1 struktur kulit elektron atom. Struktur atom

Atom- partikel terkecil suatu zat yang tidak dapat dibagi lagi secara kimia. Pada abad ke-20, struktur kompleks atom ditemukan. Atom terdiri dari muatan positif kernel dan kulit yang dibentuk oleh elektron bermuatan negatif. Muatan total atom bebas adalah nol, karena muatan inti dan kulit elektron menyeimbangkan satu sama lain. Dalam hal ini, muatan inti sama dengan jumlah unsur dalam tabel periodik ( nomor atom) dan sama dengan jumlah total elektron (muatan elektron adalah −1).

Inti atom terdiri dari muatan positif proton dan partikel netral - neutron, tidak dipungut biaya. Ciri-ciri umum partikel elementer dalam suatu atom dapat disajikan dalam bentuk tabel:

Jumlah proton sama dengan muatan inti, oleh karena itu sama dengan nomor atom. Untuk mengetahui jumlah neutron dalam suatu atom, Anda perlu mengurangkan muatan inti (jumlah proton) dari massa atom (terdiri dari massa proton dan neutron).

Misalnya, pada atom natrium 23 Na jumlah protonnya adalah p = 11, dan jumlah neutronnya adalah n = 23 − 11 = 12

Jumlah neutron dalam atom suatu unsur yang sama bisa berbeda. Atom yang demikian disebut isotop .

Kulit elektron suatu atom juga memiliki struktur yang kompleks. Elektron terletak pada tingkat energi (lapisan elektronik).

Nomor level mencirikan energi elektron. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa partikel elementer dapat mentransmisikan dan menerima energi bukan dalam jumlah kecil, tetapi dalam porsi tertentu - kuanta. Semakin tinggi levelnya, semakin banyak energi yang dimiliki elektron. Karena semakin rendah energi suatu sistem, semakin stabil sistem tersebut (bandingkan rendahnya stabilitas sebuah batu di puncak gunung, yang memiliki energi potensial tinggi, dan posisi stabil batu yang sama di bawah dataran, ketika energinya jauh lebih rendah), level dengan energi elektron rendah terisi terlebih dahulu dan baru kemudian - level tinggi.

Jumlah maksimum elektron yang dapat ditampung suatu level dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
N = 2n 2, dimana N adalah jumlah maksimum elektron pada tingkat tersebut,
n - nomor tingkat.

Kemudian untuk level pertama N = 2 1 2 = 2,

untuk yang kedua N = 2 2 2 = 8, dst.

Jumlah elektron pada tingkat terluar untuk unsur-unsur subkelompok utama (A) sama dengan nomor golongan.

Dalam sebagian besar tabel periodik modern, susunan elektron berdasarkan tingkatnya ditunjukkan dalam sel dengan unsur tersebut. Sangat penting memahami bahwa levelnya dapat dibaca turun hingga, yang sesuai dengan energinya. Oleh karena itu, kolom angka pada sel dengan natrium:
1
8
2

di tingkat 1 - 2 elektron,

di tingkat 2 - 8 elektron,

di tingkat 3 - 1 elektron
Hati-hati, ini adalah kesalahan yang sangat umum!

Distribusi tingkat elektron dapat direpresentasikan sebagai diagram:
11 Tidak)))
2 8 1

Jika tabel periodik tidak menunjukkan distribusi elektron berdasarkan tingkatnya, Anda dapat menggunakan:

• jumlah elektron maksimum: pada tingkat 1 tidak lebih dari 2 e − ,
  pada tanggal 2 - 8 e − ,
  di tingkat eksternal - 8 e − ;
• jumlah elektron pada tingkat terluar (untuk 20 unsur pertama bertepatan dengan nomor golongannya)

Kemudian untuk natrium alur penalarannya adalah sebagai berikut:

1. Jumlah elektron seluruhnya adalah 11, oleh karena itu, tingkat pertama terisi dan berisi 2 e − ;
2. Yang ketiga, tingkat terluar berisi 1 e − (kelompok I)
3. Tingkat kedua berisi sisa elektron: 11 − (2 + 1) = 8 (terisi penuh)

* Sejumlah penulis, untuk lebih jelas membedakan antara atom bebas dan atom dalam suatu senyawa, mengusulkan untuk menggunakan istilah “atom” hanya untuk menyebut atom bebas (netral), dan untuk menyebut semua atom, termasuk atom dalam senyawa, usulkan istilah “partikel atom”. Waktu akan menentukan bagaimana nasib istilah-istilah ini nantinya. Dari sudut pandang kami, atom menurut definisinya adalah partikel, oleh karena itu ungkapan “partikel atom” dapat dianggap sebagai tautologi (“minyak”).

2. Tugas. Perhitungan jumlah zat salah satu produk reaksi jika massa zat awal diketahui.
Contoh:

Berapa banyak zat hidrogen yang akan dilepaskan jika seng direaksikan dengan asam klorida seberat 146 g?

