Будова атома
Атом – найменша частка речовини. Його вивчення почалося ще в Стародавній Греції, коли до будови атома була прикута увага не лише вчених, а й філософів. Яка ж електронна будова атома і які основні відомості відомі про цю частинку?
Будова атома
Вже давньогрецькі вчені здогадувалися існування найдрібніших хімічно частинок, у тому числі складається будь-який предмет і організм. І якщо у XVII-XVIII ст. хіміки були впевнені, що атом неподільна елементарна частка, то на рубежі XIX-XX ст., Досвідченим шляхом вдалося довести, що атом не є неподільним.
Атом, будучи мікроскопічною частинкою речовини, складається з ядра та електронів. Ядро в 10 000 разів менше атома, проте практично вся його маса зосереджена саме в ядрі. Головною характеристикою атомного ядра є те, що він має позитивний заряд і складається з протонів і нейтронів. Протони заряджені позитивно, а нейтрони немає заряду (вони нейтральні).
Вони пов'язані один з одним за допомогою сильної ядерної взаємодії. Маса протона приблизно дорівнює масі нейтрона, але при цьому в 1840 разів більше за масу електрона. Протони та нейтрони мають у хімії загальну назву – нуклони. Сам атом є електронейтральним.
Атом будь-якого елемента можна позначити електронною формулою та електронно-графічною формулою:
Мал. 1. Електронно-графічна формула атома.
Єдиним хімічним елементом із періодичної системи, в ядрі якого не містяться нейтрони, є легкий водень (протий).
Електрон є негативно зарядженою частинкою. Електронна оболонка складається з електронів, що рухаються навколо ядра.Електрони мають властивості притягуватися до ядра, а один між одним на них впливає кулонівська взаємодія. Щоб подолати тяжіння ядра, електрони повинні отримувати енергію від зовнішнього джерела. Чим далі електрон знаходиться від ядра, тим менше енергії для цього потрібно.
Моделі атомів
Протягом тривалого часу вчені прагнули пізнати природу атома. На ранньому етапі великий внесок зробив давньогрецький філософ Демокріт. Хоча зараз його теорія і здається нам банальною і надто простою, у той період, коли уявлення про елементарні частинки тільки починало зароджуватися, його теорія про шматочки матерії сприймалася цілком серйозно. Демокріт вважав, що властивості будь-якої речовини залежать від форми, маси та інших характеристик атомів. Приміром, біля вогню, думав він, гострі атоми – тому вогонь обпалює; у води атоми гладкі, тому вона здатна текти; у твердих предметів, на його думку, атоми були шорсткі.
Демокріт вважав, що з атомів складається абсолютно все, навіть душа людини.
1904 року Дж. Дж. Томсон запропонував свою модель атома. Основні положення теорії зводилися до того, що атом представлявся позитивно зарядженим тілом, усередині якого були електрони з негативним зарядом. Пізніше ця теорія була спростована Еге. Резерфорд.
Мал. 2. Модель атома Томсона.
Також 1904 року японським фізиком Х. Нагаока було запропоновано ранню планетарну модель атома за аналогією з планетою Сатурн. Електрони цієї теорії об'єднані в кільця і обертаються навколо позитивно зарядженого ядра. Ця теорія виявилася хибною.
1911 року Еге. Резерфорд, зробивши низку дослідів, зробив висновки, що атом за своєю будовою схожий на планетну систему.Адже електрони, наче планети, рухаються орбітами навколо важкого позитивно зарядженого ядра. Однак цей опис суперечив класичній електродинаміці. Тоді датський фізик Нільс Бор у 1913 році запровадив постулати, суть яких полягала в тому, що електрон, перебуваючи в деяких спеціальних станах, не випромінює енергію. Таким чином, постулати бору показали, що для атомів класична механіка не застосовується. Планетарна модель, описана Резерфордом і доповнена Бором, отримала назву планетарна модель Бора-Резерфорда.
Мал. 3. Планетарна модель Бора-Резерфорда.
Подальше вивчення атома призвело до створення такого розділу, як квантова механіка, за допомогою якого пояснювали багато наукових фактів. Сучасні уявлення про атом розвинулися з планетарної моделі Бора-Резерфорда.
Що ми дізналися?
У цій статті з хімії (8 клас) розповідається коротко і зрозуміло про будову атома. Протягом багатьох століть вчені різних країн вивчали найдрібніші частинки речовини. З'являлися різні теорії, моделі та різні формули будови атома. Сучасні уявлення про атом грунтуються на моделі Бора-Резерфорда, за якою атом складається з ядра та електронної хмари, в якій електрони рухаються навколо ядра.
Електронні формули хімічних елементів
Розташування електронів на енергетичних оболонках чи рівнях записують електронними формулами хімічних елементів. Електронні формули чи конфігурації допомагають уявити структуру атома елемента.
Будова атома
Щоб читати електронні формули, необхідно зрозуміти будову атома.
Атоми всіх елементів складаються з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів, що розташовуються навколо ядра.
Електрони є на різних енергетичних рівнях. Чим далі електрон знаходиться від ядра, тим більшою енергією він має. Розмір енергетичного рівня визначається розміром атомної орбіталі або орбітальної хмари. Це простір, у якому рухається електрон.
Орбіталі можуть мати різну геометричну конфігурацію:
- s-орбіталі - сферичні;
- р-, d і f-орбіталі – гантелеподібні, що лежать у різних площинах.
На першому енергетичному рівні будь-якого атома завжди розташовується s-орбіталь із двома електронами (виняток – водень). Починаючи з другого рівня, на одному рівні знаходяться s- та р-орбіталі.
Мал. 2. s-, р-, d та f-орбіталі.
Орбіталі існують незалежно від знаходження ними електронів і може бути заповненими чи вакантними.
Запис формули
Електронні конфігурації атомів хімічних елементів записуються за такими принципами:
- кожному енергетичному рівню відповідає порядковий номер, що позначається арабською цифрою;
- за номером слідує буква, що означає орбіталь;
- над літерою пишеться верхній індекс, який відповідає кількості електронів на орбіталі.
Записати електронну формулу допомагає таблиця Менделєєва. Кількості енергетичних рівнів відповідає номер періоду. На заряд атома та кількість електронів вказує порядковий номер елемента. Номер групи показує, скільки валентних електронів на зовнішньому рівні.
Наприклад візьмемо Na. Натрій знаходиться у першій групі, у третьому періоді, під 11 номером. Це означає, що атом натрію має позитивно заряджене ядро (містить 11 протонів), навколо якого три енергетичних рівнях розташовується 11 електронів. На зовнішньому рівні є один електрон.
Згадаймо, що перший енергетичний рівень містить s-орбіталь із двома електронами, а другий – s- та р-орбіталі. Залишається заповнити рівні та отримати повний запис:
Для зручності створено спеціальні таблиці електронних формул елемента. У довгій періодичній таблиці формули також вказуються у кожній клітині елемента.
Мал. 3. Таблиця електронних формул.
Для стислості у квадратних дужках записані елементи, електронна формула яких збігається з початком формули елемента. Наприклад, електронна формула магнію - [Ne] 3s 2 неона - 1s 2 2s 2 2p 6 . Отже, повна формула магнію – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 .
Що ми дізналися?
Електронні формули елементів відбивають розташування електронів в атомі різних орбіталях. Кількість електронів дорівнює порядковому номеру елемента, кількість рівнів номеру періоду. На останньому рівні знаходяться валентні електрони, що відповідають номеру групи елемента. Цифри в електронній формулі показують рівень, літери – орбіталь, індекси – кількість електронів лише на рівні.
