Daha çox

2.1: Elektronlar, Protonlar, Neytronlar və Atomlar - Geosciences

2.1: Elektronlar, Protonlar, Neytronlar və Atomlar - Geosciences


Mineral kristallar da daxil olmaqla tanış olduğumuz bütün maddələr atomlardan, bütün atomlar isə üç əsas hissəcikdən ibarətdir: protonlar, neytronlarelektronlar. Həm protonların, həm də neytronların kütləsi 1, elektronların isə demək olar ki, heç bir kütləsi yoxdur.

Cədvəl 2.1 Atomların içindəki hissəciklərin yükləri və kütlələri
Elementar hissəcikŞarj edinKütlə
Proton+11
Neytron01
Elektron−1~0

Hidrogen elementinin hər biri yalnız bir proton və bir elektron olan ən sadə atomlara malikdir. Proton nüvəni əmələ gətirir, elektron isə onun ətrafında fırlanır. Bütün digər elementlərin nüvələrində neytronların olduğu kimi helyum kimi şəkillər ( PageIndex {1} ). Müsbət yüklü protonlar bir -birini itələyir, amma neytronlar nüvəni bir yerdə saxlamağa kömək edir. Protonların sayı atom nömrəsivə protonların və neytronların sayı atom kütləsi. Hidrogen üçün atom kütləsi 1 -dir, çünki bir proton var və neytron yoxdur. Helium üçün 4: iki proton və iki neytrondur.

Ən yüngül 16 elementin çoxu üçün (oksigenə qədər) neytronların sayı protonların sayına bərabərdir. Qalan elementlərin çoxu üçün protondan daha çox neytron var, çünki çox kiçik bir məkanda cəmlənmiş artan proton sayının qarşılıqlı itələməsini dəf edərək nüvəni bir yerdə saxlamaq üçün əlavə neytronlara ehtiyac var. Məsələn, silikonda 14 proton və 14 neytron var. Atom nömrəsi 14, atom kütləsi 28 -dir. Uranın ən çox yayılmış izotopu 92 proton və 146 neytrona malikdir. Atom nömrəsi 92, atom kütləsi 238 (92 + 146).

Şəkildə ( PageIndex {1} ) üzərində bir helium atomu təsvir edilmişdir. Ortadakı nöqtə nüvədir və ətrafdakı bulud iki elektronun hər an ola biləcəyi yeri təmsil edir. Kölgə nə qədər qaranlıq olarsa, orada bir elektronun olma ehtimalı da o qədər yüksəkdir. Helium atomu təxminən 1 angstromdur. Angstrom (Å) 10 -dur−10 metr (m). Helium nüvəsi təxminən 1 femtometrdir. Bir femtometre (fm) 10 -dur−15 m. Başqa sözlə, bir helyum atomunun elektron buludu nüvəsindən təxminən 100.000 dəfə böyükdür. Vankuverdəki Stanley Parkı təxminən 2 km məsafədədir. Stanley Park bir helium atomu olsaydı, nüvəsi qoz böyüklüyündə olardı.

Bir atomun nüvəsi ətrafında fırlanan elektronlar "enerji səviyyələri" olaraq da bilinən qabıqlarda düzülmüşdür. Birinci qabıqda yalnız iki elektron, sonrakı qabıqda isə səkkiz elektron var. Sonrakı qabıqlar daha çox elektron tuta bilər, lakin hər hansı bir atomun ən xarici qabığı səkkizdən çox elektron tuta bilməz. Gördüyümüz kimi, ən xarici qabıqdakı elektronlar atomlar arasında bağlanmada mühüm rol oynayır. İlk 36 elementdən 29 -u üçün elektron qabıq konfiqurasiyaları Cədvəl 2.2 -də verilmişdir.

Cədvəl 2.2 36 -cı elementə qədər elektron qabıq konfiqurasiyaları.
[Cədvəli atla]
ElementSimvolAtom nömrəsi1 -ci qabıqdakı elektronların sayı2 -ci qabıqdakı elektronların sayı3 -cü qabıqdakı elektronların sayı4 -cü qabıqdakı elektronların sayı
HidrogenH11000
Helium *O22000
LityumLi32100
BerilyumOl42200
BorB52300
KarbonC62400
AzotN.72500
OksigenO82600
FlorinF92700
Neon *Yox102800
NatriumNa112810
MaqneziumMg122820
AlüminiumAl132830
SilikonSi142840
FosforP152850
KükürdS162860
XlorCl172870
Argon *Ar182880
KaliumK192881
KalsiumCa202882
SkandiumSc212892
TitanTi2228102
VanadiumV2328112
XromCr2428131
ManqanMn2528132
DəmirFe2628142
.......
SeleniumSe3428186
BromBr3528187
Kripton *Kr3628188

.Ev

Media Nümunələri

  • Şəkil ( PageIndex {1} ): Helium Atom QM. © Yzmo. CC BY-SA.

2.1: Molekulların Bina Blokları

  • OpenStax tərəfindən töhfə verildi
  • OpenStax CNX -də Biologiya anlayışları

Ən əsas səviyyədə həyat maddədən ibarətdir. Maddə yer tutur və kütləyə malikdir. Bütün maddələr, parçalana bilməyən və ya kimyəvi olaraq başqa maddələrə çevrilə bilməyən maddələrdən ibarətdir. Hər bir element atomlardan ibarətdir, hər biri daimi sayda proton və bənzərsiz xüsusiyyətlərə malikdir. Cəmi 118 element müəyyən edilmişdir, ancaq 92 -si təbii olaraq meydana gəlir və 30 -dan az hissəsi canlı hüceyrələrdə olur. Qalan 26 element qeyri -sabitdir və buna görə də çox uzun müddət mövcud deyildir və ya nəzəri xarakter daşıyır və hələ aşkar edilməmişdir.

Hər bir element kimyəvi simvolu ilə təyin olunur (H, N, O, C və Na kimi) və özünəməxsus xüsusiyyətlərə malikdir. Bu unikal xüsusiyyətlər elementlərin bir -birlərinə xüsusi yollarla birləşməsinə və bağlanmasına imkan verir.


