Atomların yapısı - maddenin temel parçacıkları, elektronlar, protonlar, nötronlar
Doğadaki tüm fiziksel bedenler, madde adı verilen bir madde türünden yapılmıştır. Maddeler iki ana gruba ayrılır - basit ve karmaşık maddeler.
Karmaşık maddeler, kimyasal reaksiyonlar yoluyla diğer daha basit maddelere ayrıştırılabilen maddelerdir. Karmaşık maddelerden farklı olarak, basit maddeler kimyasal olarak daha basit maddelere ayrılamayan maddelerdir.
Karmaşık bir maddeye bir örnek, kimyasal bir reaksiyon yoluyla diğer iki basit maddeye - hidrojen ve oksijen - ayrıştırılabilen sudur. Son ikisine gelince, artık kimyasal olarak daha basit maddelere ayrışamazlar ve bu nedenle basit maddelerdir veya başka bir deyişle kimyasal elementlerdir.
19. yüzyılın ilk yarısında, bilimde kimyasal elementlerin birbirleriyle hiçbir ortak ilişkisi olmayan değişmeyen maddeler olduğu varsayımı vardı. Bununla birlikte, ilk kez 1869'da Rus bilim adamı D. I. Mendeleev (1834 - 1907)kimyasal elementlerin ilişkisini ortaya koyarak, her birinin niteliksel özelliğinin niceliksel özelliğine - atom ağırlığına bağlı olduğunu gösterir.
Kimyasal elementlerin özelliklerini inceleyen D. I. Mendeleev, özelliklerinin atom ağırlıklarına bağlı olarak periyodik olarak tekrarlandığını fark etti. Bu periyodikliği, bilime "Mendeleev'in Periyodik Element Tablosu" adı altında giren bir tablo şeklinde gösterdi.
Aşağıda Mendeleev'in kimyasal elementlerin modern periyodik tablosu bulunmaktadır.
atomlar
Modern bilimsel kavramlara göre, her kimyasal element, atom adı verilen en küçük malzeme (maddi) parçacıklarının bir koleksiyonundan oluşur.
Bir atom, bir kimyasal elementin artık kimyasal olarak diğer, daha küçük ve daha basit malzeme parçacıklarına ayrıştırılamayan en küçük fraksiyonudur.
Farklı doğadaki kimyasal elementlerin atomları, fizikokimyasal özellikleri, yapıları, boyutları, kütleleri, atom ağırlıkları, kendi enerjileri ve diğer bazı özellikleri bakımından birbirlerinden farklıdır. Örneğin, hidrojen atomu, özellikleri ve yapısı bakımından oksijen atomundan ve ikincisi uranyum atomundan vb.
Kimyasal elementlerin atomlarının boyut olarak son derece küçük olduğu bulunmuştur. Koşullu olarak atomların küresel bir şekle sahip olduğunu varsayarsak, o zaman çapları bir santimetrenin yüz milyonda birine eşit olmalıdır. Örneğin, doğadaki en küçük atom olan hidrojen atomunun çapı santimetrenin yüz milyonda biridir (10-8 cm) ve en büyük atomların, örneğin uranyum atomunun çapı üç yüzü geçmez. santimetrenin milyonda biri (3 10-8 cm).Bu nedenle, hidrojen atomu, bir santimetre yarıçaplı küreden, ikincisi küreden daha küçük olduğu kadar kat kat daha küçüktür.
Atomların boyutları çok küçük olduğu için kütleleri de çok küçüktür. Örneğin, bir hidrojen atomunun kütlesi m = 1.67· 10-24'tür. Bu, bir gram hidrojenin yaklaşık 6.1023 atom içerdiği anlamına gelir.
Kimyasal elementlerin atomik ağırlıklarının geleneksel ölçü birimi için, bir oksijen atomunun ağırlığının 1/16'sı alınır. Bir kimyasal elementin bu atom ağırlığına göre, belirli bir kimyasal elementin ağırlığının oksijen atomunun ağırlığının 1 / 16'sından fazla olduğunu gösteren soyut bir sayı denir.
