Atomin rakenne
Atomimallin historiaa
Dalton 1803
+
+
+
+
+
+
Thomson 1904
- Rusinapullamalli
- Positiiviset ja negatiiviset varaukset
- atomikäsite otettiin käyttöön
Rutherford 1911
- Planetaarinen malli
- positiivisesti varautunut ydin
Bohr 1913
- energiatasot
Schrödinger 1926
- kvanttimekaaninen atomimalli
- elektronipilvi
Chadwick 1932
- protonit ja neutronit
Demokritos 400 e.a.a.
- esitti ensimmäisenä, että ainetta ei voida pilkkoa loputtomasti pienempiin osiin
- aine koostui katoamattomista, jakamattomista ja ikuisesti muuttumattomista hiukkasista "atomos" (suom. jakamaton)
- eri hiukkasilla on erilaiset muodot ja koot
- hiukkasten koko, muoto ja liikkuvuus määrittävät aineen ominaisuudet
Aristoteles 340 e.a.a.
- ei uskonut atomien olemassa oloon
- kaikki aine koostui neljästä peruselementistä tulesta, vedestä, maasta ja ilmasta, joilla on neljä ominaisuutta kuuma, kostea, kuiva ja kylmä
Maa
Vesi
Tuli
Ilma
kylmä
kuuma
kostea
kuiva
- Aine koostuu erittäin pienistä hiukkasista, joita kutsutaan atomeiksi.
- Tietyn alkuaineen kaikkien atomien koko, massa ja muut ominaisuudet ovat identtisiä.
- Atomit ovat pysyviä ja jakamattomia, eikä niitä voi luoda tai tuhota.
- Eri alkuaineiden atomit muodostavat yhdisteitä kiinteässä suhteessa.
- Kemialllisessa reaktiossaatomit yhdistyvät, eroavat tai uudelleen järjestätyvät.
Dalton 1803
- otti käyttöön atomikäsitteen
- laski atomipainoja
+
+
+
+
+
+
Thomson 1904
- löysi elektronin
- Rusinapullamalli
- Positiiviset ja negatiiviset varaukset
- Nobelin palkinto 1906
katodisädeputki
Rutherford 1911
- Planetaarinen malli
- löysi atomin positiivisesti varautuneen ytimen, jota elektronit kiertävät
- löysi protonin
- Nobel-palkinto 1908
Bohr 1913
- kehitti Rutherfordin mallia eteenpäin esittämällä, että elektronit kiertävät ydintä radoillaan
- kullakin radalla on oma energiatasonsa ja kun elektroni siirtyy radalta toiselle, vapautuu valoa
- Nobel-palkinto 1922
Schrödinger 1926
- Schrödingerin aaltoyhtälö
- kvanttimekaaninen atomimalli
- elektronipilvi
- elektronit muodostavat atomin ympärille todennäköisyyspilviä, eikä koskaan voida tarkasti tietää, missä elektroni sijaitsee
- Nobel-palkinto 1933
Chadwick 1932
- löysi atomin ytimestä neutronin
- Nobel-palkinto 1935
Atomin rakenne
elektroni
Ydin
protonit
neutronit
Nukleoni
Kvarkki
Kuorimalli
1. kuorella
2\cdot 1^2 = 2
elektronia
...
2. kuorella
2\cdot 2^2 = 8
2\cdot n^2 = 2n^2
2\cdot 4^2 = 32
2\cdot 3^2 = 18
3. kuorella
4. kuorella
n. kuorella
elektronia
elektronia
elektronia
elektronia
K
L
M
N
E
K
L
M
Kvanttimekaaninen atomimalli
- elektronit sijaitsevat atomiytimen ympärillä olevassa elektronipilvessä
- atomin rakenneosien vuorovaikutusta säätelevät näiden hiukkasten sähköiset ja magneettiset ominaisuudet
- atomin jokainen elektroni voi saada vain tiettyjä energia-arvoja
Kvanttimekaaninen atomimalli
atomiorbitaali
e
n
e
r
g
i
a
pääkuori
= se avaruuden osa, jossa elektroni todennäköisimmin esiintyy
- kaikilla saman pääkuoren elektroneilla lähes sama energia
- mitä suurempi pääkuoren numero n, sitä kauempana atomin ytimestä
1
2
3
Kvanttimekaaninen atomimalli
pääkvanttiluku (n)
- elektronikuoren keskimääräinen energia
- voi saada arvoja 1, 2, 3, ...
e
n
e
r
g
i
a
1
2
3
sivukvanttiluku (l)
- kuvaa orbitaalin muotoa
- s, p, d, f
- voi saada arvoja
s
p
d
magneettinen kvanttiluku ( )
m_l
- kuvaa elektronin sijaintia magneettikentässä
- esim.
- voi saada arvoja
p_x, p_y, p_z
p_x
p_y
p_z
spinkvanttiluku
- samalla orbitaalilla olevilla elektroneilla on aina eri spinit
- voi saada arvoja
0,1, 2,...,n-1
0,\pm1, \pm2,..., \pm l
\pm\frac{1}{2}
e
n
e
r
g
i
a
1
2
3
Kvanttimekaaninen atomimalli
sivukuori
= orbitaali, jolla on sama pää- ja sivukvanttiluku
Orbitaalien mallintaminen
- orbitaaleja kuvataan piirroksilla, jotka havainnollistavat elektronitiheyttä atomiytimen ympärillä
- elektronitiheys voidaan määrittää kokeellisesti, mutta orbitaalia ei
Elektronirakenteen kirjoittaminen
- Minimienergiaperiaate: Elektroni asettuu aina atomin energialtaan alimmalle orbitaalille.
- Hundin sääntö: orbitaaleille, joilla on sama energia, asettuu aina ensin vain yksi elektroni.
- Paulin kieltosääntö: Samalle orbitaalille ei voi asettua enempää kuin kaksi elektronia.
1s
3s
2s
5s
4s
6s
2p
3p
5p
6p
4p
3d
5d
6d
4d
5f
6f
4f
Muutokset atomin elektronirakenteessa
-
atomit pyrkivät oktettiin eli uloimman kuoren elektronirakenteeseen, jossa s- ja p-orbitaalit ovat täynnä
- oktetti on energeettisesti edullinen elektronirakenne
jalokaasut ovat passiivisia eli ne eivät reagoi
-
muut alkuaineet saavuttavat oktetin
- luovuttamalla elektroneja
- vastaanottamalla elektroneja
- muodostamalla kovalenttisia sidoksia
kationi (+)
anioni (-)
Elektronien virittyminen
Atomiin tuodaan lisää energiaa esim. lämpönä tai valona
ulkoelektronit virittyvät eli siirtyvät korkeammille energiatasoille
viritystila on lyhytaikainen
elektronit palaavat perustilaan
viritystila purkautuu ja energia vapautuu sähkömagneettisena säteilynä
