Ang istraktura ng mga atomo - elementarya na mga particle ng matter, electron, protons, neutrons
Ang lahat ng pisikal na katawan sa kalikasan ay gawa sa isang uri ng bagay na tinatawag na matter. Ang mga sangkap ay nahahati sa dalawang pangunahing grupo - simple at kumplikadong mga sangkap.
Ang mga kumplikadong sangkap ay ang mga sangkap na, sa pamamagitan ng mga reaksiyong kemikal, ay maaaring mabulok sa iba, mas simpleng mga sangkap. Hindi tulad ng mga kumplikadong sangkap, ang mga simpleng sangkap ay ang mga hindi maaaring hatiin ng kemikal sa mas simpleng mga sangkap.
Ang isang halimbawa ng isang kumplikadong sangkap ay tubig, na sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon ay maaaring mabulok sa dalawa pang mas simpleng sangkap - hydrogen at oxygen. Tulad ng para sa huling dalawa, hindi na sila maaaring mabulok ng kemikal sa mas simpleng mga sangkap at samakatuwid ay mga simpleng sangkap, o, sa madaling salita, mga elemento ng kemikal.
Sa unang kalahati ng ika-19 na siglo, nagkaroon ng pagpapalagay sa agham na ang mga elemento ng kemikal ay mga hindi nagbabagong sangkap na walang karaniwang kaugnayan sa isa't isa. Gayunpaman, ang siyentipikong Ruso na si D. I. Mendeleev (1834 - 1907) sa unang pagkakataon noong 1869ay nagpapakita ng kaugnayan ng mga elemento ng kemikal, na nagpapakita na ang kalidad ng katangian ng bawat isa sa kanila ay nakasalalay sa dami ng katangian nito - atomic na timbang.
Sa pag-aaral ng mga katangian ng mga elemento ng kemikal, napansin ng D. I. Mendeleev na ang kanilang mga katangian ay paulit-ulit na pana-panahon depende sa kanilang atomic na timbang. Ipinakita niya ang periodicity na ito sa anyo ng isang talahanayan, na pumasok sa agham sa ilalim ng pangalang "Mendeleev's Periodic Table of Elements."
Nasa ibaba ang modernong periodic table ni Mendeleev ng mga elemento ng kemikal.
Mga atomo
Ayon sa modernong siyentipikong konsepto, ang bawat elemento ng kemikal ay binubuo ng isang koleksyon ng pinakamaliit na materyal (materyal) na mga particle na tinatawag na atoms.
Ang atom ay ang pinakamaliit na bahagi ng isang kemikal na elemento na hindi na maaaring mabulok ng kemikal sa iba, mas maliit at mas simpleng mga particle ng materyal.
Ang mga atom ng kemikal na elemento ng iba't ibang kalikasan ay naiiba sa bawat isa sa kanilang mga katangiang physicochemical, istraktura, sukat, masa, timbang ng atom, sariling enerhiya at ilang iba pang mga katangian. Halimbawa, ang hydrogen atom ay naiiba nang husto sa mga katangian at istraktura nito mula sa oxygen atom, at ang huli mula sa uranium atom, at iba pa.
Ang mga atomo ng mga elemento ng kemikal ay natagpuang napakaliit sa laki. Kung ipinapalagay natin na ang mga atomo ay may spherical na hugis, kung gayon ang kanilang mga diameter ay dapat na katumbas ng daang milyon ng isang sentimetro. Halimbawa, ang diameter ng isang hydrogen atom — ang pinakamaliit na atom sa kalikasan — ay isang daang milyon ng isang sentimetro (10-8 cm), at ang diameter ng pinakamalaking atom, halimbawa, ang uranium atom, ay hindi lalampas sa tatlong daan. milyon ng isang sentimetro (3 10-8 cm).Samakatuwid, ang hydrogen atom ay maraming beses na mas maliit kaysa sa globo ng radius isang sentimetro, dahil ang huli ay mas maliit kaysa sa globo.
Dahil sa napakaliit na sukat ng mga atomo, napakaliit din ng kanilang masa. Halimbawa, ang masa ng hydrogen atom ay m = 1.67· 10-24 Nangangahulugan ito na ang isang gramo ng hydrogen ay naglalaman ng humigit-kumulang 6·1023 atoms.
