ดูว่า "อะตอม" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร อะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานอะไรบ้าง?

เคมี-วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสารและการแปรสภาพของสารต่างๆ

สารเป็นสารบริสุทธิ์ทางเคมี

สารบริสุทธิ์ทางเคมีคือกลุ่มของโมเลกุลที่มีองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณเหมือนกันและมีโครงสร้างเดียวกัน

ช 3 -O-ช 3 -

ช 3 -ช 2 -โอ้

โมเลกุล - อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่มีคุณสมบัติทางเคมีทั้งหมด โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม

อะตอมเป็นอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ทางเคมีซึ่งเป็นโมเลกุลที่เกิดขึ้น (สำหรับก๊าซมีตระกูลนั้นโมเลกุลและอะตอมจะเหมือนกันคือ He, Ar)

อะตอมเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกซึ่งมีการกระจายอิเล็กตรอนที่มีประจุลบตามกฎที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด นอกจากนี้ประจุรวมของอิเล็กตรอนยังเท่ากับประจุของนิวเคลียสอีกด้วย

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวก (p) และนิวตรอน (n) ที่ไม่มีประจุใดๆ ชื่อสามัญของนิวตรอนและโปรตอนคือนิวคลีออน มวลของโปรตอนและนิวตรอนเกือบจะเท่ากัน

อิเล็กตรอน (e -) มีประจุลบเท่ากับประจุของโปรตอน มวลของ e มีค่าประมาณ 0.05% ของมวลของโปรตอนและนิวตรอน ดังนั้นมวลทั้งหมดของอะตอมจึงมีความเข้มข้นในนิวเคลียสของมัน

เลข p ในอะตอมซึ่งเท่ากับประจุของนิวเคลียส เรียกว่าเลขลำดับ (Z) เนื่องจากอะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า เลข e เท่ากับเลข p

เลขมวล (A) ของอะตอมคือผลรวมของโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส ดังนั้นจำนวนนิวตรอนในอะตอมจึงเท่ากับความแตกต่างระหว่าง A และ Z (เลขมวลของอะตอมและเลขอะตอม) (N=A-Z)

17 35 Cl р=17, N=18, Z=17 17р + , 18n 0 , 17е - .

นิวเคลียส

คุณสมบัติทางเคมีของอะตอมถูกกำหนดโดยโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ (จำนวนอิเล็กตรอน) ซึ่งเท่ากับเลขอะตอม (ประจุนิวเคลียร์) ดังนั้นอะตอมทั้งหมดที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากันจึงมีพฤติกรรมทางเคมีเหมือนกันและคำนวณเป็นอะตอมที่มีประจุเท่ากัน องค์ประกอบทางเคมี.

องค์ประกอบทางเคมีคือกลุ่มของอะตอมที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากัน (องค์ประกอบทางเคมี 110 องค์ประกอบ)

อะตอมซึ่งมีประจุนิวเคลียร์เท่ากันอาจมีเลขมวลต่างกันซึ่งสัมพันธ์กับจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสที่แตกต่างกัน

อะตอมที่มี Z เหมือนกันแต่มีมวลต่างกันเรียกว่าไอโซโทป

17 35 ซล. 17 37 ซล

ไอโซโทปของไฮโดรเจน H:

การกำหนด: 1 1 N 1 2 D 1 3 T

ชื่อ: โปรเทียม ดิวทีเรียม ทริเทียม

องค์ประกอบหลัก: 1р 1р+1n 1р+2n

โปรเทียมและดิวเทอเรียมมีความเสถียร

ไอโซโทปสลายตัว (กัมมันตภาพรังสี) ใช้ในระเบิดไฮโดรเจน

หน่วยมวลอะตอม เบอร์ของอาโวกาโดร โมล

มวลของอะตอมและโมเลกุลมีขนาดเล็กมาก (ประมาณ 10 -28 ถึง 10 -24 กรัม) เพื่อที่จะแสดงมวลเหล่านี้ในทางปฏิบัติ ขอแนะนำให้แนะนำหน่วยการวัดของคุณเอง ซึ่งจะนำไปสู่มาตราส่วนที่สะดวกและคุ้นเคย

เนื่องจากมวลของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนที่มีมวลเกือบเท่ากัน จึงมีเหตุผลที่จะนำมวลของนิวคลีออนหนึ่งตัวเป็นหน่วยของมวลอะตอม

เราตกลงที่จะนำหนึ่งในสิบสองของไอโซโทปคาร์บอนซึ่งมีโครงสร้างสมมาตรของนิวเคลียส (6p+6n) เป็นหน่วยของมวลของอะตอมและโมเลกุล หน่วยนี้เรียกว่าหน่วยมวลอะตอม (amu) ซึ่งมีค่าเท่ากับมวลของนิวคลีออนหนึ่งตัว ในระดับนี้ มวลของอะตอมมีค่าใกล้เคียงกับค่าจำนวนเต็ม: He-4; อัล-27; Ra-226 โมงเช้า……

ลองคำนวณมวลของ 1 อามูเป็นกรัมกัน

1/12 (12 องศาเซลเซียส) = =1.66*10 -24 กรัม/a.um

ลองคำนวณดูว่า 1 กรัมมีกี่อะมู

เอ็น ก = 6.02 *-เลขอาโวกาโดร

อัตราส่วนที่ได้เรียกว่าเลขอาโวกาโดร และแสดงจำนวนอามูที่มีอยู่ใน 1 กรัม

มวลอะตอมที่ระบุในตารางธาตุแสดงเป็นอามู

มวลโมเลกุลคือมวลของโมเลกุลซึ่งแสดงเป็นอามู และพบเป็นผลรวมของมวลของอะตอมทั้งหมดที่ก่อตัวเป็นโมเลกุลที่กำหนด

m(1 โมเลกุล H 2 SO 4)= 1*2+32*1+16*4= 98 a.u.

ในการเปลี่ยนจาก a.um เป็น 1 g ที่ใช้จริงในวิชาเคมี ได้มีการแนะนำการคำนวณส่วนหนึ่งของปริมาณของสาร โดยแต่ละส่วนจะมีหมายเลข N A หน่วยโครงสร้าง(อะตอม โมเลกุล ไอออน อิเล็กตรอน) ในกรณีนี้ มวลของส่วนดังกล่าวซึ่งเรียกว่า 1 โมล ซึ่งแสดงเป็นกรัม จะมีค่าเป็นตัวเลขเท่ากับมวลอะตอมหรือโมเลกุลที่แสดงเป็นอามู

มาหามวลของ 1 โมล H 2 SO 4:

ม(1 โมล ชม 2 ดังนั้น 4)=

98a.um*1.66**6.02*=

อย่างที่คุณเห็น มวลโมเลกุลและมวลโมเลกุลมีค่าเท่ากัน

1 โมล– ปริมาณของสารที่มีจำนวนหน่วยโครงสร้าง Avogadro (อะตอม โมเลกุล ไอออน)

น้ำหนักโมเลกุล (M)- มวลของสาร 1 โมล มีหน่วยเป็นกรัม

ปริมาณของสาร - V (mol) มวลของสาร m(g); มวลฟันกราม M(g/mol) - สัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์: V=;

2H 2 O+ O 2 2H 2 โอ

2 โมล 1 โมล

2.กฎพื้นฐานของเคมี

กฎความคงตัวขององค์ประกอบของสาร - สารบริสุทธิ์ทางเคมีโดยไม่คำนึงถึงวิธีการเตรียมมักจะมีองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณคงที่เสมอ

CH3+2O2=คาร์บอนไดออกไซด์+2H2O

NaOH+HCl=NaCl+H2O

สารที่มีองค์ประกอบคงที่เรียกว่าดาลโทไนต์ เป็นข้อยกเว้น เป็นที่ทราบกันว่าสารที่มีองค์ประกอบไม่เปลี่ยนแปลง - เบอร์โทไลต์ (ออกไซด์, คาร์ไบด์, ไนไตรด์)

กฎการอนุรักษ์มวล (Lomonosov) - มวลของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาจะเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเสมอ จากนี้ไปอะตอมจะไม่หายไประหว่างปฏิกิริยาและไม่ก่อตัวพวกมันผ่านจากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง เป็นพื้นฐานในการเลือกค่าสัมประสิทธิ์ในสมการของปฏิกิริยาเคมี โดยจำนวนอะตอมของธาตุแต่ละธาตุทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการจะต้องเท่ากัน

กฎการเทียบเท่า - ในปฏิกิริยาเคมี สารจะทำปฏิกิริยาและเกิดขึ้นในปริมาณที่เท่ากัน (จำนวนเทียบเท่าของสารหนึ่งถูกใช้ไป จำนวนเทียบเท่าของปริมาณเท่ากันถูกใช้หรือก่อตัวจากสารอื่น)

เทียบเท่าคือปริมาณของสารที่เพิ่ม แทนที่ หรือปล่อยอะตอม H (ไอออน) หนึ่งโมลออกมาในระหว่างปฏิกิริยา มวลที่เท่ากันซึ่งแสดงเป็นกรัมเรียกว่ามวลที่เทียบเท่า (E)

กฎหมายเกี่ยวกับแก๊ส

กฎของดาลตัน - ความดันรวมของส่วนผสมก๊าซเท่ากับผลรวมของความดันย่อยของส่วนประกอบทั้งหมดของส่วนผสมก๊าซ

กฎของอาโวกาโดร: ก๊าซต่าง ๆ ที่มีปริมาตรเท่ากันภายใต้สภาวะเดียวกันจะมีโมเลกุลจำนวนเท่ากัน

ผลที่ตามมา: หนึ่งโมลของก๊าซใดๆ ภายใต้สภาวะปกติ (t=0 องศาหรือ 273K และ P=1 บรรยากาศหรือ 101255 ปาสกาลหรือ 760 มม.ปรอท Col.) ครอบครอง V=22.4 ลิตร

V ซึ่งครอบครองก๊าซหนึ่งโมล เรียกว่าปริมาตรโมลาร์ Vm

เมื่อทราบปริมาตรของก๊าซ (ส่วนผสมของก๊าซ) และ Vm ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด จึงสามารถคำนวณปริมาณของก๊าซ (ส่วนผสมของก๊าซ) = V/Vm ได้อย่างง่ายดาย

สมการ Mendeleev-Clapeyron เชื่อมโยงปริมาณของก๊าซกับสภาวะที่พบ พีวี=(ม./ม.)*RT= *RT

เมื่อใช้สมการนี้ ปริมาณทางกายภาพทั้งหมดจะต้องแสดงเป็น SI ได้แก่ ความดันก๊าซ p (ปาสกาล) ปริมาตรก๊าซ V (ลิตร) มวลก๊าซ m (กก.) มวล M-โมล (กก./โมล) T- อุณหภูมิในระดับสัมบูรณ์ (K) ปริมาณ Nu ของก๊าซ (โมล) ค่าคงที่ของก๊าซ R = 8.31 J/(mol*K)

D - ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซหนึ่งเมื่อเทียบกับอีกก๊าซหนึ่ง - อัตราส่วนของก๊าซ M ต่อก๊าซ M ที่เลือกเป็นมาตรฐานแสดงให้เห็นว่าก๊าซหนึ่งหนักกว่าอีกก๊าซหนึ่ง D = M1 / ​​​​M2 กี่ครั้ง

วิธีแสดงองค์ประกอบของสารผสม

เศษส่วนมวล W - อัตราส่วนของมวลของสารต่อมวลของส่วนผสมทั้งหมด W=((m ส่วนผสม)/(m สารละลาย))*100%

เศษส่วนโมล æ คืออัตราส่วนของจำนวนสารต่อจำนวนสารทั้งหมด ในส่วนผสม

องค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ในธรรมชาติปรากฏเป็นส่วนผสมของไอโซโทปต่างๆ เมื่อทราบองค์ประกอบไอโซโทปขององค์ประกอบทางเคมีซึ่งแสดงเป็นเศษส่วนโมล ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของมวลอะตอมขององค์ประกอบนี้จะถูกคำนวณ ซึ่งจะถูกแปลงเป็น ISHE А= Σ (æi*Аi)= æ1*А1+ æ2*А2+…+ æn*Аn โดยที่ æi คือเศษส่วนโมลของไอโซโทป i-th Аi คือมวลอะตอมของไอโซโทป i-th

เศษส่วนของปริมาตร (φ) คืออัตราส่วนของ Vi ต่อปริมาตรของส่วนผสมทั้งหมด φi=Vi/VΣ

เมื่อทราบองค์ประกอบปริมาตรของส่วนผสมของก๊าซแล้ว จะคำนวณ Mav ของส่วนผสมของก๊าซ Мср= Σ (φi*Mi)= φ1*М1+ φ2*М2+…+ φn*Мn

อะตอม

(จากภาษากรีกอะตอม - แบ่งแยกไม่ได้) อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารเคมี ธาตุผู้แบกความศักดิ์สิทธิ์ของมัน เคมีแต่ละอย่าง องค์ประกอบหนึ่งสอดคล้องกับเซตของ A บางตัว ตัวอย่างเช่น เมื่อเชื่อมต่อกัน A. ขององค์ประกอบหนึ่งหรือต่างกันจะก่อให้เกิดอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น เป็นต้น โมเลกุล สารเคมีทุกชนิด อินอินอิน (ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) เนื่องจากการสลายตัว การรวมกันของ A. ซึ่งกันและกัน ก. สามารถดำรงอยู่ได้ในสภาวะอิสระ สถานะ (ในก๊าซ, พลาสมา) นักบุญแห่ง A. รวมถึงความสามารถของ A. ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับวิชาเคมีในการสร้างสารเคมี การเชื่อมต่อถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของโครงสร้าง