D. I. Mendeleev'in elementlerinin periyodik tablosunda, tüm kimyasal elementlerin atom ağırlıkları verilmiştir (elementin adı altındaki sayıya bakınız). Bu tablodan en hafif atomun atom ağırlığı 1.008 olan hidrojen atomu olduğunu görüyoruz. Karbonun atom ağırlığı 12'dir, oksijen 16'dır vb.
Daha ağır kimyasal elementlere gelince, atom ağırlıkları hidrojenin atom ağırlığının iki yüz katından fazla fazladır. Yani cıvanın atomik değeri 200.6, radyum 226, vb. Periyodik elementler tablosundaki bir kimyasal elementin işgal ettiği sayı sırası ne kadar yüksekse, atom ağırlığı o kadar büyük olur.
Kimyasal elementlerin atom ağırlıklarının çoğu kesirli sayılar olarak ifade edilir. Bu, bir dereceye kadar, bu tür kimyasal elementlerin, farklı atom ağırlıklarına sahip ancak aynı kimyasal özelliklere sahip kaç tür atomdan oluştuğu gerçeğiyle açıklanmaktadır.
Periyodik cetvelde aynı sayıda yer alan ve bu nedenle aynı kimyasal özelliklere sahip ancak farklı atom ağırlıklarına sahip kimyasal elementlere izotoplar denir.
İzotoplar çoğu kimyasal elementte bulunur, iki izotop vardır, kalsiyum - dört, çinko - beş, kalay - on bir, vb. Birçok izotop sanat yoluyla elde edilir, bazıları büyük pratik öneme sahiptir.
Maddenin temel parçacıkları
Uzun bir süre, kimyasal elementlerin atomlarının maddenin bölünebilirliğinin sınırı, yani evrenin temel "yapı taşları" olduğu düşünülüyordu. Modern bilim, herhangi bir kimyasal elementin atomunun, atomun kendisinden bile daha küçük maddi parçacıkların bir toplamı olduğunu saptayarak bu hipotezi reddeder.
Maddenin yapısının elektron teorisine göre, herhangi bir kimyasal elementin atomu, elektron adı verilen malzemenin "temel" parçacıklarının etrafında döndüğü merkezi bir çekirdekten oluşan bir sistemdir. Genel kabul görmüş görüşlere göre atomların çekirdeği, bir dizi "temel" malzeme parçacıklarından - protonlar ve nötronlardan oluşur.
Atomların yapısını ve içlerindeki fiziko-kimyasal süreçleri anlamak için, atomları oluşturan temel parçacıkların temel özelliklerini en azından kısaca tanımak gerekir.
Bir elektronun doğada gözlemlenen en küçük negatif elektrik yüküne sahip gerçek bir parçacık olduğu belirlenir.
Şartlı olarak bir parçacık olarak elektronun küresel bir şekle sahip olduğunu varsayarsak, o zaman elektronun çapı 4 ·10-13 cm'ye eşit olmalıdır, yani her atomun çapından on binlerce kat daha küçüktür.
Diğer herhangi bir maddi parçacık gibi bir elektronun kütlesi vardır. Elektronun "hareketsiz kütlesi", yani göreli durağan durumda sahip olduğu kütle, mo = 9.1 · 10-28 G'ye eşittir.
Elektronun son derece küçük "dinlenme kütlesi", elektronun atalet özelliklerinin son derece zayıf olduğunu gösterir; bu, elektronun, alternatif bir elektrik kuvvetinin etkisi altında, uzayda milyarlarca periyot frekansında salınabileceği anlamına gelir. ikinci.
Elektronun kütlesi o kadar küçüktür ki bir gram elektron üretmek için 1027 birim gerekir. Bu muazzam büyük sayı hakkında en azından biraz fiziksel fikir sahibi olmak için bir örnek vereceğiz. Bir gram elektron birbirine yakın düz bir çizgide dizilebilseydi, o zaman dört milyar kilometre uzunluğunda bir zincir oluştururlardı.
