Aatomimudelid, mis sa oled?

Kas olete kunagi mõelnud, millest koosnevad teie ümber olevad asjad? Lihtsalt öelge, et nägite lauda, ​​võite öelda, et puidust laud. Isegi nii, kui vaatate peeglit, ütlete, et see on klaasist. Põhimõtteliselt on neil kahel materjalil erinevad omadused, kuid kas teadsite, et need mõlemad koosnevad samast ainest? Selle nimi on aatom.

Aatomid on elemendi väikseimad osakesed, mis osalevad keemilistes reaktsioonides. Nende üliväikese suuruse tõttu ei saa neid isegi kõige tugevamate valgusmikroskoopide abil näha. Neist väikseim on vesiniku aatom.

Aatomimudelid

Teadlased on sajandeid uurinud neid väikseimaid osakesi, kuid nende välimust pole suudetud kindlaks teha. Alles 1808. aastal avaldas Dalton oma teooria aatomi struktuuri kohta. Sellest ajast alates on aatomimudelid koos viimaste leidudega arenenud. Seekord arutleme teadlaste välja pakutud erinevate aatomimudelite üle.

Daltoni teooria

John Dalton on Briti keemik, füüsik ja meteoroloog, kes avaldas esmakordselt uuringud aatomite olemasolu kohta. Dalton selgitas, et aine koosneb jagamatutest osakestest, mida nimetatakse aatomiteks.

Kahjuks tõestasid edasised uuringud, et aatom ise on jagatav ja koosneb subatoomsetest osakestest. Subatoomsed osakesed koosnevad elektronidest, prootonitest ja neutronitest. Sellest ajast alates on teadlased üritanud pakkuda erinevaid mudeleid, kaaludes nende subatomaarsete osakeste, sealhulgas JJ Thomsoni ja Rutherfordi, positsiooni.

Aatomimudel näitab aatomisiseste osakeste aatomi struktuuri ja paigutust. Prootonite ja elektronide avastamine viis teadlased väitma, et aatomid koosnevad prootonitest ja elektronidest, mis tasakaalustavad nende laenguid. Nad leidsid, et prootonid asusid aatomi siseküljel, samal ajal kui elektronid olid väljastpoolt ja hõlpsasti lahti ühendatud.

Teadlaste pakutud on 4 aatomimudelit, nimelt Thomsoni, Rutherfordi, Bohri ja kvantmehaanilise mudeli pakutud mudel.

Thomsoni aatomi mudel

Joseph John Thomson oli Briti Nobeli preemiaga pärjatud füüsik, kes pakkus esmalt välja aatomimudeli. Tegelikult avaldas ta need enne prootoni ja aatomituuma avastamist. Oma teoorias pidas Thomson aatomeid sarnaseks rosinaleivale või ploomipudingu mudelile, kuna positiivse laengu sfääri elektronid nägid jõulupudingus välja nagu kuivatatud puuviljad.

(Loe ka: tundke Maa kihte nende kihtide ja keemilise koostise põhjal)

See mudel eeldab, et aatom koosneb positiivselt laetud kuulist, mille elektronid on sinna sisse pandud. Aatomil võib olla neutraalne laeng, kuna sellel on samad negatiivsed ja positiivsed laengud.

Rutherfordi tuumaatomi mudel

Ernest Rutherford on Uus-Meremaal sündinud füüsik ja keemik, kes elab Inglismaal. Ta pakkus välja aatommudeli pärast Rutherfordi hajutuskatsena tuntud katse läbiviimist. Tema ja kaks tema õpilast viisid alfa-kiirguse hajutamise katsed läbi õhukese kuldplaadi.

Rutherford leidis, et aatomi üldine positiivne laeng on koondunud väga väikesesse piirkonda, mida nimetatakse tuumaks. Elektronid pöörlevad aatomituuma ümber suurel kiirusel ringikujulistel radadel, mida nimetatakse orbiitideks. Elektrostaatiline külgetõmme tuuma ja elektronide vahel hoiab elektrone oma trajektooril.