ลักษณะทั่วไปของโครงสร้างของอะตอม ก. ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกล้อมรอบด้วยกลุ่มเมฆของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ โดยทั่วไปขนาดของอะตอมจะถูกกำหนดโดยขนาดของเมฆอิเล็กตรอนและมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดของนิวเคลียสของอะตอม (ขนาดเชิงเส้นของอะตอมคือ ~ 10~8 ซม. แกนกลางของมัน ~ ​​10" -10" 13 ซม.) เมฆอิเล็กตรอนของ A. ไม่มีขอบเขตที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ดังนั้นขนาดของ A. จึงหมายถึง องศามีเงื่อนไขและขึ้นอยู่กับวิธีการกำหนด (ดู รัศมีอะตอม)นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอน Z และนิวตรอน N ที่ยึดติดกันด้วยแรงนิวเคลียร์ (ดู นิวเคลียสเป็นอะตอม)เชิงบวก ประจุโปรตอนและประจุลบ ประจุของอิเล็กตรอนจะเท่ากันในแง่สัมบูรณ์ ขนาดและเท่ากับ e = 1.60*10 -19 C; ไม่มีพลังงานไฟฟ้า ค่าใช้จ่าย. ประจุนิวเคลียร์ +Ze - พื้นฐาน ลักษณะของ A. ซึ่งกำหนดว่าเป็นของสารเคมีบางชนิด องค์ประกอบ. หมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบในช่วงเวลาที่กำหนด ระบบคาบ (เลขอะตอม) เท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส

ในบรรยากาศที่เป็นกลางทางไฟฟ้า จำนวนอิเล็กตรอนในเมฆจะเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อิเล็กตรอนอาจสูญเสียหรือได้รับการหมุนตามลำดับ ในเชิงบวก หรือปฏิเสธ ไอออน เช่น Li + , Li 2+ หรือ O - , O 2- . เมื่อพูดถึงก. ขององค์ประกอบหนึ่ง เราหมายถึงทั้งก. ที่เป็นกลางและองค์ประกอบนั้น

มวลของอะตอมถูกกำหนดโดยมวลของแกนกลางของมัน มวลของอิเล็กตรอน (9.109 * 10 -28 g) น้อยกว่ามวลของโปรตอนหรือนิวตรอนประมาณ 1,840 เท่า (1.67 * 10 -24 g) ดังนั้นการมีส่วนร่วมของอิเล็กตรอนต่อมวลของอิเล็กตรอนจึงไม่มีนัยสำคัญ จำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมด ก = ซี + นเรียกว่า เลขมวล ระบุเลขมวลและประจุของนิวเคลียสตามลำดับ ตัวยกและตัวห้อยทางด้านซ้ายของสัญลักษณ์องค์ประกอบ เช่น 23 11 นา ประเภทของอะตอมขององค์ประกอบหนึ่งที่มีค่า Nname ที่แน่นอน นิวไคลด์ A. องค์ประกอบเดียวกันกับ Z เดียวกันและมี Ns ต่างกัน ไอโซโทปของธาตุนี้ ความแตกต่างของมวลไอโซโทปมีผลเพียงเล็กน้อยต่อเคมีของไอโซโทป และทางกายภาพ เซนต์วาห์ สิ่งสำคัญที่สุดคือความแตกต่าง ( ผลกระทบของไอโซโทป) ถูกสังเกตพบในไอโซโทปไฮโดรเจนเนื่องจากมีอัตราส่วนสัมพัทธ์สูง ความแตกต่างในมวลของอะตอมธรรมดา (โปรเทียม), ดิวทีเรียม D และไอโซโทปที ค่ามวลที่แน่นอนของ A. ถูกกำหนดโดยวิธีแมสสเปกโตรเมตรี

สถานะควอนตัมของอะตอม เนื่องจากขนาดที่เล็กและมวลที่มาก นิวเคลียสของอะตอมจึงถือได้ประมาณว่ามีลักษณะเป็นจุดและพักอยู่ที่ศูนย์กลางมวลของอะตอม และอะตอมก็ถือได้ว่าเป็นระบบของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบจุดศูนย์กลางที่อยู่กับที่ - นิวเคลียส . พลังงานทั้งหมดของระบบดังกล่าวเท่ากับผลรวมของจลน์ พลังงาน T ของอิเล็กตรอนทั้งหมดและพลังงานศักย์ U ซึ่งประกอบด้วยพลังงานของการดึงดูดอิเล็กตรอนโดยนิวเคลียสและพลังงานของการผลักกันของอิเล็กตรอนจากกัน ก. ปฏิบัติตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม หลักของมัน ลักษณะเป็นระบบควอนตัม - พลังงานทั้งหมด อี -สามารถรับได้เพียงค่าเดียวของอนุกรมที่ไม่ต่อเนื่อง อี 1< Е 2 < Е 3 <> ...; ไม่ต่อเนื่อง ก. ไม่สามารถมีค่าพลังงานได้ แต่ละค่า "ที่อนุญาต" ของ E สอดคล้องกับหนึ่งค่าขึ้นไป สถานะคงที่ (ด้วยพลังงานที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา) ของ A พลังงาน E สามารถเปลี่ยนได้ทันทีเท่านั้น - ผ่านการเปลี่ยนควอนตัมของ A. จากสถานะคงที่หนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง เมื่อใช้วิธีการกลศาสตร์ควอนตัม ทำให้สามารถคำนวณ E สำหรับอะตอมอิเล็กตรอนเดี่ยวได้อย่างแม่นยำ เช่น ไฮโดรเจนและไฮโดรเจน: E = เอชเอชซีRZ 2 /n 2 ,>ที่ไหน ชม-ค่าคงตัวของพลังค์ กับ-ความเร็วแสง จำนวนเต็ม n = 1, 2, 3, ... กำหนดค่าพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องและเรียกว่า เลขควอนตัมหลัก ค่าคงที่ริดเบิร์ก ( hcR = 13.6 อีวี) เมื่อใช้ f-la เพื่อแสดงระดับพลังงานแยกของอิเล็กตรอนเดี่ยว A. จะถูกเขียนในรูปแบบ:

ที่ไหน ที อี ->มวลอิเล็กตรอน -ไฟฟ้า คงที่ ค่า "อนุญาต" ที่เป็นไปได้ของพลังงานอิเล็กตรอนในอิเล็กตรอนจะแสดงในรูปแบบของแผนภาพระดับพลังงาน - เส้นตรงแนวนอนระยะห่างระหว่างซึ่งสอดคล้องกับความแตกต่างของค่าพลังงานเหล่านี้ (รูปที่ 1) สูงสุด ระดับต่ำเรียกว่า E 1 ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำที่เป็นไปได้ ธรรมดา คนอื่นๆ - ตื่นเต้น คล้ายกับชื่อ สถานะ (พื้นดินและตื่นเต้น) สอดคล้องกับระดับพลังงานที่ระบุ เมื่อมีการเจริญเติบโต ระดับต่างๆ จะเข้ามาใกล้ยิ่งขึ้นและเมื่อพลังงานของอิเล็กตรอนเข้าใกล้ค่าที่สอดคล้องกับอิเล็กตรอนอิสระ (พัก) ที่ถูกนำออกจาก A สถานะควอนตัมของ A พร้อมด้วยพลังงาน E ฟังก์ชันคลื่นอธิบายไว้อย่างสมบูรณ์โดยที่ r คือเวกเตอร์รัศมีของอิเล็กตรอนเทียบกับนิวเคลียส ผลคูณเท่ากับความน่าจะเป็นที่จะหาอิเล็กตรอนในปริมาตร ดีวี,นั่นคือความหนาแน่นของความน่าจะเป็น ( ความหนาแน่นของอิเล็กตรอน)ฟังก์ชันคลื่นถูกกำหนดโดยสมการชโรดิงเงอร์ = โดยที่ R คือตัวดำเนินการพลังงานทั้งหมด (แฮมิลโทเนียน)

นอกจากพลังงานแล้ว การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส (การเคลื่อนที่ของวงโคจร) ยังมีลักษณะเฉพาะด้วยโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (โมเมนตัมเชิงมุมเชิงกลของวงโคจร) M 1 ; กำลังสองของขนาดสามารถรับค่าที่กำหนดโดยหมายเลขควอนตัมการโคจร l = 0, 1, 2, ... ; , ที่ไหน . สำหรับหมายเลขควอนตัมที่กำหนด l สามารถรับค่าได้ตั้งแต่ 0 ถึง (และ H 1) การฉายภาพของโมเมนตัมการโคจรบนแกน z บางตัวยังใช้ชุดค่าที่ไม่ต่อเนื่องกัน M lz = โดยที่ m l คือเลขควอนตัมแม่เหล็กที่มีค่าไม่ต่อเนื่องตั้งแต่ H l ถึง +l(-l,... - 1, O, 1, .. . + l) รวม 2ล+1 ค่า แกน Z สำหรับ A. ในกรณีที่ไม่มีภายนอก ความแข็งแกร่งจะถูกเลือกโดยพลการและในแม็ก สนามเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของเวกเตอร์ความแรงของสนาม อิเล็กตรอนก็มีโมเมนตัมเชิงมุมของตัวเองด้วย -หมุนและแม่เหล็กหมุนที่เกี่ยวข้อง ช่วงเวลา. ขนสปินสแควร์ ช่วงเวลา ม ส 2 =ส(ส>+ + 1) ถูกกำหนดโดยเลขควอนตัมการหมุน S= 1/2 และการฉายภาพของโมเมนต์นี้บนแกน z สซ = =- หมายเลขควอนตัม ส ,>รับค่าครึ่งจำนวนเต็ม ส = 1/2 >และ ส=

ข้าว. 1. แผนภาพระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจน (เส้นแนวนอน) และออปติคัล การเปลี่ยนภาพ (เส้นแนวตั้ง) ด้านล่างนี้เป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมอะตอมของการปล่อยไฮโดรเจน - เส้นสเปกตรัมสองชุด เส้นประแสดงความสอดคล้องของเส้นและการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอน

สถานะคงที่ของอิเล็กตรอนหนึ่งอิเล็กตรอนมีลักษณะเฉพาะด้วยตัวเลขควอนตัมสี่ตัว ได้แก่ n, l, m l และ m s พลังงานของก. ไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับเท่านั้น พีและระดับที่มี p ที่กำหนดนั้นสอดคล้องกับสถานะจำนวนหนึ่งที่แตกต่างกันในค่า l, ml, ส. >รัฐที่ให้ pi l มักจะแสดงเป็น 1s, 2s, 2p, 3sฯลฯ โดยตัวเลขระบุค่าของ l และตัวอักษร s พี ดี เอฟ และนอกจากนี้ในตัวอักษรละตินจะสอดคล้องกับค่า d = 0, 1, 2, 3, ... จำนวนนักดำน้ำ สถานะที่กำหนด pi d เท่ากับ 2(2l+ 1) จำนวนการรวมกันของค่า ml และ m s จำนวนนักดำน้ำทั้งหมด รัฐที่มีการกำหนดสิทธิ นั่นคือระดับที่มีค่า n = 1, 2, 3, ... สอดคล้องกับ 2, 8, 18, ... , 2n 2 แยกส่วน รัฐควอนตัม ระดับที่มีการเรียกเพียงฟังก์ชันเดียว (ฟังก์ชันคลื่นเดียว) เท่านั้น ไม่เสื่อม หากระดับหนึ่งสอดคล้องกับสถานะควอนตัมตั้งแต่สองสถานะขึ้นไป จะเรียกว่าระดับดังกล่าว เสื่อมสภาพ (ดู ความเสื่อมของระดับพลังงาน)ในอะตอมไฮโดรเจนระดับพลังงานจะลดลงตามค่า l และ m l ความเสื่อมในหน่วย m s เกิดขึ้นโดยประมาณเท่านั้นหากไม่ได้คำนึงถึงการโต้ตอบ หมุนแม่เหล็ก โมเมนต์ของอิเล็กตรอนกับแม่เหล็ก สนามที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวงโคจรของอิเล็กตรอนในไฟฟ้า สนามนิวเคลียร์ (ดู ปฏิกิริยาระหว่างการหมุนและวงโคจร)นี่เป็นผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งมีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับอันตรกิริยาของคูลอมบ์ แต่มีความสำคัญโดยพื้นฐาน เนื่องจากมันนำไปสู่การเกื้อกูลกัน การแยกระดับพลังงานซึ่งแสดงออกในสเปกตรัมอะตอมในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่า โครงสร้างที่ดี

สำหรับ n, l และ ml ที่กำหนดให้ กำลังสองของโมดูลัสของฟังก์ชันคลื่นจะกำหนดการกระจายตัวเฉลี่ยของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสำหรับเมฆอิเล็กตรอนใน A ความแตกต่าง สถานะควอนตัมของ A. ไฮโดรเจนแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน (รูปที่ 2) ดังนั้น ที่ l = 0 (s-state) ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะแตกต่างจากศูนย์ที่ศูนย์กลางของ A และไม่ขึ้นอยู่กับทิศทาง (นั่นคือ มีความสมมาตรเป็นทรงกลม) สำหรับสถานะอื่น ๆ จะเท่ากับศูนย์ที่ ศูนย์กลางของ A และขึ้นอยู่กับทิศทาง

ข้าว. 2. รูปร่างของเมฆอิเล็กตรอนสำหรับ เงื่อนไขต่างๆอะตอมไฮโดรเจน

ในมัลติอิเล็กตรอน A. เนื่องจากไฟฟ้าสถิตร่วมกัน การผลักกันของอิเล็กตรอนลดการเชื่อมต่อกับนิวเคลียสอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น พลังงานของการดึงอิเล็กตรอนจาก He + ไอออนคือ 54.4 eV ในอะตอม He ที่เป็นกลางจะมีค่าน้อยกว่ามาก - 24.6 eV สำหรับการเชื่อมต่อภายนอกที่รุนแรงยิ่งขึ้น อิเล็กตรอนที่มีนิวเคลียสยังอ่อนลงอีกด้วย บทบาทสำคัญในมัลติอิเล็กตรอน A. มีบทบาทเฉพาะ แลกเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์เกี่ยวข้องกับการแยกไม่ออกของอิเล็กตรอนและความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนเชื่อฟัง หลักการของเปาลีตามคำกล่าวของกรม ในแต่ละสถานะควอนตัมที่มีตัวเลขควอนตัมสี่ตัว จะต้องมีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัวไม่ได้ สำหรับมัลติอิเล็กตรอน A. มันสมเหตุสมผลแล้วที่จะพูดถึงเฉพาะสถานะควอนตัมของ A. โดยรวมเท่านั้น อย่างไรก็ตามโดยประมาณในสิ่งที่เรียกว่า การประมาณหนึ่งอิเล็กตรอน เราสามารถพิจารณาสถานะควอนตัมของอิเล็กตรอนแต่ละตัวและกำหนดลักษณะเฉพาะของสถานะอิเล็กตรอนแต่ละตัวได้ (ค่าที่แน่นอน วงโคจร,อธิบายโดยฟังก์ชันที่เกี่ยวข้อง) โดยชุดของตัวเลขควอนตัมสี่ตัว n, l, m l และ ส.>ชุดของอิเล็กตรอน 2(2l+ 1) ในสถานะที่กำหนด pi l จะทำให้เกิดเปลือกอิเล็กตรอน (เรียกอีกอย่างว่าระดับย่อย, เปลือกย่อย); หากสถานะทั้งหมดนี้ถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอน เปลือกจะถูกเรียก เต็มแล้ว (ปิด) จำนวนทั้งสิ้น สถานะที่มี n เหมือนกัน แต่ l ต่างกันจะก่อให้เกิดเลเยอร์อิเล็กทรอนิกส์ (เรียกอีกอย่างว่าระดับ เชลล์) สำหรับ n=เลเยอร์ 1, 2, 3, 4, ... จะถูกระบุด้วยสัญลักษณ์ ถึง,แอล, เอ็ม, ยังไม่มีข้อความ... จำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกและชั้นเมื่อเติมจนเต็มจะแสดงไว้ในตาราง:

