (momentum) ng electron. Ang potensyal na enerhiya (nabawasan sa enerhiya ng Coulomb attraction ng isang electron sa pamamagitan ng nucleus) ay katumbas ng

at nakasalalay lamang sa layo r ng electron mula sa nucleus. Sa graphically, ang function na U(r) ay kinakatawan ng isang curve na bumababa nang walang limitasyon habang bumababa ang r, ibig sabihin, habang papalapit ang electron sa nucleus. Ang halaga ng U(r) sa r→∞ ay itinuturing na zero. Para sa mga negatibong halaga kabuuang enerhiya E = T + U< 0 движение электрона является связанным: оно ограничено в пространстве значениями r=r мaкc . При mga positibong halaga kabuuang enerhiya E = T + U > 0 ang paggalaw ng electron ay libre - maaari itong pumunta sa infinity na may enerhiya E = T = (1/2)m e v 2, na tumutugma sa ionized hydrogen atom H +. Kaya, ang neutral na hydrogen atom ay isang sistema ng electrostatically bound nucleus at electron na may enerhiya E< 0.

Ang kabuuang panloob na enerhiya ng isang atom E ay ang pangunahing katangian nito bilang isang quantum system (tingnan ang Quantum mechanics). Ang isang atom ay maaaring manatili sa loob ng mahabang panahon lamang sa mga estado na may isang tiyak na enerhiya - nakatigil (hindi nagbabago sa oras) na mga estado. Ang panloob na enerhiya ng isang quantum system na binubuo ng mga nakagapos na microparticle (kabilang ang isang atom) ay maaaring tumagal ng isa sa isang discrete (discontinuous) na serye ng mga halaga

Ang bawat isa sa mga "pinapayagan" na halaga ng enerhiya ay tumutugma sa isa o higit pang mga nakatigil na estado ng quantum. Ang sistema ay hindi maaaring magkaroon ng mga intermediate na halaga ng enerhiya (halimbawa, ang mga nasa pagitan ng E 1 at E 2, E 2 at E 3, atbp.); ang nasabing sistema ay sinasabing may quantized na enerhiya. Ang anumang pagbabago sa E ay nauugnay sa isang quantum (jump) transition ng system mula sa isang nakatigil na quantum state patungo sa isa pa (tingnan sa ibaba).

Ang mga posibleng discrete value (3) ng enerhiya ng isang atom ay maaaring graphical na ilarawan sa pamamagitan ng pagkakatulad sa potensyal na enerhiya ng isang katawan na itinaas sa iba't ibang taas (sa iba't ibang antas), sa anyo ng isang diagram ng mga antas ng enerhiya, kung saan ang bawat halaga ng enerhiya ay tumutugma sa isang tuwid na linya na iginuhit sa taas E i, i= 1, 2, 3, ... (Fig. 1). Ang pinakamababang antas E 1, na tumutugma sa pinakamababang posibleng enerhiya ng atom, ay tinatawag na antas ng lupa, at ang lahat ng iba pa (E i > E 1), i = 2, 3, 4, ...) ay tinatawag na nasasabik, dahil para sa paglipat sa kanila ( paglipat sa kaukulang nakatigil na nasasabik na estado mula sa lupa) kinakailangan upang pukawin ang sistema - upang magbigay ng enerhiya E i -E 1 dito mula sa labas.

Ang quantization ng atomic energy ay bunga ng mga katangian ng wave ng mga electron. Ayon sa prinsipyo ng wave-particle duality, ang paggalaw ng isang microparticle ng mass m na may bilis na v ay tumutugma sa isang wavelength λ = h/mv, kung saan ang h ay ang pare-pareho ng Planck. Para sa isang elektron sa isang atom, ang λ ay nasa pagkakasunud-sunod na 10 -8 cm, iyon ay, sa pagkakasunud-sunod ng mga linear na sukat ng atom, at isinasaalang-alang ang mga katangian ng alon ng elektron sa atom ay kinakailangan. Ang nauugnay na paggalaw ng isang electron sa isang atom ay katulad ng isang nakatayong alon, at dapat itong ituring hindi bilang paggalaw ng isang materyal na punto sa isang tilapon, ngunit bilang isang kumplikadong proseso ng alon. Para sa nakatayong alon sa isang limitadong dami, tanging ang ilang mga halaga ng wavelength λ (at, dahil dito, ang dalas ng oscillation v) ay posible. Ayon sa quantum mechanics, ang enerhiya ng isang atom E ay nauugnay sa v sa pamamagitan ng kaugnayan E = hν at samakatuwid ay maaari lamang tumagal sa ilang mga halaga. Ang libreng translational motion ng isang microparticle, na hindi limitado sa espasyo, halimbawa, ang paggalaw ng isang electron na nahiwalay sa isang atom (na may enerhiya E> 0), ay katulad ng pagpapalaganap ng isang naglalakbay na alon sa isang walang limitasyong dami, kung saan ang anumang ang mga halaga ng λ (at v) ay posible. Ang enerhiya ng tulad ng isang libreng microparticle ay maaaring tumagal sa anumang halaga (ito ay hindi quantized, ito ay may tuloy-tuloy na spectrum ng enerhiya). Ang tuluy-tuloy na pagkakasunud-sunod na ito ay tumutugma sa isang ionized na atom. Ang halaga E ∞ = 0 ay tumutugma sa hangganan ng ionization; ang pagkakaiba E ∞ -E 1 = E ion ay tinatawag na ionization energy (tingnan ang artikulo Ionization potential); para sa isang hydrogen atom ito ay 13.6 eV.