Larutan:

1. Kita tulis persamaan reaksinya: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
2. Kami menemukan masa molar asam klorida: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (g/mol)
   (massa molar setiap unsur, yang secara numerik sama dengan massa atom relatif, dilihat dalam tabel periodik di bawah tanda unsur dan dibulatkan menjadi bilangan bulat, kecuali klorin, yang diambil sebagai 35,5)
3. Tentukan jumlah asam klorida: n (HCl) = m / M = 146 g / 36,5 g/mol = 4 mol
4. Kami menuliskan data yang tersedia di atas persamaan reaksi, dan di bawah persamaan - jumlah mol menurut persamaan (sama dengan koefisien di depan zat):
   4 mol x mol
   Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
   2 mol 1 mol
5. Mari kita buat proporsinya:
   4 mol - X tikus tanah
   2 mol - 1 mol
   (atau dengan penjelasan:
   dari 4 mol asam klorida diperoleh X mol hidrogen,
   dan dari 2 mol - 1 mol)
6. Kami menemukan X:
   X= 4 mol 1 mol / 2 mol = 2 mol

Menjawab: 2 mol.

Seperti yang Anda ketahui, segala materi di alam semesta terdiri dari atom. Atom adalah unit terkecil dari materi yang membawa sifat-sifatnya. Pada gilirannya, struktur atom terdiri dari trinitas ajaib mikropartikel: proton, neutron, dan elektron.

Selain itu, masing-masing mikropartikel bersifat universal. Artinya, Anda tidak dapat menemukan dua proton, neutron, atau elektron berbeda di dunia. Semuanya sangat mirip satu sama lain. Dan sifat-sifat atom hanya akan bergantung pada komposisi kuantitatif mikropartikel tersebut struktur umum atom.

Misalnya struktur atom hidrogen terdiri dari satu proton dan satu elektron. Atom paling kompleks berikutnya, helium, terdiri dari dua proton, dua neutron, dan dua elektron. Atom litium - terbuat dari tiga proton, empat neutron dan tiga elektron, dll.

Atom bergabung membentuk molekul, dan molekul bergabung membentuk zat, mineral, dan organisme. Molekul DNA, yang merupakan dasar dari semua makhluk hidup, adalah struktur yang dirangkai dari tiga batu bata ajaib alam semesta yang sama dengan batu yang tergeletak di jalan. Meskipun struktur ini jauh lebih kompleks.

Terlebih lagi fakta menakjubkan terungkap ketika kita mencoba melihat lebih dekat proporsi dan struktur sistem atom. Diketahui bahwa atom terdiri dari inti dan elektron yang bergerak mengelilinginya sepanjang lintasan yang menggambarkan sebuah bola. Artinya, ia bahkan tidak bisa disebut suatu gerakan dalam arti kata yang biasa. Sebaliknya, elektron terletak di mana-mana dan langsung di dalam bola ini, menciptakan awan elektron di sekitar inti dan membentuk medan elektromagnetik.

Inti atom terdiri dari proton dan neutron, dan hampir seluruh massa sistem terkonsentrasi di dalamnya. Namun pada saat yang sama, inti atom itu sendiri sangat kecil sehingga jika jari-jarinya diperbesar menjadi 1 cm, maka jari-jari seluruh struktur atom akan mencapai ratusan meter. Jadi, segala sesuatu yang kita anggap sebagai materi padat terdiri dari lebih dari 99% ikatan energi antara partikel fisik saja dan kurang dari 1% bentuk fisik itu sendiri.

Tapi apakah bentuk fisik ini? Terbuat dari apa, dan bagaimana bahannya? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, mari kita lihat lebih dekat struktur proton, neutron, dan elektron. Jadi, kita turun satu langkah lagi ke kedalaman dunia mikro - ke tingkat partikel subatom.

Terdiri dari apakah elektron?

Partikel terkecil suatu atom adalah elektron. Sebuah elektron memiliki massa tetapi tidak memiliki volume. Dalam konsep ilmiah, elektron tidak terdiri dari apa pun, melainkan suatu titik yang tidak berstruktur.

Sebuah elektron tidak dapat dilihat di bawah mikroskop. Ia hanya terlihat dalam bentuk awan elektron, yang tampak seperti bola buram di sekitar inti atom. Pada saat yang sama, tidak mungkin untuk mengatakan dengan akurat di mana elektron berada pada suatu waktu. Instrumen tidak mampu menangkap partikel itu sendiri, tetapi hanya jejak energinya. Esensi elektron tidak tertanam dalam konsep materi. Ini lebih seperti suatu bentuk kosong yang hanya ada dalam gerakan dan karena gerakan.

Belum ada struktur elektron yang ditemukan. Ini adalah partikel titik yang sama dengan kuantum energi. Faktanya, elektron adalah energi, namun bentuk elektronnya lebih stabil dibandingkan bentuk foton cahaya.

