Ατομική Δομή- Σημαντικές Ερωτήσεις

Ο ορισμός του ατόμου δόθηκε από τον John Dalton. Ήταν το έτος 1808. Είπε ότι τα άτομα ήταν η μικρότερη και αδιαίρετη ύλη. Ήταν επίσης ο πρώτος άνθρωπος που ανακάλυψε ότι ένα άτομο έχει υπο-σωματίδια. Είμαστε όλοι φτιαγμένοι από άτομα. Τα άτομα είναι η θεμελιώδης μονάδα της ζωής. Τα άτομα χωρίζονται σε τρία μέρη:

• Ηλεκτρόνια
• Νετρόνια
• Πρωτόνια

Τα νετρόνια και τα πρωτόνια είναι υπεύθυνα για την ατομική μάζα οποιουδήποτε στοιχείου. Τα ηλεκτρόνια ορίζουν τις ιδιότητες ενός ατόμου. Ο J.J.Thomson διερεύνησε τη δομή ενός ηλεκτρονίου. Το ανακάλυψε με τη βοήθεια καθοδικών ακτίνων. Είπε ότι τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο. Φέρει φορτίο -1,6 x 10-19 C. Φέρει μάζα 9,11 x 10-31 kg. Ο επιστήμονας Rutherford ανακάλυψε το πρωτόνιο. Ανακάλυψε για τα πρωτόνια χρησιμοποιώντας ένα πείραμα ακτίνων ανόδου. Είπε ότι τα πρωτόνια ήταν θετικά σωματίδια. Φέρει χρέωση 1,6 x 10-19. 1,007276 U είναι η μάζα ενός πρωτονίου. Ο Τσάντγουικ ανακάλυψε τα νετρόνια. Ήταν το έτος 1923. Είπε ότι τα νετρόνια δεν έφεραν κανένα φορτίο. Βρίσκονταν στον πυρήνα. 1,008665 U είναι η μάζα ενός νετρονίου. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα μπορεί να είναι φάσμα απορρόφησης ή εκπομπής.

Φάσμα εκπομπής-όταν ένα σώμα απορροφά μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας και την εκπέμπει

Φάσμα απορρόφησης – όταν ένα σώμα απορροφά ενέργεια και αφήνει σκοτεινές γραμμές στο συνεχές φάσμα

Ο De Broglie ανακάλυψε τη δυαδικότητα των ηλεκτρονίων. Περιλαμβάνει και ιδιότητες σωματιδίων και κυμάτων.

MCQ

• Ποιο από αυτά τα σωματίδια είναι πιο δύσκολο να επαληθευτεί πειραματικά η σχέση του de Broglie;

(α) Ένα σωματίδιο σκόνης
(β) Πρωτόνιο
(γ) Ηλεκτρόνιο
(δ) ⍺ σωματίδιο

Λύση:(α) – Ένα σωματίδιο σκόνης

Ποιος ανακάλυψε τα ηλεκτρόνια;

(α) J.J Thomson
(β) Neils Bohr
(γ) Τζέιμς Τσάντγουικ
(δ) Ράδερφορντ

Λύση:(α)- J.J Thomson

• Σκεφτείτε ένα άτομο με ατομικό αριθμό 17 και μαζικό αριθμό 37. Ποιος είναι ο αριθμός των πρωτονίων;

(α) 22
(β) 21
(γ) 17
(δ) 20

Λύση:(γ) 17

Ποιος πρότεινε την ατομική θεωρία;

(α) Robert Millikan
(β) J.J Thomson
(γ) Neils Bohr
(δ) John Dalton
Λύση:(α) Robert Millikan
Σκεφτείτε ένα άτομο με ατομικό αριθμό 20. Ποιο από τα παρακάτω είναι η σωστή ηλεκτρονική διαμόρφωση;
(α) 2,6,8,2
(β) 2,8,8,2
(γ) 2,6,8,2
(δ) 2,4,6,2
Λύση:(β) 2,8,8,2

Ερωτήσεις θεωρίας

• Ποια ήταν τα μειονεκτήματα του μοντέλου του Bohr;