Para sa maginoo na yunit ng pagsukat ng mga atomic na timbang ng mga elemento ng kemikal, 1/16 ng bigat ng isang atom ng oxygen ay kinuha. Alinsunod sa atomic na timbang na ito ng isang elemento ng kemikal, ang isang abstract na numero ay tinatawag, na nagpapahiwatig kung gaano karaming beses ang bigat ng isang ibinigay na elemento ng kemikal ay higit sa 1/16 ng bigat ng isang atom ng oxygen.
Sa periodic table ng mga elemento ng D. I. Mendeleev, ibinibigay ang atomic weights ng lahat ng elemento ng kemikal (tingnan ang numero sa ilalim ng pangalan ng elemento). Mula sa talahanayang ito makikita natin na ang pinakamagaan na atom ay ang hydrogen atom, na may atomic na timbang na 1.008. Ang atomic na timbang ng carbon ay 12, oxygen ay 16, at iba pa.
Tulad ng para sa mas mabibigat na elemento ng kemikal, ang kanilang atomic weight ay lumampas sa atomic weight ng hydrogen ng higit sa dalawang daang beses. Kaya ang atomic na halaga ng mercury ay 200.6, radium ay 226, at iba pa. Kung mas mataas ang pagkakasunud-sunod ng numero na inookupahan ng isang kemikal na elemento sa periodic table ng mga elemento, mas malaki ang atomic weight.
Karamihan sa mga atomic na timbang ng mga elemento ng kemikal ay ipinahayag bilang mga fractional na numero. Ito ay sa ilang lawak ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga naturang elemento ng kemikal ay binubuo ng isang hanay ng kung gaano karaming mga uri ng mga atomo na may iba't ibang mga atomic na timbang ngunit may parehong mga katangian ng kemikal.
Ang mga elemento ng kemikal na sumasakop sa parehong bilang sa periodic table ng mga elemento at samakatuwid ay may parehong mga katangian ng kemikal ngunit may iba't ibang mga atomic na timbang ay tinatawag na isotopes.
Ang mga isotopes ay matatagpuan sa karamihan ng mga elemento ng kemikal, mayroong dalawang isotopes, calcium - apat, sink - lima, lata - labing-isa, atbp. Maraming isotopes ang nakuha sa pamamagitan ng sining, ang ilan sa kanila ay may malaking praktikal na kahalagahan.
Mga elemento ng elementarya ng bagay
Sa loob ng mahabang panahon, pinaniniwalaan na ang mga atomo ng mga elemento ng kemikal ay ang limitasyon ng divisibility ng bagay, iyon ay, bilang ito ay, ang elementarya na "mga bloke ng gusali" ng uniberso. Tinatanggihan ng modernong agham ang hypothesis na ito sa pamamagitan ng pagtatatag na ang atom ng anumang elemento ng kemikal ay isang pinagsama-samang mas maliliit na particle ng materyal kaysa sa atom mismo.
Ayon sa teorya ng elektron ng istruktura ng bagay, ang atom ng anumang elemento ng kemikal ay isang sistema na binubuo ng isang sentral na nucleus sa paligid kung saan umiikot ang mga "elementarya" na mga particle ng materyal na tinatawag na mga electron. Ang nuclei ng mga atom, ayon sa pangkalahatang tinatanggap na mga pananaw, ay binubuo ng isang hanay ng mga "elementarya" na mga particle ng materyal - mga proton at neutron.
Upang maunawaan ang istraktura ng mga atomo at ang mga proseso ng physico-kemikal sa kanila, kinakailangan na hindi bababa sa maikling pamilyar ang iyong sarili sa mga pangunahing katangian ng mga elementarya na particle na bumubuo sa mga atom.
Natukoy na ang isang electron ay isang tunay na particle na may pinakamaliit na negatibong singil sa kuryente na naobserbahan sa kalikasan.
Kung may kondisyong ipinapalagay natin na ang electron bilang isang particle ay may spherical na hugis, kung gayon ang diameter ng electron ay dapat na katumbas ng 4 ·10-13 cm, iyon ay, ito ay sampu-sampung libong beses na mas maliit kaysa sa diameter ng bawat atom.
Ang isang elektron, tulad ng anumang iba pang materyal na particle, ay may masa. Ang "rest mass" ng electron, iyon ay, ang masa na taglay nito sa isang estado ng kamag-anak na pahinga, ay katumbas ng mo = 9.1 · 10-28 G.
Ang napakaliit na "rest mass" ng electron ay nagpapahiwatig na ang mga inertial na katangian ng electron ay lubhang mahina, na nangangahulugan na ang elektron, sa ilalim ng impluwensya ng isang alternating electric force, ay maaaring mag-oscillate sa espasyo na may dalas ng maraming bilyong mga panahon bawat pangalawa.
