Struktura atomu. Model kwantowo-mechaniczny atomu

Poniższy artykuł mówi o atomiei jego struktura: jak zostało odkryte, jak teoria została opracowana w ich umysłach i podczas eksperymentów, myślicieli i naukowców. Model kwantowo-mechaniczny atomu jako najnowocześniejszy obecnie najlepiej opisuje jego zachowanie i cząstki, które składają się na kompozycję. Przeczytaj o niej i jej funkcjach poniżej.

Koncepcja atomu

Minimalna część niepodzielna chemiczniePierwiastkiem chemicznym o zestawie charakterystycznych właściwości jest atom. Obejmuje elektrony i jądro, które z kolei zawiera dodatnio naładowane protony i nienaładowane neutrony. Jeśli zawiera tę samą liczbę protonów i elektronów, wówczas sam atom będzie elektrycznie obojętny. W przeciwnym razie ma ładunek: dodatni lub ujemny. Następnie atom nazywa się jonem. Tak więc dokonuje się ich klasyfikacji: pierwiastek chemiczny jest określony liczbą protonów, a jego izotop neutronami. Wiążące się ze sobą na podstawie wiązań międzyatomowych atomy tworzą cząsteczki.

Trochę historii

Po raz pierwszy starożytni Indianie istarożytni greccy filozofowie. A w XVII i XVIII wieku chemicy potwierdzili ten pomysł, eksperymentalnie udowadniając, że niektórych substancji nie można podzielić na ich elementy składowe za pomocą eksperymentów chemicznych. Jednak od przełomu XIX i XX wieku fizycy odkryli cząsteczki subatomowe, wyjaśniając, że atom nie jest niepodzielny. W 1860 r. Chemicy sformułowali pojęcia atomu i cząsteczki, w których atom stał się najmniejszą cząstką pierwiastka, który był częścią zarówno prostych, jak i złożonych substancji.

Modele struktury atomu

1. Kawałki materii.Demokryt uważał, że właściwości substancji można określić na podstawie masy, kształtu i innych parametrów charakteryzujących atomy. Na przykład ogień ma ostre atomy, przez co ma zdolność do spalania; ciała stałe zawierają szorstkie cząstki, dzięki czemu bardzo ściśle przylegają do siebie; są gładkie w wodzie, więc może płynąć. Według Demokryta nawet ludzka dusza składa się z atomów.
2. Modele Thomson. Naukowiec uważał atom za ciało dodatnio naładowane, wewnątrz którego znajdują się elektrony. Rutherford obalił te modele, przeprowadzając swoje słynne doświadczenia.
3. Wczesne planetarne modele Nagaoka.Na początku XX wieku Hantaro Nagaoka zaproponował modele jąder atomowych podobne do planety Saturn. W nich wokół małego jądra, naładowanego dodatnio, elektrony zjednoczone w pierścieniach obracają się. Te wersje, podobnie jak poprzednie, okazały się błędne.
4. Modele planetarne Bohr-Rutherforda.Po przeprowadzeniu kilku eksperymentów Ernest Rutherford zasugerował, że atom jest podobny do układu planetarnego. W nim elektrony poruszają się na orbitach wokół jądra, które jest naładowane dodatnio i znajduje się w centrum. Ale klasyczna elektrodynamika zaprzeczała temu, ponieważ przez nią poruszający się elektron emituje fale elektromagnetyczne, a zatem traci energię. Bohr wprowadził specjalne postulaty, zgodnie z którymi elektrony nie promieniują energią, będąc w określonych stanach. Okazało się, że mechanika klasyczna nie była w stanie opisać tych modeli budowy atomu. Doprowadziło to następnie do pojawienia się mechaniki kwantowej, która pozwala wyjaśnić zarówno to zjawisko, jak i wiele innych.

Model kwantowo-mechaniczny atomu

Ten model jest rozwinięciem poprzedniego.Model kwantowo-mechaniczny atomu zakłada, że ​​w jądrze atomu nie ma neutronów ładunkowych i dodatnio naładowanych protonów. Wokół niego znajdują się ujemnie naładowane elektrony. Ale w mechanice kwantowej elektrony nie poruszają się po z góry określonych ścieżkach, więc w 1927 r. W. Heisenberg wyraził zasadę niepewności, która uniemożliwia dokładne określenie współrzędnych cząstki oraz jej prędkości lub pędu.

Właściwości chemiczne elektronów są określone przez ichmuszla. W układzie okresowym atomy są ułożone zgodnie z ładunkami elektrycznymi jąder (mówimy o liczbie protonów), podczas gdy neutrony nie wpływają na właściwości chemiczne. Model kwantowo-mechaniczny atomu udowodnił, że jego masa znajduje się w jądrze, podczas gdy ułamek elektronów pozostaje nieznaczny. Mierzy się go w atomowych jednostkach masy, które są równe 1/12 masy atomu izotopu węgla C12.

Funkcja fali i orbital

Zgodnie z zasadą B.Heisentberg, nie można powiedzieć z absolutną pewnością, że elektron o określonej prędkości znajduje się w dowolnym punkcie przestrzeni. Aby opisać właściwości elektronów, użyj funkcji fali psi.

Prawdopodobieństwo wykrycia cząstki w konkretnymczas jest wprost proporcjonalny do kwadratu jego modułu, który jest obliczany dla określonego czasu. Kwadrat Psi nazywa się gęstością prawdopodobieństwa, która charakteryzuje elektrony wokół jądra w postaci chmury elektronów. Im większy, tym bardziej prawdopodobne, że elektron w pewnej przestrzeni atomu będzie wyższy.

Dla lepszego zrozumienia możesz sobie wyobrazićnałożone na siebie fotografie, na których pozycje elektronu są ustalone w różnym czasie. W miejscu, gdzie jest więcej punktów i chmura stanie się najgęstsza, a prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest największe.

Oblicza się na przykład, że kwantowo-mechaniczny model atomu wodoru zawiera największą gęstość chmury elektronowej znajdującą się w odległości 0,053 nanometra od jądra.

Orbita z klasycznej mechaniki zastąpionachmura elektronów kwantowych. Funkcja falowa elektronu psi nazywana jest tutaj orbitalem, który charakteryzuje się kształtem i energią chmury elektronowej w przestrzeni. W odniesieniu do atomu mamy na myśli przestrzeń wokół jądra, w której najprawdopodobniej znajduje się elektron.

Niemożliwe możliwe?

Podobnie jak reszta teorii, model mechaniki kwantowejstruktura atomu dokonała prawdziwej rewolucji w świecie nauki i wśród mieszkańców. Rzeczywiście, do dziś trudno sobie wyobrazić, że ta sama cząstka w tym samym momencie może być jednocześnie nie w jednym, ale w różnych miejscach! Aby bronić ustalonych struktur, mówią, że w mikrokosmosie zachodzą zdarzenia, które są niewyobrażalne, a nie w makrokosmosie. Ale czy tak jest naprawdę? A może ludzie po prostu boją się nawet przyznać, że „kropla jest jak ocean, a ocean jest jak kropla”?