Rutherfordi mudel näitas ka, et prootonite arv on võrdne elektronide arvuga ja seda tuntakse kui aatomnumbrit. Vahepeal, kui prootonite arv ja neutronite arv on ühendatud, on väärtus sama kui aatomimassi arv.

Kahjuks ei suutnud Rutherfordi aatomimudel aatomi stabiilsust seletada. Elektromagnetilise teooria kohaselt kaotavad laetud osakesed kiirendamisel energiat. Energia kaotamine võib aeglustada elektronide kiirust ja lõpuks tõmbuvad elektronid tuuma poole ja aatomid hävitatakse. Peale selle ei selgitanud Rutherfordi aatomimudel ka midagi elektronide ja elektronenergiate jaotuse kohta. Pealegi ei ole see aatomimudel võimeline selgitama iga elemendi pakutavat joone spektrit.

Bohri aatomi mudel

Rutherfordi aatomimudeli puudujääkidele vastamiseks, eriti mis puudutab joonspektrit ja aatomi stabiilsust, avaldas Niels Bohr seejärel omaenda aatomimudeli. Ta ütles, et elektronid pöörlevad aatomi tuuma ümber teatud ümmargustel orbiitidel, mida nimetatakse energiakestadeks või energiatasanditeks. Energiakestas pöörlevad elektronid on seotud kindla energiahulgaga. Need energiakestad on aatomituumast nummerdatud 1, 2, 3 ja nii edasi või on need tähistatud kestadena k, l, m jne.

Elektronide paigutus aatomis on tuntud kui elektronide konfiguratsioon. Elektroonide konfiguratsioon aitab selgitada, kuidas aatomid omavahel liimuvad. Elektronide täitmine aatomkestades algab sisemise või madalaima energiaga kesta täitmisest. Maksimaalne elektronide arv, mis võib kesta hõivata, on 2n2.

Kvantmehaanika aatomiteooria

Kahjuks ei suutnud Bohri pakutud aatomimudel selgitada vesinikuaatomite spektrit nii magnet- kui ka elektriväljas. Austria füüsik Erwin Schrödinger proovis sellele vastata. Ta töötas välja aatomiteooria, mis põhines kvantmehaanika põhimõtetel. Schrödingeri pakutud mudel ei erine Bohri omast eriti selle poolest, et aatomil on positiivselt laetud tuum ja seda ümbritsevad negatiivselt laetud elektronid. Erinevus seisneb aatomituuma ümbritsevate elektronide asendis.

Oma teoorias väitis Bohr, et elektronid ringlevad aatomituuma orbiitidel aatomituumast teatud kaugusega, mida nimetatakse aatomiraadiuseks. Kuid kvantmehaanilises teoorias ei saa aatomituuma ümbritsevate elektronide asukohta Heisenbergi määramatuse põhimõtte kohaselt kindlalt teada saada. Seetõttu on elektroni asukoha suurim tõenäosus sellel orbiidil. See tähendab, et võib öelda, et suurim tõenäosus elektronide leidmiseks aatomites on orbitaalides.

Kvantmehaaniline mudel väidab ka, et elektronide liikumisel aatomituuma ümber on dualismi omadus, nagu pakkus välja de Broglie. Kuna elektronide liikumine tuuma ümber on lainelaadse olemusega, peab tuuma ümbritsevate elektronide liikumise võrrand olema seotud lainefunktsiooniga.

Schrödinger täiendas oma teooriat võrrandiga, mis väidab, et elektronide liikumist aatomi tuuma ümber, mis on seotud aine dualistliku olemusega, saab väljendada Dekartesi koordinaatidena. See võrrand sai tuntuks kui Schrödingeri võrrand.

Sellest võrrandist andis Schrödinger kolm kvantarvu, nimelt põhikvant (n), asimuudikvant (A) ja magnetkvant (m). Need kolm kvantarvu on lihtsad täisarvud, mis näitavad elektronide tõenäosust aatomituuma ümber. Schrödingeri võrrandi lahendus annab kolm kvantarvu. Orbiit tuletatakse Schrödingeri võrrandist, nii et orbiidi ja kõigi kolme numbri vahel on seos.