Struktura atomu. Kvantově-mechanický model atomu

Následující článek popisuje atom a jeho strukturu: jak bylo zjištěno, jak byla teorie vyvíjena ve vlastních myslích a během experimentů myslitelů a vědců. Kvantově-mechanický model atomu jako nejmodernější dnes plně popisuje jeho chování a částice, které tvoří kompozici. O ní a jejích vlastnostech přečtěte níže.

Koncept atomu

Chemicky nedělitelné minimum chemický prvek se souborem charakteristických vlastností atomu. Obsahuje elektrony a jádro, které naopak obsahuje pozitivně nabité protony a neutrony. Pokud obsahuje stejný počet protonů a elektronů, potom atom bude elektricky neutrální. Jinak má náboj: pozitivní nebo negativní. Pak se atom nazývá iontem. Proto se jejich klasifikace provádí: chemický prvek je určen počtem protonů a jeho izotopem neutrony. Vzájemně se propojují na základě interatomických vazeb, atomy tvoří molekuly.

Trochu historie

Poprvé začali starověký indický a starověký řecký filozof začal mluvit o atomu. Během sedmnáctého a osmnáctého století chemici potvrdili tuto myšlenku a experimentálně dokázali, že některé látky nemohou být rozděleny do jejich prvků pomocí chemické experimenty. Nicméně od konce devatenáctého do počátku dvacátého století objevili fyzici subatomické částice, díky čemuž bylo jasné, že atom není nedělitelný. V roce 1860 formulovali chemici koncepce atomu a molekuly, kde se atom stal nejmenší částičkou prvku, který byl součástí jednoduchých i složitých látek.

Modely struktury atomu

1. Kusy hmoty. Democritus věřil, že vlastnosti látek mohou být určeny hmotností, tvarem a dalšími parametry, které charakterizují atomy. Například oheň má ostré atomy, kvůli kterému má schopnost hořet - pevné tělo obsahuje drsné částice, takže se navzájem pevně drží, ve vodě jsou hladké, takže mají schopnost proudit. Podle Demokrita se i lidská duše skládá z atomů.
2. Thomsonovy modely. Vědec považoval atom za pozitivně nabité tělo, uvnitř kterého jsou elektrony. Tyto modely byly vyvráceny Rutherfordem, který provedl slavnou zkušenost.
3. Ranní planetární modely Nagaoky. Na počátku dvacátého století navrhl Hantaro Nagaoka atomové jádro podobné podobě planety Saturn. V nich, kolem malého jádra, pozitivně nabitého, se elektrony v kruhu otáčely. Tyto verze, stejně jako předchozí, se ukázaly jako chybné.
4. Planetární modely Bohr-Rutherford. Po několika pokusech Ernest Rutherford že atom je jako planetární systém. V tom se elektrony pohybují v oběžné dráze kolem jádra, které je nabité kladně a je uprostřed. Ale klasická elektrodynamika to odporuje, protože podle něj se elektron, pohybuje, vyzařuje elektromagnetické vlny a proto ztrácí energii. Bohr představil zvláštní postuláty, na kterých elektrony nevyzařovaly energii, zatímco jsou v některých specifických stavech. Ukázalo se, že klasická mechanika nebyla schopna popsat tyto modely struktury atomu. Toto později vedlo ke vzniku kvantové mechaniky, což umožňuje vysvětlit tento fenomén i mnoho dalších.

Kvantově-mechanický model atomu

Tento model je vývojem předchozího modelu. Kvantový mechanický model atomu předpokládá, že neutrony a pozitivně nabité protony jsou v jádru atomu. Kolem jsou umístěny záporně nabité elektrony. V kvantové mechaniky se však elektrony nepohybují podle předem stanovených trajektorií, a tak v roce 1927 W. Heisenberg vyjádřil princip nejistoty, podle níž se zdá být nemožné přesně určit souřadnici částice a její rychlost nebo hybnost.

Chemické vlastnosti elektronů jsou určovány jejich pláštěm. V periodické tabulce jsou atomy uspořádány podle elektrických nábojů jádra (mluvíme o počtu protónů), zatímco neutrony neovlivňují chemické vlastnosti. Kvantově-mechanický model atomu prokázal, že jeho hlavní hmota je v jádru, zatímco zlomek elektronů zůstává nevýznamný. Měří se v atomových jednotkách hmotnosti, která se rovná 1/12 hmotnosti atomu uhlíku izotopu C12.

Funkce vln a orbitální

Podle principu V. Geyzentberga nelze s absolutní jistotou říci, že elektron, který má určitou rychlost, je v určitém bodě ve vesmíru. Pro popis vlastností elektronů použijte vlnovou funkci psi.

Pravděpodobnost detekce částice v určitém okamžiku je přímo úměrná čtverci modulu, který je po určitou dobu vypočítán. Psi na náměstí se nazývá hustota pravděpodobnosti, která charakterizuje elektrony kolem jádra ve formě elektronového mraku. Čím větší je, pravděpodobnost elektronu v určitém atomovém prostoru bude vyšší.

Pro lepší porozumění je možné si představit superponované fotografie na druhé, kde jsou pozice elektronů fixovány v různých okamžicích. Na místě, kde budou body větší, a oblak se stane nejhustším a pravděpodobnost nalezení elektronu je nejvyšší.

Například se vypočítá, že kvantově-mechanický model atomu vodíku obsahuje největší hustotu elektronového mraku umístěného ve vzdálenosti 0,053 nanometrů od jádra.

Oběžná dráha klasické mechaniky je nahrazena oblakem kvantového elektronu. Funkce vlny Elektronové psi se zde nazývají orbital, který je charakterizován tvarem a energií elektronového mraku v prostoru. S odkazem na atom, máme na mysli prostor kolem jádra, ve kterém je nejpravděpodobnější nalezení elektronu.

Není možné?

Stejně jako celá teorie, kvantově-mechanický model struktury atomu udělal opravdovou revoluci ve vědeckém světě a mezi obyvateli. Koneckonců, a dodnes je obtížné si představit, že stejná částicka současně nemůže být na jednom místě současně, ale na různých místech! K ochraně zavedených vzorců se říká, že v mikrokosmu existují události, které jsou nemyslitelné a nejsou tak v makrokosmu. Ale je to opravdu tak? Nebo se lidé jen bojí přiznat, že "kapka je jako oceán a oceán je kapka"?