מבנה האטום. מודל מכני קוונטי של אטום
המאמר הבא מתאר אטוםוהמבנה שלה: כפי שגילה כיצד לפתח את התיאוריה דעתם בעריכת ניסויים מדענים והוגים. המודל המכני-קוונטית של האטום כמו המתקדמת ביותר ללא ספק הכי מתאר באופן מלא את התנהגותה, ואת החלקיקים שמרכיבים. אודות זה ותכונותיו, ראה להלן.
הרעיון של אטום
מינימום בלתי ניתנת לחלוקהאלמנט כימי עם סט של מאפיינים המאפיינים אותו הוא אטום. הוא כולל אלקטרונים וגרעין, אשר בתורו מכיל פרוטונים טעונים חיובי נויטרונים נטול. אם הוא מכיל את אותו מספר של פרוטונים ואלקטרונים, אזי האטום עצמו יהיה נייטרלי מבחינה חשמלית. אחרת, יש לו חיוב: חיובי או שלילי. אז האטום נקרא יון. לפיכך, הסיווג שלהם מבוצע: האלמנט הכימי נקבע על ידי מספר הפרוטונים, ועל איזוטופ על ידי נויטרונים. קישור זה לזה על בסיס של קשרים אינטרטומיים, האטומים יוצרים מולקולות.
קצת היסטוריה
בפעם הראשונה, ההודי העתיקפילוסופים יוונים עתיקים. ובמהלך המאות השבע-עשרה והשמונה-עשרה, כימאים אימצו את הרעיון, הוכיחו בניסוי כי חומרים מסוימים לא ניתן לפצל אלמנטים המרכיבים שלהם באמצעות ניסויים כימיים. עם זאת, מסוף המאה התשע עשרה ועד למאה העשרים המוקדמות, פיסיקאים גילו חלקיקים תת-אטומיים, מה שהבהיר שהאטום אינו ניתן לחלוקה. בשנת 1860, כימאים גיבשו את המושגים של אטום ומולקולה, שם האטום הפך לחלקיק הקטן ביותר של האלמנט, שהיה חלק מחומרים פשוטים ומורכבים כאחד.
מודלים של מבנה האטום
- חתיכות של חומר. Demokrit האמין כי המאפיינים של החומרים ניתן לקבוע משקל, צורה ופרמטרים אחרים שמאפיינים אטומים. לדוגמה, אש יש אטומים חדים, שבשבילם יש לו את היכולת לשרוף; מוצקים מכילים חלקיקים גסים, ולכן הם מלוכדות היטב זה לזה; במים הם חלקים, כך יש את היכולת לזרום. לדברי דמוקריטוס, אפילו הנפש האנושית מורכבת מאטומים.
- הדגמים של תומסון. המדען שקל את האטום כגוף טעון באופן חיובי, בתוכו יש אלקטרונים. מודלים אלה הופרכו על ידי רתרפורד, לאחר שערך את ניסיונו המפורסם.
- מודלים פלנטריים מוקדמים של נאגאוקה. במאה העשרים Hantaro נאגאוקה הציע מודל של גרעין האטום, כמו כוכב הלכת שבתאי. בשנת אותם סביב גרעינים קטנים, בעלי מטען חשמלי חיובי, אלקטרונים משולבים הטבעת ספינינג. גרסאות אלה, כמו אלה הקודמות, הוכחו כטעות.
- מודלים פלנטריים של Bohr-Rutherford. לאחר כמה ניסויים ארנסט Rutherford הציע כי האטום דומה למערכת הפלנטרית. בתוכה, אלקטרונים נעים במסלולים סביב הגרעין, אשר טעון חיובי נמצא במרכז. אבל האלקטרודינמיקה הקלאסית סותרת זאת, משום שעל פי האלקטרון, נע, מקרין גלים אלקטרומגנטיים, ולכן מאבד אנרגיה. Bohr הציג Postulates מיוחד שבו electrons לא להקרין אנרגיה תוך להיות במצבים מסוימים. התברר כי מכניקה קלאסית לא היתה מסוגלת לתאר מודלים אלה של מבנה האטום. זה מאוחר יותר הוביל את הופעתה של מכניקת הקוונטים, אשר מאפשר להסביר הן תופעה זו ועוד רבים אחרים.