Pamamahagi ng density ng elektron. Ang eksaktong posisyon ng isang elektron sa isang atom sa sa sandaling ito hindi matukoy ang oras dahil sa kawalan ng katiyakan sa relasyon. Ang estado ng isang elektron sa isang atom ay tinutukoy ng pag-andar ng alon nito, na sa isang tiyak na paraan ay nakasalalay sa mga coordinate nito; Ang parisukat ng modulus ng wave function ay nagpapakilala sa probability density ng paghahanap ng isang electron sa isang partikular na punto sa espasyo. Ang wave function ay tahasang solusyon ng Schrödinger equation.

Kaya, ang estado ng isang elektron sa isang atom ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng pamamahagi ng electric charge nito sa espasyo na may isang tiyak na density - ang pamamahagi ng density ng elektron. Ang mga electron ay, kumbaga, "napahid" sa kalawakan at bumubuo ng isang "ulap na elektron". Ang modelong ito ay nagpapakita ng mga electron sa isang atom nang mas tama kaysa sa modelo ng isang point electron na gumagalaw sa mga mahigpit na tinukoy na mga orbit (sa atomic theory ni Bohr). Kasabay nito, ang bawat naturang Bohr orbit ay maaaring maiugnay sa isang tiyak na pamamahagi ng density ng elektron. Para sa antas ng enerhiya sa lupa E 1, ang density ng elektron ay puro malapit sa nucleus; para sa nasasabik na mga antas ng enerhiya E 2, E 3, E 4 ... ito ay ipinamamahagi sa lalong malalaking average na distansya mula sa nucleus. Sa isang multielectron atom, ang mga electron ay pinagsama-sama sa mga shell na pumapalibot sa nucleus sa iba't ibang distansya at nailalarawan sa pamamagitan ng ilang mga pamamahagi ng density ng elektron. Ang lakas ng bono sa pagitan ng mga electron at ng nucleus sa mga panlabas na shell ay mas mababa kaysa sa mga panloob na shell, at ang pinakamahina na mga electron ay nakagapos sa pinakalabas na shell, na may pinakamalaking sukat.

Accounting para sa electron spin at nuclear spin. Sa teorya ng atom, napakahalaga na isaalang-alang ang pag-ikot ng elektron - ang sarili nitong (spin) angular momentum, na, mula sa isang visual na punto ng view, ay tumutugma sa pag-ikot ng elektron sa paligid ng sarili nitong axis ( kung ang electron ay itinuturing bilang isang maliit na laki ng particle). Ang spin ng electron ay nauugnay sa isang daang intrinsic (spin) magnetic moment. Samakatuwid, sa isang atom ay kinakailangang isaalang-alang, kasama ng mga electrostatic na pakikipag-ugnayan, ang mga magnetic na pakikipag-ugnayan na tinutukoy ng spin magnetic moment at ang orbital magnetic moment na nauugnay sa paggalaw ng electron sa paligid ng nucleus; Ang mga magnetic interaction ay maliit kumpara sa mga electrostatic. Ang pinakamahalagang impluwensya ng spin ay nasa multielectron atoms: ang pagpuno ng mga electron shell ng isang atom na may tiyak na bilang ng mga electron ay depende sa spin ng mga electron.

Ang nucleus sa isang atom ay maaari ding magkaroon ng sarili nitong mekanikal na sandali - nuclear spin, na nauugnay sa isang nuclear magnetic moment na daan-daan at libu-libong beses na mas maliit kaysa sa electron. Ang pagkakaroon ng mga spin ay humahantong sa karagdagang, napakaliit na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng nucleus at mga electron (tingnan sa ibaba).

Quantum states ng hydrogen atom. Ang pinakamahalagang papel sa quantum theory ng atom ay ginampanan ng teorya ng pinakasimpleng one-electron atom, na binubuo ng nucleus na may charge +Ze at isang electron na may charge -e, iyon ay, ang theory ng hydrogen atom H. at hydrogen-like ions He +, Li 2+, Be 3+,..., karaniwang tinatawag na teorya ng hydrogen atom. Gamit ang mga pamamaraan ng quantum mechanics, posible na makakuha ng tumpak at buong paglalarawan estado ng isang electron sa isang one-electron atom. Ang problema ng isang many-electron atom ay maaari lamang malutas nang humigit-kumulang; sa kasong ito, nagpapatuloy sila mula sa mga resulta ng paglutas ng problema ng isang atom na isang elektron.

Ang enerhiya ng one-electron atom sa non-relativistic approximation (nang hindi isinasaalang-alang ang electron spin) ay katumbas ng

ang integer n = 1, 2, 3, ... ay tumutukoy sa mga posibleng discrete na halaga ng enerhiya - mga antas ng enerhiya - at tinatawag na principal quantum number, R ay ang Rydberg constant na katumbas ng 13.6 eV. Ang mga antas ng enerhiya ng atom ay nagtatagpo (condense) sa hangganan ng ionization E ∞ = 0, na tumutugma sa n = ∞. Para sa mga ion na tulad ng hydrogen, ang sukat lamang ng mga halaga ng enerhiya ay nagbabago (Z 2 beses). Ang ionization energy ng isang hydrogen-like atom (electron binding energy) ay (sa eV)

na nagbibigay para sa H, He +, Li 2+, ... mga halaga 13.6 eV, 54.4 eV, 122.4 eV, ....