Saat ini, elektron dianggap tidak dapat dibagi. Hal ini dapat dimaklumi, karena tidak mungkin membagi sesuatu yang tidak mempunyai volume. Namun, teori tersebut sudah mempunyai perkembangan yang menyatakan bahwa elektron mengandung trinitas partikel kuasi seperti:

• Orbiton – berisi informasi tentang posisi orbit elektron;
• Spinon – bertanggung jawab atas putaran atau torsi;
• Holon – membawa informasi tentang muatan elektron.

Namun, seperti yang kita lihat, partikel kuasi sama sekali tidak ada hubungannya dengan materi, dan hanya membawa informasi.

Menariknya, elektron mampu menyerap kuanta energi, seperti cahaya atau panas. Dalam hal ini, atom berpindah ke tingkat energi baru, dan batas awan elektron meluas. Kebetulan juga energi yang diserap oleh sebuah elektron begitu besar sehingga ia dapat melompat keluar dari sistem atom dan melanjutkan pergerakannya sebagai partikel independen. Pada saat yang sama, ia berperilaku seperti foton cahaya, yaitu ia berhenti menjadi partikel dan mulai menunjukkan sifat-sifat gelombang. Hal ini terbukti dalam sebuah percobaan.

Eksperimen Jung

Selama percobaan, aliran elektron diarahkan ke layar dengan dua celah di dalamnya. Melewati celah ini, elektron bertabrakan dengan permukaan layar proyeksi lain, meninggalkan bekas di atasnya. Akibat “pemboman” elektron ini, pola interferensi muncul di layar proyeksi, mirip dengan pola interferensi yang muncul jika gelombang, bukan partikel, melewati dua celah.

Pola ini terjadi karena gelombang yang lewat di antara dua celah terbagi menjadi dua gelombang. Akibat pergerakan selanjutnya, gelombang-gelombang tersebut saling tumpang tindih, dan di beberapa daerah saling membatalkan. Hasilnya adalah banyak garis pada layar proyeksi, bukan hanya satu, seperti yang terjadi jika elektron berperilaku seperti partikel.

Struktur inti atom: proton dan neutron

Proton dan neutron membentuk inti atom. Dan terlepas dari kenyataan bahwa inti menempati kurang dari 1% dari total volume, dalam struktur inilah hampir seluruh massa sistem terkonsentrasi. Namun fisikawan terbagi dalam struktur proton dan neutron, dan saat ini ada dua teori.

• Teori No. 1 - Standar

Model Standar mengatakan bahwa proton dan neutron terdiri dari tiga quark yang dihubungkan oleh awan gluon. Quark adalah partikel titik, sama seperti kuanta dan elektron. Dan gluon adalah partikel virtual yang menjamin interaksi quark. Namun, baik quark maupun gluon tidak pernah ditemukan di alam, sehingga model ini mendapat kritik keras.

• Teori #2 - Alternatif

Namun menurut teori alternatif bidang terpadu yang dikembangkan oleh Einstein, proton, seperti neutron, seperti partikel lain di dunia fisik, adalah medan elektromagnetik yang berputar dengan kecepatan cahaya.

Apa prinsip struktur atom?

Segala sesuatu di dunia - tipis dan padat, cair, padat dan gas - hanyalah keadaan energi dari medan yang tak terhitung jumlahnya yang menembus ruang Semesta. Semakin tinggi tingkat energi di lapangan, semakin tipis dan semakin tidak terlihat. Semakin rendah tingkat energinya, semakin stabil dan nyata. Struktur atom, seperti struktur unit lain di Alam Semesta, terletak pada interaksi medan-medan tersebut - berbeda dalam kepadatan energi. Ternyata materi hanyalah ilusi pikiran.

elektron

Konsep atom muncul di dunia kuno untuk menunjuk pada partikel materi. Diterjemahkan dari bahasa Yunani, atom berarti “tidak dapat dibagi.”

Fisikawan Irlandia Stoney, berdasarkan eksperimen, sampai pada kesimpulan bahwa listrik dibawa oleh partikel terkecil yang ada di atom semua unsur kimia. Pada tahun 1891, Stoney mengusulkan untuk menyebut partikel-partikel ini elektron, yang berarti “amber” dalam bahasa Yunani. Beberapa tahun setelah elektron mendapatkan namanya, fisikawan Inggris Joseph Thomson dan fisikawan Perancis Jean Perrin membuktikan bahwa elektron membawa muatan negatif. Ini adalah muatan negatif terkecil, yang dalam kimia dianggap satu (-1). Thomson bahkan berhasil menentukan kecepatan elektron (kecepatan elektron dalam orbit berbanding terbalik dengan nomor orbit n. Jari-jari orbit bertambah sebanding dengan kuadrat nomor orbit. Pada orbit pertama dari orbit atom hidrogen (n=1; Z=1) kecepatannya ≈ 2,2·106 m/s, yaitu sekitar seratus kali lebih kecil dari kecepatan cahaya c = 3·108 m/s) dan massa elektron (hampir 2000 kali lebih kecil dari massa atom hidrogen).

