Regardons comment un atome est construit. Gardez à l'esprit que nous ne parlerons que des modèles. En pratique, les atomes sont une structure beaucoup plus complexe. Mais grâce aux développements modernes, nous sommes capables d'expliquer et même de prédire avec succès les propriétés des éléments chimiques (même si ce n'est pas tous). Alors, quelle est la structure d'un atome? De quoi est-il "fait" ?
Modèle planétaire de l'atome
a été proposé pour la première fois par le physicien danois N. Bohr en 1913. C'est la première théorie de la structure de l'atome basée sur des faits scientifiques. En outre, elle a jeté les bases d'une terminologie thématique moderne. Dans celui-ci, les particules d'électrons produisent des mouvements de rotation autour de l'atome de la même manière que les planètes autour du Soleil. Bohr a suggéré qu'ils ne peuvent exister que sur des orbites situées à une distance strictement définie du noyau. Pourquoi exactement, le scientifique du point de vue de la science ne pouvait pas expliquer, mais un tel modèle a été confirmé par de nombreuses expériences. Des nombres entiers ont été utilisés pour désigner les orbites, en commençant par l'unité numérotée la plus proche du noyau. Toutes ces orbites sont aussi appelées niveaux. L'atome d'hydrogène n'a qu'un seul niveau sur lequel tourne un électron. Mais les atomes complexes ont plus de niveaux. Ils sont divisés en composants qui unissent des électrons dont le potentiel énergétique est proche. Ainsi, le second a déjà deux sous-niveaux - 2s et 2p. Le troisième en a déjà trois - 3s, 3p et 3d. Etc. D'abord, les sous-niveaux les plus proches du noyau sont « peuplés », puis les plus éloignés. Chacun d'eux ne peut contenir qu'un certain nombre d'électrons. Mais ce n'est pas la fin. Chaque sous-niveau est divisé en orbitales. Faisons une comparaison avec la vie ordinaire. Le nuage d'électrons d'un atome est comparable à une ville. Les niveaux sont des rues. Sous-niveau - une maison ou un appartement privé. Orbital est une chambre. Chacun d'eux "vit" un ou deux électrons. Tous ont des adresses spécifiques. Ce fut le premier schéma de la structure de l'atome. Et enfin, à propos des adresses des électrons: elles sont déterminées par des ensembles de nombres, appelés "quantiques".
Modèle ondulatoire de l'atome
Mais au fil du temps, le modèle planétaire a été révisé. Une deuxième théorie de la structure de l'atome a été proposée. Il est plus parfait et permet d'expliquer les résultats d'expériences pratiques. Le modèle ondulatoire de l'atome, proposé par E. Schrödinger, a remplacé le premier. Ensuite, il était déjà établi qu'un électron peut se manifester non seulement comme une particule, mais aussi comme une onde. Qu'a fait Schrödinger ? Il a appliqué une équation décrivant le mouvement d'une onde dans un espace tridimensionnel. Ainsi, on peut trouver non pas la trajectoire de l'électron dans l'atome, mais la probabilité de sa détection en un certain point. Les deux théories sont unies par le fait que les particules élémentaires sont situées surniveaux, sous-niveaux et orbitales spécifiques. C'est là que s'arrête la similitude des modèles. Je vais donner un exemple - en théorie des ondes, une orbitale est une région où il sera possible de trouver un électron avec une probabilité de 95 %. Le reste de l'espace représente 5 %. Mais au final, il s'est avéré que les caractéristiques structurelles des atomes sont représentées à l'aide d'un modèle d'onde, malgré le fait que la terminologie soit utilisée de manière générale.
Le concept de probabilité dans ce cas
Pourquoi ce terme a-t-il été utilisé ? Heisenberg a formulé le principe d'incertitude en 1927, qui est maintenant utilisé pour décrire le mouvement des microparticules. Il est basé sur leur différence fondamentale avec les corps physiques ordinaires. Qu'est-ce que c'est? La mécanique classique supposait qu'une personne pouvait observer des phénomènes sans les affecter (observation des corps célestes). Sur la base des données reçues, il est possible de calculer où l'objet sera à un certain moment. Mais dans le microcosme, les choses sont forcément différentes. Ainsi, par exemple, observer un électron sans l'influencer n'est plus possible du fait que les énergies de l'instrument et de la particule sont incomparables. Cela conduit au fait que l'emplacement d'une particule élémentaire, son état, sa direction, sa vitesse de déplacement et d'autres paramètres changent. Et cela n'a aucun sens de parler des caractéristiques exactes. Le principe d'incertitude lui-même nous dit qu'il est impossible de calculer la trajectoire exacte de l'électron autour du noyau. Vous ne pouvez spécifier que la probabilité de trouver une particule dans une certaine zoneespace. C'est la particularité de la structure des atomes d'éléments chimiques. Mais cela devrait être pris en compte exclusivement par les scientifiques dans les expériences pratiques.
Composition d'un atome
Mais concentrons-nous sur l'ensemble du sujet. Ainsi, en plus de la coquille électronique bien pensée, le deuxième composant de l'atome est le noyau. Il est composé de protons chargés positivement et de neutrons neutres. Nous connaissons tous le tableau périodique. Le nombre de chaque élément correspond au nombre de protons qu'il possède. Le nombre de neutrons est égal à la différence entre la masse d'un atome et son nombre de protons. Il peut y avoir des dérogations à cette règle. Ensuite, ils disent qu'un isotope de l'élément est présent. La structure d'un atome est telle qu'il est "entouré" d'une couche d'électrons. Le nombre d'électrons est généralement égal au nombre de protons. La masse de ce dernier est environ 1840 fois supérieure à celle du premier et est approximativement égale au poids du neutron. Le rayon du noyau est d'environ 1/200 000 du diamètre d'un atome. Lui-même a une forme sphérique. C'est, en général, la structure des atomes d'éléments chimiques. Malgré la différence de masse et de propriétés, ils se ressemblent à peu près.