Ang pangunahing formula (4) ay tumutugma sa expression na U(r) = -Ze 2 /r para sa potensyal na enerhiya ng electron sa electric field nuclei na may singil +Ze. Ang formula na ito ay unang hinango ni N. Bohr sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa paggalaw ng isang electron sa paligid ng isang nucleus sa isang pabilog na orbit ng radius r at isang eksaktong solusyon sa Schrödinger equation para sa naturang sistema. Ang mga antas ng enerhiya (4) ay tumutugma sa mga orbit ng radius

kung saan ang constant a 0 = 0.529·10 -8 cm = = 0.529 A ay ang radius ng unang circular orbit ng hydrogen atom na tumutugma sa ground level nito (ang Bohr radius na ito ay kadalasang ginagamit bilang isang maginhawang yunit para sa pagsukat ng mga haba sa atomic physics ). Ang radius ng mga orbit ay proporsyonal sa parisukat ng pangunahing quantum number n 2 at inversely proportional sa Z; para sa hydrogen-like ions, ang linear size scale ay bumababa ng isang factor ng Z kumpara sa hydrogen atom. Ang relativistic na paglalarawan ng hydrogen atom, na isinasaalang-alang ang spin ng electron, ay ibinibigay ng Dirac equation.

Ayon sa quantum mechanics, ang estado ng hydrogen atom ay ganap na tinutukoy ng mga discrete na halaga ng apat na pisikal na dami: enerhiya E; orbital momentum M l (momentum ng electron na may kaugnayan sa nucleus); projections M lz ng orbital momentum papunta sa isang arbitraryong piniling direksyon z; projections M sz ng spin moment (intrinsic angular momentum ng electron M s). Mga posibleng halaga ang mga pisikal na dami na ito, sa turn, ay tinutukoy ng mga quantum number n, l, m l, m s, ayon sa pagkakabanggit. Sa pagtatantya, kapag ang enerhiya ng isang hydrogen atom ay inilarawan sa pamamagitan ng formula (4), ito ay tinutukoy lamang ng pangunahing quantum number n, na kumukuha ng mga integer na halaga 1, 2, 3, .... Ang antas ng enerhiya na may ibinigay na n ay tumutugma sa ilang mga estado na naiiba sa mga halaga ng orbital (azimuthal) quantum number l = 0, 1, ..., n-1. Ang mga estado na may ibinigay na mga halaga ng n at l ay karaniwang tinutukoy bilang 1s, 2s, 2р, 3s, ..., kung saan ang mga numero ay nagpapahiwatig ng halaga ng n, at ang mga titik s, р, d, f (simula dito sa Latin alpabeto) - ayon sa pagkakabanggit, ang mga halaga l = 0, 1, 2, 3. Para sa ibinigay na n at l, ang bilang ng iba't ibang mga estado ay katumbas ng 2(2l + 1) - ang bilang ng mga kumbinasyon ng mga halaga ng magnetic orbital quantum number m l magnetic spin number m s (ang una ay tumatagal ng 2l + 1 values, ang pangalawa - 2 values). Kabuuang bilang ng iba't ibang estado na may ibinigay na n at l ay katumbas ng 2n 2. Kaya, ang bawat antas ng enerhiya ng hydrogen atom ay tumutugma sa 2.8, 18,...2n 2 (na may n = 1, 2, 3, ...) iba't ibang nakatigil na estado ng quantum. Kung isang quantum state lamang ang tumutugma sa isang energy level, kung gayon ito ay tinatawag na non-degenerate, kung dalawa o higit pa - degenerate (tingnan ang Degeneracy sa quantum theory), at ang bilang ng mga nasabing state g ay tinatawag na degree o multiplicity of degeneracy (para sa non-degenerate na antas ng enerhiya g = 1). Ang mga antas ng enerhiya ng hydrogen atom ay bumababa, at ang kanilang antas ng pagkabulok g n = 2n 2 .

Para sa iba't ibang estado ng hydrogen atom, ang iba't ibang mga pamamahagi ng density ng elektron ay nakuha. Depende ito sa mga quantum number n, l at Sa kasong ito, ang density ng elektron para sa s-states (l=0) ay iba sa zero sa gitna, ibig sabihin, sa lokasyon ng nucleus, at hindi nakasalalay sa direksyon ( spherically simetriko), at para sa mga natitirang estado (l>0) ito ay katumbas ng zero sa gitna at depende sa direksyon. Ang pamamahagi ng density ng elektron para sa mga estado ng hydrogen atom na may n = 1, 2, 3 ay ipinapakita sa Figure 2; ang mga sukat ng "electron cloud" ay lumalaki alinsunod sa formula (6) sa proporsyon sa n2 (ang sukat sa Figure 2 ay bumababa kapag lumilipat mula sa n = 1 hanggang n = 2 at mula sa n = 2 hanggang n = 3). Ang quantum states ng isang electron sa hydrogen-like ions ay nailalarawan sa pamamagitan ng parehong apat na quantum number n, l, m l at m s tulad ng sa hydrogen atom. Ang pamamahagi ng densidad ng elektron ay napanatili din, tanging ito ay tumataas ng Z beses.

Pagkilos ng mga panlabas na patlang sa isang atom. Ang isang atom bilang isang de-koryenteng sistema sa panlabas na electric at magnetic field ay nakakakuha ng karagdagang enerhiya. Pinapolarize ng electric field ang atom - pinapalitan nito ang mga ulap ng elektron na may kaugnayan sa nucleus (tingnan ang Polarizability ng mga atomo, ion at molekula), at ang magnetic field ay naka-orient sa isang tiyak na paraan sa magnetic moment ng atom, na nauugnay sa paggalaw ng electron sa paligid. ang nucleus (na may orbital momentum M l) at ang spin nito. Iba't ibang kondisyon hydrogen atom na may parehong enerhiya E n sa isang panlabas na field ay tumutugma iba't ibang kahulugan karagdagang enerhiya ΔE, at ang bumababa na antas ng enerhiya E n ay nahahati sa isang bilang ng mga sublevel. Parehong ang paghahati ng mga antas ng enerhiya sa isang electric field - ang Stark effect - at ang kanilang paghahati sa isang magnetic field - ang Zeeman effect - ay proporsyonal sa mga lakas ng kaukulang mga field.