מודל מכני קוונטי של אטום
מודל זה הוא פיתוח של הקודם. המודל המכני הקוונטי של האטום מניח כי נויטרונים ופרוטונים טעונים באופן חיובי נמצאים בגרעין האטום. סביב זה ממוקמים אלקטרונים טעונים שלילי. אבל במכניקת הקוונטים, האלקטרונים אינם נעים במסלולים קבועים מראש, ולכן בשנת 1927 הביע הייזנברג את עקרון אי-הוודאות, שלפיו נראה שאי אפשר לקבוע במדויק את קואורדינטת החלקיק ואת מהירותו או המומנטום שלו.
התכונות הכימיות של אלקטרונים נקבעים על ידי שלהםפגז. שולחן פי אטומי מנדלייב הם גרעיני מטענים חשמליים (בהתייחסו לסכום של פרוטונים), ניטרונים וכך אינם משפיעים על התכונות הכימיות. המודל המכניקה הקוואנטית של האטום הוכיח כי המשקל העיקרי שלה נופל על חלקו בגרעין ואלקטרונים, לעומת זאת, נשאר נמוך. זה נמדד ביחידות מסה אטומית, אשר שווה 1/12 של המסה של אטום של C12 איזוטופ פחמן.
פונקציה גל ו מסלולית
על פי עקרון ב '. גייזנטברג, אי אפשר לומר בוודאות גמורה שאלקטרון בעל מהירות מסוימת הוא בנקודה מסוימת בחלל. כדי לתאר את המאפיינים של אלקטרונים, להשתמש בפונקציה גל של psi.
ההסתברות של גילוי חלקיק מסויםהזמן הוא פרופורציונלי ישר לריבוע של המודול שלה, אשר מחושב עבור זמן מסוים. Psi בכיכר נקראת צפיפות ההסתברות, המאפיינת את האלקטרונים סביב הגרעין בצורה של ענן אלקטרונים. ככל שהוא גדול יותר, ההסתברות של אלקטרון במרחב אטומי מסוים תהיה גבוהה יותר.
כדי להבין טוב יותר, אפשר לדמייןעל גבי תצלומים זה מזה, שבו עמדות האלקטרונים קבועים בזמנים שונים. במקום שבו הנקודות יהיו גדולות יותר והענן יהפוך לצפוף ביותר, וההסתברות למצוא את האלקטרון היא הגבוהה ביותר.
זה מחושב, למשל, כי המודל הקוונטי מכני של אטום המימן כולל את הצפיפות הגדולה ביותר של ענן האלקטרון הממוקם במרחק של 0.053 ננומטר מן הגרעין.
המסלול של המכניקה הקלאסית הוחלף על ידיענן אלקטרונים קוונטי. פונקציית הגל של האלקטרון psi כאן נקרא מסלולית, המאופיינת על ידי הצורה והאנרגיה של ענן האלקטרון בחלל. בהתייחס לאטום, אנו מתכוונים למרחב סביב הגרעין, שבו מציאת האלקטרון היא סבירה ביותר.
בלתי אפשרי?
כמו כל התיאוריה, המודל הקוונטי-מכנימבנה האטום עשה מהפכה אמיתית בעולם המדעי ובקרב התושבים. אחרי הכל, ועד עצם היום הזה קשה לדמיין שאותו חלקיק באותו זמן לא יכול להיות במקום אחד בו זמנית, אלא במקומות שונים! כדי להגן על דפוסי הוקמה, נאמר כי במיקרוקוסמוס יש אירועים שאינם מתקבלים על הדעת, והם לא כל כך המקרוקוסמוס. אבל האם זה באמת כך? או שאנשים פשוט מפחדים להודות כי "טיפה היא כמו האוקיינוס ואת האוקיינוס הוא טיפה"?
</ p>