Το μοντέλο του Bohr είχε μερικά μειονεκτήματα. Ήταν:
•  Ήταν ανεπαρκής η εξήγηση του ατομικού φάσματος εκτός του υδρογόνου. Δεν μπορούσε να εξηγήσει τα άτομα πολλών ηλεκτρονίων
• Δεν μίλησε για την ικανότητα των ατόμων να δημιουργούν μόρια με χημικούς δεσμούς
• Επίσης, δεν μπορούσε να εξηγήσει το σχήμα των μορίων
• Δεν ταίριαζε με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg
• Δεν είναι δυνατό να διευκρινιστεί η διάσπαση φασματικών γραμμών σε μαγνητικό πεδίο
• Δεν είναι δυνατή η επίδειξη της δυαδικότητας της ύλης

• Ποια είναι η αρχή του de Broglie; Εξηγήστε με εξισώσεις.

Ο Louis de Broglie έδειξε τη δυαδικότητα των ηλεκτρονίων. Διευκρίνισε τις ιδιότητες των σωματιδίων και των κυμάτων των ηλεκτρονίων. Είπε ότι κάθε κινούμενο σωματίδιο, είτε μακροσκοπικό είτε μικροσκοπικό, θα έχει κυματικό χαρακτήρα. Ονόμασε αυτά τα κύματα ύλης. Στη συνέχεια διατύπωσε μια σχέση μεταξύ της ορμής ενός σωματιδίου και της ταχύτητας σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος. Αυτό είναι το μήκος κύματος του de Broglie.
Δίνεται από
E =hv =hc/𝛌
Ή
E =  hc/𝛌 =mv2
𝛌 =h/mv – Αυτή η εξίσωση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του μήκους κύματος de Broglie
λ =h / √2m * K E, όπου KE είναι κινητική ενέργεια
όπου, h =η σταθερά του Plank
v =ταχύτητα του σωματιδίου
c =ταχύτητα φωτός
𝛌 =μήκος κύματος
Ε =ενέργεια
m =μάζα του σωματιδίου
• Εξηγήστε τα κύρια χαρακτηριστικά του μοντέλου του Rutheford.

Ο Ράδερφορντ είναι ο επιστήμονας που ανακάλυψε πρωτόνια σε ένα άτομο. Το μοντέλο του Rutherford περιλαμβάνει:
• Ένα άτομο χωρίζεται στην περιοχή του πυρήνα και στην εξωτερική πυρηνική περιοχή
• Ο πυρήνας ενσωματώνει πρωτόνια και νετρόνια. Η εξωτερική πυρηνική περιοχή περιέχει ηλεκτρόνια
• Ενενήντα εννέα τοις εκατό του χώρου σε ένα άτομο είναι κενό
• Ολόκληρη η μάζα και τα θετικά φορτία συμπυκνώνονται στον πυρήνα
• Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται πάντα γύρω από τον πυρήνα σε καθορισμένες διαδρομές που ονομάζονται τροχιές

Εξηγήστε το πείραμα καθοδικών ακτίνων του J.J.Thomson.

Το πείραμα με καθοδικές ακτίνες επιδείχθηκε από τον J.J.Thomson. Τα αρνητικά σωματίδια ανακαλύφθηκαν από αυτό το πείραμα. Αυτά τα σωματίδια ήταν ηλεκτρόνια.
• Το πείραμα καθοδικών ακτίνων αποτελούνταν από έναν σωλήνα εκκένωσης καθοδικών ακτίνων
• Ένας καθοδικός σωλήνας ενσωματώνει δύο κομμάτια μετάλλων που ονομάζονται ηλεκτρόδια
• Αυτά τα ηλεκτρόδια σφραγίστηκαν μέσα σε έναν γυάλινο σωλήνα. Ο γυάλινος σωλήνας προσαρτήθηκε σε μια αντλία κενού. Η πίεση στον σωλήνα ήταν 0,01mm
• Όταν εφαρμόστηκε μια αρκετά υψηλή τάση (π.χ. 10.000 V) στα ηλεκτρόδια, εκπέμπονταν αόρατες ακτίνες
• Αυτές ήταν καθοδικές ακτίνες. Μετά την ανάλυση αυτών των ακτίνων, ανακαλύφθηκαν ηλεκτρόνια

Ποια είναι τα αξιώματα της Θεωρίας του Dalton; Διευκρινίστε τα μειονεκτήματα.