Ang mga maliliit na magnetic interaction sa loob ng isang atom ay humahantong din sa paghahati ng mga antas ng enerhiya. Para sa hydrogen atom at hydrogen-like ions, mayroong spin-orbit interaction - ang interaksyon ng spin at orbital moments ng electron; tinutukoy nito ang tinatawag na pinong istraktura ng mga antas ng enerhiya - ang paghahati ng mga nasasabik na antas E n (para sa n>1) sa mga sublevel. Para sa lahat ng antas ng enerhiya ng hydrogen atom, ang isang hyperfine na istraktura ay sinusunod din, dahil sa napakaliit na magnetic na pakikipag-ugnayan ng nuclear spin sa mga elektronikong sandali.

Mga electron shell ng multielectron atoms. Ang teorya ng isang atom na naglalaman ng 2 o higit pang mga electron ay sa panimula ay naiiba mula sa teorya ng isang hydrogen atom, dahil sa naturang atom mayroong magkaparehong mga particle na nakikipag-ugnayan sa isa't isa - mga electron. Ang mutual repulsion ng mga electron sa isang multielectron atom ay makabuluhang binabawasan ang lakas ng kanilang bond sa nucleus. Halimbawa, ang enerhiya ng pag-alis ng isang electron sa isang helium ion (He +) ay 54.4 eV, habang sa isang neutral na helium atom, bilang resulta ng pagtanggi ng mga electron, ang enerhiya ng pagtanggal ng isa sa kanila ay bumababa sa 24.6 eV. Para sa mga panlabas na electron ng mas mabibigat na atomo, ang pagbaba sa lakas ng kanilang bono dahil sa pagtanggi ng mga panloob na electron ay mas makabuluhan. Ang isang mahalagang papel sa multielectron atoms ay ginagampanan ng mga katangian ng mga electron bilang magkaparehong microparticle (tingnan ang Identity principle) na may spin s = 1/2, kung saan ang prinsipyo ng Pauli ay wasto. Ayon sa prinsipyong ito, sa isang sistema ng mga electron ay hindi maaaring magkaroon ng higit sa isang electron sa bawat quantum state, na humahantong sa pagbuo ng mga electron shell ng atom, na puno ng mahigpit na tinukoy na bilang ng mga electron.

Isinasaalang-alang ang hindi pagkakakilanlan ng mga electron na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, makatuwiran na pag-usapan lamang ang tungkol sa mga estado ng kabuuan ng atom sa kabuuan. Gayunpaman, posible na humigit-kumulang na isaalang-alang ang mga estado ng quantum ng mga indibidwal na electron at kilalanin ang bawat isa sa kanila sa pamamagitan ng isang hanay ng mga quantum number n, l, m l at m s, katulad ng isang electron sa isang hydrogen atom. Sa kasong ito, ang enerhiya ng elektron ay lumalabas na nakasalalay hindi lamang sa n, tulad ng sa hydrogen atom, kundi pati na rin sa l; hindi pa rin ito nakadepende sa m l at m s. Ang mga electron na may ibinigay na n at l sa isang multielectron atom ay may parehong enerhiya at bumubuo ng isang tiyak na shell ng elektron. Ang mga katumbas na electron at ang mga shell na nabuo sa kanila ay tinutukoy, tulad ng mga estado ng kabuuan at mga antas ng enerhiya na may ibinigay na n at l, ng mga simbolo na ns, nр, nd, nf, ... (para sa 1 = 0, 1, 2,3, ...) at pinag-uusapan nila ang tungkol sa 2p electron, 3s-o6 shell, atbp.

Ayon sa prinsipyo ng Pauli, ang anumang 2 electron sa isang atom ay dapat na nasa iba't ibang estado ng quantum at, samakatuwid, naiiba sa hindi bababa sa isa sa apat na quantum number n, l, m l at m s, at para sa mga katumbas na electron (n ​​at l ay pareho) - sa mga halaga ng m l at m s . Ang bilang ng mga pares m l, m s, ibig sabihin, ang bilang ng iba't ibang quantum state ng isang electron na may ibinigay na n at l, ay ang antas ng pagkabulok ng antas ng enerhiya nito g l = 2 (2l+1) = 2, 6, 10, 14, .... Tinutukoy nito ang bilang ng mga electron sa ganap na napuno na mga shell ng elektron. Kaya, ang s-, p-, d-, f-, ... shell ay napuno ng 2, 6, 10, 14, ... electron, anuman ang halaga ng n. Ang mga electron na may ibinigay na n ay bumubuo ng isang layer na binubuo ng mga shell na may l = 0, 1, 2, ..., n - 1 at puno ng 2n 2 electron, ang tinatawag na K-, L-, M, N-layer. Kapag ganap na napuno mayroon kaming:

Sa bawat layer, ang mga shell na may mas maliit na l ay nailalarawan sa pamamagitan ng mas mataas na density ng elektron. Ang lakas ng bono sa pagitan ng elektron at ng nucleus ay bumababa sa pagtaas ng n, at para sa isang naibigay na n, sa pagtaas ng l. Ang mas mahina ang electron ay nakatali sa kaukulang shell, mas mataas ang antas ng enerhiya nito. Ang isang nucleus na may ibinigay na Z ay nakakabit ng mga electron sa pagkakasunud-sunod ng pagbaba ng lakas ng kanilang bono: una dalawang 1s electron, pagkatapos ay dalawang 2s electron, anim na 2p electron, atbp. Ang atom ng bawat kemikal na elemento ay may tiyak na pamamahagi ng mga electron sa mga shell - ang electronic nito pagsasaayos, halimbawa:

