Razvoj teorije o atomu

"Sva tela se sastoje od sićusnih dalje nedeljivih delova koji se zovu atomi (od grčkog nedeljivi). Sva razlnolikost sveta u kom živimo je samo posledica kretanja atoma." To je bilo gledište grčkog filozofa Demokrita, tvorca prve atomske teorije. Demokritovo gledište u savremenu nauku uveo je krajem XVIII i početkom XIX veka engleski naučnik John Dalton. Po njemu su atomi najmanji delovi svakog elementa i više se ne mogu deliti. Postoji onoliko vrsta atoma koliko ima elemenata. dalton uvodi simbole za elemente.

Nova znanja iz oblasti fizike (elektricitet) menjaju sredinom XIX veka sliku o atomu. On se predstavlja kao izgrađen od međusobno pomešanih pozitivnio i negativno naelektrisanih čestica.

Godine 1896. otkriven je elelktron, negativno naelektrisana čestica.Nešto kasnije otkriven je i proton, pozitivno naelektrisana čestica. Količina naelektrisanja koju nose proton i elektron je jednaka i iznosi 1,6 * 10^-19 C. Ova količina naelektrisanja uzeta je za elementarno naelektrisanje. Broj protona i elektrona u atomu je jednak. Međutim masa protona je oko 1800 puta veća od mase elektrona. Rutheford 1911. dokazuje postojanje atomskog jezgra.

U to vreme Maks Plank postavlja svoju kvantnu teoriju na osonovu koje će Niels Bohr 1913. pretpostaviti da se elektroni oko jezgra kreću tačno određenim putanjama, kao planete oko sunca. Novi model atoma nazvan je planetarni.

Sredinom četrdesetih godina otkriva se neutron, čestica jezgra mase iste kao masa protona, ali bez naelektrisanja. Razvoj teorije o atomu i dalje je trajao (pretpostvaka i otkriće kvarkova, mezona...). Danas je poznato nekoliko desetina subatomskih čestica.

Atomi istog elementa imaju isto nalektrisanje jezgra (koj potiče od protona u jezgru). Broj protona u atomima istog elementa takođe je jednak i zove se atomski ili redni broj. Označava se sa Z. Masneni broj je zbir protona i elektrona i označava se sa A. Atomi istog masnenog, a različitog atomskog broja su izobari.

Atomi istog elementa mogu se razlikovati po broju neutrona. Atomi jednog elementa sa različitim atomskim brojem (brojem neutrona) su izotopi. Oznaka za izotop sastoji se od simbola elementa i masnenog broja izotopa. Tako se izotpo kiseonika sa masom 16 piše O-16. Drugi način predstavljanja izotopa jeste X^A_Z. Ovaj kiseonikov izotop pisao bi se O¹⁶₈. 22 elementa u prirodi dolaze o obliku samo jednog izotopa. Svi ostali elelmenti predstavljaju smeše dva ili više izotopa.

Relativna atomska masa se označava sa A_r. To je broj koji pokazuje koliko je masa atoma elementa veća od 1/12 izotopa C-12. Pri izračunavanju A_r elementa uzimaju se u obzir svi njegovi izotopi i njihova zastupljenost u prirodi.

Elektronski omotač

Hemija se bavi zbivanjima u elektronskom omotaču. To je deo atoma koji je zaslužan za njegove hemijske osobine. Periodna svostva elemenata se mogu objasniti rasporedom odnosno brojem elektrona koji je povezan sa brojem protona, odnosno atomskim brojem.

Za elektrone važi princip neodređenosti koji glasi: "Elektronu ne mozemo u isto vreme znati i položaj i energiju." Iz ovog sledi da kada govorimo o uređenosti elektronskog omotača možemo govoriti samo o verovatnoći nalaženja elektrona (elektronskoj orbitali).

Za određivanje položaja elektrona koriste se četiri kvantna broja.

Prvi (glavni) kvantni broj obležava se sa n. Može imati vrednsoti celih prrodnih brojeva počev od jedan (n=1, 2, 3...). Elektroni svih poznatih elemenata nemaju glavni kvantni broj veći od sedam. Glavni kvanti broj označava elektronske ljuske. U hemiji se one mogu obeležavati i slovima K, L, M, N, O, P, Q. Perioda periodnog sistema označava poslednju ili valentnu ljusku. U valentnoj ljusci nalaze se valentni elektroni. valentni elektroni su nosioci hemijskih osobina elemenata. Grupa perionog sistema označava broj elektrona u valentnoj ljusci. Može ih biti najviše osam (dva kod elemenata prve periode). Elektroni su u ljuske raspoređeni prema energiji koju poseduju. Energija elekrona jednaka je mv²/2 gde je v brzina elektrona.