Keadaan elektron dalam suatu atom

Keadaan elektron dalam atom dipahami sebagai sekumpulan informasi tentang energi elektron tertentu dan ruang di mana ia berada. Sebuah elektron dalam sebuah atom tidak memiliki lintasan gerak, yaitu kita hanya dapat membicarakannya kemungkinan menemukannya di ruang sekitar inti.

Ia dapat terletak di bagian mana pun dari ruang yang mengelilingi inti, dan totalitas berbagai posisinya dianggap sebagai awan elektron dengan kerapatan muatan negatif tertentu. Secara kiasan, hal ini dapat dibayangkan sebagai berikut: jika dimungkinkan untuk memotret posisi elektron dalam atom setelah seperseratus atau sepersejuta detik, seperti pada hasil akhir foto, maka elektron dalam foto tersebut akan direpresentasikan sebagai titik. Jika foto-foto seperti itu ditumpangkan dalam jumlah yang tak terhitung jumlahnya, gambarnya akan berupa awan elektron dengan kepadatan terbesar di mana terdapat titik-titik terbanyak.

Ruang di sekitar inti atom tempat elektron paling mungkin ditemukan disebut orbital. Ini berisi sekitar 90% awan elektronik, dan ini berarti sekitar 90% waktu elektron berada di bagian ruang ini. Mereka dibedakan berdasarkan bentuknya 4 jenis orbital yang dikenal saat ini, yang dilambangkan dengan bahasa Latin huruf s, p, d dan f. Gambar grafis Beberapa bentuk orbital elektron ditunjukkan pada gambar.

Ciri terpenting gerak elektron pada orbital tertentu adalah energi hubungannya dengan inti. Elektron dengan nilai energi yang sama membentuk satu lapisan elektron, atau tingkat energi. Tingkat energi diberi nomor mulai dari inti - 1, 2, 3, 4, 5, 6 dan 7.

Bilangan bulat n yang menunjukkan bilangan tingkat energi disebut bilangan kuantum utama. Ini mencirikan energi elektron yang menempati tingkat energi tertentu. Elektron pada tingkat energi pertama, yang paling dekat dengan inti, memiliki energi paling rendah. Dibandingkan dengan elektron tingkat pertama, elektron tingkat berikutnya akan ditandai dengan pasokan energi yang besar. Akibatnya, elektron-elektron pada tingkat terluar terikat paling lemah pada inti atom.

Jumlah elektron terbesar pada suatu tingkat energi ditentukan dengan rumus:

N = 2n 2 ,

dimana N adalah jumlah elektron maksimum; n adalah bilangan level, atau bilangan kuantum utama. Akibatnya, pada tingkat energi pertama yang paling dekat dengan inti, tidak boleh terdapat lebih dari dua elektron; pada yang kedua - tidak lebih dari 8; pada yang ketiga - tidak lebih dari 18; pada hari keempat - tidak lebih dari 32.

Mulai dari tingkat energi kedua (n = 2), masing-masing tingkat dibagi menjadi subtingkat (sublapisan), sedikit berbeda satu sama lain dalam energi pengikatan dengan inti. Jumlah sublevel sama dengan nilai bilangan kuantum utama: tingkat energi pertama memiliki satu sublevel; yang kedua - dua; ketiga - tiga; keempat - empat sublevel. Sublevel, pada gilirannya, dibentuk oleh orbital. Setiap nilain sesuai dengan jumlah orbital yang sama dengan n.

Sublevel biasanya dilambangkan dengan huruf latin, serta bentuk orbital penyusunnya: s, p, d, f.

Proton dan Neutron

Sebuah atom dari unsur kimia apa pun sebanding dengan tata surya yang kecil. Oleh karena itu, model atom yang dikemukakan oleh E. Rutherford disebut planet.

Inti atom, di mana seluruh massa atom terkonsentrasi, terdiri dari dua jenis partikel - proton dan neutron.

Proton memiliki muatan yang sama dengan muatan elektron, tetapi berlawanan tanda (+1), dan massa sama dengan massa atom hidrogen (dianggap satu dalam kimia). Neutron tidak bermuatan, bersifat netral dan mempunyai massa sama dengan massa proton.

Proton dan neutron bersama-sama disebut nukleon (dari bahasa Latin inti - inti). Jumlah jumlah proton dan neutron dalam suatu atom disebut nomor massa. Misalnya, nomor massa atom aluminium adalah:

13 + 14 = 27

jumlah proton 13, jumlah neutron 14, nomor massa 27

Karena massa elektron, yang sangat kecil, dapat diabaikan, jelaslah bahwa seluruh massa atom terkonsentrasi di dalam inti. Elektron diberi nama e - .