2.1 Atomlar, İzotoplar, İonlar və Molekullar: Bina Blokları

Bu hissənin sonunda aşağıdakıları edə biləcəksiniz:

  • Maddə və elementləri müəyyənləşdirin
  • Proton, neytron və elektron arasındakı qarşılıqlı əlaqəni təsvir edin
  • Elektronların atomlar arasında bağışlanmasının və ya paylaşılmasının yollarını müqayisə edin
  • Təbii olaraq meydana gələn elementlərin birləşərək molekullar, hüceyrələr, toxumalar, orqan sistemləri və orqanizmlər yaratmaq yollarını izah edin

Ən əsas səviyyədə həyat maddədən ibarətdir. Maddə, yer tutan və kütləsi olan hər hansı bir maddədir. Elementlər, adi kimyəvi reaksiyalar nəticəsində daha kiçik maddələrə parçalana bilməyən xüsusi kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlərə malik bənzərsiz maddə formalarıdır. 118 element var, ancaq 98 -i təbii olaraq baş verir. Qalan elementlər qeyri -sabitdir və elm adamlarından onları laboratoriyalarda sintez etmələrini tələb edir.

Hər bir element, tək bir böyük hərf olan kimyəvi simvolu ilə və ya ilk hərf başqa bir element tərəfindən "alındıqda" iki hərfin birləşməsi ilə təyin olunur. Bəzi elementlər, karbon üçün C və kalsium üçün Ca kimi element üçün İngilis terminini izləyir. Digər elementlərin kimyəvi simvolları Latın adlarından qaynaqlanır. Məsələn, natriumun simvolu Na -dır natrium, natrium üçün Latın sözü.

Bütün canlı orqanizmlər üçün ortaq olan dörd element oksigen (O), karbon (C), hidrogen (H) və azotdur (N). Canlı olmayan dünyada elementlər müxtəlif nisbətlərdə olur və Cədvəl 2.1 -də göstərildiyi kimi canlı orqanizmlər üçün ümumi olan bəzi elementlər bütövlükdə yer üzündə nisbətən nadirdir. Məsələn, atmosfer azot və oksigenlə zəngindir, lakin az karbon və hidrogen ehtiva edir, yer qabığında oksigen və az miqdarda hidrogen olsa da az azot və karbon var. Bolluq fərqlərinə baxmayaraq, bütün elementlər və aralarındakı kimyəvi reaksiyalar, canlı və ya cansız dünyanın bir parçası olmasından asılı olmayaraq eyni kimyəvi və fiziki qanunlara tabedir.

Element Həyat (İnsanlar) Atmosfer Yer qabığı
Oksigen (O) 65% 21% 46%
Karbon (C) 18% iz iz
Hidrogen (H) 10% iz 0.1%
Azot (N) 3% 78% iz

Atomun quruluşu

Elementlərin necə bir araya gəldiyini başa düşmək üçün əvvəlcə elementin ən kiçik komponenti və ya bina bloku olan atomu müzakirə etməliyik. Bir atom, elementin bütün kimyəvi xüsusiyyətlərini saxlayan ən kiçik maddə vahididir. Məsələn, bir qızıl atomu kimyəvi reaktivliyi kimi qızılın bütün xüsusiyyətlərinə malikdir. Bir qızıl sikkə, bir sikkə şəklində qəliblənmiş və az miqdarda çirk kimi tanınan digər elementləri ehtiva edən çox sayda qızıl atomudur. Qızılın xüsusiyyətlərini qoruyarkən qızıl atomlarını daha kiçik bir şeyə bölə bilmərik.

Bir atom iki bölgədən ibarətdir: atomun mərkəzində olan və proton və neytronlardan ibarət olan nüvə. Atomun ən kənar bölgəsi elektronlarını nüvə ətrafında orbitdə saxlayır, Şəkil 2.2 -də göstərildiyi kimi. Atomlar digər atomaltı hissəciklər arasında proton, elektron və neytron ehtiva edir. Hidrogen (H) ən ümumi izotopu yeganə istisnadır və neytronsuz bir proton və bir elektrondan ibarətdir.

Proton və neytronların kütləsi təxminən eyni, təxminən 1.67 × 10-24 qramdır. Elm adamları bu kütlə kütləsini özbaşına olaraq bir atom kütləsi vahidi (amu) və ya bir Dalton olaraq təyin edirlər. Kütlə baxımından oxşar olsa da, proton və neytron elektrik yükü ilə fərqlənir. Bir proton müsbət yüklüdür, neytron isə şarj edilməmişdir. Buna görə də, bir atomdakı neytronların sayı, kütləsinə əhəmiyyətli dərəcədə kömək edir, lakin yüklənməsinə deyil. Elektronların kütləsi protonlardan xeyli kiçikdir, çəkisi 9,11 × 10-28 qram və ya təxminən 1/1800 atom kütləsi vahididir. Beləliklə, bir elementin ümumi atom kütləsinə çox qatqı vermirlər. Buna görə də, atom kütləsini nəzərdən keçirərkən, hər hansı bir elektronun kütləsinə məhəl qoymamaq və yalnız proton və neytronların sayına görə atom kütləsini hesablamaq adətdir. Kütləyə əhəmiyyətli qatqı təmin etməsə də, elektronlar atomun yüklənməsinə böyük töhfə verir, çünki hər bir elektron protonun müsbət yükünə bərabər olan mənfi yükə malikdir. Zərərsiz, neytral atomlarda, nüvənin ətrafında fırlanan elektronların sayı nüvənin içindəki protonların sayına bərabərdir. Bu atomlarda, müsbət və mənfi yüklər bir -birini ləğv edərək, heç bir net yükü olmayan bir atoma səbəb olur.

Protonların, neytronların və elektronların ölçülərini nəzərə alsaq, atomun həcminin çoxu - yüzdə 99 -dan çoxu - boş yerdir. Bütün bu boş yerlərdə qatı cisimlərin niyə bir-birindən keçmədiyini soruşmaq olar. Bunu etməmələrinin səbəbi, bütün atomları əhatə edən elektronların mənfi yüklü olması və mənfi yüklərin bir -birini itələməsidir.

