Co to jest atom?

Przed omówieniem jego właściwości, budowy, zachowania, trzeba sobie odpowiedzieć na to podstawowe pytanie. Jak każdy z nas wie, cały świat zbudowany jest z atomów. Ciało ludzkie zbudowane jest z narządów, które sa z tkanek, a te z komórek, a te ze związków chemicznych, a te z pierwiastków, a te z atomów. Atom jest więc podstawowym składnikiem materii.

Każdy atom jest obojętny elektrycznie. Jeśli cząsteczka nie jest obojętna elektrycznie, nazywamy ją jonem, i tak: jeśli taki atom ma ładunek dodatni, mówimy, że jest kationem; a jeśli ujemny, że jest anionem.

Słowo „atom” wzięło się z greckiego i oznacza coś niepodzielnego. Kiedyś bowiem uważano, że atom to najmniejszy, niepodzielny składnik świata. Obecnie wiemy, że atom jest podzielny, ponieważ składa się z jądra i otaczających je elektronów. Zahaczyliśmy właśnie o budowę atomu – poszerzmy więc naszą wiedzę na ten temat.

Budowa atomu

Atom zbudowany jest z trzech elementów: jądra, powłok elektronowych i rozmieszczonych na powłokach – elektronów. Jądro posiada ładunek dodatni, natomiast elektron ujemny. Dodatni proton (odpowiedzialny za ładunek jądra) i neutralny neutron to elementy (nukleony) budujące serce atomu, czyli jądro.

 

Masa jądra jest o wiele, wiele większa od masy elektronów. Wynika to z tego, że proton waży: 1,00728u, a neutron: 1,00867u, natomiast elektron: 0,0005486u. Choć między elektronem i protonem występuje taka różnica masy, oba te elementy mają identyczną wartość bezwzględną ładunku: 1,6*10−19 Proton i neutron zbudowane są z kwarków, to jednak zbyt skomplikowany temat, by się nad nim rozwodzić. Elektron decyduje o podstawowych właściwościach fizycznych i wszystkich właściwościach chemicznych atomu.

Umownie atom charakteryzuje się pewnymi wielkościami. Liczba atomowa Z (liczba porządkowa) określa liczbę protonów. Liczba masowa A określa sumę protonów i neutronów. Jeżeli chcemy się dowiedzieć ile elektronów posiada atom, wystarczy sprawdzić ile ma protonów, gdyż atom musi być obojętny elektrycznie.

Powłok elektronowych może być maksymalnie 7, oto wzór na obliczenie maksymalnej liczby elektronów mogących występować na danej powłoce: 2n2 gdzie „n” określa numer powłoki. Symbole powłok to kolejno: K, L, M, N, O, P, Q. Elektrony umieszczone na ostatniej powłoce nazywa się elektronami walencyjnymi i to one uczestniczą w procesach wiązań chemicznych. Liczba elektronów walencyjnych jest równa numerowi grupy ,w grupach I-II i cyfrze jedności w grupach XIII – XVIII.

Zbiór atomów o tej samej liczbie atomowej Z (czyli tej samej ilości protonów) nazywa się pierwiastkiem.
Atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów w jądrze nazywane są izotopami. Mają one różną liczbę masowa i identyczną liczbę protonów. Większość pierwiastków stanowi mieszankę dwu lub więcej izotopów, np.  Żeby obliczyć masę atomową pierwiastka, należy wyliczyć średnią mas atomowych izotopów, wynikających z procentowej zawartości danych izotopów w przyrodzie, czyli:
wzor Budowa atomu

 Budowa atomu…  – procentowe zawartości poszczególnych izotopów

 Budowa atomu…   – liczby masowe poszczególnych izotopów E

Dodanie atomowi energii

Atomy w przyrodzie występują w stanie podstawowym, czyli ich energia jest jak najniższa. Jeśli zaopatrzymy atom w dodatkową ilość energii, to przejdzie on w stan wzbudzenia, który będzie objawiać się krótkotrwałym przeskokiem elektronów z bliższej powłoki na dalszą, skutkiem czego często jest wytworzenie światła (np. ogrzany wodór). Przez przeskok elektronów w atomie wzbudzonym, jego promień jest większy niż w stanie podstawowym.

