Određivanje atoma i molekula. Definicija atoma do 1932

Polazeći od antičkog doba do sredine 18. stoljeća, znanost je dominirao pojma da je atom - čestica materije koje se ne može podijeliti. Engleski znanstvenik i prirodoslovac, i D. Dalton dao definiciju atoma kao najmanji dio kemijskog elementa. MV Lomonosov u atomskoj i molekularnoj doktrine bio u mogućnosti dati definiciju atoma i molekula. Bio je uvjeren da je molekula, koju je nazvao „zrnca”, sastavljena od „elemenata” - atoma - a su u stalnom pokretu.

D. I. Mendeljejev vjerovao da je to podjedinica tvari koje čine materijalni svijet, zadržava sva svoja svojstva samo ako ne podliježe podjeli. U ovom članku ćemo definirati predmet kao mikrokozmos atoma, a studij svoja svojstva.

Pozadina teorije atomske strukture

U 19. stoljeću, to je široko priznat kao izjave o nedjeljivosti atoma. Većina znanstvenika vjeruje da su čestice jedne kemijskom elementu pod kojim okolnostima ne može pretvoriti u atome drugih elemenata. Ove ideje su osnova na kojoj se temelji definiciju atoma do 1932. U kasnom 19. stoljeća u znanosti su napravljene temeljne otkrića koja je promijenila ovo gledište. Prije svega, u 1897. britanski fizičar Joseph John Thomson je otkrio elektron. Ova činjenica iz temelja se mijenja znanstvenika ideje o nedjeljivi dio kemijskog elementa.

Kako dokazati da atomske kompleksne strukture

Čak i prije otkrića elektrona , znanstvenici jednoglasno slažu da atomi nemaju naboj. Zatim, utvrđeno je da elektroni lako se razlikuju od bilo koje željene kemijskom elementu. Oni se mogu naći u plamenu, oni su nositelji električne struje, ispuštaju tvari tijekom rendgenskog zračenja.

Ali ako elektroni su dio sve bez izuzetka, i negativno nabijenih atoma, dakle, u atomu postoje neke čestice koje su sigurni da imaju pozitivan naboj, inače atomi ne bi električki neutralan. Da bi se rasplesti strukturu atoma je pomogao fizički fenomen kao radioaktivnosti. To je dao ispravnu definiciju atoma u fizici, a zatim kemija.

Nevidljive zrake

Francuski fizičar A. Becquerel je prvi opisao fenomen emisije atoma nekih kemijskih elemenata, vizualno nevidljive zrake. Oni ionizirati zrak loptu kroz materijal, što uzrokuje tamnjenje fotografskih ploča. Kasnije kurije i Rutherford otkrili da se radioaktivne tvari pretvara u atomima drugih kemijskih elemenata (kao što su uran - Neptunij).

Radioaktivnog zračenja nejednolika u sastav: alfa, beta čestica čestica, gama zrakama. Tako, fenomen radioaktivnosti pokazalo da periodičkog sustava elemenata čestica ima složene strukture. Ova činjenica je uzrokovalo promjene u definiciji atoma. Što čestice je atom, daje Rutherford dobiti nove znanstvene činjenice? Odgovor na ovo pitanje je predložio znanstvenik nuklearni model atoma, prema kojoj oko pozitivno nabijenih jezgra elektroni pomaknuti.

Kontradikcije Rutherford modela

Teorija znanstvenika, unatoč izvanrednim karakterom, nije mogao objektivno definirati atom. Njezini rezultati su bili u suprotnosti s temeljnim zakonima termodinamike, po kojima su svi elektroni kruže oko jezgre gube energiju i, kako to može biti, prije ili kasnije morati pasti na njega. Atom u ovom slučaju uništen. Ovo zapravo nije slučaj, jer su kemikalije i čestice od kojih su izrađene, postoje u prirodi za dugo vremena. Neobjašnjivo atom kao odlučnost temelji na teoriji Rutherford, kao fenomen koji se javlja prilikom prolaska tople jednostavne tvari kroz difrakcije ribanja. Nakon atomskog spektra formirana u isto vrijeme imaju linearni oblik. To sukobu s Rutherford modelu atoma, prema kojem spektra bi trebala biti kontinuirana. Prema konceptima kvantne mehanike, elektroni se nalaze u jezgri ne karakterizira kao točkastih objekata, kao i ima oblik oblaka elektrona.

Većina njegove gustoće u određenom lokusu prostora oko jezgre, a smatra se da je mjesto čestice u određenom trenutku. Također, utvrđeno je da je atom, elektroni su raspoređeni u slojevima. Broj slojeva može se odrediti poznavajući broj razdoblja u kojem je element u periodnom D. I. Mendeleeva sustava. Na primjer, atom fosfora sadrži 15 elektrona i ima tri razine energije. Pokazatelj koji određuje broj razina energije se naziva glavni kvantni broj.

Utvrđeno je eksperimentalno da je razina energije elektrona, koji se nalazi najbliže do srži, imaju najnižu energiju. Svaki energetski ljuska je podijeljen u pod-razinama, a oni, pak, na orbitala. Elektroni se nalaze na različitim orbitala imaju isti oblik oblaka (s, p, d, f).

