Atomu modeļi, kas tu esi?

Vai esat kādreiz aizdomājušies, no kā veidotas lietas ap jums? Vienkārši sakiet, ka paskatāties uz galdu, jūs varētu saukt galdu, kas izgatavots no koka. Pat tā, paskatoties uz spoguli, jūs sakāt, ka tas ir izgatavots no stikla. Būtībā šiem diviem materiāliem ir atšķirīgas īpašības, bet vai jūs zinājāt, ka tos abus veido viena un tā pati lieta? Tās nosaukums ir atoms.

Atomi ir mazākās elementa daļiņas, kas piedalās ķīmiskajās reakcijās. To ārkārtīgi mazais izmērs padara tos redzamus, izmantojot pat visspēcīgākos gaismas mikroskopus. No tiem mazākais ir atoms ūdeņradī.

Atom modeļi

Zinātnieki gadsimtiem ilgi ir pētījuši šīs mazākās daļiņas, taču tās nav spējušas noteikt to izskatu. Tikai 1808. gadā Daltons publicēja savu teoriju par atoma struktūru. Kopš tā laika atomu modeļi ir attīstījušies līdz ar jaunākajiem atklājumiem. Šoreiz mēs apspriedīsim dažādus zinātnieku ierosinātos atomu modeļus.

Daltona teorija

Džons Daltons ir britu ķīmiķis, fiziķis un meteorologs, kurš pirmo reizi publicēja pētījumus par atomu esamību. Daltons paskaidroja, ka matērija sastāv no nedalāmām daļiņām, kuras sauc par atomiem.

Diemžēl turpmākie pētījumi pierādīja, ka pats atoms ir dalāms un sastāv no subatomiskām daļiņām. Subatomiskās daļiņas sastāv no elektroniem, protoniem un neitroniem. Kopš tā laika zinātnieki ir mēģinājuši piedāvāt dažādus modeļus, ņemot vērā šo subatomisko daļiņu, tostarp Dž.Dž.Tomsona un Rezerforda, stāvokli.

Atomu modelis parāda atomu struktūru un subatomisko daļiņu izvietojumu atomā. Atklājot protonus un elektronus, zinātnieki apgalvoja, ka atomus veido protoni un elektroni, kas līdzsvaro to lādiņus. Viņi atklāja, ka protoni atrodas atoma iekšpusē, savukārt elektroni atrodas ārpusē un viegli atdalās.

Ir 4 zinātnieku ierosināti atomu modeļi, proti, Tomsona, Rezerforda, Bora piedāvātais modelis un kvantu mehāniskais modelis.

Thomson Atoma modelis

Džozefs Džons Tomsons bija Lielbritānijas Nobela prēmijas laureāts fiziķis, kurš vispirms ierosināja atomu modeli. Patiesībā viņš tos publicēja pirms protonu un atomu kodola atklāšanas. Savā teorijā Tomsons uzskatīja, ka atomi ir līdzīgi rozīņu maizei vai plūmju pudiņa modelim, jo ​​pozitīvā lādiņa sfērā esošie elektroni Ziemassvētku pudiņā izskatījās kā žāvēti augļi.

(Lasiet arī: Ziniet Zemes slāņus, pamatojoties uz to slāņiem un ķīmisko sastāvu)

Šis modelis pieņem, ka atoms sastāv no pozitīvi lādētas sfēras, kurā ir iestrādāti elektroni. Atomam var būt neitrāls lādiņš, jo tam ir vienādi negatīvie un pozitīvie lādiņi.

Rezerforda kodola atoma modelis

Ernests Rezerfords ir Jaunzēlandē dzimis fiziķis un ķīmiķis, kurš dzīvo Anglijā. Viņš ierosināja atomu modeli pēc eksperimenta, kas pazīstams kā Rutherford izkliedes eksperiments, veikšanas. Viņš un divi viņa studenti veica alfa staru izkliedēšanas eksperimentus uz plānas zelta plāksnes.

Rezerfords uzskatīja, ka atoma kopējais pozitīvais lādiņš ir koncentrēts ļoti mazā reģionā, kas pazīstams kā kodols. Elektroni lielā ātrumā griežas ap atoma kodolu apļveida ceļos, kurus sauc par orbītām. Elektrostatiskā pievilcība starp kodolu un elektroniem notur elektronus to trajektorijā.