Jeśli dodamy jeszcze większą ilość energii, będziemy w stanie oderwać całkowicie elektron od atomu. Taki proces nazywamy jonizacją. Rozróżnia się I energię jonizacji („wyskoczenie” jednego elektronu), II („wyskoczenie” dwóch elektronów) i III („wyskoczenie” trzech elektronów). Takie atomy, z których zostały usunięte elektrony, nazywamy kationami, np. Li → Li dodatni +elektronujemny . Jasnym jest istniejąca zależność:  E1 <E2 <E3<…<En. Skutkiem jonizacji jest skurczenie się promienia atomu, więc automatycznie jądro mocniej przyciąga pozostałe elektrony.

Liczby kwantowe

Elektrony są opisane tak zwanymi liczbami kwantowymi, dzięki tym liczbom łatwiej jest nam wyobrazić sobie atom, jego cechy itp. Choć opisanie elektronu za pomocą tych liczb, na początku może być trudne, jest bardzo pomocne. Myślę, że najlepiej przedstawić te liczby w formie tabelki (będzie to wierna kopia tabelki z podręcznika: „Szkolny przewodnik chemia” Małgorzaty Krzeczowskiej i Joanny Loch), na tych skromnych informacjach zamykam temat liczb kwantowych.

 

Liczba kwantowa Opisywany parametr Kwantowa wielkość
główna n=1,2 ,3 , …(7) określa całkowitą energię elektronu, liczbę powłok i decyduje o rozmazaniach konturu orbitalu energia elektronu
poboczna(orbitalna)l=0, …(n−1)liczba możliwych wielkości: n określa liczbę podpowłok w powłoce i decyduje o kształcie kontury orbitalu (czyli determinuje typ orbitalu) orbitalny moment pędu elektronu
magnetyczna m=−l , …0 ,…+l
liczba możliwych wartości : 2l+1
określa liczbę poziomów orbitalnych w danej podpowłocę i decyduje o orientacji przestrzennej konturu orbitalu rzut momentu pędu elektronu na wyróżniony kierunek w przestrzeni
spinowa  1/2

-

spin elektronu
magnetyczna spinowa ms= 1/2 lub −1/2

-

rzut elektronu na wyróżniony kierunek w przestrzeni

Konfiguracja elektronowa

Ostatnim wątkiem w tym artykule będzie konfiguracja elektronowa. Z definicji, jest to przypisanie każdemu elektronowi jego położenia. Rozróżnia się głównie dwa rodzaj konfiguracji:  zwykłą i szczegółową. W szkole średniej wykorzystuje się zazwyczaj tę drugą. Najpierw zapiszę konfigurację zwykłą magnezu, a potem szczegółową.

 

Zwykła: 12Mg=K2M 8 L2 Przed zapisaniem bardziej szczegółowej konfiguracji, należy wiedzieć, jaką litera określa się dane grupy. I tak, blok energetyczny grup 1-2 określa litera s ;blok energetyczny gryp 3-12 określa litera d; blok energetyczny grup 13-18 określa p; latynowce i aktynowce to blok energetyczny f. Należy też wiedzieć, że w bloku  numer okresu zmniejsza się o 1, a w bloku o 2. Kiedy już znamy te zasady, możemy zapisać konfiguracje elektronową jakiegokolwiek pierwiastka, np. germanu:
32German=1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2

Podsumowanie

Znamy już teraz podstawową wiedzę o atomach, no może troszeczkę więcej niż podstawową. Na tym etapie kończę artykuł, dalsze brnięcie w tym wątku doprowadziłoby mnie do zguby, ponieważ nie jestem badaczem atomów, a jedynie licealistą, dlatego chcę przekazać Wam, to co rozumiem. Jest to mój pierwszy artykuł z chemii, ale liczę, że Wam się przydał, oraz że wszystko jest jasne.

 

Bibliografia:

Chemia OPERON Kl.1, Zakres rozszerzony;
Zagadnienia z chemii dla szkół średnich – Ewa Kozdęba;
Szkolny przewodnik chemia – Małgorzata Krzeczowska i Joanna Loch

 

Goście wyszukali nas poprzez:

  • budowa atomu
  • budowa atomu chemia
  • atom budowa atomu
  • atom ciekawostki
  • atom budowa
  • budowa atomów
  • ciekawostki o atomie
  • atom chemia