Struktura atoma. Kvantno-mehanski model atoma

Naslednji članek opisuje atom in njegovo strukturo: kako je bilo odkrito, kako se je teorija razvila v lastnih mislih in med poskusi mislecev in znanstvenikov. Kvantno-mehanski model atoma kot najsodobnejšega danes v celoti opisuje njegovo vedenje in delce, ki sestavljajo sestavo. O njej in njenih značilnostih si preberite spodaj.

Koncept atoma

Kemično nedeljiv minimum kemični element z značilnostmi, značilnimi za njo, je atom. Vključuje elektrone in jedro, ki pa vsebuje pozitivno napolnjene protone in nezarjene nevtrone. Če vsebuje isto število protonov in elektronov, je atom sam električno nevtralen. V nasprotnem primeru ima polnjenje: pozitivno ali negativno. Nato se atom imenuje ion. Tako se opravi njihova razvrstitev: kemični element je določen s številom protonov in njegovim izotopom z nevtroni. Povezujejo med seboj na podlagi medatomskih vezi, atomi tvorijo molekule.

Malo zgodovine

Prvič so se začeli govoriti o atomi starodavnih indijskih in starodavnih grških filozofov. In v sedemnajstem in osemnajstem stoletju so kemiki potrdili idejo, ki eksperimentalno dokazuje, da nekaterih snovi ni mogoče razdeliti v njihove sestavne elemente s pomočjo kemijske eksperimente. Vendar pa so fiziki odkrili od poznega devetnajstega do zgodnjega dvajsetega stoletja subatomske delce, zahvaljujoč kateremu je postalo jasno, da atom ni nedeljiv. Leta 1860 so kemiki oblikovali koncepte atomov in molekul, kjer je atom postal najmanjši delec elementa, ki je bil del preprostih in kompleksnih snovi.

Modeli strukture atoma

1. Kosi snovi. Demokrit je verjel, da se lahko lastnosti snovi določijo glede na maso, obliko in druge parametre, ki označujejo atome. Na primer, požarna ima ostre ogljika, zaradi katerega ima sposobnost obzhigat- trdne snovi obsegajo grobe delce, s čimer se ukvarjajo z medsebojno zelo krepko- v vodi, so gladko, tako da je zagotovljen pretok. Po besedah ​​Democrita celo človeška duša sestoji iz atomov.
2. Thomsonovi modeli. Znanstvenik je atom obravnaval kot pozitivno napolnjeno telo, v katerem so elektrone. Te modele je Rutherford zavrnil, ko je opravil svoje znane izkušnje.
3. Zgodnji planetarni modeli Nagaoka. V začetku dvajsetega stoletja je Hantaro Nagaoka predlagal atomsko jedro, podobno planetu Saturn. V njih se okoli okoli majhnega jedra, pozitivno napolnjene, elektroni v obroču vrtijo. Te različice, tako kot prejšnje, so se izkazale za napačne.
4. Planetarni modeli Bohr-Rutherforda. Po več poskusih Ernest Rutherford predlagal, da je atom kot planetarni sistem. V njej se elektroni gibljejo v orbitih okoli jedra, ki se zaračuna pozitivno in je v središču. Toda klasična elektrodinamika je to nasprotovala, ker po njegovem mnenju elektron, ki se giblje, izžareva elektromagnetne valove in zato izgubi energijo. Bohr je uvedel posebne postavke, na katerih elektroni niso izsevali energije, medtem ko so bili v določenih državah. Izkazalo se je, da klasična mehanika ni mogla opisati teh modelov strukture atoma. To je kasneje pripeljalo do nastanka kvantne mehanike, kar omogoča razlago tega fenomena in mnogih drugih.

Kvantno-mehanski model atoma

Ta model je razvoj prejšnjega. Kvantno mehanski model atoma predvideva, da so v jedru atoma nevtroni in pozitivno nabiti protoni. Okoli se nahajajo negativno napolnjeni elektroni. Toda na kvantne mehanike, elektroni se ne morejo premikati v nekem vnaprej določenem traektoriyam.Tak, leta 1927, V. izrazil Heisenberg negotovost načelo, s katerim natančno merjenje je nemogoče koordinate delca in njene hitrosti in zagona.

Kemične lastnosti elektrona določajo njihova lupina. V periodični tabeli so atomi razporejeni glede na električni naboj jeder (govorimo o številu protonov), medtem ko nevtroni ne vplivajo na kemijske lastnosti. Kvantno-mehanski model atoma je dokazal, da je njegova glavna masa v jedru, medtem ko delež elektronov ostaja zanemarljiv. Izmeri se v atomskih enotah mase, kar je enako 1/12 mase ogljikovega izotopskega atoma C12.

Funkcija valov in orbital

V skladu z načelom V. Geyzentberga z absolutno gotovostjo ne moremo reči, da je elektron, ki ima določeno hitrost, na določeni točki v prostoru. Za opis lastnosti elektronov uporabite valovno funkcijo psi.

Verjetnost zaznavanja delca v določenem času je neposredno sorazmerna kvadratu njegovega modula, ki se izračuna za določen čas. Psi v kvadratu se imenuje gostota verjetnosti, ki karakterizira elektrone okoli jedra v obliki elektronskega oblaka. Večja je verjetnost, da bo elektron v določenem atomskem prostoru višja.

Za boljše razumevanje si lahko predstavljamo fotografije na eni strani na drugem, kjer so položaji elektronov določeni v različnih časovnih presledkih. V kraju, kjer bodo točke večje in oblak bo postal najgostejši, verjetnost najdbe elektronov pa je najvišja.

Izračuna se, na primer, da kvantno-mehanski model atoma vodika vključuje največjo gostoto elektronskega oblaka, ki se nahaja na razdalji 0,053 nanometrov od jedra.

Tretja klasična mehanika se zamenja v kvantnem elektronskem oblaku. Wave funkcija Elektronski psi tukaj imenujemo orbital, za katerega je značilna oblika in energija elektronskega oblaka v vesolju. V zvezi z atomom mislimo na prostor okoli jedra, pri katerem je najverjetneje najti elektron.

Nemogoče je možno?

Kot celotna teorija je kvantno-mehanski model strukture atoma naredil resnično revolucijo v znanstvenem svetu in med prebivalci. Konec koncev, in do danes je težko predstavljati, da isti delec istočasno ne more biti na enem mestu hkrati, ampak v različnih krajih! Za zaščito ustaljenih vzorcev je rečeno, da v mikrokozmosu obstajajo dogodki, ki so nepredstavljivi in ​​niso tako v makrokozmosu. Ali je res tako? Ali pa se ljudje samo bojijo priznati možnost, da je "kapljica kot ocean, ocean pa kapljica"?