Sejak atom netral secara listrik, maka jelas pula bahwa jumlah proton dan elektron dalam suatu atom adalah sama. Ini sama dengan nomor seri unsur kimia yang ditetapkan dalam Tabel Periodik. Massa atom terdiri dari massa proton dan neutron. Mengetahui nomor atom suatu unsur (Z), yaitu jumlah proton, dan nomor massa (A), sama dengan jumlah jumlah proton dan neutron, Anda dapat mencari jumlah neutron (N) menggunakan rumus :

N = SEBUAH - Z

Misalnya, jumlah neutron dalam atom besi adalah:

56 — 26 = 30

Isotop

Varietas atom-atom dari unsur yang sama yang mempunyai muatan inti sama tetapi nomor massanya berbeda disebut isotop. Unsur kimia yang terdapat di alam merupakan campuran isotop. Jadi, karbon memiliki tiga isotop dengan massa 12, 13, 14; oksigen - tiga isotop dengan massa 16, 17, 18, dst. Massa atom relatif suatu unsur kimia, biasanya diberikan dalam Tabel Periodik, adalah nilai rata-rata massa atom campuran alami isotop suatu unsur, dengan mempertimbangkan kelimpahan relatif mereka di alam. Sifat kimia Isotop sebagian besar unsur kimia persis sama. Namun, sifat isotop hidrogen sangat bervariasi karena peningkatan massa atom relatifnya yang berlipat ganda; mereka bahkan diberi nama individu dan simbol kimia.

Elemen periode pertama

Skema struktur elektronik atom hidrogen:

Diagram struktur elektronik atom menunjukkan distribusi elektron melintasi lapisan elektronik (tingkat energi).

Rumus grafis elektronik atom hidrogen (menunjukkan distribusi elektron menurut tingkat energi dan sublevel):

Grafis rumus elektronik atom menunjukkan distribusi elektron tidak hanya antar level dan sublevel, tetapi juga antar orbital.

Dalam atom helium, lapisan elektron pertama sudah lengkap - ia memiliki 2 elektron. Hidrogen dan helium adalah unsur s; Orbital s atom-atom ini diisi dengan elektron.

Untuk semua elemen periode kedua lapisan elektronik pertama terisi, dan elektron mengisi orbital s dan p pada lapisan elektron kedua sesuai dengan prinsip energi terkecil (s pertama dan kemudian p) serta aturan Pauli dan Hund.

Pada atom neon, lapisan elektron kedua sudah lengkap - ia memiliki 8 elektron.

Untuk atom unsur periode ketiga, lapisan elektronik pertama dan kedua telah selesai, sehingga terisi lapisan elektronik ketiga, di mana elektron dapat menempati sublevel 3s-, 3p- dan 3d.

Atom magnesium menyelesaikan orbital elektron 3snya. Na dan Mg adalah unsur s.

Dalam aluminium dan unsur-unsur berikutnya, sublevel 3p diisi dengan elektron.

Unsur-unsur periode ketiga mempunyai orbital 3d yang tidak terisi.

Semua unsur dari Al sampai Ar merupakan unsur p. Unsur s dan p membentuk subkelompok utama dalam Tabel Periodik.

Unsur periode keempat - ketujuh

Lapisan elektron keempat muncul pada atom kalium dan kalsium, dan sublevel 4s terisi, karena energinya lebih rendah daripada sublevel 3d.

K, Ca - elemen s termasuk dalam subkelompok utama. Untuk atom dari Sc hingga Zn, sublevel 3d diisi dengan elektron. Ini adalah elemen 3d. Mereka termasuk dalam subkelompok sekunder, lapisan elektronik terluarnya terisi, dan diklasifikasikan sebagai unsur transisi.

Perhatikan struktur kulit elektron atom kromium dan tembaga. Di dalamnya, satu elektron “gagal” dari sublevel 4s ke 3d, yang dijelaskan oleh stabilitas energi yang lebih besar dari konfigurasi elektronik yang dihasilkan 3d 5 dan 3d 10:

Dalam atom seng, lapisan elektron ketiga selesai - semua sublevel 3s, 3p dan 3d terisi di dalamnya, dengan total 18 elektron. Pada unsur-unsur setelah seng, lapisan elektron keempat, sublevel 4p, terus terisi.

Unsur dari Ga sampai Kr merupakan unsur p.

Atom kripton mempunyai lapisan terluar (keempat) yang lengkap dan mempunyai 8 elektron. Tapi mungkin ada total 32 elektron pada lapisan elektron keempat; atom kripton masih memiliki sublevel 4d dan 4f yang belum terisi. Untuk unsur periode kelima, sublevelnya diisi dengan urutan sebagai berikut: 5s - 4d - 5p. Dan ada juga pengecualian terkait dengan “ kegagalan» elektron, y 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

Pada periode keenam dan ketujuh, muncul elemen f, yaitu elemen yang masing-masing terisi sublevel 4f dan 5f dari lapisan elektronik luar ketiga.