ความแข็งแรงพันธะของอิเล็กตรอนในอิเล็กตรอน กล่าวคือ พลังงานที่ต้องให้อิเล็กตรอนเพื่อเอาออกจากอิเล็กตรอน จะลดลงตามการเพิ่มขึ้น n และสำหรับค่าที่กำหนด พี-สลิตรที่เพิ่มขึ้น ลำดับที่อิเล็กตรอนเติมเปลือกและชั้นในอะลูมิเนียมเชิงซ้อนจะเป็นตัวกำหนดโครงร่างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะลูมิเนียม กล่าวคือ การกระจายตัวของอิเล็กตรอนระหว่างเปลือกในสถานะพื้นดิน (ไม่ตื่นเต้น) ของอะลูมิเนียมและไอออนของอะลูมิเนียมนี้ ด้วยการเติมนี้อิเล็กตรอนที่มีค่าเพิ่มขึ้นของ u และ / จะเชื่อมโยงกันตามลำดับ ตัวอย่างเช่น สำหรับ A. ไนโตรเจน (Z = 7) และไอออนของมัน N + , N 2+ , N 3+ , N 4+ , ​​​​N 5+ และ N 6+ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์มีดังนี้: คือ 2 2s 2 2p 3 ; คือ 2 2s 2 2p 2 ; คือ 2 2s 2 2p; คือ 2 2s 2 ; คือ 2 2 วินาที; คือ 2; คือ (จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละเปลือกจะถูกระบุโดยดัชนีที่มุมขวาบน) ธาตุ A ที่เป็นกลางซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากันจะมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์เหมือนกับไอออนไนโตรเจน: C, B, Be, Li, He, H (Z = 6, 5, 4, 3, 2, 1) เริ่มต้นจาก n = 4 ลำดับของการเติมเปลือกจะเปลี่ยนไป: อิเล็กตรอนที่มีขนาดใหญ่กว่า พีแต่ l ที่เล็กกว่ากลับกลายเป็นว่าถูกผูกไว้แน่นกว่าอิเล็กตรอนที่มี l เล็กและใหญ่กว่า (กฎของ Klechkovsky) เป็นต้น อิเล็กตรอน 4s ถูกยึดแน่นมากกว่าอิเล็กตรอน 3 มิติ และเปลือก 4s จะถูกเติมเต็มก่อน จากนั้น 3d.เมื่อเติมเปลือกหอย 3 มิติ, 4 วัน, 5 วันได้รับกลุ่มขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกัน เมื่อเติม 4f-และ 5f-shells - ตามลำดับ แลนทาไนด์ และ. ลำดับการเติมมักจะสอดคล้องกับผลรวมที่เพิ่มขึ้นของตัวเลขควอนตัม (n+ l ); หากผลรวมเหล่านี้เท่ากันสำหรับสองเปลือกหอยขึ้นไป เปลือกหอยที่มีขนาดเล็กกว่าและจะถูกเติมก่อน สิ่งต่อไปนี้จะเกิดขึ้น ลำดับการเติมเปลือกอิเล็กตรอน:

ในแต่ละคาบ การจัดเรียงอิเล็กตรอนของก๊าซมีตระกูลมีค่าสูงสุด จำนวนอิเล็กตรอนและบรรทัดสุดท้ายแสดงค่า n + l อย่างไรก็ตาม มีการเบี่ยงเบนไปจากลำดับการบรรจุนี้ (สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเติมเปลือกหอย โปรดดู ตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี)

ระหว่างสถานะคงที่ใน A. เป็นไปได้ การเปลี่ยนแปลงควอนตัมเมื่อย้ายจากที่มากขึ้น ระดับสูงพลังงาน E i ถึง E k A. ที่ต่ำกว่าให้พลังงาน (E i × E k) และในระหว่างการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับจะได้รับมัน ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านของการแผ่รังสี อะตอมจะปล่อยหรือดูดซับควอนตัมแม่เหล็กไฟฟ้า รังสี (โฟตอน) อาจเป็นไปได้เมื่อ A. ให้หรือรับพลังงานระหว่างการโต้ตอบ กับอนุภาคอื่นๆ ที่มันชนกัน (เช่น ในก๊าซ) หรือเกี่ยวข้องกันเป็นเวลานาน (ในโมเลกุล ของเหลว และของแข็ง) ในก๊าซปรมาณูซึ่งเป็นผลมาจากการชนกันของสารอิสระ ก. อนุภาคอื่นสามารถเคลื่อนที่ไปยังระดับพลังงานอื่นได้ - ประสบกับการชนที่ไม่ยืดหยุ่น ในระหว่างการชนแบบยืดหยุ่น เฉพาะค่าจลน์เท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง สมมุติฐานพลังงาน การเคลื่อนไหวของก. และภายในที่สมบูรณ์ของเขา พลังงานของ E ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ไม่มีการชนกันแบบยืดหยุ่น ก. มีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็ว ทำให้ก. มีจลน์ศาสตร์ พลังงาน - การกระตุ้นของ A. โดยการกระแทกของอิเล็กตรอน - หนึ่งในวิธีการกำหนดระดับพลังงานของ A.

โครงสร้างอะตอมและคุณสมบัติของสารเคมี. นักบุญถูกกำหนดโดยโครงสร้างของภายนอก เปลือกอิเล็กตรอนของอิเล็กตรอน ซึ่งอิเล็กตรอนถูกพันธะค่อนข้างอ่อน (พลังงานที่ยึดเหนี่ยวจากหลาย eV ถึงหลายสิบ eV) โครงสร้างภายนอก เปลือกหอยก.เคมี องค์ประกอบของกลุ่มหนึ่ง (หรือกลุ่มย่อย) เป็นระยะ ระบบมีความคล้ายคลึงกันซึ่งเป็นตัวกำหนดความคล้ายคลึงกันของสารเคมี อันศักดิ์สิทธิ์แห่งธาตุเหล่านี้ เมื่อจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกเติมเพิ่มขึ้น พลังงานยึดเหนี่ยวของพวกมันก็จะเพิ่มขึ้นตามกฎ สูงสุด อิเล็กตรอนในเปลือกปิดมีพลังงานยึดเหนี่ยว เพราะฉะนั้น ก. มีอย่างใดอย่างหนึ่งหรือหลายอย่าง. อิเล็กตรอนในส่วนต่อเติมบางส่วน เปลือกถูกมอบให้กับสารเคมี r-tions ก.ไครเมียขาดไปหนึ่งอย่างหรือมากกว่านั้น อิเล็กตรอนสำหรับการก่อตัวของภายนอกแบบปิด เปลือกหอยมักจะยอมรับมัน ก. ก๊าซมีตระกูลที่มีภายนอกปิด เปลือกหอยด้วย สภาวะปกติห้ามใส่สารเคมี เขต

โครงสร้างภายใน A. เปลือกซึ่งอิเล็กตรอนถูกผูกไว้แน่นกว่ามาก (พลังงานการจับ 10 2 -10 4 eV) ปรากฏตัวเฉพาะในระหว่างการโต้ตอบเท่านั้น ก. มีอนุภาคเร็วและโฟตอนพลังงานสูง ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าว กำหนดลักษณะของสเปกตรัมรังสีเอกซ์และการกระเจิงของอนุภาค (อิเล็กตรอน, นิวตรอน) บนสเปกตรัม (ดู วิธีการเลี้ยวเบน)มวลของ A. เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของมัน ศักดิ์สิทธิ์เหมือนแรงกระตุ้นจลน์ พลังงาน. จากแม็กเครื่องกลและแม็กที่เกี่ยวข้อง และไฟฟ้า โมเมนต์ของนิวเคลียสของ A. ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางกายภาพบางอย่างที่ละเอียดอ่อน เอฟเฟกต์ (NMR, NQR, โครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ของเส้นสเปกตรัม, ซม สเปกโทรสโกปี)

อ่อนแอกว่าเมื่อเทียบกับสารเคมี การเชื่อมต่อไฟฟ้าสถิต ปฏิสัมพันธ์ สอง A. แสดงออกในความสามารถเชิงขั้วร่วมกัน - การกระจัดของอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับนิวเคลียสและการเกิดโพลาไรเซชัน แรงดึงดูดระหว่าง A. (ดู ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล)ก. มีโพลาไรซ์จากภายนอก ไฟฟ้า สาขา; เป็นผลให้ระดับพลังงานเปลี่ยนไป และที่สำคัญที่สุดคือระดับที่เสื่อมจะถูกแบ่งออก (ดู สตาร์คเอฟเฟ็กต์)ก. สามารถโพลาไรซ์ได้ภายใต้อิทธิพลของไฟฟ้า สนามคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสี; ขึ้นอยู่กับความถี่ของการแผ่รังสีซึ่งกำหนดการพึ่งพาดัชนีการหักเหของสารที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการโพลาไรซ์ A ปิดการเชื่อมต่อแสง เซนต์เอ.ด้วยไฟฟ้า. เซนต์ คุณแสดงออกมาอย่างชัดเจนเป็นพิเศษในเชิงแสง สเปกตรัม

ต่อ อิเล็กตรอน ก. เป็นตัวกำหนดแม่เหล็ก sv-va ใน A. พร้อมกรอกต่อ เปลือกของแม่เหล็ก โมเมนต์ เช่นเดียวกับโมเมนตัมเชิงมุมรวม (แรงบิดเชิงกล) มีค่าเท่ากับศูนย์ ก. ภายนอกเต็มไปด้วยบางส่วน ตามกฎแล้วเปลือกหอยจะมีสนามแม่เหล็กถาวร ช่วงเวลาที่ไม่ใช่ศูนย์ สารดังกล่าวเป็นพาราแมกเนติก (ดู. พาราแมกเนติก)ในส่วนต่อ แม็ก สนามพลังงานทุกระดับ A. ซึ่งเป็นสนามแม่เหล็ก ช่วงเวลาไม่เท่ากับศูนย์ พวกเขาแยกกัน (ดู ซีมานเอฟเฟ็กต์) A. ทั้งหมดมีไดอะแมกเนติซึมซึ่งเกิดจากการเกิดแม่เหล็กเหนี่ยวนำในตัว ขณะอยู่ภายใต้อิทธิพลของภายนอก แม็ก ฟิลด์ (ดู อิเล็กทริก)

คุณสมบัติของ A. ซึ่งอยู่ในสถานะผูกมัด (เช่น รวมอยู่ในองค์ประกอบของโมเลกุล) แตกต่างจากคุณสมบัติของอิสระ ก. มากที่สุด การเปลี่ยนแปลงกำลังดำเนินการตามคุณสมบัติที่กำหนดโดยปัจจัยภายนอก อิเล็กตรอนที่เข้าร่วมในวิชาเคมี การสื่อสาร; คุณสมบัติศักดิ์สิทธิ์ที่กำหนดโดยอิเล็กตรอนภายใน เปลือกหอยอาจจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ คุณสมบัติบางอย่างของอะตอมอาจมีการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับความสมมาตรของสภาพแวดล้อมของอะตอมที่กำหนด ตัวอย่างคือการแยกระดับพลังงานของ A. ในผลึกและสารประกอบเชิงซ้อนซึ่งเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของไฟฟ้า สนามที่สร้างขึ้นโดยไอออนหรือลิแกนด์ที่อยู่รอบๆ

ความหมาย: Karapetyants M. X. , Drakin S. I. , โครงสร้าง, 3rd ed., M. , 1978; Shloliekiy E.V., ฟิสิกส์อะตอม, ฉบับที่ 7, เล่ม 1-2, M. , 1984 ม.เอ. เอลิอาเชวิช

สารานุกรมเคมี. - ม.: สารานุกรมโซเวียต. เอ็ด ไอ. แอล. คนันยันต์. 1988 .