(ang bilang ng mga electron sa isang ibinigay na shell ay ipinahiwatig ng index sa kanang tuktok). Ang periodicity sa mga katangian ng mga elemento ay tinutukoy ng pagkakapareho ng mga panlabas na shell ng elektron ng atom. Halimbawa, ang mga neutral na atom na P, As, Sb, Bi (Z = 15, 33, 51, 83) bawat isa ay may tatlong p-electron sa panlabas na shell ng elektron, tulad ng N atom, at katulad nito sa kemikal at maraming pisikal. ari-arian.

Ang bawat atom ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang normal na pagsasaayos ng elektron, na nangyayari kapag ang lahat ng mga electron sa atom ay pinaka mahigpit na nakagapos, at nasasabik na mga elektronikong pagsasaayos, kapag ang isa o higit pang mga electron ay mas maluwag na nakagapos - matatagpuan sa mas mataas na antas ng enerhiya. Halimbawa, para sa isang helium atom, kasama ang normal na 1s2, nasasabik mga elektronikong pagsasaayos: 1s2s, 1s2р, ... (isang electron ay nasasabik), 2s 2, 2s2р, ... (parehong electron ay nasasabik). Ang isang tiyak na elektronikong pagsasaayos ay tumutugma sa isang antas ng enerhiya ng atom sa kabuuan, kung ang mga shell ng elektron ay ganap na napuno (halimbawa, ang normal na pagsasaayos ng Ne atom 1s 2 2s 2 2р 6), at isang bilang ng mga antas ng enerhiya kung mayroong ay bahagyang napuno na mga shell (halimbawa, ang normal na pagsasaayos ng nitrogen atom 1s 2 2s 2 2р 3 kung saan ang shell 2р ay kalahating puno). Sa pagkakaroon ng bahagyang napuno na d- at f-shells, ang bilang ng mga antas ng enerhiya na naaayon sa bawat pagsasaayos ay maaaring umabot sa maraming daan-daang, kaya ang scheme ng mga antas ng enerhiya ng isang atom na may bahagyang napuno na mga shell ay lumalabas na napakakumplikado. Ang antas ng enerhiya sa lupa ng isang atom ay ang pinakamababang antas ng normal na pagsasaayos ng elektron.

Quantum transition sa atom. Sa quantum transition gumagalaw ang isang atom mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa - mula sa isang antas ng enerhiya patungo sa isa pa. Kapag lumilipat mula sa isang mas mataas na antas ng enerhiya E i sa isang mas mababang antas ng enerhiya E k, ang atom ay nagbibigay ng enerhiya E i - E k, at sa panahon ng reverse transition natatanggap nito ito. Tulad ng para sa anumang quantum system, para sa isang atom quantum transition ay maaaring may dalawang uri: may radiation (optical transition) at walang radiation (non-radiative, o non-optical, transition). Ang pinakamahalagang katangian ng isang quantum transition ay ang posibilidad nito, na tumutukoy kung gaano kadalas maaaring mangyari ang paglipat na ito.

Sa quantum transition na may radiation, ang atom ay sumisipsip (transition E k → E i) o naglalabas (transition E i → E k) electromagnetic radiation. Ang electromagnetic energy ay hinihigop at ibinubuga ng isang atom sa anyo ng isang light quantum - isang photon - nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na dalas ng oscillation v, ayon sa relasyon:

kung saan ang hv ay ang enerhiya ng photon. Ang relasyon (7) ay kumakatawan sa batas ng konserbasyon ng enerhiya para sa mga mikroskopikong proseso na nauugnay sa radiation.

Ang isang atom sa ground state ay maaari lamang sumipsip ng mga photon, ngunit sa mga nasasabik na estado maaari itong parehong sumipsip at naglalabas ng mga ito. Ang isang libreng atom sa ground state ay maaaring umiral nang walang katiyakan. Ang tagal ng pananatili ng isang atom sa isang nasasabik na estado (ang buhay ng estadong ito) ay kusang-loob (kusang), bahagyang o ganap na nawawala ang enerhiya ng paggulo, na naglalabas ng isang photon at lumilipat sa isang mas mataas na estado. mababang antas enerhiya; Kasama ng naturang kusang paglabas, posible rin ang stimulated emission, na nangyayari, tulad ng pagsipsip, sa ilalim ng impluwensya ng mga photon ng parehong dalas. Kung mas mataas ang posibilidad ng isang kusang paglipat, mas maikli ang buhay ng isang nasasabik na atom para sa isang hydrogen atom ito ay mga 10 -8 s.

Set ng frequency v posibleng mga transition na may radiation ay tumutukoy sa atomic spectrum ng kaukulang atom: ang hanay ng mga frequency ng mga paglipat mula sa mas mababang mga antas hanggang sa itaas - ang spectrum ng pagsipsip nito, ang hanay ng mga frequency ng mga paglipat mula sa itaas na antas hanggang sa mas mababang mga - ang spectrum ng paglabas. Ang bawat naturang paglipat sa atomic spectrum ay tumutugma sa isang tiyak na linya ng dalas ng v.