Na temelju naprijed navedenog, slijedi da je oblik elektronskog oblaka ne može biti proizvoljan. Strogo je određena prema orbitalnoj kvantnim brojem. Mi smo dodali i da je stanje elektrona u obliku čestica također određuje dvije vrijednosti - magnetski i spin kvantne brojeve. Prvi se temelji na Schrödinger jednadžbe i karakterizira prostornu orijentaciju oblaka elektrona na temelju trodimenzionalnosti našeg svijeta. Drugi pokazatelj - broj spina na to odrediti rotaciju elektrona je oko svoje osi ili u suprotnom smjeru.

Otkriće neutrona

Kroz rad D. Chadwick, održao ih u 1932, ona je dobila novu definiciju atoma u kemiji i fizici. U svojim znanstvenim eksperimentima je dokazano da je u dekolte nastaje polonijem zračenja uzrokovana česticama koje imaju bez plaćanja, masu 1.008665. Novi elementarna čestica je nazvana neutron. Njezino otkriće i istraživanje njegovih svojstava dopušteno sovjetski znanstvenici V. Gapon i Ivanenko stvoriti novu teoriju o strukturi atomske jezgre, koja sadrži protona i neutrona.

Prema novoj teoriji određivanje tvar imala sljedeće atomom tvore strukturnu jedinicu kemijski element, koji se sastoji od jezgre koja sadrži protona, neutrona i elektrone kreće oko nje. Broj pozitivnih čestica u jezgri je uvijek jednak redni broj kemijskih elementa u periodičkom sustavu.

Kasnije je profesor Zdanov u svojim eksperimentima potvrdio je da se pod utjecajem tvrdi kozmičkog zračenja, atomske jezgre su podijeljeni u protona i neutrona. Osim toga, dokazano je da su snage drže tih elementarnih čestica u jezgri, izuzetno je energetski intenzivna. Oni djeluju na vrlo kratke udaljenosti (iz reda 10 ^-23 cm), zove nuklearna. Kao što je ranije spomenuto, MV Lomonosov je mogao dati definiciju atoma i molekula na temelju znanstvenih činjenica njemu poznatim.

Trenutno prepoznao u obzir sljedeće modele: atom sastoji od jezgre i elektrona koji se kreću oko njega u strogo definiranim stazama - orbitale. Elektroni u isto vrijeme pokazuju svojstva obiju čestica i valova, odnosno, imaju dvostruku prirodu. Jezgra atoma koncentrirana gotovo sva njegovu masu. Sastoji se od protona i neutrona povezanih s nuklearnim snagama.

Da li je moguće izvagati atom

Ispada da je svaki atom ima masu. Na primjer, to je od vodika 1,67h10 ^-24 Čak je teško zamisliti kako mala tu vrijednost. Da biste pronašli težinu objekta, ne koriste vage i oscilator, što je ugljik nanocijevi. Izračunati težinu atoma i molekule praktičniji količina je u odnosu težine. To pokazuje koliko je puta masa molekule ili atoma više od 1/12 ugljikovog atoma, koji je 1,66h10 ^-27 kg. Relativne atomske mase su dane u periodnom sustavu kemijskih elemenata, a oni nemaju dimenziju.

Znanstvenici su svjesni da je atomska težina kemijskog elementa - je prosječna masa broj izotopa. Čini se, u prirodi jedne jedinice kemijskog elementa može imati različite mase. Tako je naboj jezgre takve strukturne čestice iste.

Znanstvenici su otkrili da su izotopi razlikuju u broju neutrona u jezgri i jezgre ih naplatiti identični. Na primjer, atom klora, koji ima masu od 35 sadržane 18 neutrona i 17 protona, i s masom od 37 - 20 i 17 protona neutrona. Mnogi su kemijski elementi su smjese izotopa. Na primjer, jednostavne tvari kao što su kalij, argon, kisik koji se nalazi u na sastav atoma predstavljaju 3 različite izotop.

Određivanje atomnost

Ima nekoliko tumačenja. Razmislite o tome što se podrazumijeva pod ovim pojmom u kemiji. Ako su atomi kemijski element može barem trenutno postoje u izolaciji, ne teže da se dobije složenije čestice - molekule, tada možemo reći da ove tvari imaju atomsku strukturu. Na primjer, višestruki reakcija kloriranja metana. To se široko koristi u organskoj kemiji sinteze za glavne derivata halogena: diklormetan, ugljični tetraklorid. Ona je podijeljena na molekule klor atoma, visoka reaktivnost. Uništavaju sigma veze u molekuli metana, čime se dobiva reakcijom supstitucije lanca.

Jedan primjer kemijskim procesom koji ima veliku važnost u industriji - uporabu vodikovog peroksida kao sredstvo za dezinfekciju i izbjeljivanje sredstvo. Određivanje atomskog kisika kao produkt cijepanja vodikovog peroksida u obje živim stanicama (pomoću enzima katalaze), a u laboratoriju. Atomski kisik kvalitativno određen svojim visokim antioksidativna svojstva i njihovu sposobnost da uništi patogeni uzročnici: bakterije, gljivice i njihove spore.

