Haben Sie sich jemals gefragt, woraus die Dinge um Sie herum bestehen? Sagen Sie einfach, Sie schauen sich einen Tisch an, Sie könnten einen Tisch aus Holz nennen. Trotzdem, wenn Sie in den Spiegel schauen, werden Sie sagen, dass er aus Glas besteht. Grundsätzlich haben diese beiden Materialien unterschiedliche Eigenschaften, aber wussten Sie, dass beide aus derselben Materie bestehen? Sein Name ist Atom.
Atome sind die kleinsten Partikel eines Elements, die an chemischen Reaktionen teilnehmen. Aufgrund ihrer sehr geringen Größe können sie selbst mit den stärksten Lichtmikroskopen nicht gesehen werden. Das kleinste davon ist das Atom in Wasserstoff.
Atommodelle
Wissenschaftler haben diese kleinsten Teilchen seit Jahrhunderten untersucht, aber sie konnten nicht herausfinden, was sie sind. Erst 1808 veröffentlichte Dalton seine Theorie zur Struktur des Atoms. Seitdem haben sich Atommodelle zusammen mit den neuesten Entdeckungen entwickelt. Dieses Mal werden wir verschiedene Atommodelle diskutieren, die von Wissenschaftlern vorgeschlagen wurden.
Daltons Theorie
John Dalton ist ein britischer Chemiker, Physiker und Meteorologe, der erstmals Forschungen zur Existenz von Atomen veröffentlichte. Dalton erklärte, dass Materie aus unteilbaren Teilchen besteht, die Atome genannt werden.
Leider haben weitere Untersuchungen gezeigt, dass Atome selbst teilbar sind und aus subatomaren Partikeln bestehen. Die subatomaren Teilchen bestehen aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Seitdem haben Wissenschaftler versucht, verschiedene Modelle vorzuschlagen, indem sie die Position dieser subatomaren Teilchen berücksichtigten, darunter J. J. Thomson und Rutherford.
Das Atommodell zeigt die atomare Struktur und Anordnung der subatomaren Teilchen innerhalb eines Atoms. Die Entdeckung von Protonen und Elektronen führte Wissenschaftler zu der Argumentation, dass Atome aus Protonen und Elektronen bestehen, die ihre Ladungen ausgleichen. Sie fanden heraus, dass sich die Protonen im Inneren des Atoms befanden, während sich die Elektronen im Außenbereich befanden und sich leicht ablösen ließen.
Es gibt 4 von Wissenschaftlern vorgeschlagene Atommodelle, nämlich das von Thomson, Rutherford, Bohr vorgeschlagene Modell und das quantenmechanische Modell.
Thomson-Modell des Atoms
Joseph John Thomson war der mit dem britischen Nobelpreis ausgezeichnete Physiker, der zuerst das Atommodell vorschlug. Tatsächlich veröffentlichte er sie vor der Entdeckung des Protons und des Atomkerns. In seiner Theorie betrachtete Thomson die Atome als Rosinenbrot oder ein Pflaumenpuddingmodell, da die Elektronen in der positiv geladenen Kugel wie getrocknete Früchte im Weihnachtspudding aussahen.
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Dieses Modell nimmt an, dass ein Atom aus einer positiv geladenen Kugel besteht, in die Elektronen eingebettet sind. Ein Atom kann eine neutrale Ladung haben, weil es die gleichen negativen und positiven Ladungen hat.
Rutherfords Modell des Atom
Ernest Rutherford ist ein in Neuseeland geborener Physiker und Chemiker mit Sitz in England. Er schlug das Atommodell vor, nachdem er ein Experiment durchgeführt hatte, das als Rutherford-Streuexperiment bekannt war. Er und zwei seiner Schüler führten Alphastrahlenstreuungsexperimente auf einer dünnen Goldplatte durch.
Rutherford ging davon aus, dass die gesamte positive Ladung eines Atoms in einem sehr kleinen Bereich konzentriert ist, der als Kern bekannt ist. Die Elektronen drehen sich mit hoher Geschwindigkeit auf Kreisbahnen, die als Umlaufbahnen bezeichnet werden, um den Atomkern. Die elektrostatische Anziehung zwischen dem Kern und den Elektronen hält die Elektronen in ihrer Flugbahn.
Das Rutherford-Modell zeigte auch, dass die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen ist und als Ordnungszahl bekannt ist. Wenn die Anzahl der Protonen und die Anzahl der Neutronen kombiniert werden, entspricht der Wert der Atommassenzahl.