Diğer herhangi bir mikro parçacık gibi elektronun kütlesi de hareket hızına bağlıdır. Göreceli dinlenme halindeki bir elektron, herhangi bir fiziksel cismin kütlesine benzer, mekanik nitelikte bir "dinlenme kütlesine" sahiptir. Elektronun hareket hızı arttıkça artan "hareket kütlesi" ise elektromanyetik kökenlidir. Bunun nedeni, kütle ve elektromanyetik enerjiye sahip bir madde türü olarak hareket eden bir elektronda bir elektromanyetik alanın bulunmasıdır.
Elektron ne kadar hızlı hareket ederse, elektromanyetik alanının atalet özellikleri o kadar fazla kendini gösterir, ikincisinin kütlesi ve buna bağlı olarak elektromanyetik enerjisi o kadar büyük olur. Elektromanyetik alanıyla elektron, organik olarak bağlı tek bir malzeme sistemini temsil ettiğinden, Elektronun elektromanyetik alanının momentum kütlesinin doğrudan elektronun kendisine atfedilmesi doğaldır.
Elektron, bir parçacığın özelliklerine ek olarak dalga özelliklerine de sahiptir.Elektron akışının, tıpkı bir ışık akışı gibi, dalga benzeri bir hareket şeklinde yayıldığı deneysel olarak tespit edilmiştir. Uzaydaki elektron akışının dalga hareketinin doğası, elektron dalgalarının girişim ve kırınım olgusu ile doğrulanır.
Elektronik girişim Elektron iradelerinin üst üste binmesi ve elektron kırınımı olgusudur - bu, elektron ışınının içinden geçtiği dar bir yarığın kenarlarında bükülen elektron dalgalarının olgusudur. Bu nedenle, elektron sadece bir parçacık değil, uzunluğu elektronun kütlesine ve hızına bağlı olan bir "parçacık dalgasıdır".
Elektronun öteleme hareketine ek olarak kendi ekseni etrafında dönme hareketi de yaptığı tespit edilmiştir. Bu tür elektron hareketine "spin" denir (İngilizce "spin" - mil kelimesinden). Bu hareketin bir sonucu olarak, elektron, elektrik yükünden kaynaklanan elektriksel özelliklere ek olarak, bu açıdan bir temel mıknatısa benzeyen manyetik özellikler de kazanır.
Bir proton, mutlak değeri bir elektronun elektrik yüküne eşit pozitif elektrik yüküne sahip gerçek bir parçacıktır.
Proton kütlesi 1.67 ·10-24 r'dir, yani elektronun "durgun kütlesinden" yaklaşık 1840 kat daha fazladır.
Bir elektron ve bir protondan farklı olarak, bir nötronun elektrik yükü yoktur, yani elektriksel olarak nötr bir "temel" madde parçacığıdır. Nötronun kütlesi pratik olarak protonun kütlesine eşittir.
Atomları oluşturan elektronlar, protonlar ve nötronlar birbirleriyle etkileşirler. Özellikle elektronlar ve protonlar, zıt elektrik yüklerine sahip parçacıklar olarak birbirlerini çekerler.Aynı zamanda, elektrondan elektron ve protondan proton, aynı elektrik yüklerine sahip parçacıklar olarak itilir.
Tüm bu elektrik yüklü parçacıklar, elektrik alanları aracılığıyla etkileşirler. Bu alanlar, foton adı verilen temel malzeme parçacıklarından oluşan özel bir madde türüdür. Her foton, içinde kesin olarak tanımlanmış bir enerji miktarına (enerji kuantumu) sahiptir.
Elektrik yüklü malzeme malzemelerinin parçacıklarının etkileşimi, birbirleriyle foton alışverişi yoluyla gerçekleşir. Elektrik yüklü parçacıkların etkileşim kuvvetine genellikle elektrik kuvveti denir.