Rezerforda modelis arī atklāja, ka protonu skaits ir vienāds ar elektronu skaitu un ir pazīstams kā atomu skaitlis. Tikmēr, ja protonu un neitronu skaits tiek apvienots, vērtība ir tāda pati kā atomu masas skaitlim.

Diemžēl Rezerforda atoma modelis nespēja izskaidrot atoma stabilitāti. Saskaņā ar elektromagnētisko teoriju uzlādētās daļiņas paātrinājuma laikā zaudē enerģiju. Zaudējot enerģiju, var palēnināt elektronu ātrumu, un galu galā elektroni tiks piesaistīti kodolam un atomi tiks iznīcināti. Turklāt Rutherforda atoma modelis arī neko nepaskaidroja par elektronu un elektronu enerģiju sadalījumu. Turklāt šis atomu modelis arī nespēj izskaidrot līniju spektru, ko dod katrs elements.

Bora atoma modelis

Lai atbildētu uz trūkumiem Rezerforda atomu modelī, īpaši attiecībā uz līnijas spektru un atomu stabilitāti, Nīls Bohrs pēc tam publicēja pats savu atomu modeli. Viņš teica, ka elektroni griežas ap atoma kodolu noteiktās apļveida orbītās, ko sauc par enerģijas čaulām vai enerģijas līmeņiem. Elektroni, kas rotē enerģijas apvalkā, ir saistīti ar noteiktu enerģijas daudzumu. Šīs enerģijas čaulas ir numurētas ar 1, 2, 3 un tā tālāk no atoma kodola vai tiek norādītas kā čaulas k, l, m utt.

Elektronu izvietojums atomā ir pazīstams kā elektronu konfigurācija. Elektronu konfigurācija var palīdzēt izskaidrot, kā atomi saista kopā. Elektronu aizpildīšana atomu čaulās sākas no iekšējā apvalka vai tā, kura enerģija ir vismazākā. Maksimālais elektronu skaits, kas var aizņemt apvalku, ir 2n2.

Kvantu mehānikas atomu teorija

Diemžēl Bora piedāvātais atomu modelis nespēja izskaidrot ūdeņraža atomu spektru gan magnētiskajā, gan elektriskajā laukā. Uz to mēģināja atbildēt austriešu fiziķis Ervins Šrēdingers. Viņš izstrādāja atomu teoriju, kuras pamatā bija kvantu mehānikas principi. Šrēdingera piedāvātais modelis īpaši neatšķiras no Bora, jo atomam ir pozitīvi uzlādēts kodols un to ieskauj negatīvi lādēti elektroni. Atšķirība ir elektronu stāvoklī, kas ieskauj atomu kodolu.

Bohrs savā teorijā apgalvoja, ka elektroni riņķo ap atoma kodolu ar noteiktu attālumu no atoma kodola, ko sauc par atoma rādiusu. Bet kvantu mehāniskajā teorijā saskaņā ar Heizenberga nenoteiktības principu atomu kodolu ieskaujošo elektronu stāvokli nevar droši noteikt. Tāpēc vislielākā iespējamība, ka elektrons atrodas šajā orbītā. Tas ir, var teikt, ka vislielākās varbūtības reģions elektronu atomos atrašanai ir orbitālēs.

Kvantu mehāniskais modelis arī norāda, ka elektronu kustībai ap atoma kodolu ir duālisma īpašība, kā to ierosināja de Broglie. Tā kā elektronu kustībai ap kodolu ir viļņveidīgs raksturs, vienādojumam elektronu kustībai ap kodolu jābūt saistītam ar viļņu funkciju.

Šrēdners papildināja savu teoriju ar vienādojumu, kurā teikts, ka elektronu kustību ap atoma kodolu, kas saistīta ar matērijas duālistisko raksturu, var izteikt Dekarta koordinātās. Šis vienādojums kļuva pazīstams kā Šrēdingera vienādojums.

No šī vienādojuma Šrēdingers izveidoja trīs kvantu skaitļus, proti, galveno kvantu (n), azimuta kvantu (A) un magnētisko kvantu (m). Šie trīs kvantu skaitļi ir vienkārši veseli skaitļi, kas norāda elektronu varbūtību ap atoma kodolu. Šrēdingera vienādojuma risinājums dod trīs kvantu skaitļus. Orbitāle tiek iegūta no Šrēdingera vienādojuma, lai starp orbitāli un visiem trim skaitļiem būtu sakarība.