Leider konnte Rutherfords Atommodell die Stabilität des Atoms nicht erklären. Nach der elektromagnetischen Theorie verlieren geladene Teilchen beim Beschleunigen Energie. Energieverlust kann die Geschwindigkeit der Elektronen verlangsamen und schließlich werden die Elektronen vom Kern angezogen und die Atome werden zerstört. Abgesehen davon erklärte Rutherfords Atommodell auch nichts über die Verteilung der Elektronen und die Energien der Elektronen. Darüber hinaus kann dieses Atommodell auch das von jedem Element gegebene Linienspektrum nicht erklären.
Bohrs Atommodell
Um die Mängel in Rutherfords Atommodell zu beheben, insbesondere in Bezug auf das Linienspektrum und die Atomstabilität, veröffentlichte Niels Bohr sein eigenes Atommodell. Er sagte, die Elektronen drehen sich in bestimmten Kreisbahnen, die als Energieschalen oder Energieniveaus bezeichnet werden, um den Atomkern. Die in der Energiehülle rotierenden Elektronen sind mit einer festen Energiemenge verbunden. Diese Energieschalen sind vom Atomkern aus mit 1, 2, 3 usw. nummeriert oder als Schalen k, l, m usw. definiert.
Die Anordnung von Elektronen in einem Atom ist als Elektronenkonfiguration bekannt. Die Elektronenkonfiguration kann helfen zu erklären, wie Atome sich verbinden können. Das Füllen von Elektronen in Atomschalen beginnt mit dem Füllen der innersten Schale oder derjenigen mit der niedrigsten Energie. Die maximale Anzahl von Elektronen, die die Hülle besetzen können, beträgt 2n2.
Quantenmechanik Atomtheorie
Leider konnte das von Bohr vorgeschlagene Atommodell das Spektrum der Wasserstoffatome sowohl im magnetischen als auch im elektrischen Feld nicht erklären. Der österreichische Physiker Erwin Schrödinger versuchte es zu beantworten. Er entwickelte eine Atomtheorie, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basiert. Das von Schrödinger vorgeschlagene Modell unterscheidet sich nicht sehr von Bohrs, da das Atom einen positiv geladenen Kern hat und von negativ geladenen Elektronen umgeben ist. Der Unterschied liegt in der Position der Elektronen, die den Atomkern umgeben.
In seiner Theorie argumentierte Bohr, dass die Elektronen den Atomkern in Bahnen mit einem bestimmten Abstand vom Atomkern umkreisen, der als Atomradius bezeichnet wird. In der quantenmechanischen Theorie kann die Position der den Atomkern umgebenden Elektronen nach dem Heisenbergschen Unsicherheitsprinzip jedoch nicht mit Sicherheit bekannt sein. Daher liegt die größte Wahrscheinlichkeit für die Position eines Elektrons in dieser Umlaufbahn. Das heißt, man kann sagen, dass der Bereich mit der größten Wahrscheinlichkeit, Elektronen in Atomen zu finden, in Orbitalen liegt.
Das quantenmechanische Modell besagt auch, dass die Bewegung von Elektronen um den Atomkern die Eigenschaft des Dualismus hat, wie von de Broglie vorgeschlagen. Da die Bewegung der Elektronen um den Atomkern wellenförmig ist, muss die Gleichung für die Bewegung der Elektronen um den Kern mit der Wellenfunktion in Beziehung gesetzt werden.
Schrödinger ergänzte seine Theorie mit einer Gleichung, die besagt, dass die Bewegung von Elektronen um den Atomkern, die mit der dualistischen Natur der Materie verbunden ist, in kartesischen Koordinaten ausgedrückt werden kann. Diese Gleichung wurde als Schrödinger-Gleichung bekannt.
Aus dieser Gleichung erzeugte Schrödinger drei Quantenzahlen, nämlich das Hauptquantum (n), das Azimutquantum (A) und das Magnetquantum (m). Diese drei Quantenzahlen sind einfache ganze Zahlen, die die Wahrscheinlichkeit von Elektronen um den Atomkern angeben. Die Lösung der Schrödinger-Gleichung ergibt drei Quantenzahlen. Das Orbital wird aus der Schrödinger-Gleichung abgeleitet, so dass eine Beziehung zwischen dem Orbital und den drei Zahlen besteht.
