Атом құрылымы және элементтердің периодтық кестесі
Пендахулуан
Химия әлемінде атом құрылымын және элементтердің периодтық кестесін түсіну өте маңызды. Осы екі аспектіні мұқият түсіну ғалымдарға заттың әртүрлі қасиеттері мен мінез-құлқын түсіндіруге мүмкіндік береді. Күнделікті өмірдегі тәжірибелерді, себептерді және заңдылықтарды түсіну бізге химиялық реакцияларды, физикалық қасиеттерді және ғаламдағы элементтердің мінез-құлқын болжауға мүмкіндік беретіні сияқты, атом құрылымын және периодтық кестені түсіну бізге ғаламдағы элементтердің химиялық реакцияларын, физикалық қасиеттерін және мінез-құлқын болжауға көмектеседі.
Атомдық құрылым
Атомдар – айналамыздағының бәрін құрайтын материяның негізгі бірліктері. Атомдар үш негізгі субатомдық бөлшектен тұрады: протондар, нейтрондар және электрондар. Протондар мен нейтрондар ядроны құрайды, ал электрондар ядроны электрон бұлтындағы белгілі бір орбиталармен айналады.
Протон
Протондар - атом ядросында орналасқан оң зарядталған бөлшектер. Ядродағы протондар саны элементтің сәйкестігін, яғни оның атомдық нөмірін анықтайды. Мысалы, көміртек атомында алты протон, ал оттегіде сегіз протон бар. Протондардың массасы бір атомдық масса бірлігіне (u) жақын.
нейтронды
Нейтрондар - атом ядросында кездесетін зарядсыз бөлшектер. Олардың массасы протондармен бірдей дерлік. Олар атом зарядына әсер етпесе де, ядродағы нейтрондар саны атомның тұрақтылығына әсер етуі және оның изотоптарын анықтауы мүмкін. Изотоптар - протондар саны бірдей, бірақ нейтрондар саны әртүрлі элементтің нұсқалары.
электрондардың
Электрондар – атом ядросын белгілі бір орбиталарда немесе энергия деңгейлерінде айналатын теріс зарядталған бөлшектер. Электрондардың массасы протондар мен нейтрондармен салыстырғанда өте аз. Атом ішіндегі электрондардың таралуы немесе электрон конфигурациясы сол элементтің химиялық қасиеттерін анықтайды. Ең сыртқы электрондар (валенттілік электрондары) химиялық байланыстардың түзілуінде шешуші рөл атқарады.
Атомдық модель
Ежелгі заманнан бері ғалымдар атомдардың құрылымын түсіндіру үшін әртүрлі модельдер жасап келеді. Далтонның қарапайым атомдық моделінен бастап электрондарды «мейіз тоқаштары» деп елестеткен Томсонның атомдық теориясына дейін, атом ядросы ұғымын енгізген Резерфорд моделіне дейін. Бүгінгі таңда ең кең таралған заманауи атомдық модель - Эрвин Шредингер мен Вернер Гейзенберг енгізген кванттық механикалық модель.
Кванттық механика моделі
Кванттық механикалық модель атомның Бор моделінің жетілдірілген нұсқасы болып табылады. Бұл модельде электрондар белгілі бір орбиталарда емес, үш өлшемді кеңістікте электронды табу ықтималдығын анықтайтын математикалық функциялар болып табылатын орбитальдарда қозғалады. Бұл орбитальдардың әртүрлі пішіндері мен энергиялары бар, олар ішкі қабықшалар (s, p, d, f) деп аталады.
Элементтердің периодтық кестесі
Периодтық жүйе немесе периодтық жүйе - элементтердің атомдық нөміріне, электронды конфигурациясына және химиялық қасиеттеріне негізделген орналасуы. Бүгінде біз білетін периодтық кесте әртүрлі зерттеушілердің, атап айтқанда Дмитрий Менделеев пен Генри Мозлидің жетілдірулерінің нәтижесі.
Периодтық жүйенің тарихы
Дмитрий Менделеев - 1869 жылы атом салмағы (атомдық масса) және химиялық қасиеттеріне негізделген периодтық кестені алғаш рет жасаған орыс химигі. Менделеев ашылмаған элементтердің бар екенін және олардың кестедегі орнын болжады, бұл кейінірек дұрыс екені дәлелденді. Генри Мозли кейінірек Менделеевтің кестесін элементтерді атомдық нөмірі (протон саны) бойынша дәлірек орналастыру арқылы жетілдірді.