Sa non-radiative quantum transition, ang isang atom ay nakakakuha o nawawalan ng enerhiya kapag nakikipag-ugnayan sa ibang mga particle na nabangga nito sa isang gas o nakagapos nang mahabang panahon sa isang molekula, likido o solid. Sa isang gas, ang atom ay maaaring ituring na libre sa mga pagitan ng oras sa pagitan ng mga banggaan; sa panahon ng banggaan (epekto), ang isang atom ay maaaring lumipat sa isang mas mababang o mataas na lebel enerhiya. Ang nasabing banggaan ay tinatawag na inelastic (kumpara sa isang nababanat na banggaan, kung saan ang kinetic energy lamang ng translational motion ng atom ay nagbabago, at ang panloob na enerhiya nito ay nananatiling hindi nagbabago). Ang isang mahalagang espesyal na kaso ay ang banggaan ng isang libreng atom sa isang elektron; Karaniwan ang elektron ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa atom, ang oras ng banggaan ay napakaikli at maaari nating pag-usapan ang tungkol sa epekto ng elektron. Ang kapana-panabik na isang atom sa pamamagitan ng epekto ng elektron ay isang paraan ng pagtukoy ng mga antas ng enerhiya nito.

Mga kemikal at pisikal na katangian ng atom. Karamihan sa mga katangian ng isang atom ay tinutukoy ng istraktura at mga katangian ng mga panlabas na shell ng elektron nito, kung saan ang mga electron ay nakagapos sa nucleus na medyo mahina (nagbubuklod na mga enerhiya mula sa ilang eV hanggang sa ilang sampu ng eV). Ang istraktura ng panloob na mga shell ng isang atom, ang mga electron na kung saan ay nakagapos nang mas mahigpit (nagbubuklod na mga enerhiya ng daan-daan, libu-libo at sampu-sampung libong eV), ay lilitaw lamang kapag ang atom ay nakikipag-ugnayan sa mabilis na mga particle at high-energy na mga photon (higit pa kaysa sa daan-daang eV). Tinutukoy ng mga ganitong pakikipag-ugnayan ang X-ray spectra ng atom at ang pagkalat ng mabilis na mga particle (tingnan ang Particle diffraction). Tinutukoy ng masa ng isang atom ang mga mekanikal na katangian nito sa panahon ng paggalaw ng atom sa kabuuan - momentum, kinetic energy. Ang iba't ibang resonant at iba pang pisikal na katangian ng atom ay nakasalalay sa mekanikal at nauugnay na magnetic at electrical moments ng atom (tingnan ang Electron paramagnetic resonance, Nuclear magnetic resonance, Nuclear quadrupole resonance).

Ang mga electron sa mga panlabas na shell ng isang atom ay madaling maapektuhan ng mga panlabas na impluwensya. Kapag nagsama-sama ang mga atomo, nagaganap ang malakas na pakikipag-ugnayan ng electrostatic, na maaaring humantong sa pagbuo ng isang bono ng kemikal. Ang mas mahinang electrostatic na pakikipag-ugnayan ng dalawang atomo ay makikita sa kanilang magkaparehong polariseysyon - ang pag-aalis ng mga electron na may kaugnayan sa nuclei, na pinakamalakas para sa mahinang nakagapos na mga panlabas na electron. Ang mga puwersa ng polariseysyon ng pagkahumaling sa pagitan ng mga atomo ay lumitaw, na dapat isaalang-alang na sa malalayong distansya sa pagitan nila. Ang polarisasyon ng atom ay nangyayari rin sa mga panlabas na larangan ng kuryente; Bilang isang resulta, ang mga antas ng enerhiya ng atom ay inilipat at, pinaka-mahalaga, ang mga lumalalang antas ng enerhiya ay nahati (Stark effect). Ang polarisasyon ng isang atom ay maaaring mangyari sa ilalim ng impluwensya electric field liwanag (electromagnetic) wave; depende ito sa dalas ng liwanag, na tumutukoy sa pag-asa dito at sa refractive index (tingnan ang Dispersion of light), na nauugnay sa polarizability ng atom. Ang malapit na koneksyon sa pagitan ng mga optical na katangian ng isang atom at ang mga de-koryenteng katangian nito ay lalong malinaw na ipinakita sa optical spectra nito.

Ang mga magnetic na katangian ng mga atom ay pangunahing tinutukoy ng istraktura ng kanilang mga electronic shell. Ang magnetic moment ng isang atom ay nakasalalay sa mekanikal na moment nito (tingnan ang Magneto-mechanical ratio); sa isang atom na may ganap na napuno na mga shell ng elektron ito ay zero, tulad ng mekanikal na sandali. Ang mga atomo na may bahagyang napunong panlabas na mga shell ng elektron ay karaniwang may non-zero magnetic moments at paramagnetic. Sa isang panlabas na magnetic field, ang lahat ng antas ng mga atomo na ang magnetic moment ay hindi katumbas ng zero ay nahahati - ang Zeeman effect ay nagaganap. Ang lahat ng mga atom ay may diamagnetism, na sanhi ng paglitaw ng isang magnetic moment sa kanila sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas magnetic field(ang tinatawag na induced magnetic moment, katulad ng electric dipole moment ng isang atom).