Atom sayı və kütləsi

Hər bir elementin atomları xarakterik sayda proton və elektron ehtiva edir. Protonların sayı, elm adamlarının bir elementi digərindən ayırmaq üçün istifadə etdikləri bir elementin atom nömrəsini təyin edir. Neytronların sayı dəyişkəndir və nəticədə eyni atomun fərqli formaları olan izotoplar əmələ gəlir, bunlar yalnız sahib olduqları neytronların sayına görə dəyişir. Şəkil 2.3 -də göstərildiyi kimi birlikdə, proton və neytronların sayı bir elementin kütlə sayını təyin edir. Nəzərə alın ki, kütlə sayının hesablanmasında elektronların kütlənin kiçik qatqısını nəzərə almırıq. Kütlənin sayından proton sayını çıxarmaqla elementin neçə neytrona malik olduğunu asanlıqla hesablamaq üçün bu kütlə yaxınlaşmasını istifadə edə bilərik. Bir elementin izotoplarının bir az fərqli kütlə sayı olacağı üçün elm adamları, təbii olaraq meydana gələn izotopları üçün kütlə sayının hesablanmış ortalaması olan atom kütləsini də təyin edirlər. Çox vaxt nəticədə alınan rəqəm bir hissədən ibarətdir. Məsələn, xlorun atom kütləsi (Cl) 35,45 -dir, çünki xlor bir neçə izotopdan ibarətdir, bəziləri (əksəriyyəti) atom kütləsi 35 (17 proton və 18 neytron) və bəziləri atom kütləsi 37 (17 proton və 20 neytron) .

Vizual Əlaqə

Karbon-12 və karbon-13-də sırasıyla neçə neytron var?

İzotoplar

İzotoplar, eyni sayda protona malik, lakin fərqli sayda neytrona malik olan bir elementin fərqli formalarıdır. Karbon, kalium və uran kimi bəzi elementlərin təbii olaraq meydana gələn izotopları var. Karbon-12 altı proton, altı neytron və altı elektron ehtiva edir, buna görə kütlə sayı 12 (altı proton və altı neytron) var. Karbon-14 altı proton, səkkiz neytron və atom kütləsi 14 olan altı elektrondan ibarətdir (altı proton və səkkiz neytron). Bu iki alternativ karbon forması izotoplardır. Bəzi izotoplar neytron, proton və elektron buraxa bilər və daha sabit bir atom konfiqurasiyasına (potensial enerjinin daha aşağı səviyyəsinə) çata bilər, bunlar radioaktiv izotoplar və ya radioizotoplardır. Radioaktiv tənəzzül (karbon-14, nəticədə azot-14 olmaq üçün çürüyür), qeyri-sabit bir atom nüvəsinin radiasiyanı buraxması nəticəsində meydana gələn enerji itkisini təsvir edir.

Təkamül Bağlantısı

Karbon tanışlığı

Karbon normal olaraq atmosferdə karbon qazı və metan kimi qazlı birləşmələr şəklində mövcuddur. Karbon-14 (14 C), atmosferdə 14 N (azot) atmosferindən bir neytronun əlavə edilməsi və kosmik şüalar səbəbiylə bir protonun itirilməsi nəticəsində yaranan təbii bir radioizotopdur. Bu davamlı bir prosesdir, buna görə də daha çox 14 C yaradılır. Canlı bir orqanizm, əvvəlcə fotosintez prosesində sabit olan karbon dioksid olaraq 14 C ehtiva etdiyi üçün bədənindəki nisbi 14 C atmosferdəki 14 C konsentrasiyasına bərabərdir. Bir orqanizm öldükdə, artıq 14 C -ni udmur, buna görə də 14 C -dən 14 C -ə qədər azalma, beta çürüməsi - elektron və ya pozitron emissiyası adlanan bir proses ilə tədricən 14 N -ə enəcək. Bu çürümə yavaş bir prosesdə enerji yayır.

Təxminən 5.730 ildən sonra, 14 C-lik başlanğıc konsentrasiyasının yarısı 14 N-ə çevriləcək. İzotopun orijinal konsentrasiyasının yarısının daha sabit formaya qayıtması üçün yarı ömrü deyirik. 14 C-nin yarı ömrü uzun olduğu üçün elm adamları köhnə sümüklər və ya ağac kimi əvvəllər yaşayan cisimlərlə tanış olmaq üçün istifadə edirlər. Bir cisimdəki 14 C konsentrasiyasının atmosferdəki 14 C ilə nisbətini müqayisə edərək, elm adamları hələ çürüməmiş izotopun miqdarını təyin edə bilərlər. Bu məbləğə əsaslanaraq, Şəkil 2.4 göstərir ki, təxminən 50.000 ildən çox köhnə deyilsə, pigment mamontu kimi materialın yaşını dəqiqliklə hesablaya bilərik. Digər elementlərin yarı ömrü fərqli olan izotopları var. Məsələn, 40 K (kalium-40) yarı ömrü 1.25 milyard il, 235 U (Uranium 235) isə təxminən 700 milyon il yarı ömrü var. Radiometrik tanışlıqdan istifadə edərək, elm adamları orqanizmlərin əvvəlki növlərdən necə əmələ gəldiyini anlamaq üçün fosillərin və ya nəsli kəsilmiş orqanizmlərin digər qalıqlarının yaşını öyrənə bilərlər.

Öyrənməyə keçid

Atomlar, izotoplar və bir izotopu digərindən necə ayırd etmək haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün simulyasiyanı yerinə yetirin.

Dövri Cədvəl

Dövri cədvəl müxtəlif elementləri təşkil edir və göstərir. 1869 -cu ildə rus kimyaçısı Dmitri Mendeleev (1834-1907) tərəfindən hazırlanan masa, bənzərsiz olsa da, müəyyən kimyəvi xüsusiyyətlərini digər elementlərlə bölüşən elementləri qruplaşdırır. Elementlərin xüsusiyyətləri otaq temperaturunda fiziki vəziyyətindən məsuldur: qazlar, bərk maddələr və ya mayelər ola bilər. Elementlər də özünəməxsus kimyəvi reaktivliyə, birləşmə və bir -biri ilə kimyəvi birləşmə qabiliyyətinə malikdir.

Şəkil 2.5 -dəki dövri cədvəldə elementlər atom nömrələrinə görə təşkil edilir və göstərilir və ortaq kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlərə əsaslanaraq bir sıra satır və sütunlar şəklində düzülür. Dövri cədvəl, hər bir element üçün atom nömrəsi təqdim etməklə yanaşı, elementin atom kütləsini də göstərir. Məsələn, karbona baxanda onun simvolu (C) və adı, altı atom nömrəsi (sol üst küncdə) və 12.01 atom kütləsi görünür.