Drugi (orbitalni kvantni broj) se obeležava sa l. Nosi vrednosti 0, 1, 2 i 3 dok elementi većeg broja još nisu poznati. Konkretno značenje drugog kvantnog broja jeste tip orbitale u kojoj se nalazi elektron. Orbitale se označavaju slovima s, p, d i f. Broj elektrona u ljusci se moze izračunati ako su nam poznati brojevi elektrona u orbitalama i ako su nam je poznato kako se u ljuskama popunjavaju orbitale. Blokovi periodnog sistema (s, p, d, f) nose ime po poslednjoj nepopunjenoj orbitali elemenata u njima.

Treći (magnetni kvantni broj) se obeležava sa m_l. Nosi vrednosti celih brojeva od -l do l. Treći kvantni broj označava podorbitalu elektrona. Pomoću njega možemo izračunati broj elektrona u orbitali. Broj elektrona u podorbitali je uvek dva. Za l=2 (d) sledi da ima pet poddorbitala, odnosno 10 elektrona (-2, -1, 0, 1, 2). Važno svojstvo jeste i to da elektroni u orbitali teže da popune prvo sve orbitale sa jednim elektronom, a posle se svakoj podorbitali dodaje jos jedan elektron (suprotnog spina).

Četrvti (spinski) kvanti broj se označava sa m_s. Može imati dve vrednosti- -1/2 ili +1/2. Označava pravac spina elektrona u podorbitali. Dva elektrona različitog spina čine spinski par.

Elektronska konfiguracija se zapisuje pomoću znanja o kvantnim brojevima. Objasnićemo je na primeru P (fosfor). Atomski broj fosfora je 15. Dakle ima 15 protona i 15 elektrona. U prvoj ljusci se nalazi samo s-orbitala. U pisanju se posle imena orbitale stavlja kao eksponent broj elektrona u orbitali. Dakle 1s². Ostalo je još 15-2=13 neraspoređenih elektrona. Iz tabele vidimo da se u drugoj ljusci mogu nalaziti s i p orbitale. Dakle za drugu ljusku pišemo 2s²2p⁶. Preostaje 13-8=5 elektrona. Primećujemo da je treća ljuska valentna jer posle popunjavanja s-orbitale, 3s² ostaje tri elektrona, 3p³ koja nisu dovoljna za popunjavanje p-orbitale. Ova tri elektrona se razmeštaju i tri podorbitale. Dakle elektronska konfiguracija fosfora je 1s²2s²2p⁶3s²3p³. Zbog jednostavnosti pišu se samo valentni elektroni ispred kojih se stavlja simbol plemenitog gasa iz prethodne periode, [Ne]3s²3p³.

Periodni sistem elemenata

Tokom XIX javljaju se pokušaji da se elementi prema osobinama svrstaju u jednu tablicu. Prvi pokušaji svrstavali su elemente u trijade.

John Newlands otkriva da u nizu elemenata poređanih po atomskoj masi  svaki osmi ima slične osobine. Ovu pojavu nazvao je "zakon oktava".

Dva naučnika, Rus Dimitrij I. Mendeljejev i Nemac Lothar Meyer postavljaju u isto vreme odvojeno jedno od drugog "periodni sistem elemenata". Prednost Mendeljejevog sistema bila je u tome što je sadržao mesta za još neotkrivene elemente predskazujući im tako hemijske i fizičke osobine. Zakon periodičnosti po Mendeljejevu glasi: "Osobine i građe elemenata odnosno osobine njihovih jedinjenja periodične su funkcije atomskih težina elemenata." Posojala su četiri izuzetka (parova elemenata) od ovog zakona. Problem je rešen tako što se umesto atomskih masa za nosioca svojstva periodičnosti uzimaju atomski brojevi.

Elementi u periodnom sistemu raspoređeni su u grupe i periode. Elementi iste grupe imaju slične osobine, a osobine elemenata u periodama se menjaju postepeno idući sa leva na desno. Danas je poznato oko 118 elemenata (svi elementi posle Urana, 92, su sintetički, a posle olova i bizmuta, 82 i 83, radioaktivni).

Literatura:

-www.wikipedia.org