Ang masa ng elektron ay napakaliit na nangangailangan ng 1027 mga yunit upang makagawa ng isang gramo ng mga electron. Upang magkaroon ng hindi bababa sa ilang pisikal na ideya ng napakalaking bilang na ito, magbibigay kami ng isang halimbawa. Kung ang isang gramo ng mga electron ay maaaring ayusin sa isang tuwid na linya na malapit sa isa't isa, kung gayon sila ay bubuo ng isang kadena na apat na bilyong kilometro ang haba.
Ang masa ng elektron, tulad ng anumang iba pang materyal na microparticle, ay nakasalalay sa bilis ng paggalaw nito. Ang isang electron sa isang estado ng kamag-anak na pahinga ay may isang "mass ng pahinga" ng isang mekanikal na kalikasan, katulad ng masa ng anumang pisikal na katawan. Tulad ng para sa "mass of motion" ng electron, na tumataas habang tumataas ang bilis ng paggalaw nito, ito ay electromagnetic na pinagmulan. Ito ay dahil sa pagkakaroon ng isang electromagnetic field sa isang gumagalaw na electron bilang isang uri ng bagay na may mass at electromagnetic energy.
Ang mas mabilis na paggalaw ng elektron, mas makikita ang mga inertial na katangian ng electromagnetic field nito, mas malaki ang masa ng huli at, nang naaayon, ang electromagnetic energy nito. Dahil ang electron na may electromagnetic field nito ay kumakatawan sa isang solong organically connected material system, ito ay natural ang momentum mass ng electromagnetic field ng electron na direktang maiugnay sa electron mismo.
Ang elektron, bilang karagdagan sa mga katangian ng isang butil, ay mayroon ding mga katangian ng alon.Ito ay eksperimento na itinatag na ang daloy ng mga electron, tulad ng isang liwanag na daloy, ay nagpapalaganap sa anyo ng isang parang alon na paggalaw. Ang likas na katangian ng paggalaw ng alon ng daloy ng elektron sa espasyo ay nakumpirma ng mga phenomena ng interference at diffraction ng mga electron wave.
Electronic interference Ay ang phenomenon ng superposition ng electron wills sa isa't isa at electron diffraction — ito ang phenomenon ng electron waves na baluktot sa mga gilid ng isang makitid na slit kung saan dumadaan ang electron beam. Samakatuwid, ang elektron ay hindi lamang isang butil, ngunit isang «particle wave», ang haba nito ay nakasalalay sa masa at bilis ng elektron.
Itinatag na ang electron, bilang karagdagan sa translational motion nito, ay nagsasagawa rin ng rotational motion sa paligid ng axis nito. Ang ganitong uri ng paggalaw ng elektron ay tinatawag na "spin" (mula sa salitang Ingles na "spin" — spindle). Bilang resulta ng paggalaw na ito, ang electron, bilang karagdagan sa mga de-koryenteng katangian dahil sa singil ng kuryente, ay nakakakuha din ng mga magnetic na katangian, na kahawig sa bagay na ito ng isang elementarya na magnet.
Ang proton ay isang tunay na particle na may positibong electric charge na katumbas ng absolute value sa electric charge ng isang electron.
Ang proton mass ay 1.67 ·10-24 r, iyon ay, humigit-kumulang 1840 beses na mas malaki kaysa sa "rest mass" ng electron.
Hindi tulad ng isang electron at isang proton, ang isang neutron ay walang electric charge, iyon ay, ito ay isang electrically neutral na "elementary" na particle ng matter. Ang masa ng neutron ay halos katumbas ng masa ng proton.
Ang mga electron, proton at neutron na bumubuo sa mga atom ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Sa partikular, ang mga electron at proton ay umaakit sa isa't isa bilang mga particle na may kabaligtaran na mga singil sa kuryente.Kasabay nito, ang electron mula sa electron at proton mula sa proton ay nagtataboy bilang mga particle na may parehong mga singil sa kuryente.
Ang lahat ng mga particle na ito na may kuryente ay nakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng kanilang mga electric field. Ang mga patlang na ito ay isang espesyal na uri ng bagay na binubuo ng isang koleksyon ng mga elementong partikulo ng elementarya na tinatawag na mga photon. Ang bawat photon ay may mahigpit na tinukoy na dami ng enerhiya (energy quantum) na likas dito.