Kako nuklearna omotnica

Mi smo ranije otkrili da je strukturna jedinica nekog kemijskog elementa ima složenu strukturu. Oko pozitivno nabijenih čestica jezgri vrte negativne elektrone. Nobelova nagrada Niels Bohr, na temelju kvantne teorije svjetlosti, stvorio je učenje, pri čemu je karakterizacija i identifikacija atoma su kako slijedi: elektroni kreću oko jezgre samo na određenim fiksnim puteva u ovom slučaju ne zrače energiju. Bohr, znanstvenici su pokazali da su čestice mikrosvijetu, koji uključuju atoma i molekula ne poštivati zakone koji vrijede za velike tijela - objekata makrokozmosa.

Struktura elektronskim ljuskama od čestica je studirao u novinama o kvantnoj fizici znanstvenici poput Hund, Pauli Klechkovskii. Budući da je postalo poznato da su elektroni čine rotacijsko gibanje oko jezgre nije kaotično, ali na nekim fiksnim stazama. Pauli otkrili da u jednoj razini energije na svakom svom orbitala s, p, D, F elektroničkih stanicama može biti ne više od dvije negativno nabijene čestice suprotnog spina vrijednosti + ½ i - ½.

Hund je pravilo objasnio kako popuniti elektronske orbitale s istim razinu energije.

Princip Aufbau, koji se nazivaju pravilo n + l, objasniti kako punjene orbitale multielectron atoma (elementi 5, 6, 7 krugova). Sve gore navedene pravilnosti služio kao teorijske osnove kemijskih elemenata stvorenih Dmitriem Mendeleevym.

stupanj oksidacije

To je temeljni koncept u kemiji i opisuje stanje atoma u molekuli. Moderna definicija stupnja oksidacije atoma je kako slijedi: naknada uvjetovana atoma u molekuli, koja se izračunava na temelju pojmova koji se molekula ima samo ionski sastav.

Oksidacija se može izraziti pomoću broja ili frakcijski broj, a pozitivni, negativni ili nula vrijednosti. U većini atoma kemijskih elemenata ima nekoliko oksidacijsko stanje. Na primjer, dušik -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Ali takav element kao što je fluor, u svim njegovim spojeva ima samo jedan oksidacije jednak 1. Ako je prikazan jednostavan materijala, oksidacijsko stanje nula. Ovaj kemijski količine zgodan koristiti za razvrstavanje tvari i opisati njihova svojstva. U većini slučajeva, oksidacija stupanj kemije koristi u postavljanju jednadžbi redoks reakcije.

Svojstva atoma

Zahvaljujući otkrićima kvantne fizike, modernoj definiciji atoma, koja se temelji na teoriji Ivanenko i Gapon E dopunjen sljedećim znanstvenim činjenicama. Struktura atomske jezgre se ne mijenja tijekom kemijske reakcije. Promjena utječe samo na stacionarnim elektronske orbitale. Njihova struktura može se pripisati mnogim fizičkim i kemijskim svojstvima tvari. Ako elektron ostavlja stacionarni orbitu i nastavlja orbitalna s višim takav atom energije naziva se uzbuđen.

Treba napomenuti da se elektroni ne mogu biti dugo vremena na tim non-core orbitala. Vraćajući se svojim stacionarnu orbitu, elektron emitira kvantne energije. Proučavanje takvih karakteristika strukturnih jedinica kemijskih elemenata kao elektron afiniteta, elektronegativnosti, energija ionizacije, omogućila je znanstvenicima ne samo definirati atom kao bitan mikrokozmos čestica, ali i dozvoljeno im objasniti sposobnost atoma da se formira stabilna i energetski povoljniji molekularno stanje materije, moguća posljedica stvaranje bilo koji tip stabilne kemijskih veza: ionski, kovalentno-polarnih i nepolarnih, donor-akceptora (kao kovalentno vezivanje vrsta) i m etallicheskoy. Potonji određuje najvažnije fizikalna i kemijska svojstva metala.

Utvrđeno je eksperimentalno da je veličina atoma može varirati. Sve će ovisiti o molekule u kojima je uključena u cijenu. Putem X-zrakama može izračunati udaljenost između atoma u nekom kemijskom spoju, kao i saznati radijusa strukturna elementa jedinice. Posjedovanje uzoraka promjena radijusa atoma koji se nalaze u razdoblju ili skupini kemijskih elemenata, moguće je predvidjeti njihove fizikalna i kemijska svojstva. Na primjer, u vrijeme s povećanjem atomske jezgre punjenje je smanjenje polumjera ( „kompresije atom”), a time oslabiti metalne svojstva spojeva i nemetalnih pojačavaju.

Dakle, znanje o strukturi atoma mogu točno odrediti fizikalna i kemijska svojstva svih elemenata uključenih u periodnom sustavu elemenata.