Atom çekirdeğindeki nötronlar ve protonlar da birbirleriyle etkileşime girer. Ancak, nötron elektriksel olarak nötr bir madde parçacığı olduğundan, aralarındaki bu etkileşim artık bir elektrik alanı aracılığıyla değil, sözde elektrik alanı aracılığıyla gerçekleşir. nükleer alan.
Bu alan aynı zamanda mezon adı verilen temel malzeme parçacıklarının bir koleksiyonundan oluşan özel bir madde türüdür... Nötronların ve protonların etkileşimi, birbirleriyle mezon değişimi yoluyla gerçekleşir. Nötronlar ve protonlar arasındaki etkileşim kuvvetine nükleer kuvvet denir.
Nükleer kuvvetlerin, atomların çekirdeğinde son derece küçük mesafelerde - yaklaşık 10-13 cm - hareket ettiği tespit edilmiştir.
Nükleer kuvvetler, bir atomun çekirdeğindeki protonların karşılıklı itilmesinin elektriksel kuvvetlerini büyük ölçüde aşar. Bu, yalnızca atom çekirdeği içindeki protonların karşılıklı itme kuvvetlerinin üstesinden gelmelerine değil, aynı zamanda proton ve nötron koleksiyonundan çok güçlü çekirdek sistemleri yaratmalarına da yol açar.
Herhangi bir atomun çekirdeğinin kararlılığı, iki çatışan kuvvetin - nükleer (protonların ve nötronların karşılıklı çekimi) ve elektrik (protonların karşılıklı itilmesi) oranına bağlıdır.
Atom çekirdeğinde etkili olan güçlü nükleer kuvvetler, nötronların ve protonların birbirine dönüşmesine katkıda bulunur. Nötron ve protonların bu etkileşimleri, örneğin mezonlar gibi daha hafif temel parçacıkların salınması veya emilmesinin bir sonucu olarak gerçekleşir.
Bizim tarafımızdan ele alınan parçacıklara temel denir, çünkü bunlar diğer, daha basit madde parçacıklarının toplamından oluşmazlar. Ama aynı zamanda birbirlerine dönüşebildiklerini, birbirlerinin pahasına ortaya çıkabildiklerini de unutmamalıyız. Dolayısıyla, bu parçacıklar bazı karmaşık oluşumlardır, yani temel yapıları koşulludur.
Atomların kimyasal yapısı
Yapısındaki en basit atom hidrojen atomudur. Yalnızca iki temel parçacıktan oluşan bir koleksiyondan oluşur - bir proton ve bir elektron. Hidrojen atom sistemindeki proton, bir elektronun belirli bir yörüngede döndüğü merkezi bir çekirdek rolü oynar. İncirde. Şekil 1 şematik olarak hidrojen atomunun bir modelini göstermektedir.
Pirinç. 1. Hidrojen atomunun yapısının şeması
Bu model, gerçekliğin yalnızca kabaca bir tahminidir. Gerçek şu ki, bir "parçacık dalgası" olarak elektronun dış ortamdan keskin bir şekilde ayrılmış bir hacmi yoktur. Ve bu, elektronun kesin bir doğrusal yörüngesinden değil, bir tür elektron bulutundan bahsetmek gerektiği anlamına gelir. Bu durumda, elektron genellikle atomdaki olası yörüngelerinden biri olan bulutun orta çizgisini işgal eder.
Elektronun yörüngesinin atomda kesinlikle değişmez ve sabit olmadığı söylenmelidir - ayrıca elektronun kütlesindeki değişiklik nedeniyle belirli bir dönme hareketi yapar. Bu nedenle, bir atomdaki bir elektronun hareketi nispeten karmaşıktır. Hidrojen atomunun çekirdeği (proton) ve onun etrafında dönen elektron zıt elektrik yüklerine sahip olduklarından birbirlerini çekerler.