Ang pakikipag-ugnayan ng mga particle ng mga materyal na materyal na may kuryente ay nagaganap sa pamamagitan ng pagpapalitan ng mga photon sa bawat isa. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga particle na may kuryente ay karaniwang tinatawag na electric force.
Ang mga neutron at proton sa nuclei ng mga atom ay nakikipag-ugnayan din sa isa't isa. Gayunpaman, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila ay hindi na nagaganap sa pamamagitan ng isang electric field, dahil ang neutron ay isang electrically neutral na particle ng matter, ngunit sa pamamagitan ng tinatawag na larangan ng nukleyar.
Ang larangang ito ay isa ring espesyal na uri ng bagay na binubuo ng isang koleksyon ng mga elementong particle ng elementarya na tinatawag na mga meson... Ang interaksyon ng mga neutron at proton ay nagaganap sa pamamagitan ng pagpapalitan ng mga meson sa isa't isa. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga neutron at proton ay tinatawag na puwersang nuklear.
Ito ay itinatag na ang mga puwersang nuklear ay kumikilos sa nuclei ng mga atomo sa napakaliit na distansya — mga 10-13 cm.
Ang mga puwersang nuklear ay higit na lumampas sa mga puwersang elektrikal ng mutual repulsion ng mga proton sa nucleus ng isang atom. Ito ay humahantong sa katotohanan na hindi lamang nila kayang pagtagumpayan ang mga puwersa ng mutual repulsion ng mga proton sa loob ng nuclei ng mga atomo, ngunit din upang lumikha ng napakalakas na sistema ng nuclei mula sa koleksyon ng mga proton at neutron.
Ang katatagan ng nucleus ng anumang atom ay nakasalalay sa ratio ng dalawang magkasalungat na puwersa - nuclear (mutual attraction ng mga proton at neutron) at electric (mutual repulsion ng mga proton).
Ang makapangyarihang mga puwersang nuklear na kumikilos sa nuclei ng mga atomo ay nag-aambag sa pagbabago ng mga neutron at proton sa isa't isa. Ang mga interaksyon na ito ng mga neutron at proton ay nagaganap bilang resulta ng paglabas o pagsipsip ng mas magaan na elementarya na mga particle, halimbawa mga meson.
Ang mga particle na isinasaalang-alang namin ay tinatawag na elementarya dahil hindi sila binubuo ng isang pinagsama-samang iba, mas simpleng mga particle ng bagay. Ngunit sa parehong oras, hindi natin dapat kalimutan na nagagawa nilang magbago sa isa't isa, na bumangon sa kapinsalaan ng isa. Kaya, ang mga particle na ito ay ilang mga kumplikadong pormasyon, iyon ay, ang kanilang elementarya ay may kondisyon.
Kemikal na istraktura ng mga atomo
Ang pinakasimpleng atom sa istraktura nito ay ang hydrogen atom. Binubuo ito ng isang koleksyon ng dalawang elementarya na particle lamang - isang proton at isang electron. Ang proton sa sistema ng hydrogen atom ay gumaganap ng papel ng isang sentral na nucleus sa paligid kung saan ang isang electron ay umiikot sa isang tiyak na orbit. Sa fig. 1 ay nagpapakita ng eskematiko ng isang modelo ng hydrogen atom.
kanin. 1. Diagram ng istraktura ng hydrogen atom
Ang modelong ito ay isang magaspang na pagtatantya lamang ng katotohanan. Ang katotohanan ay ang electron bilang isang "alon ng mga particle" ay walang dami nang matindi ang demarcated mula sa panlabas na kapaligiran. At nangangahulugan ito na hindi dapat pag-usapan ng isa ang tungkol sa ilang eksaktong linear na orbit ng elektron, ngunit tungkol sa isang uri ng ulap ng elektron. Sa kasong ito, ang elektron ay kadalasang sumasakop sa ilang gitnang linya ng ulap, na isa sa mga posibleng orbit nito sa atom.
Dapat sabihin na ang orbit ng elektron mismo ay hindi mahigpit na hindi nagbabago at nakatigil sa atom - ito rin, dahil sa pagbabago sa masa ng elektron, ay gumagawa ng isang tiyak na paggalaw ng pag-ikot. Samakatuwid, ang paggalaw ng isang elektron sa isang atom ay medyo kumplikado. Dahil ang nucleus ng hydrogen atom (proton) at ang electron na umiikot sa paligid nito ay may magkasalungat na singil sa kuryente, sila ay umaakit sa isa't isa.
