Veamos cómo se construye un átomo. Ten en cuenta que solo hablaremos de modelos. En la práctica, los átomos son una estructura mucho más compleja. Pero gracias a los desarrollos modernos, podemos explicar e incluso predecir con éxito las propiedades de los elementos químicos (aunque no todos). Entonces, ¿cuál es la estructura de un átomo? ¿De qué está "hecho"?
Modelo planetario del átomo
fue propuesto por primera vez por el físico danés N. Bohr en 1913. Esta es la primera teoría de la estructura del átomo basada en hechos científicos. Además, sentó las bases para la terminología temática moderna. En él, las partículas de electrones producen movimientos de rotación alrededor del átomo de la misma manera que los planetas alrededor del Sol. Bohr sugirió que solo pueden existir en órbitas ubicadas a una distancia estrictamente definida del núcleo. Por qué exactamente, el científico desde la posición de la ciencia no pudo explicar, pero tal modelo fue confirmado por muchos experimentos. Se usaron números enteros para designar las órbitas, comenzando con la unidad numerada más cercana al núcleo. Todas estas órbitas también se denominan niveles. El átomo de hidrógeno tiene un solo nivel en el que gira un electrón. Pero los átomos complejos tienen más niveles. Se dividen en componentes que unen electrones que tienen un potencial energético cercano. Entonces, el segundo ya tiene dos subniveles: 2s y 2p. El tercero ya tiene tres - 3s, 3p y 3d. Etc. Primero se “poblan” los subniveles más cercanos al núcleo, y luego los distantes. Cada uno de ellos solo puede contener un cierto número de electrones. Pero, este no es el final. Cada subnivel se divide en orbitales. Hagamos una comparación con la vida ordinaria. La nube de electrones de un átomo es comparable a una ciudad. Los niveles son calles. Subnivel: una casa o apartamento privado. Orbital es una habitación. Cada uno de ellos "vive" uno o dos electrones. Todos ellos tienen direcciones específicas. Este fue el primer diagrama de la estructura del átomo. Y finalmente, sobre las direcciones de los electrones: están determinadas por conjuntos de números, que se denominan "cuánticos".
Modelo ondulatorio del átomo
Pero con el tiempo, el modelo planetario ha sido revisado. Se propuso una segunda teoría de la estructura del átomo. Es más perfecto y permite explicar los resultados de experimentos prácticos. El modelo ondulatorio del átomo, propuesto por E. Schrödinger, reemplazó al primero. Entonces ya se estableció que un electrón puede manifestarse no solo como partícula, sino también como onda. ¿Qué hizo Schrödinger? Aplicó una ecuación que describe el movimiento de una onda en un espacio tridimensional. Por lo tanto, uno no puede encontrar la trayectoria del electrón en el átomo, sino la probabilidad de su detección en un punto determinado. Ambas teorías están unidas por el hecho de que las partículas elementales se encuentran enniveles, subniveles y orbitales específicos. Aquí es donde termina la similitud de los modelos. Daré un ejemplo: en la teoría de ondas, un orbital es una región donde será posible encontrar un electrón con una probabilidad del 95%. El resto del espacio representa el 5 %, pero al final resultó que las características estructurales de los átomos se representan utilizando un modelo de onda, a pesar de que la terminología se usa de manera general.
El concepto de probabilidad en este caso
¿Por qué se usó este término? Heisenberg formuló el principio de incertidumbre en 1927, que ahora se usa para describir el movimiento de las micropartículas. Se basa en su diferencia fundamental con los cuerpos físicos ordinarios. ¿Qué es? La mecánica clásica suponía que una persona puede observar fenómenos sin afectarlos (observación de cuerpos celestes). Según los datos recibidos, es posible calcular dónde estará el objeto en un momento determinado. Pero en el microcosmos, las cosas son necesariamente diferentes. Así, por ejemplo, ahora no es posible observar un electrón sin influir en él debido a que las energías del instrumento y la partícula son incomparables. Esto lleva al hecho de que su ubicación de una partícula elemental, estado, dirección, velocidad de movimiento y otros parámetros cambian. Y no tiene sentido hablar de las características exactas. El propio principio de incertidumbre nos dice que es imposible calcular la trayectoria exacta del electrón alrededor del núcleo. Solo puede especificar la probabilidad de encontrar una partícula en un área determinadaespacio. Esta es la peculiaridad de la estructura de los átomos de los elementos químicos. Pero esto debe ser tenido en cuenta exclusivamente por científicos en experimentos prácticos.
Composición de un átomo
Pero centrémonos en todo el tema. Entonces, además de la capa de electrones bien considerada, el segundo componente del átomo es el núcleo. Se compone de protones cargados positivamente y neutrones neutros. Todos estamos familiarizados con la tabla periódica. El número de cada elemento corresponde al número de protones que tiene. El número de neutrones es igual a la diferencia entre la masa de un átomo y su número de protones. Puede haber desviaciones de esta regla. Luego dicen que está presente un isótopo del elemento. La estructura de un átomo es tal que está "rodeado" por una capa de electrones. El número de electrones suele ser igual al número de protones. La masa de este último es unas 1840 veces mayor que la del primero, y es aproximadamente igual al peso del neutrón. El radio del núcleo es aproximadamente 1/200.000 del diámetro de un átomo. Él mismo tiene una forma esférica. Esta es, en general, la estructura de los átomos de los elementos químicos. A pesar de la diferencia en masa y propiedades, se ven casi iguales.