Dövri cədvəl elementləri kimyəvi xüsusiyyətlərinə görə qruplaşdırır. Elm adamları, elementlər arasındakı kimyəvi reaktivlikdəki fərqləri bir atomun elektronlarının sayına və məkan bölgüsünə əsaslanır. Kimyəvi reaksiya verən və bir -birinə bağlanan atomlar molekullar əmələ gətirir. Molekullar kimyəvi olaraq bir -birinə bağlanmış iki və ya daha çox atomdur. Məntiqlə, iki atom kimyəvi olaraq bir molekul meydana gətirdikdə, hər bir atomun ən xarici bölgəsini meydana gətirən elektronları, atomlar kimyəvi bir bağ meydana gətirdikcə əvvəlcə bir araya gəlir.

Electron Shells və Bohr Modeli

Unutmayın ki, bir elementdəki protonların sayı, bir elementi digərindən fərqləndirən atom nömrəsi ilə malik olduğu elektronların sayı arasında bir əlaqə var. Bütün elektrik neytral atomlarda elektronların sayı protonların sayı ilə eynidir. Beləliklə, hər bir element, ən azından elektrik neytral olduqda, atom nömrəsinə bərabər olan xarakterik elektron sayına malikdir.

1913 -cü ildə Danimarkalı alim Niels Bohr (1885-1962) atomun erkən modelini hazırladı. Bohr modeli, Şəkil 2.6 -da göstərildiyi kimi, atomu proton və neytronlardan ibarət olan mərkəzi nüvə olaraq göstərir, elektronlar nüvədən müəyyən məsafələrdə dairəvi orbitalda olur. Bu orbitlər, elektron qabıqlarını və ya enerji səviyyələrini meydana gətirir ki, bu da ən xarici qabıqlardakı elektronların sayını görselleştirmenin bir yoludur. Bu enerji səviyyələri bir rəqəm və "n" işarəsi ilə təyin olunur. Məsələn, 1n, nüvəyə ən yaxın yerləşən ilk enerji səviyyəsini təmsil edir.

Elektronlar orbitalları ardıcıl bir ardıcıllıqla doldururlar: əvvəlcə nüvəyə ən yaxın olan orbitalları doldururlar, sonra nüvədən daha da artan enerjinin orbitallarını doldurmağa davam edirlər. Bərabər enerjiyə malik bir çox orbital varsa, ikinci bir elektron əlavə etməzdən əvvəl hər bir enerji səviyyəsində bir elektronla doldururlar. Ən xarici enerji səviyyəsindəki elektronlar, atomun enerji sabitliyini və molekullar yaratmaq üçün digər atomlarla kimyəvi bağlar qurma meylini təyin edir.

Standart şərtlərdə, atomlar əvvəlcə daxili qabıqları doldurur və çox vaxt ən xarici qabıqda çox sayda elektron olur. Daxili qabığın maksimum iki elektronu var, lakin sonrakı iki elektron qabığının hər birində maksimum səkkiz elektron ola bilər. Bu, ən daxili qabıq istisna olmaqla, atomların valentlik qabığında səkkiz elektron, ən xarici elektron qabığı olduqda, enerjili olaraq daha sabit olduqlarını bildirən oktet qaydası olaraq bilinir. Şəkil 2.7 bəzi neytral atomların nümunələrini və onların elektron konfiqurasiyasını göstərir. Diqqət yetirin ki, Şəkil 2.7 -də heliumun ilk və yeganə qabığını dolduran iki elektronun olduğu tam bir xarici elektron qabığı var. Eynilə, neonun səkkiz elektrondan ibarət tam xarici 2n qabığı var. Bunun əksinə olaraq, xlor və natriumun xarici qabıqlarında sırasıyla yeddi və bir var, lakin oktet qaydasına əməl etsələr və səkkiz olsalar nəzəri cəhətdən daha enerjili sabit olarlar.

Vizual Əlaqə

Bir atom, ən sabit elektron konfiqurasiyası olan tam bir valentlik qabığı əldə etmək üçün başqa bir atomla elektron verə bilər, ala bilər və ya paylaşa bilər. Bu rəqəmə baxsaq, sabit elektron konfiqurasiyasına nail olmaq üçün 1 -ci qrupdakı elementlərin neçə elektronunu itirməsi lazımdır? Sabit bir konfiqurasiya əldə etmək üçün 14 və 17 qruplardakı elementlərin neçə elektron əldə etməsi lazımdır?

Dövri cədvəlin təşkilatlanmasının protonların (və elektronların) ümumi sayına əsaslandığını anlamaq, elektronların qabıqlar arasında necə paylandığını bilməyimizə kömək edir. Dövri cədvəl elektronların sayına və yerləşməsinə görə sütun və satır şəklində düzülmüşdür. Şəkil 2.5 -də cədvəlin ən sağ sütunundakı bəzi elementləri daha yaxından araşdırın. 18 qrupu helium (He), neon (Ne) və argon (Ar) hamısı xarici elektron qabıqlarını doldurduqları üçün sabitlik əldə etmək üçün digər atomlarla elektron paylaşmalarını lazımsız hala gətirdilər. Tək atomlar kimi olduqca sabitdirlər. Reaktiv olmadıqları üçün elm adamları onları inert (və ya nəcib qazlar) qazanırlar. Bunu sol sütundakı qrup 1 elementləri ilə müqayisə edin. Hidrogen (H), lityum (Li) və sodyum (Na) daxil olmaqla bu elementlərin hamısının ən xarici qabıqlarında bir elektron var. Bu o deməkdir ki, bir elektronu başqa bir atom və ya su kimi bir molekula bağışlayaraq və ya paylaşaraq sabit bir konfiqurasiya və dolu bir xarici qabıq əldə edə bilərlər. Hidrogen bu konfiqurasiyanı əldə etmək üçün elektronunu bağışlayacaq və ya paylaşacaq, lityum və natrium isə sabit olmaq üçün elektronunu bağışlayacaq. Mənfi yüklənmiş bir elektronun itirilməsi nəticəsində müsbət yüklü ionlara çevrilirlər. Flor və xlor da daxil olmaqla, qrup 17 elementlərinin ən xarici qabıqlarında yeddi elektron var, buna görə də bu qabığı digər atomlardan və ya molekullardan bir elektronla doldurmağa meyllidirlər ki, bu da onları mənfi yüklü ionlara çevirir. Yaşayan sistemlər üçün karbonun ən önəmli olduğu 14 -cü qrup elementlərinin xarici qabığında digər atomlarla bir neçə kovalent bağ (aşağıda müzakirə ediləcək) qurmağa imkan verən dörd elektron var. Beləliklə, dövri cədvəlin sütunları oxşar kimyəvi xüsusiyyətlərindən məsul olan bu elementlərin xarici elektron qabıqlarının potensial paylaşılan vəziyyətini əks etdirir.