Aynı zamanda, atomun çekirdeği etrafında dönen elektronun serbest enerjisi, onu çekirdekten uzaklaştırma eğiliminde olan bir merkezkaç kuvveti geliştirir. Bu nedenle, atom çekirdeği ile elektron arasındaki karşılıklı çekim kuvveti ve elektrona etki eden merkezkaç kuvveti zıt kuvvetlerdir.
Dengede, elektronları atomdaki bazı yörüngelerde nispeten kararlı bir pozisyon işgal eder. Elektronun kütlesi çok küçük olduğu için, atomun çekirdeğindeki çekim kuvvetini dengelemek için saniyede yaklaşık 6.1015 devire eşit muazzam bir hızla dönmesi gerekir. Bu, bir hidrojen atomunun sistemindeki bir elektronun, diğer herhangi bir atom gibi, saniyede bin kilometreyi aşan doğrusal bir hızla yörüngesinde hareket ettiği anlamına gelir.
Normal koşullar altında, bir elektron çekirdeğe en yakın yörüngedeki türden bir atomda döner. Aynı zamanda, mümkün olan minimum miktarda enerjiye sahiptir. Herhangi bir nedenle, örneğin, atom sistemini işgal eden diğer maddi parçacıkların etkisi altında, elektron atomdan daha uzak bir yörüngeye hareket ederse, o zaman zaten biraz daha fazla enerjiye sahip olacaktır.
Ancak elektron bu yeni yörüngede önemsiz bir süre kalır ve ardından atomun çekirdeğine en yakın yörüngeye döner.Bu seyir sırasında, fazla enerjisini bir kuantum manyetik radyasyon - ışıma enerjisi - şeklinde verir (Şekil 2).
Pirinç. 2. Bir elektron uzak bir yörüngeden atom çekirdeğine daha yakın bir yörüngeye geçtiğinde, bir kuantum ışıma enerjisi yayar.
Elektron dışarıdan ne kadar çok enerji alırsa atomun çekirdeğinden en uzaktaki yörüngeye o kadar çok hareket eder ve çekirdeğe en yakın yörüngeye dönerken yaydığı elektromanyetik enerji miktarı o kadar fazladır.
Elektronun farklı yörüngelerden atomun çekirdeğine en yakın olana geçişinde yaydığı enerji miktarı ölçülerek, hidrojen atomunun sisteminde de diğer atomların sisteminde olduğu gibi bir elektronun olduğunu tespit etmek mümkün oldu. atom, rastgele bir yörüngeye gidemez, bir dış kuvvetin etkisi altında aldığı bu enerjiye göre kesin olarak belirlenir. Bir elektronun bir atomda işgal edebileceği yörüngelere izin verilen yörüngeler denir.
Hidrojen atomunun çekirdeğinin pozitif yükü (protonun yükü) ve elektronun negatif yükü sayısal olarak eşit olduğundan, toplam yükleri sıfırdır. Bu, normal durumdaki hidrojen atomunun elektriksel olarak nötr bir parçacık olduğu anlamına gelir.
Bu, tüm kimyasal elementlerin atomları için geçerlidir: herhangi bir kimyasal elementin normal durumundaki atomu, pozitif ve negatif yüklerin sayısal eşitliği nedeniyle elektriksel olarak nötr bir parçacıktır.
Bir hidrojen atomunun çekirdeği yalnızca bir "temel" parçacık - bir proton içerdiğinden, bu çekirdeğin sözde kütle numarası bire eşittir. Herhangi bir kimyasal elementin atomunun çekirdeğinin kütle numarası, o çekirdeği oluşturan proton ve nötronların toplam sayısıdır.
Doğal hidrojen, esas olarak kütle numarası bire eşit olan bir atom koleksiyonundan oluşur. Bununla birlikte, kütle numarası ikiye eşit olan başka bir tür hidrojen atomu da içerir. Döteron adı verilen bu ağır hidrojen atomlarının çekirdekleri, bir proton ve bir nötron olmak üzere iki parçacıktan oluşur. Bu hidrojen izotopuna döteryum denir.