ดูว่า "ATOM" ในพจนานุกรมอื่นคืออะไร:

อะตอม- อะตอม และ... พจนานุกรมการสะกดคำภาษารัสเซีย

- (กรีก atomos จากส่วนเชิงลบ และ tome แผนก tomos ส่วน) อนุภาคขนาดเล็กที่แบ่งแยกไม่ได้ ซึ่งมีจำนวนทั้งสิ้นรวมกันเป็นอนุภาคใดๆ ร่างกาย. พจนานุกรมคำต่างประเทศที่รวมอยู่ในภาษารัสเซีย Chudinov A.N. , 2453 ATOM กรีก ... พจนานุกรมคำต่างประเทศในภาษารัสเซีย

อะตอม- ม. อะตอม ม. 1. อนุภาคของสสารที่เล็กที่สุดซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ อะตอมไม่สามารถคงอยู่ชั่วนิรันดร์ได้ Cantemir เกี่ยวกับธรรมชาติ แอมแปร์เชื่อว่าทุกอนุภาคของสสาร (อะตอม) ที่แบ่งแยกไม่ได้นั้นมีกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง ออนซ์ 1848 56 8 240. ขอให้มี... ... พจนานุกรมประวัติศาสตร์ Gallicisms ของภาษารัสเซีย

ATOM อนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารที่สามารถเข้าไปได้ ปฏิกริยาเคมี. สารแต่ละชนิดมีชุดอะตอมที่เป็นเอกลักษณ์ ครั้งหนึ่งเชื่อกันว่าอะตอมนี้แบ่งแยกไม่ได้ แต่ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวก... ... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

- (จากอะตอมของกรีก - แบ่งแยกไม่ได้) อนุภาคที่เป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสารซึ่งทุกสิ่งที่มีอยู่ประกอบขึ้นรวมถึงวิญญาณที่ถูกสร้างขึ้นจากอะตอมที่ดีที่สุด (Leucippus, Democritus, Epicurus) อะตอมเป็นนิรันดร์ ไม่เกิดขึ้นหรือหายไป มีความคงที่... ... สารานุกรมปรัชญา

อะตอม- อะตอม ♦ อะตอม ตามหลักนิรุกติศาสตร์ อะตอมเป็นอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ หรืออนุภาคที่มีการแบ่งตัวแบบเก็งกำไรเท่านั้น ธาตุที่แบ่งแยกไม่ได้ (อะตอม) ของสสาร Democritus และ Epicurus เข้าใจอะตอมในแง่นี้ นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ตระหนักดีว่าสิ่งนี้... ... พจนานุกรมปรัชญาของสปอนวิลล์

- (จากอะตอมของกรีกแบ่งแยกไม่ได้) อนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่ยังคงคุณสมบัติของมันไว้ ที่ใจกลางอะตอมจะมีนิวเคลียสที่มีประจุบวก ซึ่งมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมมีความเข้มข้น อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ กลายเป็นอิเล็กตรอน... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

ATOM [อะตอมภาษาฝรั่งเศส จากภาษาลาติน atomus จากภาษากรีก?τομος (ουσ?α) - แบ่งแยกไม่ได้ (แก่นแท้)] ซึ่งเป็นอนุภาคของสสาร ซึ่งเป็นส่วนที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีซึ่งเป็นผู้ถือคุณสมบัติของมัน อะตอมของแต่ละองค์ประกอบมีโครงสร้างและคุณสมบัติเฉพาะตัว และถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ทางเคมีขององค์ประกอบ (เช่น อะตอมไฮโดรเจน - H, เหล็ก - Fe, ปรอท - Hg, ยูเรเนียม - U เป็นต้น) อะตอมสามารถมีอยู่ได้ทั้งในสถานะอิสระและในสถานะที่ถูกผูกไว้ (ดูพันธะเคมี) สารที่หลากหลายทั้งหมดเกิดจากการรวมอะตอมที่แตกต่างกัน คุณสมบัติของสารที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีทั้งหมดของอะตอมถูกกำหนดโดยโครงสร้างของมันและปฏิบัติตามกฎควอนตัม (สำหรับประวัติความเป็นมาของการพัฒนาหลักคำสอนของอะตอม ดูบทความ ฟิสิกส์อะตอม)

ลักษณะทั่วไปของโครงสร้างของอะตอม. อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสหนักที่มีประจุไฟฟ้าบวก และอิเล็กตรอนเบาที่มีประจุไฟฟ้าลบล้อมรอบ ทำให้เกิดเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม ขนาดของอะตอมถูกกำหนดโดยขนาดของเปลือกอิเล็กตรอนด้านนอกและมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับขนาดของนิวเคลียสของอะตอม ลำดับคุณลักษณะของเส้นผ่านศูนย์กลาง พื้นที่หน้าตัด และปริมาตรของอะตอมและนิวเคลียสคือ:

อะตอม 10 -8 ซม. 10 -16 ซม. 2 10 -24 ซม. 3

แกน 10 -12 ซม. 10 -24 ซม. 2 10 -36 ซม. 3

เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมไม่มีขอบเขตที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และขนาดของอะตอมขึ้นอยู่กับวิธีการกำหนดขอบเขตไม่มากก็น้อย

ประจุนิวเคลียร์เป็นลักษณะสำคัญของอะตอมซึ่งกำหนดว่าอะตอมนั้นเป็นของธาตุใดธาตุหนึ่ง ประจุของนิวเคลียสจะเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของประจุไฟฟ้าพื้นฐานบวกเสมอ ซึ่งมีค่าเท่ากับค่าสัมบูรณ์ของประจุของอิเล็กตรอน -e ประจุของนิวเคลียสคือ +Ze โดยที่ Z คือเลขอะตอม (เลขอะตอม) Z= 1, 2, 3,... สำหรับอะตอมของธาตุต่อเนื่องในตารางธาตุของธาตุเคมี นั่นคือ อะตอมของ H, He, Li, .... ในอะตอมที่เป็นกลาง จะมีนิวเคลียสที่มีประจุ + Ze เก็บ Z อิเล็กตรอนด้วยประจุทั้งหมด - Ze อะตอมสามารถสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนบวกหรือลบ (k = 1, 2, 3, ... - ความหลากหลายของไอออนไนซ์) อะตอมของธาตุบางชนิดมักมีไอออนอยู่ด้วย เมื่อเขียนไอออนจะแตกต่างจากอะตอมที่เป็นกลางด้วยดัชนี k + และ k -; ตัวอย่างเช่น O คืออะตอมออกซิเจนที่เป็นกลาง O +, O 2+, O 3+, ..., O 8+, O -, O 2- คือไอออนบวกและลบ การรวมกันของอะตอมที่เป็นกลางและไอออนขององค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากันจะทำให้เกิดอนุกรมไอโซอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น ชุดของอะตอมคล้ายไฮโดรเจน H, He +, Li 2+, Be 3+,....

ความหลากหลายของประจุของนิวเคลียสของอะตอมต่อประจุเบื้องต้น e ถูกอธิบายบนพื้นฐานของแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของนิวเคลียส: Z เท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสประจุของโปรตอนคือ +e . มวลของอะตอมจะเพิ่มขึ้นตาม Z ที่เพิ่มขึ้น มวลของนิวเคลียสของอะตอมจะมีสัดส่วนโดยประมาณกับเลขมวล A ซึ่งเป็นจำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดในนิวเคลียส มวลของอิเล็กตรอน (0.91 x 10 -27 กรัม) น้อยกว่ามวลของโปรตอนหรือนิวตรอนอย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 1840 เท่า) (1.67 x 10 -24 กรัม) ดังนั้นมวลของอะตอมจึงถูกกำหนดโดยมวลเป็นหลัก ของนิวเคลียสของมัน

อะตอมของธาตุที่กำหนดอาจมีมวลนิวเคลียร์ต่างกัน (จำนวนโปรตอน Z คงที่ จำนวนนิวตรอน A-Z อาจแตกต่างกันได้) อะตอมของธาตุเดียวกันชนิดต่างๆ ดังกล่าวเรียกว่าไอโซโทป ความแตกต่างในมวลของนิวเคลียสแทบไม่มีผลกระทบต่อโครงสร้างของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมที่กำหนดซึ่งขึ้นอยู่กับ Z และคุณสมบัติของอะตอม ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดในคุณสมบัติ (ผลกระทบของไอโซโทป) ได้รับสำหรับไอโซโทปไฮโดรเจน (Z = 1) เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในมวลของอะตอมแสงธรรมดาของไฮโดรเจน (A = 1), ดิวเทอเรียม (A = 2) และทริเทียม (A = 3)

มวลของอะตอมแปรผันจาก 1.67 × 10 -24 กรัม (สำหรับไอโซโทปหลัก อะตอมไฮโดรเจน Z = 1, A = 1) ถึงประมาณ 4 × 10 -22 กรัม (สำหรับอะตอมของธาตุทรานยูเรเนียม) ค่ามวลอะตอมที่แม่นยำที่สุดสามารถกำหนดได้โดยวิธีแมสสเปกโทรสโกปี มวลของอะตอมไม่เท่ากันทุกประการกับผลรวมของมวลของนิวเคลียสและมวลของอิเล็กตรอน แต่จะน้อยกว่านั้นเนื่องจากข้อบกพร่องของมวล ΔM = W/c 2 โดยที่ W คือพลังงานในการก่อตัวของอะตอม จากนิวเคลียสและอิเล็กตรอน (พลังงานยึดเหนี่ยว) c คือความเร็วแสง การแก้ไขนี้เป็นไปตามลำดับมวลอิเล็กตรอน m e สำหรับอะตอมหนัก และสำหรับอะตอมเบาจะมีค่าเล็กน้อย (ประมาณ 10 -4 m e)

พลังงานปรมาณูและการหาปริมาณของมัน. เนื่องจากขนาดที่เล็กและมีมวลมาก นิวเคลียสของอะตอมจึงถือได้ว่าเป็นจุดที่ใกล้เคียงกันและพักอยู่ที่จุดศูนย์กลางมวลของอะตอม ( ศูนย์รวมมวลของนิวเคลียสและอิเล็กตรอนตั้งอยู่ใกล้กับนิวเคลียส และความเร็วการเคลื่อนที่ของนิวเคลียสสัมพันธ์กับศูนย์กลางมวลของอะตอมยังน้อยเมื่อเทียบกับความเร็วการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน) ดังนั้น อะตอมจึงถือได้ว่าเป็นระบบที่อิเล็กตรอน N ซึ่งมีประจุจะเคลื่อนที่ไปรอบจุดดึงดูดที่อยู่กับที่ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอมเกิดขึ้นในปริมาตรที่จำกัด กล่าวคือ มันถูกผูกไว้ พลังงานภายในทั้งหมดของอะตอม E เท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์ T ของอิเล็กตรอนทั้งหมดและพลังงานศักย์ U - พลังงานของการดึงดูดนิวเคลียสและแรงผลักจากกัน

ตามทฤษฎีอะตอมที่เสนอในปี 1913 โดย Niels Bohr ในอะตอมไฮโดรเจน อิเล็กตรอน 1 ตัวที่มีประจุ -e เคลื่อนที่ไปรอบจุดศูนย์กลางที่นิ่งซึ่งมีประจุ +e ตามกลศาสตร์คลาสสิก พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจะเท่ากับ

โดยที่ v คือความเร็ว p = m e v คือโมเมนตัม (โมเมนตัม) ของอิเล็กตรอน พลังงานศักย์ (ลดลงเป็นพลังงานของแรงดึงดูดคูลอมบ์ของอิเล็กตรอนโดยนิวเคลียส) เท่ากับ

และขึ้นอยู่กับระยะห่าง r ของอิเล็กตรอนจากนิวเคลียสเท่านั้น ในเชิงกราฟิก ฟังก์ชัน U(r) จะแสดงด้วยเส้นโค้งที่ลดลงโดยไม่มีขีดจำกัดเมื่อ r ลดลง กล่าวคือ เมื่ออิเล็กตรอนเข้าใกล้นิวเคลียส ค่าของ U(r) ที่ r→∞ ถือเป็นศูนย์ ที่ค่าลบของพลังงานทั้งหมด E = T + U< 0 движение электрона является связанным: оно ограничено в пространстве значениями r=r мaкc . При положительных значениях полной энергии Е = Т + U >0 การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนั้นเป็นอิสระ - มันสามารถไปถึงอนันต์ได้ด้วยพลังงาน E = T = (1/2)m e v 2 ซึ่งสอดคล้องกับอะตอมไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออน H + ดังนั้นอะตอมไฮโดรเจนที่เป็นกลางจึงเป็นระบบของนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่ถูกยึดด้วยไฟฟ้าสถิตด้วยพลังงาน E< 0.

พลังงานภายในทั้งหมดของอะตอม E เป็นคุณลักษณะหลักของระบบควอนตัม (ดูกลศาสตร์ควอนตัม) อะตอมสามารถคงอยู่ได้เป็นเวลานานเฉพาะในสถานะที่มีพลังงานที่แน่นอนเท่านั้น - สถานะคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา) พลังงานภายในของระบบควอนตัมที่ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่ถูกผูกไว้ (รวมถึงอะตอม) อาจรับค่าชุดค่าใดชุดหนึ่งที่แยกจากกัน (ไม่ต่อเนื่อง)

ค่าพลังงานที่ "อนุญาต" แต่ละค่าเหล่านี้สอดคล้องกับสถานะควอนตัมที่อยู่นิ่งตั้งแต่หนึ่งสถานะขึ้นไป ระบบไม่สามารถมีค่าพลังงานกลางได้ (เช่น ค่าที่อยู่ระหว่าง E 1 และ E 2, E 2 และ E 3 เป็นต้น) ระบบดังกล่าวกล่าวกันว่ามีพลังงานเชิงปริมาณ การเปลี่ยนแปลงใดๆ ใน E เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงควอนตัม (การกระโดด) ของระบบจากสถานะควอนตัมคงที่หนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง (ดูด้านล่าง)

ค่าที่ไม่ต่อเนื่องที่เป็นไปได้ (3) ของพลังงานของอะตอมสามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้โดยการเปรียบเทียบกับพลังงานศักย์ของร่างกายที่ยกขึ้นในระดับความสูงที่แตกต่างกัน (ไปยังระดับที่แตกต่างกัน) ในรูปแบบของแผนภาพระดับพลังงานโดยที่แต่ละพลังงาน ค่าสอดคล้องกับเส้นตรงที่ลากที่ความสูง E i, i= 1 , 2, 3, ... (รูปที่ 1) ระดับต่ำสุด E 1 ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานต่ำสุดที่เป็นไปได้ของอะตอมเรียกว่าระดับพื้นดินและระดับอื่น ๆ ทั้งหมด (E i >E 1) i = 2, 3, 4, ... ) เรียกว่าตื่นเต้น เพราะสำหรับการเปลี่ยนผ่าน ( เปลี่ยนเป็นสถานะตื่นเต้นคงที่ที่สอดคล้องกันจากพื้นดิน) จำเป็นต้องกระตุ้นระบบ - เพื่อส่งพลังงาน E i -E 1 ให้กับมันจากภายนอก