Unsur 4f disebut lantanida.

Unsur 5f disebut aktinida.

Urutan pengisian sublevel elektronik pada atom unsur periode keenam: 55 unsur Cs dan 56 Ba - 6s; 57 Elemen La … 6s 2 5d x - 5d; 58 Ce - 71 Lu - elemen 4f; 72 Hf - 80 Hg - elemen 5d; 81 T1 - 86 Rn - elemen 6d. Namun di sini juga terdapat unsur-unsur yang urutan pengisian orbital elektronnya “dilanggar”, yang, misalnya, dikaitkan dengan stabilitas energi yang lebih besar pada sublevel f yang setengah dan terisi penuh, yaitu nf 7 dan nf 14. Bergantung pada sublevel atom mana yang terakhir diisi elektron, semua unsur dibagi menjadi empat keluarga elektron, atau blok:

• s-elemen. Sublevel s dari tingkat terluar atom diisi dengan elektron; unsur-s meliputi hidrogen, helium dan unsur-unsur subkelompok utama golongan I dan II.

• elemen p. Sublevel p dari tingkat terluar atom diisi dengan elektron; elemen p mencakup elemen subkelompok utama kelompok III-VIII.

• elemen-d. Sublevel d dari tingkat pra-eksternal atom diisi dengan elektron; elemen d mencakup elemen subgrup sekunder dari grup I-VIII, yaitu elemen plug-in dekade periode besar yang terletak di antara elemen s dan p. Mereka juga disebut elemen transisi.

• f-elemen. Sublevel f dari tingkat terluar ketiga atom diisi dengan elektron; ini termasuk lantanida dan antinoida.

Fisikawan Swiss W. Pauli pada tahun 1925 menetapkan bahwa dalam sebuah atom dalam satu orbital tidak boleh ada lebih dari dua elektron yang memiliki spin berlawanan (antiparalel) (diterjemahkan dari bahasa Inggris sebagai “spindle”), yaitu memiliki sifat-sifat yang secara kondisional dapat dibayangkan sebagai rotasi elektron di sekitar sumbu imajinernya: searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.

Prinsip ini disebut Prinsip Pauli. Jika ada satu elektron dalam orbital, maka disebut tidak berpasangan; jika ada dua, maka elektron tersebut berpasangan, yaitu elektron dengan spin berlawanan. Gambar tersebut menunjukkan diagram pembagian tingkat energi menjadi sublevel dan urutan pengisiannya.

Sangat sering, struktur kulit elektron atom digambarkan menggunakan energi atau sel kuantum - yang disebut rumus elektronik grafis ditulis. Untuk notasi ini, notasi berikut digunakan: setiap sel kuantum ditentukan oleh sel yang sesuai dengan satu orbital; Setiap elektron ditandai dengan panah yang sesuai dengan arah putaran. Saat menulis rumus elektronik grafis, Anda harus mengingat dua aturan: Prinsip Pauli dan aturan F. Hund, yang menurutnya elektron menempati sel bebas terlebih dahulu satu per satu dan memiliki nilai spin yang sama, dan baru kemudian berpasangan, tetapi spin, menurut prinsip Pauli, akan diarahkan berlawanan.

Aturan Hund dan prinsip Pauli

aturan Hund- aturan kimia kuantum yang menentukan urutan pengisian orbital sublapisan tertentu dan dirumuskan sebagai berikut: nilai total bilangan kuantum spin elektron sublapisan tertentu harus maksimum. Dirumuskan oleh Friedrich Hund pada tahun 1925.

Ini berarti bahwa di setiap orbital sublapisan, satu elektron terisi terlebih dahulu, dan hanya setelah orbital yang tidak terisi habis, elektron kedua ditambahkan ke orbital ini. Dalam hal ini, dalam satu orbital terdapat dua elektron dengan spin setengah bilangan bulat bertanda berlawanan, yang berpasangan (membentuk awan dua elektron) dan akibatnya spin total orbital menjadi sama dengan nol.

Kata-kata lain: Energi yang lebih rendah terletak pada suku atom yang memenuhi dua kondisi.