Doğal hidrojen çok az miktarda döteryum içerir. Her altı bin hafif hidrojen atomu için (kütle numarası bire eşittir), yalnızca bir döteryum atomu (ağır hidrojen) vardır. Başka bir hidrojen izotopu var, trityum adı verilen süper ağır hidrojen. Bu hidrojen izotopunun bir atomunun çekirdeğinde üç parçacık vardır: nükleer kuvvetlerle birbirine bağlanmış bir proton ve iki nötron. Bir trityum atomunun çekirdeğinin kütle sayısı üçtür, yani trityum atomu hafif hidrojen atomundan üç kat daha ağırdır.
Hidrojen izotoplarının atomları farklı kütlelere sahip olsa da, yine de aynı kimyasal özelliklere sahiptirler, örneğin, oksijenle kimyasal reaksiyona giren hafif hidrojen, onunla karmaşık bir madde - su oluşturur. Benzer şekilde, hidrojenin izotopu olan döteryum, oksijenle birleşerek suyu oluşturur ve bu su, normal sudan farklı olarak ağır su olarak adlandırılır. Ağır su, nükleer (atomik) enerji üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu nedenle, atomların kimyasal özellikleri çekirdeklerinin kütlesine değil, sadece atomun elektron kabuğunun yapısına bağlıdır. Hafif hidrojen, döteryum ve trityum atomları aynı sayıda elektrona (her atom için bir tane) sahip olduğundan, bu izotoplar aynı kimyasal özelliklere sahiptir.
Kimyasal element hidrojenin periyodik elementler tablosundaki ilk sayıyı işgal etmesi tesadüf değildir.Gerçek şu ki, elementlerin periyodik tablosundaki her bir elementin sayısı ile o elementin bir atomunun çekirdeğindeki yükün büyüklüğü arasında bir ilişki vardır. Şu şekilde formüle edilebilir: elementlerin periyodik tablosundaki her bir kimyasal elementin seri numarası, sayısal olarak o elementin çekirdeğindeki pozitif yüke ve dolayısıyla onun etrafında dönen elektronların sayısına eşittir.
Hidrojen, elementlerin periyodik tablosunda ilk sayıyı işgal ettiğinden, bu, atomunun çekirdeğinin pozitif yükünün bire eşit olduğu ve bir elektronun çekirdeğin etrafında döndüğü anlamına gelir.
Kimyasal element helyum, periyodik elementler tablosunda ikinci sırada yer alır. Bu, çekirdeğin iki birime eşit pozitif bir elektrik yüküne sahip olduğu, yani çekirdeğinin iki proton ve atomun elektron kabuğunda - iki elektrot içermesi gerektiği anlamına gelir.
Doğal helyum iki izotoptan oluşur - ağır ve hafif helyum. Ağır helyumun kütle numarası dörttür. Bu, yukarıda belirtilen iki protona ek olarak, ağır helyum atomunun çekirdeğine iki nötronun daha girmesi gerektiği anlamına gelir. Hafif helyuma gelince, kütle numarası üçtür, yani çekirdeğinin bileşimine iki protona ek olarak bir nötron daha girmelidir.
Doğal helyumda hafif helyum atomlarının sayısının ağır gen atomlarının yaklaşık milyonda biri olduğu bulunmuştur. İncirde. Şekil 3, helyum atomunun şematik bir modelini göstermektedir.
Pirinç. 3. Helyum atomunun yapısının şeması
Kimyasal elementlerin atomlarının yapısının daha fazla karmaşıklığı, bu atomların çekirdeklerindeki proton ve nötron sayısındaki artıştan ve aynı anda çekirdeklerin etrafında dönen elektron sayısındaki artıştan kaynaklanmaktadır (Şekil 4). Periyodik element tablosunu kullanarak, farklı atomları oluşturan elektronların, protonların ve nötronların sayısını belirlemek kolaydır.