Sa sunud-sunod na ionization ng isang atom, iyon ay, sa pag-alis ng mga electron nito, simula sa mga pinakalabas sa pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng lakas ng kanilang bono, ang lahat ng mga katangian ng atom, na tinutukoy ng panlabas na shell nito, ay nagbabago nang naaayon. Parami nang parami ang mahigpit na nakagapos na mga electron na nagiging panlabas; bilang isang resulta, ang kakayahan ng isang atom na magpolarize sa isang electric field ay lubhang nababawasan, ang mga distansya sa pagitan ng mga antas ng enerhiya at ang mga frequency ng optical transition sa pagitan ng mga antas na ito ay tumataas (na humahantong sa isang paglipat ng spectra patungo sa lalong mas maikling mga wavelength). Ang isang bilang ng mga katangian ay nagpapakita ng periodicity: ang mga katangian ng mga ion na may katulad na panlabas na mga electron ay magkatulad; halimbawa, ang N 3+ (dalawang 2s electron) ay nagpapakita ng pagkakatulad sa N 5+ (dalawang 1s electron). Nalalapat ito sa mga katangian at relatibong posisyon ng mga antas ng enerhiya at sa optical spectra, sa mga magnetic moment ng isang atom, at iba pa. Ang pinaka-dramatikong pagbabago sa mga katangian ay nangyayari kapag ang huling electron ay tinanggal mula sa panlabas na shell, kapag ang ganap na napuno na mga shell lamang ang natitira, halimbawa, kapag mula sa N 4+ hanggang sa N 5+ (electronic configurations 1s 2 2s at 1s 2). Sa kasong ito, ang ion ay pinaka-matatag at ang kabuuang mekanikal at kabuuang magnetic moments nito ay katumbas ng zero.

Ang mga katangian ng isang atom sa isang nakatali na estado (halimbawa, bahagi ng isang molekula) ay naiiba sa mga katangian ng isang libreng atom. Ang mga katangian ng isang atom ay sumasailalim sa pinakamalaking pagbabago, na tinutukoy ng mga pinakalabas na electron na nakikibahagi sa pagkakabit ng isang ibinigay na atom sa isa pa. Kasabay nito, ang mga katangian na tinutukoy ng mga electron ng mga panloob na shell ay maaaring manatiling halos hindi nagbabago, tulad ng kaso para sa X-ray spectra. Ang ilang mga katangian ng isang atom ay maaaring makaranas ng medyo maliit na pagbabago, kung saan maaaring makuha ang impormasyon tungkol sa likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan ng mga nakagapos na atomo. Ang isang mahalagang halimbawa ay ang paghahati ng mga antas ng atomic na enerhiya sa mga kristal at kumplikadong mga compound, na nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga electric field na nilikha ng mga nakapaligid na ion.

Ang mga pang-eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng istraktura ng isang atom, ang mga antas ng enerhiya nito, ang mga pakikipag-ugnayan nito sa iba pang mga atomo, elementarya na mga particle, molekula, panlabas na mga patlang, at iba pa ay iba-iba, ngunit ang pangunahing impormasyon ay nakapaloob sa spectra nito. Ang mga pamamaraan ng atomic spectroscopy sa lahat ng mga saklaw ng wavelength, at sa partikular na mga modernong pamamaraan ng laser spectroscopy, ay ginagawang posible na pag-aralan ang mga mas banayad na epekto na nauugnay sa atom. Mula noong simula ng ika-19 na siglo, ang pagkakaroon ng atom ay halata sa mga siyentipiko, ngunit isang eksperimento upang patunayan ang katotohanan ng pagkakaroon nito ay isinagawa ni J. Perrin sa simula ng ika-20 siglo. Sa pag-unlad ng mikroskopya, naging posible na makakuha ng mga larawan ng mga atomo sa ibabaw ng mga solido. Ang atom ay unang nakita ni E. Muller (USA, 1955) gamit ang field ion microscope na kanyang naimbento. Ginagawang posible ng modernong atomic force at tunneling microscope na makakuha ng mga larawan ng solid surface na may magandang resolution sa atomic level (tingnan ang Figure 3).

kanin. 3. Larawan ng atomic structure ng silicon surface na nakuha ng propesor ng Oxford University na si M. Capstell gamit ang scanning tunneling microscope.

Umiiral at malawakang ginagamit sa iba't ibang pag-aaral tinatawag na mga kakaibang atomo, halimbawa mga muonic na atomo, i.e. mga atomo kung saan ang lahat o bahagi ng mga electron ay pinalitan ng mga negatibong muon, muonium, positronium, pati na rin ang mga hadronic na atom na binubuo ng mga naka-charge na pions, kaon, proton, deuteron, atbp. Ang unang obserbasyon ng antihydrogen atom (2002) - isang atom na binubuo ng isang positron at isang antiproton.

Lit.: Ipinanganak M. Atomic physics. ika-3 ed. M., 1970; Fano U., Fano L. Physics ng atoms at molecules. M., 1980; Shpolsky E.V. Atomic physics. ika-7 ed. M., 1984. T. 1-2; Elyashevich M. A. Atomic at molecular spectroscopy. 2nd ed. M., 2000.

Tugon ng editor

Noong 1913 ang Danish pisiko na si Niels Bohr iminungkahi ang kanyang teorya ng atomic structure. Kinuha niya bilang batayan ang planetaryong modelo ng atom na binuo ng physicist na si Rutherford. Sa loob nito, ang atom ay inihalintulad sa mga bagay ng macrocosm - isang planetary system, kung saan ang mga planeta ay gumagalaw sa mga orbit sa paligid ng isang malaking bituin. Katulad nito, sa planetary model ng atom, ang mga electron ay gumagalaw sa mga orbit sa paligid ng isang mabigat na nucleus na matatagpuan sa gitna.