Elektron Orbitalları

Bohr modeli, müəyyən elementlərin reaktivliyini və kimyəvi bağlanmasını izah etmək üçün faydalı olsa da, elektronların nüvə ətrafında məkan olaraq necə paylandığını dəqiq əks etdirmir. Nüvəni, yerin Günəşin ətrafında fırladığı kimi dövrə vurmurlar, amma biz onları elektron orbitallarında görürük. Bu nisbətən mürəkkəb formalar, elektronların yalnız hissəciklər kimi deyil, həm də dalğalar kimi davranmasından qaynaqlanır. Elm adamlarının dalğa funksiyaları adlandırdıqları kvant mexanikasının riyazi tənlikləri, bir elektronun istənilən vaxt ola biləcəyi müəyyən bir ehtimal səviyyəsində proqnoz verə bilər. Elm adamları bir elektronun ən çox ehtimal edildiyi bölgəni orbital adlandırırlar.

Xatırladaq ki, Bohr modeli bir atomun elektron qabığı konfiqurasiyasını əks etdirir. Hər bir elektron qabığının içərisində alt qabıqlar var və hər bir alt qabığın içərisində müəyyən miqdarda elektron olan orbital var. Bir elektronun yerini tam olaraq hesablamaq mümkün olmasa da, elm adamları bilirlər ki, çox güman ki, orbital yol daxilindədir. S hərfi, səh, df alt qovluqları təyin edin. The s Subhell sferik formadadır və bir orbitala malikdir. Əsas kabuk 1n yalnız bir dənəyə malikdir s orbital, iki elektron tuta bilir. Əsas qabığın 2n biri var s və bir səh subshell və cəmi səkkiz elektron tuta bilər. The səh subshell, şəkil 2.8-də göstərildiyi kimi, üç dambıl şəklində orbitala malikdir. Alt təbəqələr df daha mürəkkəb formalara malikdir və sırasıyla beş və yeddi orbitaldan ibarətdir. Şəkildə bunları göstərmirik. Əsas qabıq 3n var s, səhd alt qabıqlar və 18 elektron tuta bilir. Əsas shell 4n var s, səh, df orbitaldır və 32 elektron tuta bilir. Nüvədən uzaqlaşaraq enerji səviyyəsindəki elektronların və orbitalların sayı artır. Dövri cədvəldə bir atomdan digərinə irəliləyərək, bir sonrakı orbitala əlavə bir elektron yerləşdirərək elektron quruluşunu təyin edə bilərik.

Nüvəyə ən yaxın orbital olan 1s orbitalı iki elektron tuta bilir. Bu orbital, Bohr modelinin ən içindəki elektron qabığına bərabərdir. Elm adamları bunu 1 -ci adlandırırlars nüvə ətrafında sferik olduğu üçün orbitaldır. 1s orbital nüvəyə ən yaxın orbitaldır və hər hansı digər orbital dolmadan əvvəl həmişə doldurulur. Hidrogenin bir elektronu var, 1 -də yalnız bir nöqtəni tuturs orbital. Bunu 1 olaraq təyin ediriks 1, yuxarıda yazılan 1 1 -in içərisində olan bir elektronu ifadə edirs orbital. Heliumun iki elektronu var, buna görə də 1 -i tamamilə doldura bilərs iki elektronu ilə orbitaldır. Bunu 1 olaraq təyin ediriks 2, 1 -də heliumun iki elektronuna istinad edirs orbital. Periyodik cədvəldə Şəkil 2.5, hidrogen və helium birinci cərgədəki (dövr) yeganə iki elementdir. Bunun səbəbi, yalnız ilk qabığında, 1 -də elektronların olmasıdırs orbital. Hidrogen və helium 1 -ə malik olan yalnız iki elementdirs və elektrik neytral vəziyyətdə olan digər elektron orbitalları yoxdur.

İkinci elektron qabığında səkkiz elektron ola bilər. Bu qabıqda başqa bir kürə var s orbital və üç "dumbbell" şəklində səh Şəkil 2.8 -də göstərildiyi kimi hər biri iki elektron tuta bilən orbitallar. 1 -dən sonras orbital doldurur, ikinci elektron qabığı doldurur, əvvəlcə 2 -ni doldururs orbital və sonra üçü səh orbitallar. Doldurarkən səh orbitallar, hər biri bir elektron alır. Hər biri bir dəfə səh orbitalın bir elektronu var, bir saniyə əlavə edə bilər. Lityum (Li) birinci və ikinci qabıqları tutan üç elektrondan ibarətdir. 1 -i iki elektron doldururs orbital və üçüncü elektron daha sonra 2 -ni doldururs orbital. Onun elektron konfiqurasiyası 1 -dirs 2 2s 1. Neon (Ne), alternativ olaraq, cəmi on elektrona malikdir: ikisi ən içindəki 1 -dirs orbital və səkkiz ikinci qabığını doldurur (hər biri 2 -dəs və üç səh orbitallar). Beləliklə, digər atomlarla nadir hallarda kimyəvi bir bağ quracaq tək bir atom kimi təsirsiz bir qazdır. Daha böyük elementlər, üçüncü elektron qabığından ibarət olan əlavə orbitallara malikdir. Elektron qabıqlar və orbitallar anlayışları bir -biri ilə sıx bağlı olsa da, orbitallar atomun elektron konfiqurasiyasını daha dəqiq təsvir edir, çünki orbital model elektronların tuta biləcəyi bütün yerlərin fərqli formalarını və xüsusi istiqamətlərini ifadə edir.

Öyrənməyə keçid

P və s orbitallarının məkan tənzimlənməsini görmək üçün bu vizual animasiyanı izləyin.

