La structure de l'atome. Modèle quantique de l'atome

L'article ci-dessous décrit l'atome et sa structure: comment il a été découvert, comment la théorie a été développée dans son esprit et lors de la réalisation d'expériences, de penseurs et de scientifiques. Le modèle mécanique quantique de l'atome, le plus moderne à ce jour, décrit le mieux son comportement et les particules qui le composent. Lire à ce sujet et ses caractéristiques ci-dessous.

Concept d'atome

modèle mécanique quantique de l'atome

La partie minimale chimiquement indivisible d’un élément chimique possédant un ensemble de propriétés caractéristiques est un atome. Il comprend les électrons et le noyau, qui, à son tour, contient des protons chargés positivement et des neutrons non chargés. S'il contient le même nombre de protons et d'électrons, l'atome lui-même sera électriquement neutre. Sinon, il apparaît une charge: positive ou négative. Alors un atome s'appelle un ion. Ainsi, leur classification est effectuée: l'élément chimique est déterminé par le nombre de protons et son isotope par les neutrons. En se liant les uns aux autres sur la base de liaisons interatomiques, les atomes forment des molécules.

Un peu d'histoire

modèles de structure d'atome

Pour la première fois, les anciens philosophes indiens et grecs ont parlé d'atomes. Et aux XVIIe et XVIIIe siècles, les chimistes confirmèrent l’idée, prouvant expérimentalement que certaines substances ne pouvaient pas être divisées par des expériences chimiques. Cependant, de la fin du XIXe siècle au début du XXe siècle, les physiciens ont découvert des particules subatomiques, ce qui montre clairement que l'atome n'est pas indivisible. Dans 1860, les chimistes ont formulé les concepts d'atome et de molécule, l'atome devenant la plus petite particule d'un élément appartenant à la fois à des substances simples et complexes.

Modèles de structure atomiques

  1. Des morceaux de matière. Démocrite croyait que les propriétés des substances pouvaient être déterminées par la masse, la forme et d'autres paramètres caractérisant les atomes. Par exemple, le feu a des atomes coupants, à cause desquels il a la capacité de brûler; les solides contiennent des particules rugueuses, grâce auxquelles ils adhèrent très étroitement les uns aux autres; dans l'eau, ils sont lisses, il a donc la capacité de s'écouler. Selon Démocrite, même l'âme humaine est composée d'atomes.
  2. Modèles Thomson. Le scientifique a considéré l'atome comme un corps chargé positivement, à l'intérieur duquel se trouvent des électrons. Ces modèles sont réfutés par Rutherford, après avoir passé sa célèbre expérience.
  3. Les premiers modèles planétaires de Nagaoka. Au début du XXe siècle, Khantaro Nagaoka a proposé des modèles du noyau atomique, comme la planète Saturne. En eux, autour d’un petit noyau chargé positivement, les électrons réunis en anneaux tournaient. Ces versions, tout comme les précédentes, se sont révélées erronées.
  4. Modèles planétaires de Bohr-Rutherford. Après avoir mené plusieurs expériences, Ernest Rutherford a suggéré que l'atome ressemblait à un système planétaire. Dans celui-ci, les électrons se déplacent en orbite autour du noyau, chargé positivement et situé au centre. Mais l'électrodynamique classique l'a contredit, car l'électron, en se déplaçant, émet des ondes électromagnétiques et perd donc de l'énergie. Bohr a introduit des postulats spéciaux selon lesquels les électrons ne rayonnent pas d'énergie, tout en se trouvant dans certains états. Il s'est avéré que la mécanique classique était incapable de décrire ces modèles de la structure de l'atome. Cela a ensuite conduit à l’apparition de la mécanique quantique, ce qui permet d’expliquer à la fois ce phénomène et de nombreux autres.

Modèle quantique de l'atome

modèle mécanique quantique de la structure de l'atome

Ce modèle est un développement du précédent. Le modèle quantique de l'atome suggère qu'il existe des neutrons non chargés et des protons chargés positivement dans un noyau atomique. Autour de lui sont des électrons chargés négativement. Mais en mécanique quantique, les électrons ne se déplacent pas selon des trajectoires définies prédéterminées, ce qui explique que, selon 1927, V. Heisenberg a énoncé le principe d’incertitude selon lequel il est impossible de déterminer avec précision la coordonnée d’une particule et sa vitesse ou son impulsion.

Les propriétés chimiques des électrons sont déterminées par leur enveloppe. Dans le tableau périodique, les atomes sont localisés en fonction des charges électriques des noyaux (on parle du nombre de protons), alors que les neutrons n’affectent pas les propriétés chimiques. Le modèle quantique de l'atome a prouvé que sa masse principale tombe sur le noyau, tandis que la fraction d'électrons reste insignifiante. Il est mesuré en unités de masse atomique, ce qui est égal à 1 / 12 de la masse de l'isotope du carbone C12.

Fonction d'onde et orbitale

modèle quantique de l'atome d'hydrogène

Selon le principe de V. Geizentberg, il est impossible de dire avec une certitude absolue qu'un électron, qui a une certaine vitesse, est situé en un point particulier de l'espace. Afin de décrire les propriétés des électrons, la fonction d'onde psi est utilisée.

La probabilité de détecter une particule à un moment donné est directement proportionnelle au carré de son module, qui est calculé pour un temps spécifique. Le psi carré est appelé densité de probabilité, ce qui caractérise les électrons autour du noyau en tant que nuage d'électrons. Plus elle est grande, plus la probabilité d'un électron dans un certain espace d'un atome est élevée.

Pour une meilleure compréhension, vous pouvez soumettre des photos superposées les unes sur les autres, où les positions de l'électron sont fixées à différents moments. À l'endroit où il y aura plus de points et où le nuage deviendra le plus dense, et la probabilité de trouver un électron sera la plus élevée.

On calcule, par exemple, que le modèle mécanique quantique d'un atome d'hydrogène inclut la densité la plus élevée d'un nuage d'électrons situé à une distance d'un nanomètre du nanomètre du noyau.

L'orbite de la mécanique classique est remplacée dans un nuage d'électrons quantiques. La fonction d'onde électronique psi est appelée ici orbitale, qui se caractérise par la forme et l'énergie du nuage d'électrons dans l'espace. Appliqué à un atome, nous entendons l'espace autour du noyau, dans lequel l'électron est le plus susceptible de se trouver.

Impossible est possible?

modèles de noyau d'atome

Comme toute la théorie, le modèle quantique de la structure de l'atome a véritablement révolutionné le monde scientifique et les habitants. Après tout, à ce jour, il est difficile d’imaginer qu’une même particule au même moment puisse être simultanément non pas dans la même chose, mais dans des endroits différents! Pour protéger les modèles établis, il est dit que des événements impensables se produisent dans le microcosme et ne le sont pas dans le macrocosme. Mais est-ce vraiment? Ou bien les gens ont-ils simplement peur de tolérer la possibilité «qu'une goutte, c'est comme un océan et qu'un océan, c'est une goutte»?

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