Órbitas
Hablando de cuál es el esquema de la estructura del átomo, uno no puede quedarse callado al respecto. Entonces, existen estos tipos:
- s. Son esféricos.
- pág. Parecen voluminosos ochos o husos.
- d y f. Tienen una forma compleja que es difícil de describir en lenguaje formal.
Electrones de cada tipo se pueden encontrar con una probabilidad del 95% en el territorioorbital correspondiente. La información presentada debe tomarse con calma, ya que se trata más de un modelo matemático abstracto que de un estado de cosas físico real. Pero con todo esto, tiene un buen poder predictivo respecto a las propiedades químicas de los átomos e incluso de las moléculas. Cuanto más lejos del núcleo se encuentra el nivel, más electrones se pueden colocar en él. Entonces, el número de orbitales se puede calcular usando una fórmula especial: x2. Aquí x es igual al número de niveles. Y dado que se pueden colocar hasta dos electrones en el orbital, la fórmula final para su búsqueda numérica se verá así: 2x2.
Órbitas: datos técnicos
Si hablamos de la estructura del átomo de flúor, tendrá tres orbitales. Todos ellos estarán llenos. La energía de los orbitales dentro del mismo subnivel es la misma. Para designarlos, agregue el número de capa: 2s, 4p, 6d. Volvemos a la conversación sobre la estructura del átomo de flúor. Tendrá dos subniveles s y uno p. Tiene nueve protones y el mismo número de electrones. Primero un nivel s. Estos son dos electrones. Luego el segundo nivel s. Dos electrones más. Y 5 llena el nivel p. Aquí está su estructura. Después de leer el siguiente subtítulo, puede realizar las acciones necesarias usted mismo y verlo por sí mismo. Si hablamos de las propiedades físicas de los halógenos, que incluyen flúor, debe tenerse en cuenta que, aunque están en el mismo grupo, difieren completamente en sus características. Entonces, su punto de ebullición oscila entre -188 y 309Grados celcius. Entonces, ¿por qué están fusionados? Todo gracias a las propiedades químicas. Todos los halógenos, y en mayor medida el flúor, tienen el mayor poder oxidante. Reaccionan con los metales y pueden inflamarse espontáneamente a temperatura ambiente sin ningún problema.
¿Cómo se llenan las órbitas?
¿Según qué reglas y principios se ordenan los electrones? Le sugerimos que se familiarice con los tres principales, cuya redacción se ha simplificado para una mejor comprensión:
- Principio de mínima energía. Los electrones tienden a llenar los orbitales en orden creciente de energía.
- Principio de Pauli. Un orbital no puede contener más de dos electrones.
- Regla de Hund. Dentro de un subnivel, los electrones primero llenan los orbitales libres y solo entonces forman pares.
El sistema periódico de Mendeleev ayudará a completar, y la estructura del átomo en este caso será más comprensible en términos de la imagen. Por lo tanto, en el trabajo práctico con la construcción de circuitos de elementos, es necesario tenerlo a mano.
Ejemplo
Para resumir todo lo dicho en el artículo, puedes hacer una muestra de cómo se distribuyen los electrones de un átomo en sus niveles, subniveles y orbitales (es decir, cuál es la configuración de niveles). Se puede mostrar como una fórmula, un diagrama de energía o como un diagrama de capas. Aquí hay muy buenas ilustraciones que, tras un examen minucioso, ayudan a comprender la estructura del átomo. Entonces, el primer nivel se llena primero. Tienesolo un subnivel, en el que solo hay un orbital. Todos los niveles se llenan secuencialmente, empezando por el más pequeño. Primero, dentro de un subnivel, se coloca un electrón en cada orbital. Luego se crean parejas. Y si hay libres, cambia a otro tema de relleno. Y ahora puede averiguar de forma independiente cuál es la estructura del átomo de nitrógeno o flúor (que se consideró anteriormente). Puede ser un poco complicado al principio, pero puedes navegar mirando las imágenes. Para mayor claridad, veamos la estructura del átomo de nitrógeno. Tiene 7 protones (junto con los neutrones que forman el núcleo) e igual número de electrones (que forman la capa de electrones). El primer nivel s se llena primero. Tiene 2 electrones. Luego viene el segundo nivel s. También tiene 2 electrones. Y los otros tres se colocan en el nivel p, donde cada uno de ellos ocupa un orbital.
Conclusión
Como puedes ver, la estructura del átomo no es un tema tan difícil (si lo abordas desde la perspectiva de un curso de química escolar, por supuesto). Y no es difícil entender este tema. Por último, me gustaría informarle acerca de algunas características. Por ejemplo, hablando de la estructura del átomo de oxígeno, sabemos que tiene ocho protones y 8-10 neutrones. Y dado que todo en la naturaleza tiende a equilibrarse, dos átomos de oxígeno forman una molécula, donde dos electrones desapareados forman un enlace covalente. De manera similar, se forma otra molécula de oxígeno estable: el ozono (O3). Conociendo la estructura del átomo de oxígeno, es posible formular correctamente reacciones de oxidación, enque involucra la sustancia más común en la Tierra.