การหาปริมาณพลังงานปรมาณูเป็นผลมาจากคุณสมบัติคลื่นของอิเล็กตรอน ตามหลักการของความเป็นคู่ระหว่างคลื่นและอนุภาค การเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กที่มีมวล m ด้วยความเร็ว v สอดคล้องกับความยาวคลื่น แล = h/mv โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ สำหรับอิเล็กตรอนในอะตอม γ อยู่ในลำดับ 10 -8 ซม. นั่นคือลำดับของมิติเชิงเส้นของอะตอม และคำนึงถึงคุณสมบัติคลื่นของอิเล็กตรอนในอะตอมด้วย การเคลื่อนที่ที่เกี่ยวข้องของอิเล็กตรอนในอะตอมนั้นคล้ายคลึงกับคลื่นนิ่ง และไม่ควรพิจารณาว่าเป็นการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุตามแนววิถี แต่เป็นกระบวนการคลื่นที่ซับซ้อน สำหรับคลื่นนิ่งในปริมาตรที่จำกัด สามารถทำได้เฉพาะค่าบางค่าของความยาวคลื่น แลม (และด้วยเหตุนี้ ความถี่การสั่น v) เท่านั้น ตามกลศาสตร์ควอนตัม พลังงานของอะตอม E สัมพันธ์กับ v ด้วยความสัมพันธ์ E = hν ดังนั้นจึงสามารถรับค่าได้เพียงบางค่าเท่านั้น การเคลื่อนที่เชิงแปลอิสระของอนุภาคขนาดเล็ก ซึ่งไม่จำกัดในอวกาศ เช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่แยกออกจากอะตอม (ที่มีพลังงาน E> 0) คล้ายคลึงกับการแพร่กระจายของคลื่นเคลื่อนที่ในปริมาตรไม่จำกัด ซึ่ง ค่าของ แล (และ v) เป็นไปได้ พลังงานของอนุภาคขนาดเล็กอิสระดังกล่าวสามารถรับค่าใดๆ ก็ได้ (ไม่ได้วัดปริมาณ แต่มีสเปกตรัมพลังงานต่อเนื่อง) ลำดับต่อเนื่องนี้สอดคล้องกับอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออน ค่า E ∞ = 0 สอดคล้องกับขอบเขตไอออไนซ์ ความแตกต่าง E ∞ -E 1 = E ไอออนเรียกว่าพลังงานไอออไนเซชัน (ดูบทความศักยภาพไอออไนเซชัน) สำหรับอะตอมไฮโดรเจนคือ 13.6 eV

การกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอน. ตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนในอะตอม ณ เวลาที่กำหนดไม่สามารถระบุได้เนื่องจากความไม่แน่นอนในความสัมพันธ์ สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมถูกกำหนดโดยฟังก์ชันคลื่นของมัน ซึ่งในทางใดทางหนึ่งขึ้นอยู่กับพิกัดของมัน กำลังสองของโมดูลัสของฟังก์ชันคลื่นแสดงถึงความหนาแน่นของความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอน ณ จุดที่กำหนดในอวกาศ ฟังก์ชันคลื่นเป็นการแก้สมการชโรดิงเงอร์อย่างชัดเจน

ดังนั้นสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมจึงสามารถกำหนดลักษณะได้โดยการกระจายประจุไฟฟ้าในอวกาศด้วยความหนาแน่นที่แน่นอน - การกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนนั้น "เปื้อน" ในอวกาศและก่อตัวเป็น "เมฆอิเล็กตรอน" แบบจำลองนี้แสดงลักษณะเฉพาะของอิเล็กตรอนในอะตอมได้แม่นยำกว่าแบบจำลองของอิเล็กตรอนแบบจุดซึ่งเคลื่อนที่ไปตามวงโคจรที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด (ในทฤษฎีอะตอมของบอร์) ในเวลาเดียวกัน แต่ละวงโคจรของบอร์สามารถเชื่อมโยงกับการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจำเพาะได้ สำหรับระดับพลังงานพื้นดิน E 1 ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะกระจุกตัวใกล้นิวเคลียส สำหรับระดับพลังงานที่ตื่นเต้น E 2, E 3, E 4 ... มันถูกกระจายไปตามระยะทางเฉลี่ยที่มากขึ้นจากนิวเคลียส ในอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะถูกจัดกลุ่มเป็นเปลือกที่ล้อมรอบนิวเคลียสในระยะห่างต่างๆ และมีลักษณะเฉพาะด้วยการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่แน่นอน ความแข็งแรงของพันธะระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียสในเปลือกชั้นนอกจะน้อยกว่าในเปลือกชั้นใน และอิเล็กตรอนที่อ่อนแอที่สุดจะถูกจับกันที่เปลือกนอกสุดซึ่งมีขนาดที่ใหญ่ที่สุด

การบัญชีสำหรับการหมุนของอิเล็กตรอนและการหมุนของนิวเคลียส. ในทฤษฎีของอะตอมเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องคำนึงถึงการหมุนของอิเล็กตรอน - โมเมนตัมเชิงมุม (หมุน) ของมันเองซึ่งจากมุมมองที่มองเห็นสอดคล้องกับการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนของมันเอง ( ถ้าอิเล็กตรอนถือเป็นอนุภาคขนาดเล็ก) การหมุนของอิเล็กตรอนสัมพันธ์กับโมเมนต์แม่เหล็กภายในหนึ่งร้อยโมเมนต์ ดังนั้นในอะตอมจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิตปฏิกิริยาทางแม่เหล็กที่กำหนดโดยโมเมนต์แม่เหล็กหมุนและโมเมนต์แม่เหล็กในวงโคจรที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับไฟฟ้าสถิต อิทธิพลที่สำคัญที่สุดของการหมุนคือในอะตอมหลายอิเล็กตรอน การเติมเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่แน่นอนนั้นขึ้นอยู่กับการหมุนของอิเล็กตรอน

นิวเคลียสในอะตอมสามารถมีโมเมนต์เชิงกลของตัวเองได้ - การหมุนของนิวเคลียสซึ่งสัมพันธ์กับโมเมนต์แม่เหล็กนิวเคลียร์ที่เล็กกว่าอิเล็กตรอนนับร้อยนับพันเท่า การมีอยู่ของการหมุนทำให้เกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติมเล็กน้อยระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอน (ดูด้านล่าง)

สถานะควอนตัมของอะตอมไฮโดรเจน. บทบาทที่สำคัญที่สุดใน ทฤษฎีควอนตัมอะตอมเล่นโดยทฤษฎีอะตอมอิเล็กตรอนเดี่ยวที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุ +Ze และอิเล็กตรอนที่มีประจุ -e นั่นคือทฤษฎีของอะตอมไฮโดรเจน H และไอออนคล้ายไฮโดรเจน He +, Li 2 +, Be 3+,... มักเรียกว่าทฤษฎีอะตอมไฮโดรเจน เมื่อใช้วิธีการทางกลศาสตร์ควอนตัมก็เป็นไปได้ที่จะได้รับความแม่นยำและ คำอธิบายแบบเต็มสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมหนึ่งอิเล็กตรอน ปัญหาของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากสามารถแก้ไขได้โดยประมาณเท่านั้น ในกรณีนี้ก็ต่อเนื่องจากผลลัพธ์ของการแก้ปัญหาอะตอมหนึ่งอิเล็กตรอน

พลังงานของอะตอมหนึ่งอิเล็กตรอนในการประมาณแบบไม่สัมพันธ์กัน (โดยไม่คำนึงถึงการหมุนของอิเล็กตรอน) เท่ากับ

จำนวนเต็ม n = 1, 2, 3, ... กำหนดค่าพลังงานแยกที่เป็นไปได้ - ระดับพลังงาน - และเรียกว่าเลขควอนตัมหลัก R คือค่าคงที่ Rydberg เท่ากับ 13.6 eV ระดับพลังงานของอะตอมมาบรรจบกัน (ควบแน่น) กับขอบเขตไอออไนเซชัน E ∞ = 0 ซึ่งสอดคล้องกับ n = ∞ สำหรับไอออนที่มีลักษณะคล้ายไฮโดรเจนจะมีเพียงสเกลของค่าพลังงานเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง (Z 2 เท่า) พลังงานไอออไนเซชันของอะตอมคล้ายไฮโดรเจน (พลังงานจับกับอิเล็กตรอน) คือ (ในหน่วย eV)

ซึ่งให้ค่า H, He +, Li 2+, ... 13.6 eV, 54.4 eV, 122.4 eV, ....

สูตรพื้นฐาน (4) สอดคล้องกับนิพจน์ U(r) = -Ze 2 /r สำหรับพลังงานศักย์ของอิเล็กตรอนในสนามไฟฟ้าของนิวเคลียสที่มีประจุ +Ze สูตรนี้คิดค้นขึ้นครั้งแรกโดย N. Bohr โดยพิจารณาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสในวงโคจรวงกลมที่มีรัศมี r และเป็นคำตอบที่แน่นอนของสมการชโรดิงเงอร์สำหรับระบบดังกล่าว ระดับพลังงาน (4) สอดคล้องกับวงโคจรของรัศมี

โดยที่ค่าคงที่ a 0 = 0.529·10 -8 ซม. = = 0.529 A คือรัศมีของวงโคจรวงกลมวงแรกของอะตอมไฮโดรเจนที่สอดคล้องกับระดับพื้นดิน (รัศมีบอร์นี้มักใช้เป็นหน่วยที่สะดวกสำหรับการวัดความยาวในฟิสิกส์อะตอม ). รัศมีของวงโคจรเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของเลขควอนตัมหลัก n 2 และแปรผกผันกับ Z สำหรับไอออนที่มีลักษณะคล้ายไฮโดรเจน สเกลขนาดเชิงเส้นจะลดลงด้วยปัจจัย Z เมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมไฮโดรเจน คำอธิบายเชิงสัมพัทธ์ของอะตอมไฮโดรเจนโดยคำนึงถึงการหมุนของอิเล็กตรอนนั้นได้มาจากสมการดิแรก

ตามกลศาสตร์ควอนตัมสถานะของอะตอมไฮโดรเจนจะถูกกำหนดอย่างสมบูรณ์โดยค่าที่ไม่ต่อเนื่องของปริมาณทางกายภาพสี่ปริมาณ: พลังงาน E; โมเมนตัมการโคจร M l (โมเมนตัมของอิเล็กตรอนสัมพันธ์กับนิวเคลียส); เส้นโครง M lz ของโมเมนตัมการโคจรไปยังทิศทางที่เลือกโดยพลการ z; เส้นโครง M sz ของโมเมนตัมการหมุน (โมเมนตัมเชิงมุมภายในของอิเล็กตรอน M s) ค่าที่เป็นไปได้ของปริมาณทางกายภาพเหล่านี้จะถูกกำหนดโดยตัวเลขควอนตัม n, l, m l, m s ตามลำดับ ในการประมาณเมื่ออธิบายพลังงานของอะตอมไฮโดรเจนด้วยสูตร (4) มันจะถูกกำหนดโดยเลขควอนตัมหลักเท่านั้น n ซึ่งรับค่าจำนวนเต็ม 1, 2, 3, .... ระดับพลังงานที่มี n ที่กำหนดนั้นสอดคล้องกับหลายสถานะที่แตกต่างกันในค่าของจำนวนควอนตัมของวงโคจร (อะซิมุธาล) l = 0, 1, ..., n-1 รัฐที่มีค่าที่กำหนดเป็น n และ l มักจะแสดงเป็น 1s, 2s, 2р, 3s, ... โดยที่ตัวเลขระบุค่าของ n และตัวอักษร s, р, d, f (ต่อไปนี้เป็นภาษาละติน ตัวอักษร) - ตามลำดับค่า l = 0, 1, 2, 3 สำหรับที่กำหนด n และ l จำนวนสถานะที่แตกต่างกันจะเท่ากับ 2(2l + 1) - จำนวนการรวมกันของค่าของ หมายเลขควอนตัมวงโคจรแม่เหล็ก ml หมายเลขการหมุนแม่เหล็ก m s (อันแรกรับค่า 2l + 1 ค่าที่สอง - 2) จำนวนสถานะที่แตกต่างกันทั้งหมดที่ได้รับ n และ l เท่ากับ 2n 2 ดังนั้น แต่ละระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจนจึงสอดคล้องกับ 2.8, 18,...2n 2 (โดยที่ n = 1, 2, 3, ...) มีสถานะควอนตัมคงที่ต่างกัน หากมีสถานะควอนตัมเพียงสถานะเดียวที่สอดคล้องกับระดับพลังงานก็จะเรียกว่าไม่เสื่อมถ้ามีสองสถานะขึ้นไป - เสื่อมลง (ดูความเสื่อมในทฤษฎีควอนตัม) และจำนวนสถานะดังกล่าว g เรียกว่าระดับหรือหลายหลากของความเสื่อม (สำหรับ ระดับพลังงานที่ไม่เสื่อม g = 1) ระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจนนั้นเสื่อมลง และระดับความเสื่อม gn = 2n 2 .