Kasabay nito, ang libreng enerhiya ng elektron, na umiikot sa paligid ng nucleus ng atom, ay nagkakaroon ng puwersang sentripugal na may posibilidad na alisin ito mula sa nucleus. Samakatuwid, ang electric force ng mutual attraction sa pagitan ng nucleus ng atom at ng electron at ang centrifugal force na kumikilos sa electron ay magkasalungat na pwersa.
Sa equilibrium, ang kanilang elektron ay sumasakop sa isang medyo matatag na posisyon sa ilang orbit sa atom. Dahil ang masa ng elektron ay napakaliit, kung gayon upang balansehin ang puwersa ng pagkahumaling sa nucleus ng atom, dapat itong umikot sa napakalaking bilis na katumbas ng humigit-kumulang 6·1015 rebolusyon bawat segundo. Nangangahulugan ito na ang isang electron sa sistema ng isang hydrogen atom, tulad ng anumang iba pang atom, ay gumagalaw sa orbit nito na may linear na bilis na higit sa isang libong kilometro bawat segundo.
Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang isang electron ay umiikot sa isang atom ng uri sa orbit na pinakamalapit sa nucleus. Kasabay nito, mayroon itong pinakamababang posibleng dami ng enerhiya. Kung sa isang kadahilanan o iba pa, halimbawa, sa ilalim ng impluwensya ng iba pang mga materyal na particle na sumalakay sa atomic system, ang elektron ay gumagalaw sa isang orbit na mas malayo sa atom, kung gayon magkakaroon na ito ng bahagyang mas malaking halaga ng enerhiya.
Gayunpaman, ang electron ay nananatili sa bagong orbit na ito para sa isang hindi gaanong halaga ng oras, pagkatapos nito ay umiikot pabalik sa orbit na pinakamalapit sa nucleus ng atom.Sa kursong ito, ibinibigay nito ang labis na enerhiya sa anyo ng quantum ng magnetic radiation—radiant energy (Fig. 2).
kanin. 2. Kapag ang isang electron ay gumagalaw mula sa isang malayong orbit patungo sa isang mas malapit sa nucleus ng isang atom, ito ay naglalabas ng isang dami ng nagliliwanag na enerhiya
Kung mas maraming enerhiya ang natatanggap ng elektron mula sa labas, mas gumagalaw ito sa orbit na pinakamalayo mula sa nucleus ng atom, at mas malaki ang dami ng electromagnetic energy na inilalabas nito kapag umiikot ito sa orbit na pinakamalapit sa nucleus.
Sa pamamagitan ng pagsukat ng dami ng enerhiya na ibinubuga ng electron sa panahon ng paglipat mula sa iba't ibang mga orbit patungo sa pinakamalapit sa nucleus ng atom, posible na maitatag na ang isang electron sa sistema ng isang hydrogen atom, tulad ng sa sistema ng anumang iba pang atom, ay hindi maaaring pumunta sa isang random na orbit, sa isang mahigpit na tinutukoy alinsunod sa enerhiya na ito na natatanggap sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na puwersa. Ang mga orbit na maaaring sakupin ng isang elektron sa isang atom ay tinatawag na mga pinapayagang orbital.
Dahil ang positibong singil ng nucleus ng hydrogen atom (ang singil ng proton) at ang negatibong singil ng elektron ay pantay sa numero, ang kanilang kabuuang singil ay zero. Nangangahulugan ito na ang hydrogen atom sa normal nitong estado ay isang electrically neutral na particle.
Totoo ito para sa mga atomo ng lahat ng elemento ng kemikal: ang atom ng anumang elemento ng kemikal sa normal nitong estado ay isang neutral na particle na elektrikal dahil sa numerical na pagkakapantay-pantay ng mga positibo at negatibong singil.
Dahil ang nucleus ng isang hydrogen atom ay naglalaman lamang ng isang "elementarya" na particle — isang proton, ang tinatawag na mass number ng nucleus na ito ay katumbas ng isa. Ang mass number ng nucleus ng isang atom ng anumang elemento ng kemikal ay ang kabuuang bilang ng mga proton at neutron na bumubuo sa nucleus na iyon.
Ang natural na hydrogen ay pangunahing binubuo ng isang koleksyon ng mga atom na may mass number na katumbas ng isa. Gayunpaman, naglalaman din ito ng isa pang uri ng hydrogen atoms, na may mass number na katumbas ng dalawa. Ang nuclei ng mga mabibigat na atomo ng hydrogen na ito, na tinatawag na mga deuteron, ay binubuo ng dalawang particle, isang proton at isang neutron. Ang isotope ng hydrogen na ito ay tinatawag na deuterium.