Ipinakilala ni Bohr ang ideya ng quantization sa atomic theory. Ayon dito, ang mga electron ay maaari lamang lumipat sa mga nakapirming orbit na naaayon sa ilang mga antas ng enerhiya. Ang modelo ni Bohr ang naging batayan para sa paglikha ng modernong quantum mechanical model ng atom. Sa modelong ito, ang atomic nucleus, na binubuo ng mga proton na may positibong sisingilin at mga neutron na hindi sinisingil, ay napapalibutan din ng mga electron na may negatibong sisingilin. Gayunpaman, ayon sa quantum mechanics, imposibleng matukoy ang anumang eksaktong tilapon o orbit ng paggalaw para sa isang elektron - mayroon lamang isang rehiyon kung saan matatagpuan ang mga electron na may katulad na antas ng enerhiya.

Ano ang nasa loob ng atom?

Ang mga atomo ay binubuo ng mga electron, proton at neutron. Natuklasan ang mga neutron matapos bumuo ang mga pisiko ng isang planetaryong modelo ng atom. Noong 1932 lamang, habang nagsasagawa ng isang serye ng mga eksperimento, natuklasan ni James Chadwick ang mga particle na walang bayad. Ang kawalan ng singil ay nakumpirma ng katotohanan na ang mga particle na ito ay hindi tumugon sa anumang paraan sa electromagnetic field.

Ang nucleus ng isang atom mismo ay nabuo ng mabibigat na mga particle - mga proton at neutron: bawat isa sa mga particle na ito ay halos dalawang libong beses na mas mabigat kaysa sa isang elektron. Ang mga proton at neutron ay magkatulad din sa laki, ngunit ang mga proton ay may positibong singil at ang mga neutron ay walang anumang singil.

Sa turn, ang mga proton at neutron ay binubuo ng mga elementarya na particle na tinatawag na quark. Sa modernong pisika, ang quark ay ang pinakamaliit, pangunahing particle ng matter.

Ang mga sukat ng atom mismo ay maraming beses na mas malaki kaysa sa mga sukat ng nucleus. Kung palakihin mo ang isang atom sa laki ng isang football field, kung gayon ang laki ng nucleus nito ay maihahambing sa laki ng bola ng tennis sa gitna ng naturang field.

Sa kalikasan, maraming mga atomo na naiiba sa laki, masa at iba pang mga katangian. Ang isang koleksyon ng mga atomo ng parehong uri ay tinatawag na elemento ng kemikal. Ngayon, higit sa isang daang elemento ng kemikal ang kilala. Ang kanilang mga atomo ay naiiba sa laki, masa, at istraktura.

Mga electron sa loob ng isang atom

Ang mga electron na may negatibong charge ay gumagalaw sa paligid ng nucleus ng isang atom, na bumubuo ng isang uri ng ulap. Ang napakalaking nucleus ay umaakit ng mga electron, ngunit ang enerhiya ng mga electron mismo ay nagpapahintulot sa kanila na "tumakas" nang higit pa mula sa nucleus. Kaya, kung mas mataas ang enerhiya ng elektron, mas malayo ito mula sa nucleus.

Ang halaga ng enerhiya ng elektron ay hindi maaaring basta-basta; tumutugma ito sa isang malinaw na tinukoy na hanay ng mga antas ng enerhiya sa atom. Iyon ay, ang enerhiya ng elektron ay biglang nagbabago mula sa isang antas patungo sa isa pa. Alinsunod dito, ang isang elektron ay maaaring lumipat lamang sa loob ng isang limitadong shell ng elektron na naaayon sa isa o isa pang antas ng enerhiya - ito ang kahulugan ng mga postulate ni Bohr.

Ang pagkakaroon ng nakatanggap ng mas maraming enerhiya, ang elektron ay "tumalon" sa isang layer na mas mataas mula sa nucleus, na nawalan ng enerhiya - sa kabaligtaran, sa isang mas mababang layer. Kaya, ang ulap ng mga electron sa paligid ng nucleus ay iniutos sa anyo ng ilang "hiniwa" na mga layer.

Kasaysayan ng mga ideya tungkol sa atom

Ang salitang "atom" mismo ay nagmula sa Greek na "indivisible" at bumabalik sa mga ideya ng sinaunang Greek philosophers tungkol sa pinakamaliit na hindi mahahati na bahagi ng bagay. Sa Middle Ages, ang mga chemist ay naging kumbinsido na ang ilang mga sangkap ay hindi maaaring higit pang hatiin sa kanilang mga sangkap na bumubuo. Ang pinakamaliit na particle ng matter na ito ay tinatawag na atoms. Noong 1860, sa isang internasyonal na kongreso ng mga chemist sa Alemanya, ang kahulugan na ito ay opisyal na inilagay sa agham ng mundo.

Sa pagtatapos ng ika-19 at simula ng ika-20 siglo, natuklasan ng mga pisiko ang mga subatomic na particle at naging malinaw na ang atom ay hindi talaga hindi mahahati. Ang mga teorya ay agad na iniharap tungkol sa panloob na istraktura atom, isa sa mga una ay ang modelong Thomson o ang modelong "raisin pudding". Ayon sa modelong ito, ang mga maliliit na electron ay matatagpuan sa loob ng isang napakalaking, positibong sisingilin na katawan, tulad ng mga pasas sa loob ng isang puding. Gayunpaman, ang mga praktikal na eksperimento ng chemist na si Rutherford ay pinabulaanan ang modelong ito at humantong sa kanya sa paglikha ng isang planetaryong modelo ng atom.

Ang pag-unlad ni Bohr ng planetaryong modelo, kasama ang pagtuklas ng mga neutron noong 1932, ay naging batayan para sa modernong teorya tungkol sa istruktura ng atom. Ang mga susunod na yugto sa pag-unlad ng kaalaman tungkol sa atom ay nauugnay na sa pisika ng elementarya na mga particle: quark, lepton, neutrino, photon, boson at iba pa.