Aatomi ehituse üldine arengulugu (0)

Aatomi ehituse üldine arengulugu .Aatomi mõiste pärineb kreeka keelsest sõnast atomus ning selle autoriks peetakse Demokritost (V-IV saj e.Kr)

Alles XVII saj atomismi ideede taassünd: jõupingutused aatomi massi ja mõõtmete määramiseks. Otsustav pööre aine ehituse uurimises XX saj algul

Thomsoni aatomimudel

1897.a avastas tuntud inglise füüsik J.Thomson elektroni

Tema aatomi-mudelit nimeta-takse “rosina-saiakeseks” ->

Thomsoni aatom sisaldas teatud hulga elektrone, mille arv on võrdeline aatomi massiga

Kuna aatom tervikuna on elektriliselt neutraalne, siis elektroni negatiivne laeng on kompenseeritud ühtlaselt jaotunud positiivse laenguga

1906.a õnnestus Thomsonil kindlaks määrata elektronide arv aatomis ja tõestada, et ühe keemilise elemendi elektronid on ühesugused

Rutherfordi aatomi mudel

Thomsoni aatomi ideed arendas edasi Rutherford

Rutherfordi mudeli kiire populaarsuse põhjuseks on tema sarnasus Päikesesüsteemiga. Keskel on massiivne tuum (Päike), selle ümber tiirlevad ringikujulistel orbiitidel elektronid (planeedid). ->

Rutherfordi katse:

Seatinast ümbrises asetsev Ra-preparaat A kiirgab α-osakesi, mis satuvad õhukesele metallfooliumile K.

Enamik neist läheb sellest läbi, vaid väike osa põrkub tagasi

See viiski mõttele, et aatom on seest tühi

Bohr

Rutherfordi planetaarse aatomimudeli suurim viga on see, et ta on õige üksnes mittekiirgava aatomi korral

1913. a. muutisTaani füüsik Niels Bohr selle vastuolu seaduseks, sõnastades oma esimese postulaadi: Elektronid võivad aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel. Sellisel orbiidil liikudes elektron ei kiirga. ->

Selleks, et aatom kiirgaks, peab elektron orbiiti vahetama (2.postulaat): Üleminekul ühest statsionaarsest olekust teise aatom kiirgab või neelab energiakvandi.

3. postulaat: Aatomi statsionaarsetele olekutele vastab elektroni tiirlemine teatud kindlatel orbiitidel

Kaasaegne aatomimudel

Tuuma ümber liikuvad elektronid moodustavad elektronpilved, mille erinevates osades on elektroni leiutõenäosus erinev

Elektronpilve piire, järelikult ka aatomi mõõtmeid, ei ole võimalik täpselt määrata

Mitmeelektronkihiliste aatomite elektronkate on kihiline

Erinevate elektronkihtide ja alakihtide täitumine toimub vastavuses Pauli keeluprintsiibiga ja energia miinimumi printsiibiga

Louis de Broglie

1924. aastal esitas prantsuse teadlane Louis de Broglie hüpoteesi, mille kohaselt peaksid kõikidel osakestel olema ka lainelised omadused nagu footonitelgi.

λв=h:mv

De Broglie lähtus ideest, et kui valgus kvant käitub teatud juhtudel kui osake, siis teatud tingimustel võib ka mingi aineosake esineda lainena.

Erwin Schrödinger

Saksa füüsik

Erwin Schrödinger arendas välja mikroosakeste mehaanika, mis võttis arvesse ka osakeste laineomadust.

Teooria sai nimeks kvantmehaanika

Schrödingeri võrrand on klassikalise füüsika lainevõrrandi ja de Broglie´ lainete sulam.

Võrrand võimaldab arvutada aatomi erinevaid olekuid ja nende vaheldumise tingimusi.

Heisenbergi määramatuse printsiip

Liikuva osa koordinaadi ja liikumishulga määramisel eksisteerib alati teatud ebatäpsus ning nende füüsikaliste suuruste vigade korrutis ei saa kunagi olla väiksem kui Plancki konstant h.