Pirinç. 4. Atom çekirdeği yapım şemaları: 1 — helyum, 2 — karbon, 3 — oksijen
Bir kimyasal elementin normal sayısı, atomun çekirdeğindeki proton sayısına ve aynı zamanda çekirdeğin etrafında dönen elektronların sayısına eşittir. Atom ağırlığı ise yaklaşık olarak atomun kütle numarasına, yani çekirdekte birlikte alınan proton ve nötron sayısına eşittir. Bu nedenle, bir elementin atom ağırlığından elementin atom numarasına eşit bir sayı çıkarılarak, belirli bir çekirdekte kaç tane nötron bulunduğunu belirlemek mümkündür.
Bileşimlerinde eşit sayıda proton ve nötron bulunan hafif kimyasal elementlerin çekirdeklerinin, içlerindeki nükleer kuvvetler nispeten büyük olduğu için çok yüksek bir güçle ayırt edildiği tespit edilmiştir. Örneğin, ağır bir helyum atomunun çekirdeği son derece dayanıklıdır çünkü güçlü nükleer kuvvetlerle birbirine bağlanmış iki proton ve iki nötrondan oluşur.
Daha ağır kimyasal elementlerin atomlarının çekirdekleri, bileşimlerinde zaten eşit olmayan sayıda proton ve nötron içerir, bu nedenle çekirdekteki bağları hafif kimyasal elementlerin çekirdeklerinden daha zayıftır. Bu elementlerin çekirdekleri, atomik "mermiler" (nötronlar, helyum çekirdekleri, vb.)
En ağır kimyasal elementlere gelince, özellikle radyoaktif olanlar, çekirdekleri o kadar düşük bir kuvvetle karakterize edilirler ki, kendiliğinden bileşen parçalarına parçalanırlar. Örneğin, 88 proton ve 138 nötronun bir kombinasyonundan oluşan radyoaktif element radyumunun atomları kendiliğinden bozunarak radyoaktif element radonun atomları haline gelir. İkincisinin atomları, diğer elementlerin atomlarına geçerek kurucu parçalarına ayrılır.
Kimyasal elementlerin atomlarının çekirdeklerini oluşturan parçalara kısaca aşina olduktan sonra, atomların elektron kabuklarının yapısını ele alalım. Bildiğiniz gibi, elektronlar atomların çekirdekleri etrafında ancak kesin olarak tanımlanmış yörüngelerde dönebilirler. Dahası, her bir atomun elektron kabuğunda o kadar kümelenmişlerdir ki, tek tek elektron kabukları ayırt edilebilir.
Her kabuk, kesin olarak belirli bir sayıyı aşmayan belirli sayıda elektron içerebilir. Bu nedenle, örneğin, bir atomun çekirdeğine en yakın ilk elektron kabuğunda, ikincisinde en fazla iki elektron olabilir - en fazla sekiz elektron vb.
Dış elektron kabukları tamamen dolu olan atomlar, en kararlı elektron kabuğuna sahiptir. Bu, bir atomun tüm elektronlarını sıkıca tuttuğu ve dışarıdan ek bir miktar almasına gerek olmadığı anlamına gelir. Örneğin, bir helyum atomunun birinci elektron kabuğunu tamamen dolduran iki elektronu vardır ve bir neon atomunun on elektronu vardır; bunlardan ilk ikisi birinci elektron kabuğunu tamamen doldurur ve geri kalanı - ikincisi (Şekil 5).
Pirinç. 5. Neon atomunun yapısının şeması
Bu nedenle, helyum ve neon atomları oldukça kararlı elektron kabuklarına sahiptir, onları herhangi bir nicel şekilde değiştirme eğiliminde değildirler. Bu tür elementler kimyasal olarak inerttir, yani diğer elementlerle kimyasal etkileşime girmezler.