Kimyəvi reaksiyalar və molekullar

Bütün elementlər, ən xarici qabığı oktet qaydasına uyğun olaraq elektronlarla doldurulduqda ən sabitdir. Bunun səbəbi, atomların bu konfiqurasiyada olması enerji baxımından əlverişlidir və onları sabit hala gətirir. Bununla birlikdə, bütün elementlərin ən xarici qabıqlarını doldurmaq üçün kifayət qədər elektronları olmadığından, atomlar sabit bir elektron konfiqurasiyasına çatmaq üçün lazım olan elektronları əldə edərək digər atomlarla kimyəvi bağlar qurur. İki və ya daha çox atom kimyəvi olaraq bir -biri ilə bağlandıqda, nəticədə meydana gələn kimyəvi quruluş molekuldur. Tanış su molekulu H2O, iki hidrogen atomu və bir oksigen atomundan ibarətdir. Şəkil 2.9 -da göstərildiyi kimi bunlar bir -biri ilə birləşərək su əmələ gətirir. Atomlar, xarici qabıqlarını doldurmaq üçün elektron bağışlayaraq, qəbul edərək və ya paylaşaraq molekullar yarada bilərlər.

Kimyəvi reaksiyalar iki və ya daha çox atomun birləşərək molekullar əmələ gətirməsi və ya bağlanmış atomların parçalanması nəticəsində meydana gəlir. Elm adamları kimyəvi reaksiyanın əvvəlində istifadə olunan maddələri reaktivlər (adətən kimyəvi tənliyin sol tərəfində) adlandırırlar, biz isə maddələrin sonunda olan maddələri (adətən kimyəvi tənliyin sağ tərəfində) adlandırırıq. Kimyəvi reaksiyanın istiqamətini göstərmək üçün adətən reaktivlər və məhsullar arasında bir ox çəkirik. Bu istiqamət həmişə "birtərəfli küçə" deyil. Yuxarıdakı su molekulunu yaratmaq üçün kimyəvi tənlik:

Sadə bir kimyəvi reaksiyanın nümunəsi, hər biri iki oksigen atomuna bağlanmış iki hidrogen atomundan ibarət olan hidrogen peroksid molekullarını parçalamaqdır.2O2). Reaktiv hidrogen peroksid suya parçalanır, tərkibində iki hidrogen atomuna bağlı bir oksigen atomu (H2O) və oksigen, iki bağlı oksigen atomundan (O2). Aşağıdakı tənlikdə reaksiya iki hidrogen peroksid molekulu və iki su molekulunu ehtiva edir. Bu, hər bir elementin atom sayının tənliyin hər tərəfində eyni olduğu balanslaşdırılmış bir kimyəvi tənliyə nümunədir. Maddənin qorunması qanununa görə, kimyəvi reaksiyadan əvvəl və sonra olan atomların sayı bərabər olmalıdır ki, normal şəraitdə heç bir atom yaradılmasın və məhv edilməsin.

Bu reaksiyanın bütün reaktivləri və məhsulları molekullar olsa da (hər bir atom ən azı bir başqa atomla bağlı olaraq qalır), bu reaksiyada yalnız hidrogen peroksid və su birləşmələrin nümayəndələridir: tərkibində birdən çox element elementi olan atomlar var. Molekulyar oksigen, alternativ olaraq, Şəkil 2.10 -da göstərildiyi kimi, ikiqat bağlı oksigen atomlarından ibarətdir və bir birləşmə olaraq deyil, homonükleer bir molekul olaraq təsnif edilir.

Yuxarıdakı kimi bəzi kimyəvi reaksiyalar, bütün reaktivləri sərf edənə qədər bir istiqamətdə gedə bilər. Bu reaksiyaları təsvir edən tənliklər bir istiqamətli oxdan ibarətdir və geri dönməzdir. Geri çevrilə bilən reaksiyalar hər iki istiqamətdə gedə bilənlərdir. Geri çevrilən reaksiyalarda reaktivlər məhsula çevrilir, ancaq məhsulun konsentrasiyası müəyyən bir həddi keçdikdə (xüsusi reaksiyanın xüsusiyyəti), bu məhsulların bir qismi yenidən reaktivlərə çevrilir. Bu nöqtədə məhsul və reaktiv təyinatları tərsinə çevrilir. Bu geri və irəli reaktivlər və məhsullar arasında müəyyən nisbi tarazlıq yaranana qədər davam edir - tarazlıq deyilən bir vəziyyət. Həm reaktivlərə, həm də məhsullara işarə edən iki başlı oxlu bir kimyəvi tənlik, tez -tez bu geri çevrilə bilən reaksiya vəziyyətlərini ifadə edir.

Məsələn, insan qanındakı artıq hidrogen ionları (H +) bikarbonat ionlarına (HCO) bağlanır.3 -) karbon turşusu (H2CO3). Bu sistemə karbon turşusu əlavə etsək, onun bir hissəsi bikarbonat və hidrogen ionlarına çevrilərdi.

Bununla birlikdə, bioloji reaksiyalar nadir hallarda tarazlıq əldə edir, çünki reaktivlərin və ya məhsulların və ya hər ikisinin konsentrasiyası daim dəyişir, çox vaxt bir reaksiya məhsulu digərinə reaktivdir. Qandakı artıq hidrogen ionları nümunəsinə qayıtmaq üçün karbon turşusu meydana gətirmək reaksiyanın əsas istiqaməti olacaq. Bununla birlikdə, karbon turşusu, yenidən bikarbonat ionuna çevrilmək əvəzinə, karbon qazı olaraq (ekshalasiya yolu ilə) bədəndən çıxa bilər və beləliklə kütləvi hərəkət qanunu ilə reaksiyanı sağa yönəldir. Bu reaksiyalar qanımızda homeostazın qorunması üçün vacibdir.

İonlar və İon Bağları

Bəzi atomlar bir elektron (və ya bəlkə də iki) qazandıqda və ya itirdikdə daha sabit olurlar. Bu, onların ən xarici elektron qabığını doldurur və enerjili olaraq daha sabit edir. Elektronların sayı protonların sayına bərabər olmadığı üçün hər bir ionun net yükü var. Kationlar, elektron itirməklə əmələ gələn müsbət ionlardır. Mənfi ionlar, anion dediyimiz elektronları əldə edərək əmələ gəlir. Anionları elementar adları ilə təyin edirik və sonunu "-ide" olaraq dəyişdiririk, beləliklə xlorun anionu xlorid, kükürdün anionu isə sulfiddir.