1. Multiplisitas maksimum
2. Ketika multiplisitasnya bertepatan, momentum orbital total L adalah maksimum.

Mari kita menganalisis aturan ini menggunakan contoh pengisian orbital sublevel p P-elemen periode kedua (yaitu, dari boron hingga neon (pada diagram di bawah, garis horizontal menunjukkan orbital, panah vertikal menunjukkan elektron, dan arah panah menunjukkan orientasi putaran).

aturan Klechkovsky

Aturan Klechkovsky - ketika jumlah total elektron dalam atom meningkat (dengan peningkatan muatan inti, atau nomor seri unsur kimia), orbital atom terisi sedemikian rupa sehingga kemunculan elektron dalam orbital dengan energi yang lebih tinggi bergantung pada hanya pada bilangan kuantum utama n dan tidak bergantung pada semua bilangan bilangan kuantum lainnya, termasuk dari l. Secara fisik, ini berarti bahwa dalam atom mirip hidrogen (tanpa adanya tolakan antarelektron), energi orbital suatu elektron hanya ditentukan oleh jarak spasial kerapatan muatan elektron dari inti dan tidak bergantung pada karakteristiknya. gerak pada bidang inti.

Aturan empiris Klechkovsky dan skema pemesanan yang mengikutinya agak bertentangan dengan urutan energi nyata orbital atom hanya dalam dua kasus serupa: untuk atom Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au , terjadi “kegagalan” elektron dengan s -sublevel lapisan terluar digantikan oleh sublevel d lapisan sebelumnya, yang menyebabkan keadaan atom lebih stabil secara energetik, yaitu: setelah mengisi orbital 6 dengan dua elektron S

Atom adalah partikel terkecil suatu zat kimia yang dapat mempertahankan sifat-sifatnya. Kata "atom" berasal dari bahasa Yunani kuno "atomos", yang berarti "tidak dapat dibagi". Bergantung pada berapa banyak dan partikel apa yang ada dalam suatu atom, suatu unsur kimia dapat ditentukan.

Secara singkat tentang struktur atom

Bagaimana Anda dapat membuat daftar singkat informasi dasar tentang partikel dengan satu inti, yang bermuatan positif. Di sekitar inti ini terdapat awan elektron bermuatan negatif. Setiap atom dalam keadaan normalnya adalah netral. Besar kecilnya partikel ini seluruhnya dapat ditentukan oleh besar kecilnya awan elektron yang mengelilingi inti atom.

Inti atom itu sendiri, pada gilirannya, juga terdiri dari partikel yang lebih kecil - proton dan neutron. Proton bermuatan positif. Neutron tidak membawa muatan apa pun. Namun proton dan neutron digabungkan menjadi satu kategori dan disebut nukleon. Jika informasi dasar tentang struktur atom diperlukan secara singkat, maka informasi ini dapat dibatasi pada data yang tercantum.

Informasi pertama tentang atom

Orang Yunani kuno menduga bahwa materi bisa terdiri dari partikel-partikel kecil. Mereka percaya bahwa segala sesuatu yang ada terbuat dari atom. Namun pandangan tersebut murni bersifat filosofis dan tidak dapat ditafsirkan secara ilmiah.

Orang pertama yang memperoleh informasi dasar tentang struktur atom adalah seorang ilmuwan Inggris unsur kimia dapat masuk ke dalam perbandingan yang berbeda, dan setiap kombinasi tersebut akan mewakili zat baru. Misalnya, delapan bagian unsur oksigen menghasilkan karbon dioksida. Empat bagian oksigen adalah karbon monoksida.

Pada tahun 1803, Dalton menemukan apa yang disebut hukum perbandingan berganda dalam kimia. Dengan menggunakan pengukuran tidak langsung (karena tidak ada satu atom pun yang dapat diperiksa di bawah mikroskop pada waktu itu), Dalton membuat kesimpulan tentang berat relatif atom..

penelitian Rutherford

Hampir satu abad kemudian, informasi dasar tentang struktur atom dikonfirmasi oleh ahli kimia Inggris lainnya - Ilmuwan mengusulkan model kulit elektron dari partikel terkecil.

Pada saat itu, "Model Planet Atom" Rutherford adalah salah satu langkah terpenting yang dapat diambil dalam bidang kimia. Informasi dasar tentang struktur atom menunjukkan kemiripannya dengan tata surya: partikel elektron berputar mengelilingi inti dalam orbit yang ditentukan secara ketat, seperti halnya planet.

Kulit elektron atom dan rumus atom unsur kimia

Kulit elektron setiap atom mengandung jumlah elektron yang sama persis dengan jumlah proton dalam intinya. Inilah sebabnya mengapa atom bersifat netral. Pada tahun 1913, ilmuwan lain memperoleh informasi dasar tentang struktur atom. Rumus Niels Bohr mirip dengan rumus yang diperoleh Rutherford. Menurut konsepnya, elektron juga berputar mengelilingi inti yang terletak di pusatnya. Bohr menyempurnakan teori Rutherford dan menyelaraskan fakta-faktanya.

Itupun telah disusun formula untuk beberapa bahan kimia. Misalnya, secara skematis struktur atom nitrogen dilambangkan dengan 1s 2 2s 2 2p 3, struktur atom natrium dinyatakan dengan rumus 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Melalui rumus tersebut Anda dapat melihat berapa banyak elektron yang berpindah pada setiap orbital suatu zat kimia tertentu.