Võrratus Δp·Δx> või = h:2π, kus Δp ja Δx on ebatäpsused mõõtmisel.

Osakese asukoha täpsel määramisel jääb osakese impulss täiesti määramatuks

Määramatuse printsiip ütleb, et teatud väikesed vead on loodusseadustesse "sisse kirjutatud", nad on omaette loodusseadus

Pauli keeluprintsiip

Ühes ja samas aatomis ei saa olla kaht elektroni ühesuguses kvantolekus, mis on määratud kvantarvude nelikuga n, l, ml, ms

Keeluprintsiip võimaldab seletada, miks mitmeelektroniliste aatomite elektronkate on kihiline

Kõik aatomi elektronid ei või olla ühel energianivool

Reegli kohaselt määrab Pauli printsiip aatomite energianivoode täitumise madalamalt kõrgemale

Seega on vabas aatomis põhiolekus (mitteergastatud olekus) kõik madalamad energianivood täidetud

Kvantarvud

Peakvantarv

• tähis n

• väärtuseks suvaline täisarv

• määrab ära energianivoo, kuhu elektron kuulub

Orbitaalkvantarv

• tähis l

• võib omada täisarvulisi väärtusi l= 0,1,2,...,n-1

•iseloomustab elektroni liikumishulga momendi absoluutväärtust

•määrab kindlaks, millised võimalikud orbiidid antud n korral on stabiilsed

Magnetkvantarv

• Kui kõik ausalt ära rääkida.....

tähis ml

•võib omada väärtusi ml=0,±1,±2,...,±(l-1),±l

•iseloomustab liikumishulga momendi vektori võimalikku suunda

Spinnkvantarv

• tähis ms

•väärtuseks ms=±½

• “lubab” igale orbitaalile panna 2 elektroni

Lihtsamad ja keerulisemad aatomid

Kergemad näited H, He

Vesiniku aatomi põhiolekus on aatomituuma ümber üks elektron 1s orbitaalil

Keerulisemate molekulide koostises võib olla tuhandeid aatomeid

Näited: http://www.colorado.edu/physics/2000/ -> table of contents -> quantum atom -> atomic spectra

Molekulide ehitus

Kui kaks või enam aatomit on ühinenud tihedalt seotud koosluseks, siis öeldakse, et need aatomid moodustavad molekuli

Aatomeid koos hoidev keemiline side jaguneb kovalentseks ja ioonsidemeks

Kovalentne side moodustub siis, kui molekuli koosseisu kuuluvate aatomite üks või mitu elektroni muutuvad kogu süsteemile ühiseks

Ioonsideme puhul “omandab” üks aatom teise aatomi elektroni

Kristallide ehitus

Kristallides on aatomid/ioonid paigutatud kindlas korras, nad moodustavad ruumvõre

Metallide kristallides on kristallivõreks seostunud positiivsed ioonid, mille vahel liiguvad peaaegu vabalt kristalliseerumisel vabanenud elektronid. See muudab metallid ka headeks elektrijuhtideks

Dielektrikutes, nagu teemant, kvarts ja teflon, jäävad elektronid seotuiks oma aatomitega ja seetõttu pole seal vabu voolukandjaid

Pooljuhtide elektrijuhtivus on metallide ja dielektrikute vahepealne, ainult osa aatomeid on ioniseerunud ja loovutanud elektronid kristalli ühisesse leiulainesse

Aatom – 5 saj e.kr. – Demokritos

1907.a. – lord Kelvin: aatom on igavesti monoliitne osakene

1672.a. – Newton: päikese dispersioonispekter(spekter-viirastus)

19.saj.II pool – hõrendatud gaaside joonspektrid

1859.a. – Gustav Kirchoff ja Robert Bunsen: spektraalanalüüs-sidusid spektri aatomiga

1897.a. – Joseph Thomson: elektron, esimene arvestatav aatomi mudel-rosinakukkel