Elm adamları, elektronların bir elementdən digərinə keçməsini elektron köçürmə adlandırırlar. Şəkil 2.11 -də göstərildiyi kimi, natriumun (Na) xarici elektron qabığında yalnız bir elektron var. Sodyumun bir elektron bağışlaması, xarici qabığı doldurmaq üçün yeddi daha çox elektron qəbul etməsindən daha az enerji tələb edir. Sodyum bir elektron itirərsə, indi 11 protonu, 11 neytronu və cəmi 10 elektronu var və ümumi yükü +1 olaraq qalır. İndi bir natrium ionu olaraq adlandırırıq. Ən aşağı enerji vəziyyətində olan xlorun (Cl) xarici qabığında yeddi elektron var. Yenə xlorun bir elektron əldə etməsi yeddi itirməkdən daha enerjiyə qənaətlidir. Buna görə də, 17 proton, 17 neytron və 18 elektrondan ibarət olan bir ion yaratmaq üçün bir elektron qazanmağa meyllidir və ona xalis mənfi (-1) yük verir. İndi buna xlorid ionu deyirik. Bu nümunədə, natrium qabığını boşaltmaq üçün bir elektronunu bağışlayacaq və xlor, qabığını doldurmaq üçün həmin elektronu qəbul edəcək. Hər iki ion indi octet qaydasını yerinə yetirir və ən xarici qabıqlara malikdir. Elektronların sayı artıq protonların sayına bərabər olmadığından, hər biri artıq bir iondur və +1 (natrium katyonu) və ya –1 (xlor anion) yükünə malikdir. Qeyd edək ki, bu əməliyyatlar normalda yalnız eyni vaxtda baş verə bilər: bir natrium atomunun bir elektronunu itirməsi üçün xlor atomu kimi uyğun bir alıcının yanında olmalıdır.

İon bağları əks yüklü ionlar arasında əmələ gəlir. Məsələn, pozitiv yüklənmiş natrium ionları və mənfi yüklü xlorid ionları bir -birinə bağlanaraq natrium xlorid və ya süfrə duzunun kristallarını əmələ gətirərək sıfır xalis yüklü bir kristal molekul yaradır.

Fizioloqlar müəyyən duzları elektrolitlər (natrium, kalium və kalsium daxil olmaqla), sinir impulslarının ötürülməsi, əzələlərin daralması və su balansı üçün lazım olan ionlar adlandırırlar. Bir çox idman içkisi və pəhriz əlavələri, məşq zamanı tərləmə ilə bədəndən itirilənləri əvəz etmək üçün bu ionları təmin edir.

Kovalent istiqrazlar və digər istiqrazlar və qarşılıqlı təsirlər

Sekizlik qaydasını yerinə yetirməyin başqa bir yolu, kovalent bağlar yaratmaq üçün atomlar arasında elektron paylaşmaqdır. Bu bağlar canlı orqanizmlərin molekullarında olan ion bağlarından daha güclü və daha çox yayılmışdır. Ümumiyyətlə, DNT və zülallarımız kimi karbon əsaslı üzvi molekullarda kovalent bağlar tapırıq. We also find covalent bonds in inorganic molecules like H2O, CO2və O2. The bonds may share one, two, or three pairs of electrons, making single, double, and triple bonds, respectively. The more covalent bonds between two atoms, the stronger their connection. Thus, triple bonds are the strongest.

The strength of different levels of covalent bonding is one of the main reasons living organisms have a difficult time in acquiring nitrogen for use in constructing their molecules, even though molecular nitrogen, N2, is the most abundant gas in the atmosphere. Molecular nitrogen consists of two nitrogen atoms triple bonded to each other and, as with all molecules, sharing these three pairs of electrons between the two nitrogen atoms allows for filling their outer electron shells, making the molecule more stable than the individual nitrogen atoms. This strong triple bond makes it difficult for living systems to break apart this nitrogen in order to use it as constituents of proteins and DNA.

Forming water molecules provides an example of covalent bonding. Covalent bonds bind the hydrogen and oxygen atoms that combine to form water molecules as Figure 2.9 shows. The electron from the hydrogen splits its time between the hydrogen atoms' incomplete outer shell and the oxygen atoms' incomplete outer shell. To completely fill the oxygen's outer shell, which has six electrons but which would be more stable with eight, two electrons (one from each hydrogen atom) are needed: hence, the well-known formula H2O. The two elements share the electrons to fill the outer shell of each, making both elements more stable.

Öyrənməyə keçid

View this short video to see an animation of ionic and covalent bonding.

Polar Covalent Bonds

There are two types of covalent bonds: polar and nonpolar. In a polar covalent bond , Figure 2.12 shows atoms unequally share the electrons and are attracted more to one nucleus than the other. Because of the unequal electron distribution between the atoms of different elements, a slightly positive (δ+) or slightly negative (δ–) charge develops. This partial charge is an important property of water and accounts for many of its characteristics.

Water is a polar molecule, with the hydrogen atoms acquiring a partial positive charge and the oxygen a partial negative charge. This occurs because the oxygen atom's nucleus is more attractive to the hydrogen atoms' electrons than the hydrogen nucleus is to the oxygen’s electrons. Thus, oxygen has a higher electronegativity than hydrogen and the shared electrons spend more time near the oxygen nucleus than the hydrogen atoms' nucleus, giving the oxygen and hydrogen atoms slightly negative and positive charges, respectively. Another way of stating this is that the probability of finding a shared electron near an oxygen nucleus is more likely than finding it near a hydrogen nucleus. Either way, the atom’s relative electronegativity contributes to developing partial charges whenever one element is significantly more electronegative than the other, and the charges that these polar bonds generate may then be used to form hydrogen bonds based on the attraction of opposite partial charges. (Hydrogen bonds, which we discuss in detail below, are weak bonds between slightly positively charged hydrogen atoms to slightly negatively charged atoms in other molecules.) Since macromolecules often have atoms within them that differ in electronegativity, polar bonds are often present in organic molecules.

Nonpolar Covalent Bonds

Nonpolar covalent bonds form between two atoms of the same element or between different elements that share electrons equally. For example, molecular oxygen (O2) is nonpolar because the electrons distribute equally between the two oxygen atoms.

Figure 2.12 also shows another example of a nonpolar covalent bond—methane (CH4). Carbon has four electrons in its outermost shell and needs four more to fill it. It obtains these four from four hydrogen atoms, each atom providing one, making a stable outer shell of eight electrons. Carbon and hydrogen do not have the same electronegativity but are similar thus, nonpolar bonds form. The hydrogen atoms each need one electron for their outermost shell, which is filled when it contains two electrons. These elements share the electrons equally among the carbons and the hydrogen atoms, creating a nonpolar covalent molecule.