Orbites
En parlant de ce qu'est le schéma de la structure de l'atome, on ne peut pas rester silencieux à leur sujet. Donc, il y a ces types:
- s. Ils sont sphériques.
- p. Ils ressemblent à de volumineux huit ou fuseaux.
- d et f. Ils ont une forme complexe difficile à décrire dans un langage formel.
L'électron de chaque type peut être trouvé avec une probabilité de 95 % sur le territoireorbitale correspondante. Les informations présentées doivent être prises calmement, car il s'agit plutôt d'un modèle mathématique abstrait que d'un état de fait physique réel. Mais avec tout cela, il a un bon pouvoir prédictif concernant les propriétés chimiques des atomes et même des molécules. Plus le niveau est éloigné du noyau, plus il est possible d'y placer d'électrons. Ainsi, le nombre d'orbitales peut être calculé à l'aide d'une formule spéciale: x2. Ici x est égal au nombre de niveaux. Et puisque jusqu'à deux électrons peuvent être placés sur l'orbite, la formule finale pour leur recherche numérique ressemblera à ceci: 2x2.
Orbits: données techniques
Si nous parlons de la structure de l'atome de fluor, il aura trois orbitales. Tous seront comblés. L'énergie des orbitales dans le même sous-niveau est la même. Pour les désigner, ajoutez le numéro de couche: 2s, 4p, 6d. Nous revenons à la conversation sur la structure de l'atome de fluor. Il aura deux sous-niveaux s et un sous-niveau p. Il a neuf protons et le même nombre d'électrons. Premier niveau s. Ce sont deux électrons. Puis le deuxième niveau s. Deux électrons de plus. Et 5 remplit le niveau p. Voici sa structure. Après avoir lu le sous-titre suivant, vous pouvez effectuer vous-même les actions nécessaires et voir par vous-même. Si nous parlons des propriétés physiques des halogènes, qui incluent le fluor, il convient de noter qu'ils, bien que faisant partie du même groupe, diffèrent complètement dans leurs caractéristiques. Ainsi, leur point d'ébullition varie de -188 à 309degrés Celsius. Alors pourquoi sont-ils fusionnés ? Tout cela grâce aux propriétés chimiques. Tous les halogènes, et dans une large mesure le fluor, ont le pouvoir oxydant le plus élevé. Ils réagissent avec les métaux et peuvent s'enflammer spontanément à température ambiante sans aucun problème.
Comment les orbites sont-elles remplies ?
Selon quelles règles et quels principes les électrons sont-ils arrangés ? Nous vous proposons de vous familiariser avec les trois principales dont la formulation a été simplifiée pour une meilleure compréhension:
- Principe de moindre énergie. Les électrons ont tendance à remplir les orbitales par ordre croissant d'énergie.
- Principe de Pauli. Une orbitale ne peut pas contenir plus de deux électrons.
- Règle de Hund. Dans un sous-niveau, les électrons remplissent d'abord les orbitales libres, puis forment des paires.
Le système périodique de Mendeleev aidera au remplissage, et la structure de l'atome dans ce cas deviendra plus compréhensible en termes d'image. Par conséquent, dans les travaux pratiques avec la construction de circuits d'éléments, il est nécessaire de le garder à portée de main.
Exemple
Afin de résumer tout ce qui est dit dans l'article, vous pouvez faire un échantillon de la façon dont les électrons d'un atome sont répartis sur leurs niveaux, sous-niveaux et orbitales (c'est-à-dire quelle est la configuration de niveau). Il peut être représenté sous la forme d'une formule, d'un diagramme d'énergie ou d'un diagramme de couches. Il y a ici de très bonnes illustrations qui, après un examen attentif, aident à comprendre la structure de l'atome. Ainsi, le premier niveau est rempli en premier. Il aun seul sous-niveau, dans lequel il n'y a qu'une seule orbitale. Tous les niveaux sont remplis séquentiellement, en commençant par le plus petit. Premièrement, dans un sous-niveau, un électron est placé dans chaque orbitale. Ensuite, des paires sont créées. Et s'il y en a des gratuits, il passe à un autre sujet de remplissage. Et maintenant, vous pouvez découvrir indépendamment quelle est la structure de l'atome d'azote ou de fluor (ce qui a été considéré plus tôt). Cela peut être un peu délicat au début, mais vous pouvez naviguer en regardant les images. Pour plus de clarté, regardons la structure de l'atome d'azote. Il a 7 protons (avec les neutrons qui composent le noyau) et le même nombre d'électrons (qui composent la couche d'électrons). Le premier niveau s est rempli en premier. Il possède 2 électrons. Vient ensuite le deuxième niveau s. Il possède également 2 électrons. Et les trois autres sont placés au niveau p, où chacun d'eux occupe une orbitale.
Conclusion
Comme vous pouvez le voir, la structure de l'atome n'est pas un sujet si difficile (si vous l'abordez du point de vue d'un cours de chimie à l'école, bien sûr). Et il n'est pas difficile de comprendre ce sujet. Enfin, je voudrais vous informer sur certaines fonctionnalités. Par exemple, en parlant de la structure de l'atome d'oxygène, nous savons qu'il a huit protons et 8 à 10 neutrons. Et puisque tout dans la nature tend à s'équilibrer, deux atomes d'oxygène forment une molécule, où deux électrons non appariés forment une liaison covalente. De même, une autre molécule d'oxygène stable se forme - l'ozone (O3). Connaissant la structure de l'atome d'oxygène, il est possible de formuler correctement les réactions d'oxydation, enqui implique la substance la plus courante sur Terre.