Ang natural na hydrogen ay naglalaman ng napakaliit na halaga ng deuterium. Para sa bawat anim na libong light hydrogen atoms (mass number na katumbas ng isa), mayroon lamang isang deuterium atom (heavy hydrogen). May isa pang isotope ng hydrogen, super-heavy hydrogen na tinatawag na tritium. Sa nucleus ng isang atom ng hydrogen isotope na ito, mayroong tatlong mga particle: isang proton at dalawang neutron, na pinagsama-sama ng mga puwersang nuklear. Ang mass number ng nucleus ng isang tritium atom ay tatlo, iyon ay, ang tritium atom ay tatlong beses na mas mabigat kaysa sa light hydrogen atom.
Bagaman ang mga atomo ng hydrogen isotopes ay may iba't ibang masa, mayroon pa rin silang parehong mga katangian ng kemikal, halimbawa, ang magaan na hydrogen, na pumapasok sa isang kemikal na reaksyon na may oxygen, ay bumubuo ng isang kumplikadong sangkap kasama nito - tubig. Gayundin, ang isotope ng hydrogen, deuterium, ay pinagsama sa oxygen upang bumuo ng tubig, na, hindi katulad ng ordinaryong tubig, ay tinatawag na mabigat na tubig. Ang mabigat na tubig ay malawakang ginagamit sa paggawa ng nuclear (atomic) na enerhiya.
Samakatuwid, ang mga kemikal na katangian ng mga atom ay hindi nakasalalay sa masa ng kanilang nuclei, ngunit sa istraktura lamang ng shell ng elektron ng atom. Dahil ang mga atom ng light hydrogen, deuterium, at tritium ay may parehong bilang ng mga electron (isa para sa bawat atom), ang mga isotopes na ito ay may parehong mga kemikal na katangian.
Ito ay hindi nagkataon na ang kemikal na elementong hydrogen ay sumasakop sa unang numero sa periodic table ng mga elemento.Ang katotohanan ay mayroong ilang kaugnayan sa pagitan ng bilang ng bawat elemento sa periodic table ng mga elemento at ang magnitude ng singil sa nucleus ng isang atom ng elementong iyon. Maaari itong buuin tulad ng sumusunod: ang serial number ng bawat elemento ng kemikal sa periodic table ng mga elemento ay ayon sa bilang na katumbas ng positibong singil ng nucleus ng elementong iyon, at samakatuwid ay sa bilang ng mga electron na umiikot sa paligid nito.
Dahil ang hydrogen ay sumasakop sa unang numero sa periodic table ng mga elemento, nangangahulugan ito na ang positibong singil ng nucleus ng atom nito ay katumbas ng isa at ang isang electron ay umiikot sa paligid ng nucleus.
Ang kemikal na elementong helium ay pangalawa sa periodic table ng mga elemento. Nangangahulugan ito na mayroon itong positibong electric charge ng nucleus na katumbas ng dalawang yunit, iyon ay, ang nucleus nito ay dapat maglaman ng dalawang proton, at sa electron shell ng atom - dalawang electrodes.
Ang natural na helium ay binubuo ng dalawang isotopes - mabigat at magaan na helium. Ang mass number ng heavy helium ay apat. Nangangahulugan ito na bilang karagdagan sa dalawang proton na nabanggit sa itaas, dalawa pang neutron ang dapat pumasok sa nucleus ng mabigat na helium atom. Tulad ng para sa light helium, ang mass number nito ay tatlo, iyon ay, bilang karagdagan sa dalawang proton, isa pang neutron ang dapat pumasok sa komposisyon ng nucleus nito.
Napag-alaman na sa natural na helium ang bilang ng mga light helium atoms ay humigit-kumulang isang milyon ng heavy gen atoms. Sa fig. Ang 3 ay nagpapakita ng isang eskematiko na modelo ng helium atom.
kanin. 3. Diagram ng istraktura ng helium atom
Ang karagdagang komplikasyon ng istraktura ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal ay dahil sa pagtaas ng bilang ng mga proton at neutron sa nuclei ng mga atomo na ito at sabay-sabay sa pagtaas ng bilang ng mga electron na umiikot sa paligid ng nuclei (Fig. 4). Gamit ang periodic table ng mga elemento, madaling matukoy ang bilang ng mga electron, proton at neutron na bumubuo sa iba't ibang atomo.
kanin. 4. Mga scheme ng pagbuo ng atomic nuclei: 1 — helium, 2 — carbon, 3 — oxygen
Ang regular na bilang ng isang elemento ng kemikal ay katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus ng atom at sa parehong oras ang bilang ng mga electron na umiikot sa paligid ng nucleus. Tulad ng para sa atomic weight, ito ay humigit-kumulang katumbas ng mass number ng atom, iyon ay, ang bilang ng mga proton at neutron na pinagsama sa nucleus. Samakatuwid, sa pamamagitan ng pagbabawas mula sa atomic weight ng isang elemento ng isang numero na katumbas ng atomic number ng elemento, posibleng matukoy kung gaano karaming mga neutron ang nakapaloob sa isang ibinigay na nucleus.
