Структурата на атома. Кванто-механичен модел на атом

Следната статия описва атоми нейната структура: как е било открито, как теорията се развива в съзнанието си и по време на експериментите, мислители и учени. Кванто-механичният модел на атома като най-модерен днес напълно описва своето поведение и частиците, които съставляват състава. За нея и нейните функции прочетете по-долу.

Понятието атом

Химически неделим минимумХимически елемент с набор от характеристики, характерни за него, е атом. Тя включва електрони и ядрото, което от своя страна съдържа положително заредени протони и неутрони са незаредени. Ако съдържа същия брой протони и електрони, самата атом е електрически неутрален. В противен случай той има такса: положителна или отрицателна. Тогава атомът се нарича йон. По този начин се извършва тяхната класификация: химичният елемент се определя от броя на протоните и неговия изотоп от неутроните. Общуват помежду си въз основа на interatomic връзки, атоми образуват молекулата.

Малко история

За първи път древните индианци идревни гръцки философи. И през седемнадесети и осемнадесети век химиците потвърдиха идеята, експериментално доказвайки, че някои химични вещества не могат да бъдат разбити на съставните им елементи чрез химически експерименти. От края на деветнадесети до началото на ХХ век обаче физиците открили субатомни частици, което ясно показва, че атомът не е неделим. През 1860 г. химиците формулират понятията атом и молекула, където атомът се превръща в най-малката частица на елемента, който е част от прости и сложни вещества.

Модели на структурата на атома

1. Части от материята. Демокрит вярва, че свойствата на веществата могат да бъдат определени от масата, формата и други параметри, които характеризират атомите. Например, огънът има остри атоми, поради които има способността да гори; Твърдите вещества съдържат груби частици, така че те са много здраво свързани помежду си; във водата те са гладки, така че има способността да тече. Според Демокрит дори човешката душа се състои от атоми.
2. Моделите на Томсън. Ученият счита атома за положително заредено тяло, вътре в което има електрони. Тези модели са опровергани от Ръдърфорд, след като са проявили известния си опит.
3. Ранни планетарни модели на Nagaoka. В началото на ХХ век Хантаро Нагаока предложи модели на атомно ядро, подобни на планетата Сатурн. В тях, около малките ядра, положително заредени, електроните в пръстена се завъртяха. Тези версии, както и предишните, се оказаха грешни.
4. Планетарни модели на Бор-Ръдърфорд. След няколко експеримента Ърнест Ръдърфорд предполага, че атомът е подобен на планетарната система. В него електроните се движат в орбити около ядрото, което се зарежда позитивно и е в центъра. Но класическата електродинамика противоречи на това, защото според него електронът, който се движи, излъчва електромагнитни вълни и затова губи енергия. Бор въвежда специални постулати, върху които електроните не излъчват енергия, докато са в някои специфични състояния. Оказа се, че класическата механика не е в състояние да опише тези модели на структурата на атома. Това по-късно доведе до появата на квантовата механика, което дава възможност да се обясни както този феномен, така и много други.

Кванто-механичен модел на атом

Този модел е развитието на предишния. Квантовият механичен модел на атома приема, че неутроните и положително заредените протони са в ядрото на атома. Около него се намират отрицателно заредени електрони. Но в квантовата механика, електроните не се движат по предварително определени траектории, така че през 1927 г. У. Хайзенберг изрази принципа на несигурност, според който не е възможно да се определи точно координатите на частицата и нейната скорост или инерция.

Химичните свойства на електроните се определят от технитечерупка. В периодичната таблица атомите са подредени според електрическите заряди на ядрата (говорим за броя на протоните), докато неутроните не влияят върху химическите свойства. Кванто-механичният модел на атома доказва, че основната му маса е в ядрото, докато фракцията от електрони остава незначителна. Измерва се в атомни единици от масата, което е равно на 1/12 от масата на въглеродния изотопен атом на С12.

Функция на вълната и орбита

Съгласно принципа на Б. Гейзентберг, не можем да кажем с абсолютна сигурност, че електрон, който има определена скорост, е в определена точка в пространството. За да опишете свойствата на електроните, използвайте вълновата функция на psi.

Вероятността за откриване на частица в конкретен случайвремето е пряко пропорционално на квадрата на неговия модул, който се изчислява за определено време. Пси в квадрата се нарича вероятностна плътност, която характеризира електроните около ядрото под формата на електрон облак. Колкото по-голямо е, вероятността за наличие на електрона в определено атомно пространство ще бъде по-висока.

За по-добро разбиране можем да си представимнасложени фотографии един върху друг, където електронните позиции са фиксирани в различно време. На мястото, където точките ще бъдат по-големи и облакът ще стане най-плътният и вероятността за намиране на електрона е най-висока.

Изчислено е, например, че кванто-механичният модел на водородния атом включва най-голямата плътност на електронния облак, разположен на разстояние от 0.053 нанометра от ядрото.

Орбитата на класическата механика е заменена отквантов облак от електрони. Функцията на вълната на електронния прът тук се нарича орбитал, който се характеризира с формата и енергията на електронния облак в пространството. По отношение на атом имаме предвид пространството около ядрото, в което намирането на електрона е най-вероятно.

Невъзможно ли е възможно?

Подобно на цялата теория, кванто-механичен моделструктурата на атома направи истинска революция в научния свят и сред жителите. В крайна сметка и до днес е трудно да си представим, че същата частица в същото време не може да бъде на едно място по едно и също време, но на различни места! За да се защитят утвърдените модели, се казва, че в микрокосмоса има събития, които са немислими и не са в макрокосмоса. Но наистина ли е така? Или просто се страхуват хората да признаят, че "капката е като океана и океана е капка"?