Атомная структура

Атомы являются строительными блоками материи. Они являются наименьшей единицей элемента, которая сохраняет свойства этого элемента. В этом обсуждении мы рассмотрим основные принципы атомной структуры, включая компоненты атома, расположение электронов и как эти аспекты влияют на поведение различных элементов.

Основные компоненты атома

Атом состоит из трех основных частиц:

• Протоны - Эти положительно заряженные частицы находятся в ядре атома.
• Нейтроны - Находятся вместе с протонами в ядре, нейтроны не имеют заряда; они нейтральны.
• Электроны - Эти отрицательно заряженные частицы вращаются вокруг ядра на разных энергетических уровнях.

Центр

Ядро является ядром атома и содержит как протоны, так и нейтроны. Количество протонов в ядре определяет атомный номер элемента, который важен для идентификации элемента. Например, элемент с 6 протонами является углеродом, обозначаемым символом C и атомным номером 6.

Электроны и энергетические уровни

Электроны вращаются вокруг ядра по определенным путям, называемым орбиталями или энергетическими уровнями. Эти уровни могут содержать определенное количество электронов:

• Первый энергетический уровень может иметь максимум 2 электрона.
• Второй уровень может содержать до 8 электронов.
• Третий уровень также может содержать 8 электронов, но в некоторых случаях может расширяться до 18.

Расположение электронов на этих энергетических уровнях определяет, как атомы взаимодействуют друг с другом. Например, если внешний энергетический уровень атома содержит меньше электронов, чем его максимальная емкость, атом может образовывать связи с другими атомами, чтобы достичь полной внешней оболочки.

Валентные электроны

Электроны на внешнем энергетическом уровне называются валентными электронами. Эти электроны играют важную роль в химии атома, так как участвуют в образовании химических связей. Например, у кислорода 6 валентных электронов и требуется еще 2, чтобы завершить его внешний энергетический уровень. Это объясняет, почему кислород часто связывается с элементами, такими как водород, чтобы образовать воду (H ₂ O).

Кислород (O): валентные электроны: 6 пытается получить еще 2 электрона -> образует 2 связи

Изотопы

Изотопы представляют собой различные формы одного и того же элемента, которые имеют разное количество нейтронов, но одинаковое количество протонов. Например, углерод имеет несколько изотопов, таких как углерод-12 и углерод-14, которые определяются их массовым числом (число протонов + нейтронов).

Изотопы углерода: - Углерод-12: 6 протонов, 6 нейтронов - Углерод-14: 6 протонов, 8 нейтронов

Анионы

Атомы могут становиться ионами, теряя или приобретая электроны. Когда атом приобретает электрон, он становится отрицательно заряженным ионом (анионом). Наоборот, когда он теряет электрон, он становится положительно заряженным ионом (катионом). Понимание ионов важно для понимания того, как образуются соединения. Например, в соли (NaCl) атом натрия теряет электрон и становится Na ⁺, в то время как атом хлора приобретает электрон и становится ^Cl-.

Натрий (Na) теряет 1 электрон: Na -> Na + Хлор (Cl) приобретает 1 электрон: Cl -> Cl -

Атомная модель

Со временем ученые разработали несколько моделей для описания структуры атома:

Модель Дальтона

Джон Дальтон предложил, что атомы были твердыми, неделимыми сферами. Хотя эта модель была простой, она заложила основу для современной атомной теории.

Модель Томсона

Дж. Дж. Томсон обнаружил электрон и предложил модель "сливового пудинга", в которой электроны были рассеяны внутри положительно заряженного "супа". Хотя эта модель была позже опровергнута, она привела к важным открытиям в атомной теории.

Модель Резерфорда

Эрнест Резерфорд предложил, что атом состоит из небольшого ядра, вокруг которого вращаются электроны, подобно тому, как планеты вращаются вокруг солнца. Эта модель ввела концепцию атома как планетарной модели.

Модель Бора

Нильс Бор улучшил модель Резерфорда, предложив, что электроны вращаются вокруг ядра по определенным путям или энергетическим уровням, возникающим из квантованных энергетических уровней.

Квантово-механическая модель

Современное понимание атома основано на квантово-механической модели. Эта модель утверждает, что электроны существуют в облаках вокруг ядра, а не на фиксированных орбитах, определяемых областями, в которых существует высокая вероятность нахождения электрона.

Заключение

Понимание атомной структуры раскрывает основные принципы химии и науки об взаимодействиях и связях, которые создают разнообразие материи в Вселенной. Изучение атомов и их структур продолжает быть важным аспектом научного прогресса и применений.

Понимая основные структуры, поведение и модели атомов, мы можем лучше понимать сложность элементов и соединений вокруг нас.

Комментарии