Značajke strukture vodikovog atoma

Najčešći element u prostoru, koji se sastoji od najlakših atoma, je vodik. Otkrio ga je u 14. stoljeću veliki alkemičar Paracelsus. Znanstvenici s pravom smatraju osnivačima ne samo medicine, nego i kemije. Strukturu atoma vodika dalje je detaljno pregledao Niels Bohr. Element su tada otkrili astronomi kao dio Sunca i drugih planeta, kao iu maglinama s plinskim zvijezdama. U njima se odvija proces transformacije vodikovih atoma u atome helija, drugim riječima, uočava se nuklearna reakcija. U članku ćemo proučiti ne samo strukturu vodikovog atoma, već ćemo uzeti u obzir i karakteristična svojstva tog kemijskog elementa.

Mjesto elementa u periodnom sustavu

Vodik je jedini kemijski element koji se nalazi u dvije skupine periodnog sustava odjednom: 1 i 7. Može se objasniti sljedeća činjenica: ona pokazuje dvostruka kemijska svojstva. Posebna struktura vodikovog atoma dopušta da donira svoj jedini elektron atomima, na primjer, aktivnih elemenata - nemetala. To su ponajprije halogeni: agresivni u svojim svojstvima fluor, klor, brom i jod. H ₂ lako stupa u interakciju s halkogenima: sumpor, kisik, selen. U ovom slučaju, vodikovi atomi se pretvaraju u katione - pozitivno nabijene čestice.

Zbog te značajke element zauzima svoje mjesto u prvoj skupini periodičkog sustava. Mehanizam reakcije između metala i vodika izgleda drugačije. Prema teoriji strukture vodikovog atoma prema N. Bohru, element ima jedan nespareni elektron. Atom H prihvaća elektrone iz aktivnih atoma alkalnih ili zemnoalkalijskih metala. Dakle, njegova elektronska konfiguracija postaje slična čestici inertnog plina helija. Jedini sloj energije je sada u potpunosti dovršen. U tim se procesima mijenja struktura atoma vodika i mijenja se u anionski oblik. Zbog toga se element istovremeno nalazi u periodnom sustavu iu svojoj sedmoj skupini.

Sve u usporedbi

Nastavljajući proučavati strukturna svojstva čestica vodika, vidimo kako njihova unutarnja struktura utječe na ponašanje elementa u reakcijama. Da biste to učinili, obratite pozornost na najbliže susjede u periodičnom sustavu i odredite strukturu atoma vodika, helija i litija. Sa česticama inertnog plina, vodik kombinira istu količinu energetskih razina s litijem, sličnu strukturu vanjskog energetskog sloja, na kojem se nalazi jedan elektron. Međutim, svojstva vodika su vrlo različita od inertnog plina i alkalnog metala. Ta činjenica dokazuje da su sve karakteristike kemijskog elementa određene šupljinom strukture atoma i molekule vodika, odnosno brojem energetskih razina i raspodjelom elektrona na njima.

Roditi se vodom

Ime elementa upućuje na to da kombinacija njegovih atoma s kisikovim česticama dovodi do pojave tako jedinstvene i važne tvari za Zemlju, poput vode. U normalnim uvjetima ne dolazi do te reakcije, temperatura izgaranja smjese plinova dostiže 2800 ° C. U laboratoriju, interakcija između H2 i O2 u omjeru 2: 1 dovodi do eksplozije. Sama se mješavina naziva detonirajući plin, a proces koji se odvija u njemu nastavlja se mehanizmom slobodnih radikala. Ako se ne kontrolira, reakcija završava ozbiljnim problemom - snažnom eksplozijom. Iz tog razloga, unatoč svojoj iznimnoj lakoći, vodik je napušten kao punilo za zrakoplov u zrakoplovu. Tužan je uzrok bio pad zrakoplova Hindenburg za Ameriku 1937. godine. Pogledajmo sada kako struktura vodikovog atoma utječe na fizičke karakteristike plina.

Vodik, deuterij, tritij

Nemojte se iznenaditi na gore navedenom popisu pojmova. To je sve o istom kemijskom elementu vodika, nuklearni naboj atoma je +1. Drugo i treće ime su imena izotopa. Razlog za njihove razlike leži u broju neutrona u jezgri, dok je protonski broj sve tri vrste čestica isti. Deuterij ima dva neutrona, tritij ima 3, a sam vodik ima 1 neutron unutar jezgre. Voda koja sadrži deuterij u svojim molekulama naziva se teška. Može se naći u bazenima za hlađenje nuklearnih elektrana, kao iu citoplazmi stanica koje imaju narušen normalan metabolizam.

Elektronska struktura vodikovog atoma

Shema koja slijedi pomoći će nam razumjeti specifično ponašanje jednostavne tvari H ₂ u različitim kemijskim interakcijama.

Prisutnost jednog elektrona koji zauzima s-orbitalu prve razine energije osigurava konstantnu valenciju vodika, jednaku 1. U većini slučajeva, ovaj elektron napušta prostor atoma i preuzima više elektronegativnih elemenata. Samo reakcije s metalima omogućuju vodiku da privuče elektron iz atoma aktivnih alkalnih ili zemno-alkalnih elemenata u sferu utjecaja vlastite jezgre, formirajući bijele kristalne spojeve - njihove hidride.

Aktivan i agresivan

Atomski vodik, da tako kažemo, lako je podići. Drugi redukcijski agensi poput ugljika ili njegovih oksida mogu zavidjeti njegovoj brzini u smanjenju metala iz njihovih oksida. H-atomi su također aktivno kombinirani sa česticama sumpora, kisika i fosfora. Plamenik s atomskim vodikom daje zagrijavanje iznad 4000 ° C. Zbog toga se takve naprave lako obrađuju na metalnim površinama: izrezati ih ili ih zavariti.

Atomski vodik je dobro poznat kao redukcijsko sredstvo čistih metala - volframa, molibdena - iz njihovih ruda, zastupljenih uglavnom oksidima. Kada se susreću s istim atomima kao i on sam, vodik tvori stabilnu i pasivnu strukturu - molekulu. Oba se atoma H međusobno drže uz pomoć zajedničkog elektronskog para, što je model stabilne kovalentne nepolarne veze. To je izdržljiv i osigurava stabilnost H ₂ molekula i pod zemaljskim uvjetima iu prostoru. Prehrambena industrija, u kojoj se koristi za hidriranje ulja i proizvodnju niskokaloričnih namaza u modernoj dijetetici, nije bez vodika.

U članku smo ispitali strukturu vodikovog atoma i otkrili kako on utječe na svojstva jednostavne tvari.