Τα αξιώματα της Θεωρίας Dalton είναι:
• Τα πάντα γύρω μας (ύλη) αποτελούνται από άτομα
• Αυτά τα άτομα δεν μπορούν να χωριστούν σε μικρότερες μονάδες
• Όλα τα στοιχεία έχουν μόνο έναν τύπο ατόμου μέσα τους
• Κάθε άτομο έχει μια σταθερή μάζα που ποικίλλει από κάθε στοιχείο
• Τα άτομα θα υποστούν αναδιάταξη κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων
• Έδειξε ότι ο νόμος της διατήρησης της μάζας ισχύει και για τα άτομα, δηλαδή τα άτομα δεν μπορούν ούτε να δημιουργηθούν ούτε να καταστραφούν

Μειονεκτήματα:

• Αυτή η θεωρία δεν εξήγησε την ύπαρξη ισοτόπων
• Η δομή του ατόμου δεν εξηγήθηκε σωστά
• Αργότερα ανακαλύφθηκε ότι τα άτομα μπορούσαν να χωριστούν σε μικρότερες μονάδες

Αριθμητικές ερωτήσεις

Ας εξετάσουμε εδώ ένα άτομο με ένα ηλεκτρόνιο που κινείται με ταχύτητα 600 m/s. Έχει ακρίβεια 0,005%. Ποια είναι η βεβαιότητα με την οποία μπορεί να εντοπιστεί η θέση του ηλεκτρονίου; ( Δίνονται :me=9,1 x 10-31 Kg και h=6,6 x 10-34 Kgm2s-1)
Βρίσκουμε το Δv από
Δv =600 x 0,005/ 100 =0,03
Δv x Δx =h/ 4ℼm
Αναδιάταξη
Δx =6,6 x 10-34 /( 4 (ℼ x 9,1 x 10-31 x 0,03))
Δx =1,92 x 10-3 m
• Σκεφτείτε ένα ηλεκτρόνιο με ταχύτητα 1,6 x 106 m/s. Ποιο είναι το μήκος κύματος του de Broglie σε αυτό το πρόβλημα;
Χρησιμοποιούμε την εξίσωση   𝛌 =h/mv
Αντικαταστήστε τις τιμές των h και m για ένα ηλεκτρόνιο
𝛌 =6,63 x 10-34/  (9,11 x 10-31 x 1,6 x 106 )  =6,63 x 10-30 m
• Σκεφτείτε ένα κύμα φωτός με περίοδο 2 x 10-10 s. Υπολογίστε τη συχνότητα, το μήκος κύματος και τον αριθμό κύματος.
Συχνότητα =𝝂 =1/ περίοδος =1/ 2 x 10-10  =5 x 109 s-1
Μήκος κύματος =𝛌 =c/𝝂 =3 x 108 / 5 x 109  =6 x 10-2 m
Αριθμός κύματος =1/ 𝛌 =16,66 m-1

Συμπέρασμα

Το θέμα της ατομικής δομής είναι κρίσιμο στη χημεία. Είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε καλά τις έννοιες. Η ατομική δομή πρέπει να μελετηθεί καλά εάν προετοιμάζεστε για το δίκτυο JEE ή το NEET. Η ατομική δομή έχει και θεωρία και αριθμητική. Η ατομική δομή διευκρινίζει τη σημασία των ηλεκτρονίων, των πρωτονίων και των νετρονίων. Η ατομική δομή είναι η βάση της χημείας. Αυτές οι σημαντικές ερωτήσεις θα σας βοηθήσουν να σκοράρετε καλά. Η εξάσκηση σημαντικών αριθμών θα σας βοηθήσει να καταλάβετε καλύτερα. Αυτό σας δίνει επίσης τη δυνατότητα να λύσετε γρηγορότερα.