สำหรับสถานะต่างๆ ของอะตอมไฮโดรเจน จะได้การกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับตัวเลขควอนตัม n, l และในกรณีนี้ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสำหรับสถานะ s (l=0) จะแตกต่างจากศูนย์ที่อยู่ตรงกลาง กล่าวคือ ที่ตำแหน่งของนิวเคลียส และไม่ขึ้นอยู่กับทิศทาง ( สมมาตรเป็นทรงกลม) และสำหรับสถานะที่เหลือ (l>0) จะเท่ากับศูนย์ที่ศูนย์กลางและขึ้นอยู่กับทิศทาง การกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสำหรับสถานะของอะตอมไฮโดรเจนที่มี n = 1, 2, 3 แสดงในรูปที่ 2; ขนาดของ “เมฆอิเล็กตรอน” จะเพิ่มขึ้นตามสูตร (6) ในสัดส่วนกับ n2 (มาตราส่วนในรูปที่ 2 จะลดลงเมื่อเคลื่อนที่จาก n = 1 เป็น n = 2 และจาก n = 2 ถึง n = 3) สถานะควอนตัมของอิเล็กตรอนในไอออนคล้ายไฮโดรเจนมีลักษณะเฉพาะด้วยเลขควอนตัมสี่ตัวที่เหมือนกันคือ n, l, m l และ m s เช่นเดียวกับในอะตอมไฮโดรเจน การกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะยังคงอยู่ เพียงแต่จะเพิ่มขึ้น 3 เท่าเท่านั้น

การกระทำของสนามภายนอกบนอะตอม. อะตอมในฐานะระบบไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กภายนอกจะได้รับพลังงานเพิ่มเติม สนามไฟฟ้าทำให้อะตอมเกิดขั้ว - มันแทนที่เมฆอิเล็กตรอนสัมพันธ์กับนิวเคลียส (ดูความสามารถในการโพลาไรซ์ของอะตอม ไอออน และโมเลกุล) และสนามแม่เหล็กจะปรับทิศทางโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ซึ่งสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปรอบๆ นิวเคลียส (ที่มีโมเมนตัมการโคจร M l) และการหมุนของมัน สถานะต่างๆ ของอะตอมไฮโดรเจนที่มีพลังงานเท่ากัน E n ในสนามภายนอกสอดคล้องกัน ความหมายที่แตกต่างกันพลังงานเพิ่มเติม ΔE และระดับพลังงานเสื่อม E n จะถูกแบ่งออกเป็นระดับย่อยหลายระดับ ทั้งการแยกระดับพลังงานในสนามไฟฟ้า - เอฟเฟกต์สตาร์ก - และการแยกในสนามแม่เหล็ก - เอฟเฟกต์ซีแมน - ต่างเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามที่สอดคล้องกัน

ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กขนาดเล็กภายในอะตอมยังนำไปสู่การแยกระดับพลังงานอีกด้วย สำหรับอะตอมไฮโดรเจนและไอออนที่มีลักษณะคล้ายไฮโดรเจน จะมีปฏิกิริยาระหว่างการหมุนและวงโคจร - ปฏิกิริยาของการหมุนและโมเมนต์การโคจรของอิเล็กตรอน โดยจะกำหนดสิ่งที่เรียกว่าโครงสร้างที่ดีของระดับพลังงาน - การแบ่งระดับความตื่นเต้น E n (สำหรับ n>1) ออกเป็นระดับย่อย สำหรับระดับพลังงานทั้งหมดของอะตอมไฮโดรเจน จะสังเกตเห็นโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์เช่นกัน ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาทางแม่เหล็กที่น้อยมากของการหมุนของนิวเคลียร์กับโมเมนต์อิเล็กทรอนิกส์

เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมหลายอิเล็กตรอน. ทฤษฎีอะตอมที่มีอิเล็กตรอน 2 ตัวขึ้นไปโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างไปจากทฤษฎีอะตอมไฮโดรเจนเนื่องจากในอะตอมดังกล่าวมีอนุภาคที่เหมือนกันซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน - อิเล็กตรอน การผลักกันของอิเล็กตรอนในอะตอมหลายอิเล็กตรอนจะช่วยลดความแข็งแรงของพันธะกับนิวเคลียสได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น พลังงานของการกำจัดอิเล็กตรอนเดี่ยวในฮีเลียมไอออน (He +) คือ 54.4 eV ในขณะที่อะตอมฮีเลียมที่เป็นกลางซึ่งเป็นผลมาจากการผลักกันของอิเล็กตรอน พลังงานของการกำจัดหนึ่งในนั้นจะลดลงเหลือ 24.6 อีวี. สำหรับอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมที่หนักกว่า ความแข็งแรงพันธะที่ลดลงเนื่องจากการผลักกันของอิเล็กตรอนชั้นในนั้นมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น มีบทบาทสำคัญในอะตอมหลายอิเล็กตรอนโดยคุณสมบัติของอิเล็กตรอนที่เป็นอนุภาคขนาดเล็กที่เหมือนกัน (ดูหลักการอัตลักษณ์) โดยมีสปิน s = 1/2 ซึ่งหลักการของเพาลีนั้นใช้ได้ ตามหลักการนี้ ในระบบอิเล็กตรอน ในแต่ละสถานะควอนตัมจะมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 1 ตัว ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม ซึ่งเต็มไปด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด

เมื่อพิจารณาถึงความไม่แยกแยะระหว่างอิเล็กตรอนที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน จึงสมเหตุสมผลที่จะพูดถึงเฉพาะสถานะควอนตัมของอะตอมโดยรวมเท่านั้น อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ที่จะพิจารณาสถานะควอนตัมของอิเล็กตรอนแต่ละตัวโดยประมาณ และกำหนดลักษณะเฉพาะของแต่ละตัวด้วยชุดของตัวเลขควอนตัม n, l, m l และ m s คล้ายกับอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน ในกรณีนี้ พลังงานอิเล็กตรอนไม่เพียงขึ้นอยู่กับ n เท่านั้น เช่นเดียวกับในอะตอมไฮโดรเจน แต่ยังขึ้นอยู่กับ l ด้วย มันยังไม่ขึ้นอยู่กับ ml และ m s อิเล็กตรอนที่ให้ n และ l ในอะตอมหลายอิเล็กตรอนจะมีพลังงานเท่ากันและก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอนจำเพาะ อิเล็กตรอนและเปลือกที่เท่ากันดังกล่าวที่เกิดจากพวกมันจะแสดงแทน เช่น สถานะควอนตัมและระดับพลังงานที่กำหนด n และ l โดยใช้สัญลักษณ์ ns, nр, nd, nf, ... (สำหรับ 1 = 0, 1, 2,3, ...) และพวกเขาพูดถึงอิเล็กตรอน 2p, เปลือก 3s-o6 เป็นต้น

ตามหลักการของเพาลี อิเล็กตรอน 2 ตัวใดๆ ในอะตอมจะต้องอยู่ในสถานะควอนตัมที่แตกต่างกัน ดังนั้น จึงแตกต่างกันอย่างน้อยหนึ่งในสี่ของตัวเลขควอนตัม n, l, m l และ m s และสำหรับอิเล็กตรอนที่เทียบเท่ากัน (n ​​และ l เหมือนกัน) - ในค่าของ ml และ m s . จำนวนคู่ ml, m s กล่าวคือ จำนวนสถานะควอนตัมที่แตกต่างกันของอิเล็กตรอนโดยให้ n และ l คือระดับความเสื่อมของระดับพลังงาน g l = 2 (2l+1) = 2, 6, 10, 14, .... กำหนดจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอนที่เต็มเต็ม ดังนั้น เปลือก s-, p-, d-, f-, ... จึงเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน 2, 6, 10, 14, ... โดยไม่คำนึงถึงค่าของ n อิเล็กตรอนที่มี n ที่กำหนดจะก่อตัวเป็นชั้นที่ประกอบด้วยเปลือกที่มี l = 0, 1, 2, ..., n - 1 และเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน 2n 2 ตัวที่เรียกว่า K-, L-, M, N-layer เมื่อเต็มแล้วเราจะได้:

ในแต่ละชั้น เปลือกที่มี l น้อยกว่าจะมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงกว่า ความแรงของพันธะระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียสจะลดลงเมื่อเพิ่ม n และสำหรับ n ที่กำหนด เมื่อเพิ่ม l ยิ่งอิเล็กตรอนถูกผูกมัดในเปลือกที่สอดคล้องกันมากเท่าไร ระดับพลังงานก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นิวเคลียสที่มี Z กำหนดจะยึดอิเล็กตรอนเพื่อลดความแข็งแรงของพันธะ: อิเล็กตรอน 1s สองตัวแรก จากนั้นอิเล็กตรอน 2s สองตัว อิเล็กตรอน 2p หกตัว เป็นต้น อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบมีการกระจายตัวของอิเล็กตรอนที่แน่นอนข้ามเปลือก - อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีนั้น การกำหนดค่า เช่น:

(จำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกที่กำหนดจะระบุโดยดัชนีที่มุมขวาบน) ความเป็นช่วงในคุณสมบัติขององค์ประกอบถูกกำหนดโดยความคล้ายคลึงกันของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอม ตัวอย่างเช่น อะตอมที่เป็นกลาง P, As, Sb, Bi (Z = 15, 33, 51, 83) แต่ละอะตอมมี p-อิเล็กตรอนสามตัวในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก เช่นเดียวกับอะตอม N และมีความคล้ายคลึงกับอะตอมในทางเคมีและทางกายภาพหลายอย่าง คุณสมบัติ.

แต่ละอะตอมมีลักษณะเฉพาะด้วยการกำหนดค่าอิเล็กตรอนปกติ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอมถูกยึดแน่นที่สุด และการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่น่าตื่นเต้น เมื่ออิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่าถูกยึดอย่างหลวม ๆ - จะพบได้ที่ระดับพลังงานที่สูงกว่า ตัวอย่างเช่น สำหรับอะตอมฮีเลียม พร้อมกับ 1s2 ปกติ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์แบบตื่นเต้นเป็นไปได้: 1s2s, 1s2p, ... (อิเล็กตรอนตัวหนึ่งตื่นเต้น), 2s 2, 2s2p, ... (อิเล็กตรอนทั้งสองตัวตื่นเต้น) การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์บางอย่างสอดคล้องกับระดับพลังงานหนึ่งของอะตอมโดยรวม หากเปลือกอิเล็กตรอนเต็มไปหมด (ตัวอย่างเช่น การกำหนดค่าปกติของอะตอม Ne 1s 2 2s 2 2р 6) และระดับพลังงานจำนวนหนึ่ง หากมี เป็นเปลือกที่เติมบางส่วน (ตัวอย่างเช่น โครงสร้างปกติของอะตอมไนโตรเจน 1s 2 2s 2 2р 3 ซึ่งเปลือก 2р เต็มครึ่งหนึ่ง) ในกรณีที่มี d- และ f-shell ที่เติมบางส่วน จำนวนระดับพลังงานที่สอดคล้องกับการกำหนดค่าแต่ละอย่างสามารถเข้าถึงได้หลายร้อย ดังนั้นโครงร่างระดับพลังงานของอะตอมที่มีเปลือกที่เติมบางส่วนจึงมีความซับซ้อนมาก ระดับพลังงานพื้นดินของอะตอมคือระดับต่ำสุดของการจัดเรียงอิเล็กตรอนปกติ

การเปลี่ยนแปลงควอนตัมในอะตอม. ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านควอนตัม อะตอมจะเคลื่อนที่จากสถานะนิ่งหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง - จากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง เมื่อเปลี่ยนจากระดับพลังงานที่สูงขึ้น E i ไปเป็นระดับพลังงานที่ต่ำกว่า E k อะตอมจะให้พลังงาน E i - E k และในระหว่างการเปลี่ยนผ่านแบบย้อนกลับจะได้รับมัน สำหรับระบบควอนตัมใดๆ สำหรับการเปลี่ยนควอนตัมของอะตอมอาจมีได้สองประเภท: ด้วยการแผ่รังสี (การเปลี่ยนผ่านด้วยแสง) และไม่มีการแผ่รังสี (การเปลี่ยนผ่านแบบไม่ใช้รังสี หรือไม่ใช่แบบใช้แสง) คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของการเปลี่ยนแปลงควอนตัมคือความน่าจะเป็น ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถเกิดขึ้นได้บ่อยเพียงใด

ในการเปลี่ยนผ่านควอนตัมด้วยการแผ่รังสี อะตอมจะดูดซับ (การเปลี่ยนผ่าน E k → E i) หรือปล่อยออกมา (การเปลี่ยนผ่าน E i → E k) รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า. พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดซับและปล่อยออกมาโดยอะตอมในรูปของควอนตัมแสง - โฟตอน - โดยมีความถี่การสั่น v ตามความสัมพันธ์:

โดยที่ hv คือพลังงานโฟตอน ความสัมพันธ์ (7) แสดงถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับกระบวนการระดับจุลภาคที่เกี่ยวข้องกับรังสี

อะตอมในสถานะพื้นดินสามารถดูดซับได้เพียงโฟตอนเท่านั้น แต่ในสภาวะตื่นเต้น อะตอมสามารถดูดซับและปล่อยออกมาได้ อะตอมอิสระในสถานะพื้นสามารถดำรงอยู่ได้อย่างไม่มีกำหนด ระยะเวลาของการอยู่ในสถานะตื่นเต้นของอะตอม (อายุขัยของสถานะนี้) มีจำกัด อะตอมตามธรรมชาติ (ตามธรรมชาติ) สูญเสียพลังงานกระตุ้นบางส่วนหรือทั้งหมดปล่อยโฟตอนและเคลื่อนไปสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า นอกจากการปล่อยก๊าซธรรมชาติดังกล่าวแล้ว การปล่อยก๊าซกระตุ้นยังเป็นไปได้อีกด้วย ซึ่งเกิดขึ้นเช่นเดียวกับการดูดซับ ภายใต้อิทธิพลของโฟตอนที่มีความถี่เดียวกัน อายุของอะตอมที่ตื่นเต้นนั้นสั้นลงเช่นกัน มีโอกาสมากขึ้นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองสำหรับอะตอมไฮโดรเจนจะอยู่ที่ประมาณ 10 -8 วินาที

ชุดความถี่ v ของการเปลี่ยนผ่านที่เป็นไปได้ด้วยการแผ่รังสีจะกำหนดสเปกตรัมอะตอมของอะตอมที่เกี่ยวข้อง: ชุดความถี่ของการเปลี่ยนจากระดับล่างขึ้นบนคือสเปกตรัมการดูดกลืนแสง ชุดความถี่ของการเปลี่ยนจากระดับบนลงล่างคือสเปกตรัมการปล่อย . การเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้งในสเปกตรัมของอะตอมจะสอดคล้องกับเส้นสเปกตรัมของความถี่ v

ในการเปลี่ยนผ่านควอนตัมแบบไม่แผ่รังสี อะตอมจะได้รับหรือสูญเสียพลังงานเมื่อมีอันตรกิริยากับอนุภาคอื่นที่ชนกันในก๊าซหรือเกาะกันเป็นเวลานานในโมเลกุล ของเหลว หรือของแข็ง ในก๊าซ อะตอมสามารถถือได้ว่าเป็นอิสระในช่วงเวลาระหว่างการชนกัน ในระหว่างการชน (การกระแทก) อะตอมสามารถเคลื่อนที่ไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่าได้ การชนดังกล่าวเรียกว่าไม่ยืดหยุ่น (ตรงข้ามกับการชนแบบยืดหยุ่นซึ่งมีเพียงพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลของอะตอมเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลงและพลังงานภายในยังคงไม่เปลี่ยนแปลง) กรณีพิเศษที่สำคัญคือการชนกันของอะตอมอิสระกับอิเล็กตรอน โดยปกติแล้วอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เร็วกว่าอะตอม เวลาในการชนกันจะสั้นมาก และเราสามารถพูดถึงการชนของอิเล็กตรอนได้ การสร้างความตื่นเต้นให้กับอะตอมจากการชนของอิเล็กตรอนเป็นวิธีหนึ่งในการกำหนดระดับพลังงานของมัน