Hydrogen Bonds and Van Der Waals Interactions

Ionic and covalent bonds between elements require energy to break. Ionic bonds are not as strong as covalent, which determines their behavior in biological systems. However, not all bonds are ionic or covalent bonds. Weaker bonds can also form between molecules. Two weak bonds that occur frequently are hydrogen bonds and van der Waals interactions. Without these two types of bonds, life as we know it would not exist. Hydrogen bonds provide many of the critical, life-sustaining properties of water and also stabilize the structures of proteins and DNA, the building block of cells.

When polar covalent bonds containing hydrogen form, the hydrogen in that bond has a slightly positive charge because hydrogen’s electron is pulled more strongly toward the other element and away from the hydrogen. Because the hydrogen is slightly positive, it will be attracted to neighboring negative charges. When this happens, a weak interaction occurs between the hydrogen's δ + from one molecule and the molecule's δ – charge on another molecule with the more electronegative atoms, usually oxygen. Scientists call this interaction a hydrogen bond . This type of bond is common and occurs regularly between water molecules. Individual hydrogen bonds are weak and easily broken however, they occur in very large numbers in water and in organic polymers, creating a major force in combination. Hydrogen bonds are also responsible for zipping together the DNA double helix.

Like hydrogen bonds, van der Waals interactions are weak attractions or interactions between molecules. Van der Waals attractions can occur between any two or more molecules and are dependent on slight fluctuations of the electron densities, which are not always symmetrical around an atom. For these attractions to happen, the molecules need to be very close to one another. These bonds—along with ionic, covalent, and hydrogen bonds—contribute to the proteins' three-dimensional structure in our cells that is necessary for their proper function.

Career Connection

Pharmaceutical Chemist

Pharmaceutical chemists are responsible for developing new drugs and trying to determine the mode of action of both old and new drugs. They are involved in every step of the drug development process. We can find drugs in the natural environment or we can synthesize them in the laboratory. In many cases, chemists change potential drugs from nature chemically in the laboratory to make them safer and more effective, and sometimes synthetic versions of drugs substitute for the version we find in nature.

After a drug's initial discovery or synthesis, the chemist then develops the drug, perhaps chemically altering it, testing it to see if it is toxic, and then designing methods for efficient large-scale production. Then, the process of approving the drug for human use begins. In the United States, the Food and Drug Administration (FDA) handles drug approval. This involves a series of large-scale experiments using human subjects to ensure the drug is not harmful and effectively treats the condition for which it is intended. This process often takes several years and requires the participation of physicians and scientists, in addition to chemists, to complete testing and gain approval.

An example of a drug that was originally discovered in a living organism is Paclitaxel (Taxol), an anti-cancer drug used to treat breast cancer. This drug was discovered in the bark of the pacific yew tree. Another example is aspirin, originally isolated from willow tree bark. Finding drugs often means testing hundreds of samples of plants, fungi, and other forms of life to see if they contain any biologically active compounds. Sometimes, traditional medicine can give modern medicine clues as to where to find an active compound. For example, mankind has used willow bark to make medicine for thousands of years, dating back to ancient Egypt. However, it was not until the late 1800s that scientists and pharmaceutical companies purified and marketed the aspirin molecule, acetylsalicylic acid, for human use.

Occasionally, drugs developed for one use have unforeseen effects that allow usage in other, unrelated ways. For example, scientists originally developed the drug minoxidil (Rogaine) to treat high blood pressure. When tested on humans, researchers noticed that individuals taking the drug would grow new hair. Eventually the pharmaceutical company marketed the drug to men and women with baldness to restore lost hair.

A pharmaceutical chemist's career may involve detective work, experimentation, and drug development, all with the goal of making human beings healthier.


Appendix 1 List of Geologically Important elements and the Periodic Table

Aşağıdakı cədvələ, atom nömrəsi və ən sabit izotopunun atom kütləsi ilə birlikdə element adına görə əlifba sırası ilə sıralanan 36 geoloji əhəmiyyətli element daxildir.

Geoloji cəhətdən ən vacib elementlər qalınlaşdırılır və silikat minerallarının səkkiz əsas elementi ulduzla (*) müəyyən edilir.

Simvol Name Atom nömrəsi Atomic Mass
Əl* Aluminum 13 27
Kimi Arsenic 33 75
Ba Barium 56 137
Ol Berilyum 4 9
B Bor 5 11
Cd Kadmiyum 48 112
Ca* Kalsium 20 40
C Carbon 6 12
Cl Xlor 17 35
Cr Xrom 24 52
Co Cobalt 27 59
Cu Mis 29 64
F Un 9 19
Au Qızıl 79 197
O Helium 2 4
H Hydrogen 1 1
Fe* Dəmir 26 56
Pb Qurğuşun 82 207
Mg* Maqnezium 12 24
Mn Manganese 25 55
Mo Molibden 42 96
Yox Neon 10 20
Ni Nickel 28 59
N. Nitrogren 7 14
O* Oksigen 8 16
P Fosfor 15 31
Pt Platin 78 195
K* Kalium 19 39
Si* Silicon 14 28
Ag Gümüş 47 108
Na* Natrium 11 23
Sr Stronsium 38 88
S Kükürd 16 32
Ti Titanium 22 48
U Uran 92 238
Zn Sink 30 65

Dövri cədvəl, atom konfiqurasiyasına görə qruplara bölünmüş bütün elementlərin siyahısıdır. In this table the elements are colour-coded according to their chemical and physical properties.


Frequently Asked Questions (FAQs) about Atomic Structure

What are the names of scientists who discovered electron, proton and neutron?

Which sub-atomic particle has minus one charge and negligible mass?

What is the charge on proton and neutron?

Which model of atomic structure is called plum-pudding model or water-melon model?

Which model of atomic structure is also called nuclear model of atom?

Which model of atomic structure proposed that certain special orbits of electrons are found inside the atom?

Which term refers to the total of protons and neutrons in the nucleus of an atom?

Which term is used for atoms having the same mass number and different atomic number?

Which term is used for atoms of the same element having same atomic numbers (Z) and different mass number (A)?

Which isotope is used in the treatment of cancer?


Videoya baxın: Можно ли увидеть атомы по отдельности?