Периодтық жүйенің құрылымы
Периодтық жүйе периодтар мен топтарға бөлінеді.
Кезең
Период – периодтық кестедегі көлденең қатар. Периодтағы элементтердің электрон қабықшаларының саны бірдей, 1-ден (сутегі және гелий) 7-ге дейін (трансуран элементтері).
Топ
Топ - периодтық кестедегі тік баған. Топ ішіндегі элементтердің валенттілік электрондарының конфигурациясы бірдей, бұл олардың химиялық қасиеттерінің ұқсас болуына әкеледі. Топтар екі үлкен бөлімге бөлінеді: негізгі топ (А тобы) және өтпелі топ (В тобы).
Негізгі класс
Негізгі топтарға 1 (IA)-дан 18 (VIIIA)-ға дейінгі топтар кіреді, оларға сілтілік металдар, сілтілік жер металдары, галогендер және асыл газдар сияқты элементтер кіреді. Бұл топтардағы әрбір элементтің химиялық қасиеттері валенттілік электрондарының санымен анықталады.
– 1-топ: Сілтілік: Құрамында сутегі, литий, натрий, калий және т.б. бар. Олар бір валентті электроны бар жоғары реактивті металдар.
– 2-топ: Сілтілік жер металдары: бериллий, магний, кальций және т.б. қамтиды. Олар сондай-ақ жоғары реактивті және екі валенттік электронға ие.
– 17-топ: Галогендер: Фтор, хлор, бром және т.б. кіреді. Олар жеті валенттік электроны бар жоғары реактивті металл еместер.
– 18-топ: Асыл газдар: Гелий, неон, аргон және т.б. кіреді. Олар инертті және сирек әрекеттеседі, себебі олардың сегіз толық валентті электрондары бар.
Өтпелі топ
Өтпелі топқа 3-тен 12-ге дейінгі топтардағы элементтер кіреді, олар әдетте қаттылық, электр және жылу өткізгіштік, сондай-ақ жоғары балқу температуралары сияқты ерекше физикалық қасиеттері бар металдар. Бұл элементтердің d және f ішкі қабықшаларында валенттік электрондары бар.
Элементтердің периодтық қасиеттері
Элементтердің периодтық қасиеттері - периодтық кестедегі элементтердің мінез-құлқындағы үрдістер немесе заңдылықтар. Кейбір маңызды периодтық қасиеттерге мыналар жатады:
Атом радиусы
Атом радиусы - ядродан ең сыртқы электронға дейінгі қашықтық. Атом радиусы период бойы солдан оңға қарай кемиді, себебі ядро зарядының артуы электрондарды жақындатады. Дегенмен, электрон қабықтарының қосылуына байланысты атом радиусы топ бойымен жоғарыдан төмен қарай артады.
Иондану энергиясы
Иондану энергиясы - газ тәрізді күйдегі атомнан электронды алып тастау үшін қажетті энергия. Иондану энергиясы период бойымен солдан оңға қарай артады, себебі күшті ядролық заряд электрондарды күштірек тартады. Керісінше, иондану энергиясы топ бойымен жоғарыдан төмен қарай төмендейді, себебі сыртқы қабықшалардағы электрондар ядродан алыс және тығыз байланыспаған.
Электртерістік
Электртерістік – атомның химиялық байланыстағы электрондарды тарту қабілеті. Электртерістік период бойымен солдан оңға қарай артады және топ бойымен жоғарыдан төмен қарай төмендейді.
Электрондық аффинитет
Электронға жақындық - атом электрон қосқан кезде пайда болатын энергия өзгерісі. Электронға жақындық период бойы солдан оңға қарай теріс, ал топ бойы жоғарыдан төмен қарай аз теріс болады.
Қорытынды
Атом құрылымын және элементтердің периодтық кестесін жан-жақты түсіну химия үшін өте маңызды. Атом құрылымы субатомдық бөлшектердің негізгі орналасуы мен қасиеттерін түсінуге мүмкіндік береді, ал периодтық кесте элементтердің қасиеттерін жіктеу және болжау үшін негіз болып табылады. Екі аспектіні де түсіну арқылы біз материяны терең түсініп қана қоймай, сонымен қатар сол білімді зерттеулерде, өнеркәсіпте және технологияда қолдана аламыз.
