Štruktúra atómu. Kvantovo-mechanický model atómu

Nasledujúci článok opisuje atóma jej štruktúra: ako sa objavilo, ako sa teória rozvíjala v mysli a počas experimentov, mysliteľov a vedcov. Kvantovo-mechanický model atómu ako najmodernejší dnes plne opisuje jeho správanie a častice, ktoré tvoria kompozíciu. O ňom a jej funkciách si prečítajte nižšie.

Pojem atóm

Chemicky nedeliteľné minimumChemický prvok so súborom charakteristických vlastností je atóm. Zahŕňa elektróny a jadro, ktoré naopak obsahujú pozitívne nabité protóny a neutrony. Ak obsahuje rovnaký počet protónov a elektrónov, potom samotný atóm bude elektricky neutrálny. V opačnom prípade má poplatok: pozitívny alebo negatívny. Potom sa atóm nazýva ión. Preto sa ich klasifikácia uskutočňuje: chemický prvok je určený počtom protónov a jeho izotopom neutrony. Prepojenie medzi sebou na základe interatómových väzieb vytvára molekuly atómov.

Trochu histórie

Po prvýkrát, staroveký indický astarovekých gréckych filozofov. A počas sedemnásteho a osemnásteho storočia chemici potvrdili túto myšlienku a experimentálne dokázali, že niektoré látky nie je možné rozdeliť na ich zložky prostredníctvom chemických experimentov. Avšak od konca devätnásteho do začiatku dvadsiateho storočia našli fyzici čiastočné čiastočky, z ktorých jasne vyplýva, že atóm nie je nedeliteľný. V roku 1860 chemici formulovali pojmy atómov a molekúl, kde sa atóm stal najmenšou časticou prvku, ktorý bol súčasťou jednoduchých aj zložitých látok.

Modely štruktúry atómu

1. Kusy hmoty. Demokritus verí, že vlastnosti látok môžu byť určené hmotnosťou, tvarom a inými parametrami, ktoré charakterizujú atómy. Napríklad, oheň má ostré atómy, kvôli ktorému má schopnosť spáliť; Pevné látky obsahujú drsné častice, takže sú navzájom veľmi tesne spojené; vo vode sú hladké, takže majú schopnosť prúdiť. Podľa Demitrita sa aj ľudská duša skladá z atómov.
2. Thomsonove modely. Vedec považoval atóm za pozitívne nabité telo, vnútri ktorého sú elektróny. Tieto modely boli vyvrátené Rutherfordom, ktorý uskutočnil svoju slávnu skúsenosť.
3. Skoré planetárne modely Nagaoky. Na začiatku dvadsiateho storočia navrhol Hantaro Nagaoka modely atómového jadra podobné planéte Saturn. V nich, okolo malého jadra, pozitívne nabité, sa elektróny v kruhu otáčali. Tieto verzie, rovnako ako predchádzajúce, sa ukázali ako chybné.
4. Planetárne modely Bohr-Rutherford. Po niekoľkých pokusoch Ernest Rutherford navrhol, že atóm je podobný planetárnemu systému. V tom sa elektróny pohybujú v obežných dráhach okolo jadra, ktoré je nabité pozitívne a je v strede. Ale klasická elektrodynamika to odporuje, pretože podľa nej sa elektrón pohybuje vyžaruje elektromagnetické vlny a preto stráca energiu. Bohr predstavil špeciálne postuláty, na ktorých elektróny nevyžarovali energiu, zatiaľ čo v niektorých špecifických stavoch. Ukázalo sa, že klasická mechanika nebola schopná opísať tieto modely štruktúry atómu. Toto neskôr viedlo k vzniku kvantovej mechaniky, čo umožňuje vysvetliť tento fenomén aj mnohé ďalšie.

Kvantovo-mechanický model atómu

Tento model je vývojom predchádzajúceho modelu. Kvantovo-mechanický model atómu naznačuje, že nie sú, ktorý má náboj neutrónov a kladne nabité protóny v atómovom jadre. Je obklopená záporne nabitých elektrónov. Ale na základe kvantovej mechaniky, elektróny nemôžu pohybovať v určitom vopred stanovenom traektoriyam.Tak, v roku 1927, V. vyjadril Heisenbergov princíp neurčitosti, ktorú presné určenie je nemožné Súradnice častice a jej rýchlosti alebo hybnosti.

Chemické vlastnosti elektrónov sú určené ichshell. V periodickej tabuľke sú atómy usporiadané podľa elektrických nábojov jadra (hovoríme o počte protónov), zatiaľ čo neutrony neovplyvňujú chemické vlastnosti. Kvantovo-mechanický model atómu dokázal, že jeho hlavná hmota je v jadre, zatiaľ čo podiel elektrónov zostáva nevýznamný. Meria sa v atómových jednotkách hmotnosti, ktoré sa rovnajú 1/12 hmotnosti atómu uhlíka izotopu C12.

Funkcia vlny a orbital

Podľa zásady B. Geyzentberg, nemôžeme s absolútnou istotou povedať, že elektrón, ktorý má určitú rýchlosť, je na určitom mieste vo vesmíre. Aby sme opísali vlastnosti elektrónov, použite vlnovú funkciu psi.

Pravdepodobnosť detekcie častice v konkrétnom prípadečas je priamo úmerný štvorcu jeho modulu, ktorý sa vypočítava na určitý čas. Psi na námestí sa nazýva hustota pravdepodobnosti, ktorá charakterizuje elektróny okolo jadra vo forme elektrónového oblaku. Čím je väčšia, pravdepodobnosť elektrónu v určitom atómovom priestore bude vyššia.

Pre lepšie pochopenie si vieme predstaviťsuperponované fotografie jedna na druhej, kde sú polohy elektrónov stanovené v rôznych časoch. V mieste, kde budú body väčšie a oblak sa stane najhustejším a pravdepodobnosť nájdenia elektrónu je najvyššia.

Vypočítané napríklad, že kvantovo mechanický model atómu vodíka obsahuje najvyššiu hustotu elektrónového oblaku vo vzdialenosti 0,053 nm od jadra.

Orbita klasickej mechaniky bola nahradenákvantový elektrónový oblak. Vlnová funkcia elektrónového psíka sa tu nazýva orbital, ktorý sa vyznačuje tvarom a energiou elektrónového oblaku v priestore. S odkazom na atóm, máme na mysli priestor okolo jadra, v ktorom nájdenie elektrónu je najpravdepodobnejší.

Nemožné je možné?

Rovnako ako celá teória, kvantovo-mechanický modelštruktúra atómu urobila skutočnú revolúciu vo vedeckom svete a medzi obyvateľmi. Koniec koncov, a dodnes je ťažké si predstaviť, že tá istá častica nemôže byť súčasne na jednom mieste súčasne, ale na rôznych miestach! Na ochranu zavedených vzorov sa hovorí, že v mikrokozme sú udalosti, ktoré sú nemysliteľné a nie sú v makrokozme. Ale je to naozaj tak? Alebo sa ľudia len bojí priznať, že "kvapka je ako oceán a oceán je kvapka"?