เคมีภัณฑ์และ คุณสมบัติทางกายภาพอะตอม. คุณสมบัติส่วนใหญ่ของอะตอมถูกกำหนดโดยโครงสร้างและคุณลักษณะของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก ซึ่งอิเล็กตรอนเกาะติดกับนิวเคลียสค่อนข้างอ่อน (พลังงานยึดเหนี่ยวจากหลาย eV ถึงหลายสิบของ eV) โครงสร้างของเปลือกชั้นในของอะตอมซึ่งอิเล็กตรอนถูกผูกไว้แน่นกว่ามาก (พลังงานยึดเหนี่ยวของ eV นับร้อยนับพันและหมื่น) จะปรากฏขึ้นเฉพาะเมื่ออะตอมทำปฏิกิริยากับอนุภาคเร็วและโฟตอนพลังงานสูง (มากกว่า กว่าร้อย eV) อันตรกิริยาดังกล่าวกำหนดสเปกตรัมรังสีเอกซ์ของอะตอมและการกระเจิงของอนุภาคเร็ว (ดูการเลี้ยวเบนของอนุภาค) มวลของอะตอมเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติเชิงกลระหว่างการเคลื่อนที่ของอะตอมโดยรวม - โมเมนตัมพลังงานจลน์ คุณสมบัติทางกายภาพของอะตอมและคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ของเรโซแนนซ์ขึ้นอยู่กับโมเมนต์แม่เหล็กและไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องของอะตอม (ดู อิเล็กตรอนพาราแมกเนติกเรโซแนนซ์, เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์, เรโซแนนซ์สี่เท่าของนิวเคลียร์)

อิเล็กตรอนในเปลือกนอกของอะตอมได้รับผลกระทบจากอิทธิพลภายนอกได้ง่าย เมื่ออะตอมมารวมกัน จะเกิดปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตที่รุนแรงขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การก่อตัวของพันธะเคมีได้ ปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตที่อ่อนแอกว่าของอะตอมทั้งสองนั้นแสดงออกมาในโพลาไรเซชันซึ่งกันและกัน - การกระจัดของอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับนิวเคลียสซึ่งแข็งแกร่งที่สุดสำหรับอิเล็กตรอนชั้นนอกที่ถูกผูกไว้อย่างอ่อน แรงดึงดูดโพลาไรเซชันระหว่างอะตอมเกิดขึ้นซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาแม้ในระยะห่างระหว่างพวกมันมาก โพลาไรเซชันของอะตอมยังเกิดขึ้นในสนามไฟฟ้าภายนอก เป็นผลให้ระดับพลังงานของอะตอมเปลี่ยนไป และที่สำคัญที่สุดคือระดับพลังงานที่เสื่อมจะถูกแบ่งออก (Stark effect) โพลาไรเซชันของอะตอมสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสง (แม่เหล็กไฟฟ้า) มันขึ้นอยู่กับความถี่ของแสงซึ่งกำหนดการขึ้นอยู่กับมันและดัชนีการหักเหของแสง (ดูการกระจายตัวของแสง) ที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการโพลาไรซ์ของอะตอม การเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดระหว่างคุณลักษณะทางแสงของอะตอมและคุณสมบัติทางไฟฟ้าของอะตอมนั้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนเป็นพิเศษในสเปกตรัมแสงของมัน

คุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมถูกกำหนดโดยโครงสร้างของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์เป็นหลัก โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมขึ้นอยู่กับโมเมนต์เชิงกลของมัน (ดูอัตราส่วนแมกนีโต-เชิงกล) ในอะตอมที่มีเปลือกอิเล็กตรอนเต็มไปหมด ค่าจะเป็นศูนย์ เช่นเดียวกับโมเมนต์เชิงกล อะตอมที่มีเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกเต็มบางส่วนมักจะมีโมเมนต์แม่เหล็กที่ไม่เป็นศูนย์และเป็นพาราแมกเนติก ในสนามแม่เหล็กภายนอก ทุกระดับของอะตอมที่มีโมเมนต์แม่เหล็กไม่เท่ากับศูนย์จะถูกแยกออก - เอฟเฟกต์ Zeeman จะเกิดขึ้น อะตอมทั้งหมดมีไดอะแมกเนติซึมซึ่งเกิดจากการปรากฏของช่วงเวลาแม่เหล็กในตัวพวกเขาภายใต้อิทธิพลของภายนอก สนามแม่เหล็ก(สิ่งที่เรียกว่าโมเมนต์แม่เหล็กเหนี่ยวนำ คล้ายกับโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าของอะตอม)

ด้วยการไอออไนซ์ตามลำดับของอะตอมนั่นคือด้วยการกำจัดอิเล็กตรอนของมันโดยเริ่มจากอิออนนอกสุดเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของพันธะคุณสมบัติทั้งหมดของอะตอมที่กำหนดโดยเปลือกนอกของมันก็จะเปลี่ยนไปตามนั้น อิเล็กตรอนที่ถูกยึดแน่นมากขึ้นกลายเป็นภายนอก เป็นผลให้ความสามารถของอะตอมในการโพลาไรซ์ในสนามไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ระยะห่างระหว่างระดับพลังงานและความถี่ของการเปลี่ยนผ่านแสงระหว่างระดับเหล่านี้เพิ่มขึ้น (ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนสเปกตรัมไปสู่ความยาวคลื่นที่สั้นลงมากขึ้น) คุณสมบัติจำนวนหนึ่งแสดงเป็นคาบ: คุณสมบัติของไอออนที่มีอิเล็กตรอนภายนอกคล้ายกันจะคล้ายกัน ตัวอย่างเช่น N 3+ (อิเล็กตรอน 2s สองตัว) แสดงความคล้ายคลึงกับ N 5+ (อิเล็กตรอน 1s สองตัว) ข้อมูลนี้ใช้กับคุณลักษณะและตำแหน่งสัมพัทธ์ของระดับพลังงานและสเปกตรัมแสง โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอม และอื่นๆ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่น่าทึ่งที่สุดเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนตัวสุดท้ายถูกดึงออกจากเปลือกนอก เมื่อเหลือเพียงเปลือกที่เต็มไปหมด เช่น เมื่อเปลี่ยนจาก N 4+ เป็น N 5+ (การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ 1s 2 2s และ 1s 2) ในกรณีนี้ ไอออนจะเสถียรที่สุด และโมเมนต์เชิงกลและโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดจะเท่ากับศูนย์

คุณสมบัติของอะตอมในสถานะที่ถูกผูกไว้ (เช่น ส่วนหนึ่งของโมเลกุล) แตกต่างจากคุณสมบัติของอะตอมอิสระ คุณสมบัติของอะตอมจะมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่สุด ซึ่งกำหนดโดยอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดที่มีส่วนร่วมในการเกาะอะตอมหนึ่งเข้ากับอีกอะตอมหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน คุณสมบัติที่กำหนดโดยอิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในอาจไม่เปลี่ยนแปลงเลย เช่นเดียวกับในกรณีของสเปกตรัมรังสีเอกซ์ คุณสมบัติบางอย่างของอะตอมอาจประสบกับการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเล็กน้อย ซึ่งสามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับธรรมชาติของอันตรกิริยาของอะตอมที่ถูกพันธะได้ ตัวอย่างที่สำคัญคือการแบ่งระดับพลังงานปรมาณูในผลึกและสารประกอบเชิงซ้อน ซึ่งเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยไอออนที่อยู่รอบๆ

วิธีการทดลองเพื่อศึกษาโครงสร้างของอะตอม ระดับพลังงานของมัน ปฏิกิริยาระหว่างอะตอมกับอะตอมอื่น อนุภาคมูลฐาน โมเลกุล สนามภายนอก และอื่นๆ มีความหลากหลาย แต่ข้อมูลหลักอยู่ในสเปกตรัมของมัน วิธีอะตอมมิกสเปกโทรสโกปีในทุกช่วงความยาวคลื่น และโดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีเลเซอร์สเปกโทรสโกปีสมัยใหม่ ทำให้สามารถศึกษาผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับอะตอมที่ละเอียดอ่อนมากขึ้นได้ ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 การมีอยู่ของอะตอมเป็นที่ประจักษ์แก่นักวิทยาศาสตร์ แต่การทดลองเพื่อพิสูจน์ความเป็นจริงของการดำรงอยู่ของมันนั้นดำเนินการโดย J. Perrin เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ด้วยการพัฒนาของกล้องจุลทรรศน์ ทำให้สามารถรับภาพอะตอมบนพื้นผิวของของแข็งได้ อะตอมนี้ถูกพบเห็นครั้งแรกโดยอี. มุลเลอร์ (สหรัฐอเมริกา, พ.ศ. 2498) โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ไอออนภาคสนามที่เขาคิดค้นขึ้น กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอมและอุโมงค์สมัยใหม่ช่วยให้ได้ภาพพื้นผิวแข็งที่มีความละเอียดดีในระดับอะตอม (ดูรูปที่ 3)

ข้าว. 3. รูปภาพโครงสร้างอะตอมของพื้นผิวซิลิกอนที่ได้รับจากศาสตราจารย์ M. Capstell จากมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน

สิ่งที่เรียกว่าอะตอมแปลกใหม่มีอยู่และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาต่างๆ เช่น อะตอมมิวออนิก กล่าวคือ อะตอมที่อิเล็กตรอนทั้งหมดหรือบางส่วนถูกแทนที่ด้วยมิวออนเชิงลบ มิวเนียม โพซิตรอนเนียม รวมถึงอะตอมฮาโดรนิกที่ประกอบด้วยไพออนที่มีประจุ, คาน , โปรตอน, ดิวเทอรอน ฯลฯ การสังเกตครั้งแรกของอะตอมแอนติไฮโดรเจน (2545) - อะตอมที่ประกอบด้วยโพซิตรอนและแอนติโปรตอน - ก็ถูกสร้างขึ้นเช่นกัน

แปลจากภาษาอังกฤษ: โดยกำเนิด ม. ฟิสิกส์อะตอม ฉบับที่ 3 ม., 1970; Fano U. , Fano L. ฟิสิกส์ของอะตอมและโมเลกุล ม., 1980; Shpolsky E.V. ฟิสิกส์อะตอม ฉบับที่ 7 ม. , 1984 ต. 1-2; Elyashevich M. A. สเปกโทรสโกปีอะตอมและโมเลกุล ฉบับที่ 2 ม., 2000.

สารประกอบด้วยอะตอม อะตอมคืออนุภาคของสสารที่มีขนาดและมวลเล็กมาก. นี่เป็นส่วนที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีซึ่งเป็นพาหะของคุณสมบัติของมัน

คำว่า "อะตอม" มาจากภาษากรีก atorod - "แบ่งแยกไม่ได้" และอนุภาคนี้ถือเป็นเช่นนี้มานานหลายศตวรรษ อย่างไรก็ตามเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โครงสร้างของอะตอมเริ่มเป็นที่รู้จัก

แบบจำลองอะตอมอย่างง่าย สีแดงหมายถึงโปรตอนที่มีประจุบวก สีเทาหมายถึงนิวตรอนที่เป็นกลาง และสีน้ำเงินหมายถึงอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ

อะตอมประกอบด้วย นิวเคลียสของอะตอมและ เปลือกอิเล็กตรอน. เมื่อร้อยปีก่อน เชื่อกันว่าอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียส เหมือนกับดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ นี่คือลักษณะที่อะตอมมักถูกพรรณนาเพื่อความเรียบง่าย ในความเป็นจริง เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุตำแหน่งที่อิเล็กตรอนอยู่ในปัจจุบัน อิเล็กตรอนมีประจุลบ และนิวเคลียสมีประจุบวก นิวเคลียสนั้นยังประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน - โปรตอนและนิวตรอน โปรตอนมีประจุบวก ในขณะที่นิวตรอนมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า โดยปกติอะตอมจะเป็นกลาง กรณีนี้จะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน หากอะตอมมีอิเล็กตรอนเกินหนึ่งตัวขึ้นไปในวงโคจรด้านนอกของมัน อะตอมนั้นจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุลบ (แอนไอออน) หากอะตอมในวงโคจรรอบนอกขาดอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น อะตอมนั้นจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก (แคตไอออน) มีไอออนดังกล่าวจำนวนมากในสารละลายต่างๆ

มวลมากกว่า 99% ของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส อิเล็กตรอนมีส่วนน้อยมาก มวลของอะตอมวัดเป็นหน่วยมวลอะตอมเท่ากับ 1/12 ของมวลอะตอมของไอโซโทปเสถียรของคาร์บอน 12C

มีอะตอมที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน

อะตอมดังกล่าวเรียกว่า ไอโซโทป(พันธุ์) ขององค์ประกอบเดียวกัน มีอะตอมเสถียรเพียงอะตอมเดียวที่ไม่มีนิวตรอนในนิวเคลียสเลย แต่มีโปรตอนเพียงอะตอมเดียว อิเล็กตรอนตัวหนึ่งหมุนรอบนิวเคลียส (หรือแม่นยำกว่านั้นคือสร้างเปลือก) นี่คือไฮโดรเจนเบาหรือโปรเทียม นอกจากนี้ยังมีไฮโดรเจนหนัก - ดิวทีเรียม มันมีอนุภาคสองตัวในนิวเคลียส - โปรตอนและนิวตรอน นอกจากนี้ยังมีไฮโดรเจนยวดยิ่ง - ไอโซโทป ในนิวเคลียสมีอนุภาคอยู่ 3 อนุภาค ได้แก่ โปรตอน 1 ตัว และนิวตรอน 2 ตัว และไอโซโทปทั้งหมดนี้ก็มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัว น้ำที่เกิดจากดิวเทอเรียมเรียกว่าน้ำหนัก

อะตอมก่อให้เกิดพันธะระหว่างอะตอมและก่อตัวเป็นโมเลกุล โมเลกุลอาจประกอบด้วยอะตอมประเภทเดียวหรือหลายอะตอมก็ได้

ไฮโดรเจนอะตอม H ประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว

อะตอมฮีเลียม: นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว และล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนสองตัว

อะตอมมีตะขอไหม?

