Uproszczony model atomu — budowa

Uproszczony model atomu przedstawia atom jako jądro z protonami i neutronami oraz krążące wokół niego elektrony. To model wystarczający na poziomie szkolnym.

Budowa atomu

• Jądro — protony i neutrony, prawie cała masa
• Elektrony — na powłokach wokół jądra
• Proton — ładunek dodatni, masa 1 u
• Neutron — bez ładunku, masa 1 u
• Elektron — ładunek ujemny, masa około 1836 razy mniejsza

W atomie obojętnym liczba elektronów równa się liczbie protonów. Jądro zajmuje znikomą część objętości, ale skupia niemal całą masę — gdyby atom powiększyć do rozmiarów stadionu, jądro byłoby wielkości ziarnka grochu.

Powłoki elektronowe

Elektrony rozmieszczają się na powłokach oznaczanych literami K, L, M, N. Maksymalna liczba elektronów na powłoce wynosi dwa razy kwadrat jej numeru.

• K — maksymalnie 2 elektrony
• L — maksymalnie 8
• M — maksymalnie 18

Powłoka zewnętrzna decyduje o właściwościach chemicznych pierwiastka. Dlatego pierwiastki z tej samej grupy układu okresowego zachowują się podobnie — mają tyle samo elektronów walencyjnych.

Ograniczenia modelu

Obraz elektronów krążących po orbitach jak planety wokół Słońca jest uproszczeniem. W rzeczywistości nie da się jednocześnie określić położenia i pędu elektronu.

Fizyka opisuje elektron przez obszar prawdopodobieństwa zwany orbitalem, a nie przez tor ruchu. Model szkolny jest więc świadomym uproszczeniem, przydatnym do zrozumienia wiązań chemicznych, ale nie oddającym pełnego obrazu.

Rozwój modeli atomu

1. Dalton — atom jako niepodzielna kulka
2. Thomson — ciasto z rodzynkami, elektrony w dodatniej materii
3. Rutherford — odkrycie jądra, model planetarny
4. Bohr — elektrony na dozwolonych orbitach
5. Model kwantowy — orbitale zamiast orbit

Każdy kolejny model tłumaczył zjawiska, których poprzedni nie potrafił wyjaśnić. To dobry przykład tego, jak działa nauka — modele nie tyle bywają obalane, ile zastępowane dokładniejszymi.

Izotopy

Atomy tego samego pierwiastka mogą różnić się liczbą neutronów. Takie odmiany nazywa się izotopami — mają identyczne właściwości chemiczne, ale różną masę.

Wodór występuje w trzech odmianach: zwykły bez neutronu, deuter z jednym i tryt z dwoma. Masa atomowa podana w układzie okresowym jest średnią ważoną mas izotopów występujących w przyrodzie, dlatego rzadko bywa liczbą całkowitą.

Jony

Atom, który oddał albo przyjął elektrony, staje się jonem. Oddanie daje kation o ładunku dodatnim, a przyjęcie anion o ładunku ujemnym.

Liczba protonów pozostaje przy tym bez zmian, więc pierwiastek się nie zmienia. To ważne rozróżnienie: o tożsamości pierwiastka decyduje jądro, a o ładunku elektrony — dlatego jon sodu jest nadal sodem, mimo innych właściwości niż atom obojętny.