Ito ay itinatag na ang nuclei ng mga magaan na elemento ng kemikal, na may pantay na bilang ng mga proton at neutron sa kanilang komposisyon, ay nakikilala sa pamamagitan ng napakataas na lakas, dahil ang mga puwersang nuklear sa kanila ay medyo malaki. Halimbawa, ang nucleus ng isang mabigat na helium atom ay lubhang matibay dahil ito ay binubuo ng dalawang proton at dalawang neutron na pinagsama-sama ng malalakas na puwersang nuklear.
Ang nuclei ng mga atom ng mas mabibigat na elemento ng kemikal ay naglalaman na sa kanilang komposisyon ng hindi pantay na bilang ng mga proton at neutron, kaya naman ang kanilang bono sa nucleus ay mas mahina kaysa sa nuclei ng mga magaan na elemento ng kemikal. Ang nuclei ng mga elementong ito ay madaling mahati kapag binomba ng atomic na "projectiles" (neutrons, helium nuclei, atbp.).
Tulad ng para sa pinakamabigat na elemento ng kemikal, lalo na ang mga radioactive, ang kanilang nuclei ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang lakas na sila ay kusang naghiwa-hiwalay sa kanilang mga bahagi. Halimbawa, ang mga atomo ng radioactive na elementong radium, na binubuo ng kumbinasyon ng 88 proton at 138 neutron, ay kusang nabubulok, na nagiging mga atomo ng radioactive na elementong radon. Ang mga atomo ng huli, sa turn, ay nahahati sa kanilang mga bahagi, na dumadaan sa mga atomo ng iba pang mga elemento.
Ang pagkakaroon ng maikling pamilyar sa ating sarili sa mga bahagi ng bumubuo ng nuclei ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal, isaalang-alang natin ang istraktura ng mga shell ng elektron ng mga atomo. Tulad ng alam mo, ang mga electron ay maaaring umikot sa paligid ng nuclei ng mga atomo lamang sa mahigpit na tinukoy na mga orbit. Bukod dito, ang mga ito ay napaka-cluster sa electron shell ng bawat atom na ang mga indibidwal na electron shell ay maaaring makilala.
Ang bawat shell ay maaaring maglaman ng isang tiyak na bilang ng mga electron, na hindi lalampas sa isang mahigpit na tiyak na bilang. Kaya, halimbawa, sa unang shell ng elektron na pinakamalapit sa nucleus ng isang atom ay maaaring magkaroon ng maximum na dalawang electron, sa pangalawa - hindi hihigit sa walong mga electron, atbp.
Ang mga atomo kung saan ang mga panlabas na shell ng elektron ay ganap na napuno ang may pinaka-matatag na shell ng elektron. Nangangahulugan ito na mahigpit na hawak ng isang atom ang lahat ng mga electron nito at hindi na kailangang tumanggap ng karagdagang halaga ng mga ito mula sa labas. Halimbawa, ang helium atom ay may dalawang electron na ganap na pumupuno sa unang electron shell, at ang neon atom ay may sampung electron, kung saan ang unang dalawa ay ganap na pinupuno ang unang electron shell at ang natitira - ang pangalawa (Fig. 5).
kanin. 5. Diagram ng istraktura ng neon atom
Samakatuwid, ang helium at neon atoms ay may medyo matatag na mga shell ng elektron, hindi nila malamang na baguhin ang mga ito sa anumang dami ng paraan. Ang mga nasabing elemento ay hindi gumagalaw sa kemikal, iyon ay, hindi sila pumapasok sa pakikipag-ugnayan ng kemikal sa iba pang mga elemento.
