Budowa atomu w 1 minutę

26 kwietnia 2024

1. Może i historia Cię nie obchodzi, ale…

Można powiedzieć, że chemia (czy ogólnie nauka) polega na tym, że książki karmią Cię co raz mniejszymi kłamstwami, ponieważ to naturalna metoda nauki. To tak, jakbyś chciał od razu zrobić flagę…

…a nie potrafisz jeszcze zrobić pięciu pompek czy brzuszków. Wszystko musi być po kolei, nie dasz rady zrobić od razu flagi! Dlatego najpierw poznamy uproszczony model budowy atomu i liźniemy dosłownie jedno zdanie chemicznej historii.

2. Uproszczony model budowy atomu

Pierwszy model atomu, z którym się spotykamy pochodzi z bardzo starej koncepcji (1913 rok) Bohra. Porównał on ruch elektronów do ruchu planet, które krążą wokół słońca, czyli jądra atomowego.

Atom jak układ słoneczny. Planety (elektrony) krążą wokół Słońca (jądra atomowego).

Z tego modelu wynikają dwie ważne rzeczy :

➦ Elektrony mogą się znajdować na konkretnych orbitach (okręgach), które są w różnej odległości od jądra. Pierwszą orbitę oznaczymy literką ,,n” i zapiszemy, że n = 1 , dla drugiej orbity n = 2 , i tak dalej. Właśnie poznaliśmy tak zwaną główną liczbę kwantową.

➦ Planety zachowują się w przewidywalny sposób, poruszając się po swoich orbitach. Znamy ich prędkość, znamy drogę po jakiej się poruszają, więc bez problemu możemy sobie policzyć, gdzie w danym momencie znajduje się dana planeta. Tego niestety nie możemy powiedzieć o elektronach^[1]i tu się pojawia problem modelu Bohra!

Zatrzymajmy się na chwilę przy głównej liczbie kwantowej. Można to porównać do wchodzenia po schodach :

Więc jeszcze raz przypomnijmy sobie obraz naszego modelu atomu, z uzupełnionymi już liczbami kwantowymi (głównymi) :

Główna liczba kwantowa (n) określa odległość elektronu od jądra. Im większa liczba kwantowa, tym na wyższym piętrze znajduje się elektron (jest dalej od jądra).

Ostatnia powłoka będzie zawsze najbardziej nas interesować, dlatego ma swoją specjalną nazwę : powłoka walencyjna to ta ostatnia, gdzie elektrony znajdują się najdalej od jądra.

Te elektrony, które się na nich znajdują to oczywiście elektrony walencyjne i dla nas są najważniejsze z prostego powodu – znajdują się one najdalej od jądra (w którym znajdują się przecież dodatnie protony), a zatem są one najsłabiej przyciągane. Inaczej mówiąc mogą one sobie pozwolić nawet na to, aby wyskoczyć z atomu.

3. Co jest w środku atomu ?

Tak jak w ciastkach często interesuje nas to co jest w środku (mmm), tak akurat w przypadku atomów będzie się głównie skupiać na elektronach, ponieważ będą uczestniczyły w tworzeniu wiązań chemicznych. Ale to nie znaczy, że jądro nie jest ważne! Co zatem jest w środku?

W samym środku atomu znajduje się jądro, które z kolei złożone jest z protonów i neutronów. Protony mają ładunek dodatni i równoważą ujemny ładunek, za który odpowiedzialne są elektrony. Neutrony to taka neutralna Szwajcaria. Nie posiadają co prawda ładunku, ale swoje ważą i przyczyniają się do masy całego atomu.

Schematyczny rysunek uproszczonego modelu atomu. W środku znajduje się jądro atomowe (protony + neutrony), a na zewnątrz po powłokach elektronowych zasuwają elektrony.

^[1] Elektrony to niestety nie są po prostu mikroskopijne cząstki i nie da się ich w łatwy sposób opisać. Będziemy do tego używać tak zwanych orbitali, których definicja z początku zmiecie nas z planszy, ponieważ nie jest to najłatwiejsza rzecz do wyobrażenia, ale spokojnie, damy radę.