แนวคิดเรื่องอะตอมในฐานะอนุภาคที่เล็กที่สุดซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ถูกนำมาใช้เมื่อกว่า 2,000 ปีที่แล้วโดยนักปรัชญาของอินเดียโบราณและกรีกโบราณ เดโมคริตุส นักปรัชญาชาวกรีกกล่าวว่า “ไม่มีอะไรนอกจากอะตอม ซึ่งเคลื่อนที่ไปตลอดกาลในความว่างเปล่าอันไม่มีที่สิ้นสุด” เขาเชื่อว่าคุณสมบัติของสารนั้นถูกกำหนดโดยรูปร่าง มวล และคุณสมบัติอื่น ๆ ของอะตอม ตามที่พรรคเดโมคริตุสกล่าวไว้ ไฟไหม้เพราะอะตอมของไฟมีความคม ส่วนวัตถุที่เป็นของแข็งก็เป็นเช่นนั้นเพราะอะตอมของพวกมันหยาบและเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนา นักปรัชญา Epicurus เขียนว่าสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ เพราะตะขอของอะตอมจะหักออก แต่การค้นพบโครงสร้างที่แท้จริงของอะตอมยังอีกยาวไกล

อะตอม(จากภาษากรีกอะตอม - แบ่งแยกไม่ได้) อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารเคมี องค์ประกอบมันศักดิ์สิทธิ์ เคมีแต่ละอย่าง องค์ประกอบสอดคล้องกับกลุ่มของอะตอมจำเพาะ ด้วยพันธะซึ่งกันและกัน อะตอมของธาตุเดียวกันหรือต่างกันจะก่อให้เกิดอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น เป็นต้น . สารเคมีทุกชนิด อินอินอิน (ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) เนื่องจากการสลายตัว การรวมกันของอะตอมซึ่งกันและกัน อะตอมยังสามารถดำรงอยู่ได้อย่างอิสระ สถานะ (ใน , ) คุณสมบัติของอะตอมรวมถึงความสามารถที่สำคัญที่สุดของอะตอมในการสร้างสารเคมี การเชื่อมต่อถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของโครงสร้าง

ลักษณะทั่วไปของโครงสร้างของอะตอม อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกล้อมรอบด้วยกลุ่มเมฆที่มีประจุลบ ขนาดของอะตอมโดยรวมถูกกำหนดโดยขนาดของเมฆอิเล็กตรอนและมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดของนิวเคลียสของอะตอม (ขนาดเชิงเส้นของอะตอมคือ ~ 10~8 ซม. นิวเคลียสของมัน ~ 10" -10" 13 ซม.) เมฆอิเล็กตรอนของอะตอมไม่มีขอบเขตที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ดังนั้นขนาดของอะตอมจึงหมายถึง องศาเป็นไปตามเงื่อนไขและขึ้นอยู่กับวิธีการพิจารณา (ดู) นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วย Z และ N ซึ่งยึดติดกันด้วยแรงนิวเคลียร์ (ดู) เชิงบวก ประจุและลบ ค่าใช้จ่ายก็เท่ากัน ขนาดและเท่ากับ e = 1.60*10 -19 C; ไม่มีพลังงานไฟฟ้า ค่าใช้จ่าย. ประจุนิวเคลียร์ +Ze - พื้นฐาน ลักษณะของอะตอมที่กำหนดว่าเป็นของสารเคมีชนิดใดชนิดหนึ่ง องค์ประกอบ. องค์ประกอบเป็นระยะ ระบบคาบ () เท่ากับจำนวนในนิวเคลียส

ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ตัวเลขในเมฆจะเท่ากับจำนวนในนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขบางประการ มันสามารถสูญเสียหรือเพิ่มได้ โดยหมุนตามลำดับ ในเชิงบวก หรือปฏิเสธ , เช่น. Li + , Li 2+ หรือ O - , O 2- . เมื่อพูดถึงอะตอมของธาตุใดธาตุหนึ่ง เราหมายถึงทั้งอะตอมที่เป็นกลางและธาตุนั้น

มวลของอะตอมถูกกำหนดโดยมวลของนิวเคลียสของมัน มวล (9.109*10 -28 กรัม) น้อยกว่ามวลประมาณ 1,840 เท่าหรือ (1.67*10 -24 กรัม) ดังนั้นการมีส่วนร่วมต่อมวลของอะตอมจึงไม่มีนัยสำคัญ จำนวนรวมและ A = Z + N ที่ถูกเรียก . และประจุนิวเคลียร์จะถูกระบุตามลำดับ ตัวยกและตัวห้อยทางด้านซ้ายของสัญลักษณ์องค์ประกอบ เช่น 23 11 นา ประเภทของอะตอมขององค์ประกอบหนึ่งที่มีค่า N เรียกว่า . อะตอมของธาตุเดียวกันซึ่งมี Z เหมือนกันและมี N ต่างกันเรียกว่า องค์ประกอบนี้ ความแตกต่างของมวลมีผลเพียงเล็กน้อยต่อเคมี และทางกายภาพ เซนต์วาห์ สิ่งสำคัญที่สุดคือความแตกต่าง () สังเกตได้จากญาติที่มีขนาดใหญ่ ความแตกต่างในมวลของอะตอมธรรมดา (), D และ T ค่าที่แน่นอนของมวลอะตอมถูกกำหนดโดยวิธีการ

สถานะคงที่ของอะตอมที่มีอิเล็กตรอน 1 ตัวมีลักษณะเฉพาะด้วยตัวเลขควอนตัม 4 ตัว ได้แก่ n, l, m l และ m s พลังงานของอะตอมขึ้นอยู่กับ n เท่านั้นและระดับที่มี n ที่กำหนดนั้นสอดคล้องกับสถานะจำนวนหนึ่งที่แตกต่างกันในค่าของ l, m l, m s สถานะที่กำหนด n และ l มักจะแสดงเป็น 1s, 2s, 2p, 3s ฯลฯ โดยที่ตัวเลขระบุค่าของ l และตัวอักษร s, p, d, f และเพิ่มเติมในภาษาละตินสอดคล้องกับค่า ​​d = 0, 1, 2 , 3, ... จำนวนธันวาคม สถานะที่กำหนด p และ d เท่ากับ 2(2l+ 1) จำนวนการรวมกันของค่า ml และ m s จำนวนนักดำน้ำทั้งหมด รัฐที่ให้ n เท่ากับ นั่นคือระดับที่มีค่า n = 1, 2, 3, ... สอดคล้องกับ 2, 8, 18, ... , 2n 2 แยกส่วน . ระดับที่มีการเรียกเพียงฟังก์ชันเดียว (ฟังก์ชันคลื่นเดียว) เท่านั้น ไม่เสื่อม หากระดับหนึ่งสอดคล้องกับสองระดับขึ้นไป จะถูกเรียก เสื่อมสภาพ (ดู) ในอะตอมระดับพลังงานจะลดลงตามค่า l และ m l ความเสื่อมในหน่วย m s เกิดขึ้นโดยประมาณเท่านั้นหากไม่ได้คำนึงถึงการโต้ตอบ หมุนแม่เหล็ก ช่วงเวลาด้วยแม่เหล็ก สนามที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวงโคจรในไฟฟ้า สนามนิวเคลียร์ (ดู) นี่เป็นผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งมีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์ แต่มีความสำคัญโดยพื้นฐาน เนื่องจาก นำไปสู่การเพิ่มเติม การแบ่งระดับพลังงานซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่า โครงสร้างที่ดี

สำหรับค่า n, l และ m l ค่ากำลังสองของโมดูลัสของฟังก์ชันคลื่นจะเป็นตัวกำหนดการกระจายตัวเฉลี่ยของเมฆอิเล็กตรอนในอะตอม ความแตกต่าง อะตอมแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในการกระจายตัว (รูปที่ 2) ดังนั้น ที่ l = 0 (s-state) จึงแตกต่างจากศูนย์ที่ศูนย์กลางของอะตอม และไม่ขึ้นอยู่กับทิศทาง (นั่นคือ ทรงกลมสมมาตร) สำหรับสถานะอื่น ๆ จะเท่ากับศูนย์ที่ศูนย์กลางของอะตอม และขึ้นอยู่กับทิศทาง

ข้าว. 2. รูปร่างของเมฆอิเล็กตรอนสำหรับสถานะต่างๆ ของอะตอม

ในอะตอมหลายอิเล็กตรอนเนื่องจากไฟฟ้าสถิตร่วมกัน การผลักกันช่วยลดการเชื่อมต่อกับนิวเคลียสอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น พลังงานของการแยกจาก He + คือ 54.4 eV ในอะตอม He ที่เป็นกลางจะน้อยกว่ามาก - 24.6 eV สำหรับอะตอมที่หนักกว่า พันธะจะอยู่นอก ด้วยแกนกลางที่อ่อนแอกว่า ความจำเพาะมีบทบาทสำคัญในอะตอมหลายอิเล็กตรอน ซึ่งเกี่ยวข้องกับความไม่แยกแยะได้ และความจริงที่ว่าพวกมันเชื่อฟัง ตามที่ Krom กล่าว แต่ละอันมีคุณลักษณะเป็นตัวเลขควอนตัมสี่ตัวไม่สามารถมีได้มากกว่าหนึ่งตัว สำหรับอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอน มันสมเหตุสมผลแล้วที่จะพูดถึงอะตอมทั้งหมดโดยรวมเท่านั้น อย่างไรก็ตามโดยประมาณในสิ่งที่เรียกว่า ในการประมาณหนึ่งอิเล็กตรอน แต่ละสถานะหนึ่งอิเล็กตรอน (วงโคจรที่แน่นอนซึ่งอธิบายโดยฟังก์ชันที่เกี่ยวข้อง) สามารถพิจารณาเป็นรายบุคคลและแสดงคุณลักษณะด้วยชุดของตัวเลขควอนตัมสี่ตัว n, l, m l และ m s คอลเลกชัน 2(2l+ 1) ในสถานะที่กำหนด n และ l ก่อให้เกิดเปลือกอิเล็กตรอน (เรียกอีกอย่างว่าระดับย่อย, เปลือกย่อย) หากสถานะเหล่านี้ถูกครอบครอง เชลล์จะถูกเรียก เต็มแล้ว (ปิด) ชุดของ 2n 2 สถานะที่มี n เหมือนกัน แต่ l ต่างกันจะก่อตัวเป็นเลเยอร์อิเล็กทรอนิกส์ (หรือที่เรียกว่าระดับ เชลล์) สำหรับ n = 1, 2, 3, 4, ... เลเยอร์ถูกกำหนดด้วยสัญลักษณ์ K, L, M, N, ... ตัวเลขในเชลล์และเลเยอร์เมื่อเติมจนเต็มจะแสดงไว้ในตาราง:

ระหว่างสถานะคงที่ในอะตอมก็เป็นไปได้ เมื่อเปลี่ยนจากระดับพลังงานที่สูงขึ้น E i ไปเป็นระดับพลังงานที่ต่ำกว่า E k อะตอมจะให้พลังงาน (E i - E k) และในระหว่างการเปลี่ยนผ่านแบบย้อนกลับจะได้รับมัน ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านของการแผ่รังสี อะตอมจะปล่อยหรือดูดซับควอนตัมแม่เหล็กไฟฟ้า รังสี (โฟตอน) นอกจากนี้ยังเป็นไปได้เมื่ออะตอมให้หรือรับพลังงานระหว่างปฏิกิริยา กับอนุภาคอื่น ๆ ที่มันชนกัน (เช่นใน) หรือถูกผูกมัดเป็นเวลานาน (ในคุณสมบัติทางเคมีถูกกำหนดโดยโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมซึ่งพวกมันถูกพันธะค่อนข้างอ่อน (พลังงานที่ยึดเหนี่ยวจากหลาย ๆ eV มากถึงหลายสิบ eV) โครงสร้างของเปลือกนอกของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีของกลุ่มหนึ่ง (หรือกลุ่มย่อย) ของระบบธาตุมีความคล้ายคลึงกันซึ่งกำหนดความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบเหล่านี้ ด้วยการเพิ่มขึ้นของ จำนวนในเปลือกเติมพลังงานการจับยึดตามกฎเพิ่มขึ้น พลังงานการจับยึดสูงสุดอยู่ในเปลือกปิด ดังนั้น อะตอมที่มีหนึ่งอะตอมหรือมากกว่าในเปลือกนอกที่ถูกเติมเต็มบางส่วนจะปล่อยพวกมันไปในปฏิกิริยาเคมี อะตอมที่ ขาดอย่างน้อยหนึ่งอันเพื่อสร้างเปลือกนอกแบบปิด เปลือกหอยมักจะยอมรับมัน อะตอมที่มีเปลือกนอกแบบปิดภายใต้สภาวะปกติจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี

โครงสร้างภายใน เปลือกอะตอมซึ่งพันกันแน่นกว่ามาก (พลังงานยึดเหนี่ยว 10 2 -10 4 eV) ปรากฏตัวเฉพาะในระหว่างการโต้ตอบเท่านั้น อะตอมที่มีอนุภาคเร็วและโฟตอนพลังงานสูง ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าว กำหนดลักษณะของสเปกตรัมรังสีเอกซ์และการกระเจิงของอนุภาค (,) บนอะตอม (ดู) มวลของอะตอมเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของมัน ศักดิ์สิทธิ์เหมือนแรงกระตุ้นจลน์ พลังงาน. จากแม็กเครื่องกลและแม็กที่เกี่ยวข้อง และไฟฟ้า โมเมนต์ของนิวเคลียสของอะตอมขึ้นอยู่กับปัจจัยทางกายภาพบางอย่างที่ละเอียดอ่อน ผลกระทบ (ขึ้นอยู่กับความถี่ของการแผ่รังสีซึ่งกำหนดการพึ่งพาดัชนีการหักเหของอะตอมที่เกี่ยวข้องกับมัน การเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดระหว่างคุณสมบัติทางแสงของอะตอมและคุณสมบัติทางไฟฟ้านั้นแสดงออกมาอย่างชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสเปกตรัมแสง

===
สเปน วรรณกรรมสำหรับบทความ "อะตอม": Karapetyants M. X., Drakin S. I., โครงสร้าง, 3rd ed., M., 1978; Shloliekiy E.V. ฟิสิกส์อะตอม 7th ed., vol. 1-2, M. , 1984 M.A. Elyashevich

หน้าหนังสือ "อะตอม"จัดทำขึ้นตามวัสดุ