Vamos ver como um átomo é construído. Lembrando que falaremos apenas de modelos. Na prática, os átomos são uma estrutura muito mais complexa. Mas graças aos desenvolvimentos modernos, somos capazes de explicar e até prever com sucesso as propriedades dos elementos químicos (mesmo que não todos). Então, qual é a estrutura de um átomo? Do que é "feito"?
Modelo planetário do átomo
foi proposto pela primeira vez pelo físico dinamarquês N. Bohr em 1913. Esta é a primeira teoria da estrutura do átomo baseada em fatos científicos. Além disso, ela lançou as bases para a terminologia temática moderna. Nele, partículas de elétrons produzem movimentos rotacionais ao redor do átomo da mesma forma que os planetas ao redor do Sol. Bohr sugeriu que eles podem existir apenas em órbitas localizadas a uma distância estritamente definida do núcleo. Por que exatamente, o cientista da posição da ciência não conseguiu explicar, mas esse modelo foi confirmado por muitos experimentos. Números inteiros foram usados para designar as órbitas, começando com a unidade numerada mais próxima do núcleo. Todas essas órbitas também são chamadas de níveis. O átomo de hidrogênio tem apenas um nível no qual um elétron gira. Mas átomos complexos têm mais níveis. Eles são divididos em componentes que unem elétrons que estão próximos em potencial energético. Então, o segundo já tem dois subníveis - 2s e 2p. O terceiro já tem três - 3s, 3p e 3d. etc. Primeiro, os subníveis mais próximos do núcleo são “povoados” e depois os mais distantes. Cada um deles pode conter apenas um certo número de elétrons. Mas este não é o fim. Cada subnível é dividido em orbitais. Vamos fazer uma comparação com a vida comum. A nuvem eletrônica de um átomo é comparável a uma cidade. Os níveis são ruas. Subnível - uma casa ou apartamento particular. Orbital é uma sala. Cada um deles "vive" um ou dois elétrons. Todos eles têm endereços específicos. Este foi o primeiro diagrama da estrutura do átomo. E finalmente, sobre os endereços dos elétrons: eles são determinados por conjuntos de números, que são chamados de "quânticos".
Modelo de onda do átomo
Mas com o tempo, o modelo planetário foi revisto. Uma segunda teoria da estrutura do átomo foi proposta. É mais perfeito e permite explicar os resultados de experimentos práticos. O modelo ondulatório do átomo, proposto por E. Schrödinger, substituiu o primeiro. Então já estava estabelecido que um elétron pode se manifestar não apenas como uma partícula, mas também como uma onda. O que Schrödinger fez? Ele aplicou uma equação que descreve o movimento de uma onda no espaço tridimensional. Assim, pode-se encontrar não a trajetória do elétron no átomo, mas a probabilidade de sua detecção em um determinado ponto. Ambas as teorias estão unidas pelo fato de que as partículas elementares estão localizadas emníveis específicos, subníveis e orbitais. É aqui que termina a semelhança dos modelos. Vou dar um exemplo - na teoria das ondas, um orbital é uma região onde será possível encontrar um elétron com uma probabilidade de 95%. O resto do espaço é responsável por 5%. Mas no final descobriu-se que as características estruturais dos átomos são representadas usando um modelo de onda, apesar do fato de que a terminologia é usada de maneira geral.
O conceito de probabilidade neste caso
Por que esse termo foi usado? Heisenberg formulou o princípio da incerteza em 1927, que agora é usado para descrever o movimento das micropartículas. Baseia-se em sua diferença fundamental em relação aos corpos físicos comuns. O que é isso? A mecânica clássica assumiu que uma pessoa pode observar fenômenos sem afetá-los (observação de corpos celestes). Com base nos dados recebidos, é possível calcular onde o objeto estará em um determinado momento. Mas no microcosmo, as coisas são necessariamente diferentes. Assim, por exemplo, observar um elétron sem influenciá-lo agora não é possível devido ao fato de que as energias do instrumento e da partícula são incomparáveis. Isso leva ao fato de que sua localização de uma partícula elementar, estado, direção, velocidade de movimento e outros parâmetros mudam. E não faz sentido falar sobre as características exatas. O próprio princípio da incerteza nos diz que é impossível calcular a trajetória exata do elétron ao redor do núcleo. Você só pode especificar a probabilidade de encontrar uma partícula em uma determinada áreaespaço. Esta é a peculiaridade da estrutura dos átomos dos elementos químicos. Mas isso deve ser levado em consideração exclusivamente pelos cientistas em experimentos práticos.
Composição de um átomo
Mas vamos nos concentrar em todo o assunto. Assim, além da bem considerada camada eletrônica, o segundo componente do átomo é o núcleo. Consiste em prótons carregados positivamente e nêutrons neutros. Todos nós conhecemos a tabela periódica. O número de cada elemento corresponde ao número de prótons que ele possui. O número de nêutrons é igual à diferença entre a massa de um átomo e seu número de prótons. Pode haver desvios desta regra. Então eles dizem que um isótopo do elemento está presente. A estrutura de um átomo é tal que é "rodeado" por uma camada de elétrons. O número de elétrons é geralmente igual ao número de prótons. A massa do último é cerca de 1840 vezes maior que a do primeiro e é aproximadamente igual ao peso do nêutron. O raio do núcleo é cerca de 1/200.000 do diâmetro de um átomo. Ele próprio tem uma forma esférica. Esta é, em geral, a estrutura dos átomos dos elementos químicos. Apesar da diferença de massa e propriedades, eles parecem iguais.