Model Schrödinger

Namun belakangan model atom ini juga menjadi ketinggalan jaman. Informasi dasar tentang struktur atom, yang diketahui sains saat ini, sebagian besar tersedia berkat penelitian fisikawan Austria

Dia menawarkan model baru strukturnya adalah gelombang. Pada saat ini, para ilmuwan telah membuktikan bahwa elektron tidak hanya diberkahi dengan sifat partikel, tetapi juga memiliki sifat gelombang.

Namun, model Schrödinger dan Rutherford juga memilikinya ketentuan umum. Teori mereka serupa bahwa elektron ada pada tingkat tertentu.

Level seperti ini juga disebut lapisan elektronik. Dengan menggunakan nomor level, energi elektron dapat dikarakterisasi. Semakin tinggi lapisannya, semakin banyak energi yang dimilikinya. Semua level dihitung dari bawah ke atas, sehingga nomor level sesuai dengan energinya. Setiap lapisan kulit elektron suatu atom memiliki sublevelnya sendiri. Dalam hal ini, level pertama mungkin memiliki satu sublevel, level kedua - dua, level ketiga - tiga, dan seterusnya (lihat rumus elektronik untuk nitrogen dan natrium di atas).

Partikel yang lebih kecil lagi

Saat ini, tentu saja, partikel yang lebih kecil telah ditemukan daripada elektron, proton, dan neutron. Diketahui bahwa proton terdiri dari quark. Bahkan ada partikel yang lebih kecil di alam semesta - misalnya, neutrino, yang ukurannya seratus kali lebih kecil dari quark dan satu miliar kali lebih kecil dari proton.

Neutrino adalah partikel yang sangat kecil sehingga 10 septillion kali lebih kecil dari, misalnya, tyrannosaurus rex. Tyrannosaurus sendiri berukuran beberapa kali lebih kecil dibandingkan seluruh alam semesta yang dapat diamati.

Informasi dasar tentang struktur atom: radioaktivitas

Selalu diketahui bahwa tidak ada satu pun reaksi kimia tidak dapat mengubah satu elemen menjadi elemen lainnya. Namun dalam proses radiasi radioaktif hal ini terjadi secara spontan.

Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom untuk berubah menjadi inti lain yang lebih stabil. Ketika orang menerima informasi dasar tentang struktur atom, isotop, sampai batas tertentu, dapat menjadi perwujudan impian para alkemis abad pertengahan.

Ketika isotop meluruh, radiasi radioaktif dipancarkan. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Becquerel. Jenis utama radiasi radioaktif adalah peluruhan alfa. Ketika itu terjadi, partikel alfa dilepaskan. Ada juga peluruhan beta, di mana partikel beta dikeluarkan dari inti atom.

Isotop alami dan buatan

Saat ini, sekitar 40 isotop alami diketahui. Kebanyakan dari mereka berada dalam tiga kategori: uranium-radium, thorium dan actinium. Semua isotop ini dapat ditemukan di alam - di bebatuan, tanah, udara. Namun selain mereka, sekitar seribu isotop yang diturunkan secara artifisial juga diketahui, yang diperoleh di reaktor nuklir. Banyak dari isotop ini digunakan dalam pengobatan, terutama dalam diagnostik..

Proporsi dalam atom

Jika kita membayangkan sebuah atom yang dimensinya sebanding dengan dimensi stadion olahraga internasional, maka secara visual kita dapat memperoleh proporsi berikut. Elektron atom dalam “stadion” semacam itu akan ditempatkan di bagian paling atas tribun. Masing-masing akan lebih kecil dari kepala peniti. Kemudian intinya akan ditempatkan di tengah-tengah bidang ini, dan ukurannya tidak akan lebih besar dari ukuran kacang polong.

Terkadang orang bertanya seperti apa sebenarnya bentuk atom. Faktanya, secara harfiah tidak terlihat seperti apa pun - bukan karena mikroskop yang digunakan dalam sains tidak cukup baik. Dimensi atom berada pada area di mana konsep “visibilitas” tidak ada.

Atom berukuran sangat kecil. Tapi seberapa kecil sebenarnya ukuran ini? Faktanya adalah butiran garam terkecil, yang hampir tidak terlihat oleh mata manusia, mengandung sekitar satu triliun atom.

Jika kita membayangkan sebuah atom sebesar itu yang bisa ditampung di tangan manusia, maka di sebelahnya akan terdapat virus yang panjangnya 300 meter. Bakteri akan memiliki panjang 3 km, dan ketebalan rambut manusia akan mencapai 150 km. Dalam posisi terlentang, ia mampu melampaui batas atmosfer bumi. Dan jika proporsi tersebut valid, maka panjang rambut manusia bisa mencapai Bulan. Ini adalah atom yang kompleks dan menarik yang terus dipelajari para ilmuwan hingga hari ini.