Bununla birlikte, çoğu kimyasal element, dış elektron kabuklarının tamamen elektronlarla dolu olmadığı atomlara sahiptir. Örneğin, bir potasyum atomunun on dokuz elektronu vardır, bunlardan on sekizi ilk üç kabuğu tamamen doldurur ve on dokuzuncu elektron bir sonraki doldurulmamış elektron kabuğundadır. Dördüncü elektron kabuğunun elektronlarla zayıf doldurulması, atom çekirdeğinin en dıştaki elektronu çok zayıf bir şekilde tutmasına neden olur - on dokuzuncu elektron ve bu nedenle ikincisi atomdan kolayca çıkarılabilir. …
Veya, örneğin, oksijen atomunun ikisi birinci kabuğu tamamen dolduran ve geri kalan altı tanesi ikinci kabukta bulunan sekiz elektrona sahiptir. Böylece oksijen atomundaki ikinci elektron kabuğunun yapımının tam olarak tamamlanması için sadece iki elektron eksiktir. Bu nedenle, oksijen atomu altı elektronunu ikinci kabukta sıkıca tutmakla kalmaz, aynı zamanda ikinci elektron kabuğunu doldurmak için eksik iki elektronu kendine çekme yeteneğine de sahiptir. Bunu, dış elektronların çekirdekleriyle zayıf bir şekilde ilişkili olduğu bu tür elementlerin atomlarıyla kimyasal kombinasyonla başarır.
Atomları tamamen elektronlarla dolu dış elektron katmanlarına sahip olmayan kimyasal elementler, kural olarak kimyasal olarak aktiftir, yani isteyerek kimyasal etkileşime girerler.
Böylece, kimyasal elementlerin atomlarındaki elektronlar kesin olarak tanımlanmış bir düzende düzenlenir ve atomun elektron kabuğundaki uzamsal düzenlemelerinde veya miktarlarında herhangi bir değişiklik, ikincisinin fiziko-kimyasal özelliklerinde bir değişikliğe yol açar.
Atom sistemindeki elektron ve proton sayılarının eşitliği, toplam elektrik yükünün sıfır olmasının nedenidir. Atom sistemindeki elektron ve proton sayısının eşitliği ihlal edilirse, atom elektrik yüklü bir sistem haline gelir.
Sistemdeki, elektronlarının bir kısmını kaybetmesi veya tersine fazlalığını elde etmesi nedeniyle zıt elektrik yüklerinin dengesinin bozulduğu bir atoma iyon denir.
Aksine, bir atom fazla sayıda elektron alırsa, negatif bir iyon haline gelir. Örneğin, bir ek elektron alan bir klor atomu, tek yüklü bir negatif klor iyonu Cl-... Ek iki elektron alan bir oksijen atomu, iki kat yüklü bir negatif oksijen iyonu O olur, vb.
İyon haline gelen atom, dış ortama göre elektrik yüklü bir sistem haline gelir. Ve bu, atomun birlikte tek bir malzeme sistemi oluşturduğu bir elektrik alanına sahip olmaya başladığı ve bu alan aracılığıyla diğer elektrik yüklü madde parçacıkları - iyonlar, elektronlar, pozitif yüklü atom çekirdekleri ile elektriksel etkileşim gerçekleştirdiği anlamına gelir. vesaire.
Farklı iyonların birbirini çekme yeteneği, kimyasal olarak birleşerek daha karmaşık madde parçacıkları - moleküller oluşturmalarının nedenidir.
Sonuç olarak belirtmek gerekir ki, atomun boyutları, onları oluşturan gerçek parçacıkların boyutlarına göre çok büyüktür. En karmaşık atomun çekirdeği, tüm elektronlarla birlikte atom hacminin milyarda birini kaplar. Basit bir hesap gösteriyor ki, bir metreküp platin, atom içi ve atomlar arası boşluklar kaybolacak kadar sıkıştırılabilirse, o zaman yaklaşık bir milimetreküp hacmine eşit bir hacim elde edilir.