Gayunpaman, karamihan sa mga elemento ng kemikal ay may mga atomo kung saan ang mga panlabas na shell ng elektron ay hindi ganap na napuno ng mga electron. Halimbawa, ang isang potassium atom ay may labing-siyam na electron, labing-walo sa mga ito ay ganap na pumupuno sa unang tatlong mga shell, at ang ikalabinsiyam na electron ay nasa susunod, hindi napuno na electron shell. Ang mahinang pagpuno ng ikaapat na shell ng elektron na may mga electron ay humahantong sa katotohanan na ang nucleus ng atom ay napakahina na humahawak sa pinakalabas - ang ikalabinsiyam na elektron, at samakatuwid ang huli ay madaling maalis mula sa atom. …
O, halimbawa, ang oxygen atom ay may walong electron, dalawa sa mga ito ay ganap na pinupuno ang unang shell, at ang natitirang anim ay matatagpuan sa pangalawang shell. Kaya, para sa kumpletong pagkumpleto ng pagtatayo ng pangalawang shell ng elektron sa oxygen atom, kulang lamang ito ng dalawang electron. Samakatuwid, ang oxygen atom ay hindi lamang matatag na humahawak sa anim na electron nito sa pangalawang shell, ngunit mayroon ding kakayahang makaakit ng dalawang nawawalang electron sa sarili nito upang punan ang pangalawang electron shell nito. Nakamit niya ito sa pamamagitan ng kemikal na kumbinasyon sa mga atomo ng naturang mga elemento kung saan ang mga panlabas na electron ay mahinang nauugnay sa kanilang nuclei.
Ang mga elemento ng kemikal na ang mga atomo ay walang mga panlabas na layer ng elektron na ganap na puno ng mga electron ay, bilang panuntunan, aktibo sa kemikal, iyon ay, kusang-loob silang pumasok sa isang pakikipag-ugnayan ng kemikal.
Kaya, ang mga electron sa mga atomo ng mga elemento ng kemikal ay nakaayos sa isang mahigpit na tinukoy na pagkakasunud-sunod, at anumang pagbabago sa kanilang spatial na pag-aayos o dami sa shell ng elektron ng atom ay humahantong sa isang pagbabago sa mga katangian ng physico-kemikal ng huli.
Ang pagkakapantay-pantay ng bilang ng mga electron at proton sa atomic system ang dahilan kung bakit zero ang kabuuang singil ng kuryente nito. Kung ang pagkakapantay-pantay ng bilang ng mga electron at proton sa atomic system ay nilabag, ang atom ay nagiging isang electrically charged system.
Ang isang atom sa sistema kung saan ang balanse ng kabaligtaran ng mga singil sa kuryente ay nabalisa dahil sa ang katunayan na nawala ang bahagi ng mga electron nito o, sa kabaligtaran, ay nakakuha ng labis sa kanila, ay tinatawag na isang ion.
Sa kabaligtaran, kung ang isang atom ay nakakakuha ng anumang labis na bilang ng mga electron, ito ay nagiging isang negatibong ion. Halimbawa, ang isang chlorine atom na nakatanggap ng isang karagdagang electron ay nagiging singly charged negative chlorine ion Cl-... Ang oxygen atom na nakatanggap ng dalawang karagdagang electron ay nagiging double charged negative oxygen ion O, at iba pa.
Ang isang atom na naging isang ion ay nagiging isang electrically charged system na may paggalang sa panlabas na kapaligiran. At nangangahulugan ito na ang atom ay nagsimulang magkaroon ng isang electric field, kasama na kung saan ito ay bumubuo ng isang solong materyal na sistema, at sa pamamagitan ng field na ito ay nagsasagawa ito ng elektrikal na pakikipag-ugnayan sa iba pang mga electrically charged na particle ng bagay - mga ion, mga electron, positibong sisingilin nuclei ng mga atoms, atbp.
Ang kakayahan ng iba't ibang mga ions na maakit ang isa't isa ay ang dahilan kung bakit sila ay pinagsama sa kemikal, na bumubuo ng mas kumplikadong mga particle ng bagay - mga molekula.
Sa konklusyon, dapat tandaan na ang mga sukat ng atom ay napakalaki kumpara sa mga sukat ng mga tunay na particle kung saan sila ay binubuo. Ang nucleus ng pinaka-kumplikadong atom, kasama ang lahat ng mga electron, ay sumasakop sa isang bilyong bahagi ng dami ng atom. Ang isang simpleng kalkulasyon ay nagpapakita na kung ang isang metro kubiko ng platinum ay maaaring pinindot nang mahigpit na ang mga puwang na intra-atomic at inter-atomic ay mawawala, kung gayon ang isang volume na katumbas ng halos isang cubic millimeter ay makukuha.