Orbitas
Falando sobre qual é o esquema da estrutura do átomo, não se pode ficar calado sobre eles. Então, existem esses tipos:
- s. Eles são esféricos.
- p. Eles se parecem com oitos ou fusos volumosos.
- d e f. Eles têm uma forma complexa que é difícil de descrever em linguagem formal.
Elétron de cada tipo pode ser encontrado com uma probabilidade de 95% no territórioorbital correspondente. A informação apresentada deve ser tomada com calma, pois é mais um modelo matemático abstrato do que um estado físico real das coisas. Mas com tudo isso, tem um bom poder preditivo em relação às propriedades químicas de átomos e até moléculas. Quanto mais distante do núcleo o nível está localizado, mais elétrons podem ser colocados nele. Assim, o número de orbitais pode ser calculado usando uma fórmula especial: x2. Aqui x é igual ao número de níveis. E como até dois elétrons podem ser colocados no orbital, a fórmula final para sua busca numérica será assim: 2x2.
Orbitas: dados técnicos
Se falarmos sobre a estrutura do átomo de flúor, ele terá três orbitais. Todos eles serão preenchidos. A energia dos orbitais dentro do mesmo subnível é a mesma. Para designá-los, adicione o número da camada: 2s, 4p, 6d. Voltamos à conversa sobre a estrutura do átomo de flúor. Ele terá dois subníveis s e um p. Tem nove prótons e o mesmo número de elétrons. Primeiro um nível s. Estes são dois elétrons. Em seguida, o segundo nível s. Mais dois elétrons. E 5 preenche o nível p. Aqui está a estrutura dele. Depois de ler o subtítulo a seguir, você mesmo pode fazer as ações necessárias e ver por si mesmo. Se falamos sobre as propriedades físicas dos halogênios, que incluem o flúor, deve-se notar que eles, embora no mesmo grupo, diferem completamente em suas características. Assim, seu ponto de ebulição varia de -188 a 309graus Celcius. Então, por que eles são fundidos? Tudo graças às propriedades químicas. Todos os halogênios e, em maior medida, o flúor, têm o maior poder oxidante. Eles reagem com metais e podem inflamar-se espontaneamente à temperatura ambiente sem problemas.
Como as órbitas são preenchidas?
Por quais regras e princípios os elétrons são organizados? Sugerimos que você se familiarize com os três principais, cuja redação foi simplificada para melhor compreensão:
- Princípio da menor energia. Os elétrons tendem a preencher os orbitais em ordem crescente de energia.
- princípio de Pauli. Um orbital não pode conter mais de dois elétrons.
- Regra de Hund. Dentro de um subnível, os elétrons primeiro preenchem os orbitais livres e só então formam pares.
O sistema periódico de Mendeleev ajudará no preenchimento, e a estrutura do átomo neste caso se tornará mais compreensível em termos da imagem. Portanto, no trabalho prático com a construção de circuitos de elementos, é necessário mantê-lo à mão.
Exemplo
Para resumir tudo o que foi dito no artigo, você pode fazer uma amostra de como os elétrons de um átomo estão distribuídos em seus níveis, subníveis e orbitais (ou seja, qual é a configuração dos níveis). Ele pode ser mostrado como uma fórmula, um diagrama de energia ou como um diagrama de camadas. Há ilustrações muito boas aqui, que, examinadas de perto, ajudam a entender a estrutura do átomo. Assim, o primeiro nível é preenchido primeiro. Temapenas um subnível, no qual há apenas um orbital. Todos os níveis são preenchidos sequencialmente, começando pelo menor. Primeiro, dentro de um subnível, um elétron é colocado em cada orbital. Em seguida, os pares são criados. E se houver gratuitos, ele muda para outro assunto de preenchimento. E agora você pode descobrir independentemente qual é a estrutura do átomo de nitrogênio ou flúor (que foi considerado anteriormente). Pode ser um pouco complicado no começo, mas você pode navegar olhando as fotos. Para maior clareza, vejamos a estrutura do átomo de nitrogênio. Possui 7 prótons (junto com os nêutrons que compõem o núcleo) e o mesmo número de elétrons (que compõem a camada eletrônica). O primeiro nível s é preenchido primeiro. Possui 2 elétrons. Em seguida, vem o segundo nível s. Ele também tem 2 elétrons. E os outros três são colocados no nível p, onde cada um deles ocupa um orbital.
Conclusão
Como você pode ver, a estrutura do átomo não é um tema tão difícil (se você abordá-lo da perspectiva de um curso de química escolar, é claro). E não é difícil entender este tópico. Por fim, gostaria de informá-lo sobre alguns recursos. Por exemplo, falando sobre a estrutura do átomo de oxigênio, sabemos que ele tem oito prótons e 8-10 nêutrons. E como tudo na natureza tende a se equilibrar, dois átomos de oxigênio formam uma molécula, onde dois elétrons desemparelhados formam uma ligação covalente. Da mesma forma, outra molécula de oxigênio estável é formada - ozônio (O3). Conhecendo a estrutura do átomo de oxigênio, é possível formular corretamente reações de oxidação, emque envolve a substância mais comum na Terra.
