Determinarea atomilor și moleculelor. Definiția unui atom până 1932

Pornind de la perioada antică la mijlocul secolului al 18-lea, știința a fost dominată de ideea că atomul - o particulă de materie, care nu poate fi divizat. om de știință englez și naturalist, și D. Dalton a dat o definiție a atomului ca cea mai mică parte a unui element chimic. MV Lomonosov în doctrina ei atomice și moleculare a fost în măsură să dea o definiție a atomului și moleculei. El a fost convins că molecula, pe care el a numit „corpusculi“, compus din „elemente“ - atomi - și sunt în continuă mișcare.

D. I. Mendeleev crede că această subunitate substanțe care alcătuiesc lumea materială, își păstrează toate proprietățile sale numai dacă nu este supus divizării. În acest articol, definim un obiect ca un microcosmos al atomului și a studia proprietățile sale.

Fundamentele teoriei structurii atomice

În secolul al 19-lea, este unanim recunoscut ca declarația privind indivizibilitatea atomului. Cei mai mulți oameni de știință au crezut că particulele de un element chimic în nici un caz nu pot fi transformate în atomi ai altor elemente. Aceste idei au fost baza pe care sa bazat definiția unui atom până 1932. La sfârșitul secolului al 19-lea în știință au făcut descoperiri fundamentale care au schimbat acest punct de vedere. În primul rând, în 1897 fizicianul britanic J. Thomson a descoperit electronul. Acest fapt este schimbat în mod fundamental ideile oamenilor de știință cu privire la o parte indivizibilă a elementului chimic.

Cum de a dovedi că structura complexă atom

Chiar înainte de descoperirea electronului , oamenii de știință sunt de acord în unanimitate că atomii nu au nici o taxă. Apoi, sa constatat că electronii sunt ușor de distins de orice element chimic dorit. Ele pot fi găsite într-o flacără, ele sunt purtătoare de curent electric, ele eliberează substanțe în timpul radiației cu raze x.

Dar, în cazul în care electronii fac parte din toate, fără excepție, și atomii încărcați negativ, astfel, într-un atom există unele particule care sunt sigur de a avea o sarcină pozitivă, în caz contrar atomii nu ar fi electric neutru. Pentru a ajuta descoperi structura atomului a ajutat un fenomen fizic ca radioactivitate. Acesta a dat definiția corectă a atomului în fizică, apoi chimie.

Razele invizibile

fizician franceză A. Becquerel a fost primul pentru a descrie fenomenul de emisie a atomilor unor elemente chimice, vizual raze invizibile. Ei ioniza trece aerul prin material, provocând înnegrire a plăcilor fotografice. Mai târziu, și soții Curie Rutherford a constatat că substanțele radioactive sunt transformate în atomi ai altor elemente chimice (cum ar fi uraniul - Neptuniu).

radiație radioactivă este neuniforma în compoziție: particule alfa, particule beta, raze gamma. Astfel, fenomenul de radioactivitate a demonstrat că tabelul periodic al particulelor elemente au o structură complexă. Acest fapt a cauzat modificările aduse definiției atomului. Ce este un atom de particule, dată de Rutherford obținut noi fapte științifice? Răspunsul la această întrebare a fost modelul cărturar nuclear propus al atomului, potrivit căruia în jurul electronii nucleu încărcate pozitiv muta.

Modelul Contradicții Rutherford

Teoria de știință, în ciuda caracterului său remarcabil, nu a putut defini în mod obiectiv atomul. Descoperirile sale au fost contrare legilor fundamentale ale termodinamicii, potrivit căreia toate electronii orbiteaza nucleele își pierd energia și, deoarece poate fi, mai devreme sau mai târziu trebuie să cadă pe el. Atom, în acest caz, a distrus. Acest lucru nu este de fapt cazul, deoarece substanțele chimice și particulele din care sunt realizate, există în natură pentru o lungă perioadă de timp. Inexplicabil atom o astfel de determinare pe baza teoriei lui Rutherford, precum fenomenul care apare atunci când trecerea substanțelor fierbinți simple, printr-o rețea de difracție. După spectrele atomice au format în același timp, au o formă liniară. Acest conflict cu modelul Rutherford al atomului, conform căruia spectrul ar trebui să fie continuu. Conform conceptelor mecanicii cuantice, electronii prezenți în nucleul nu sunt caracterizate ca obiecte punctiforme precum și având forma de nor de electroni.

Cele mai multe dintre densitatea într-un anumit loc al spațiului în jurul nucleului, și este considerat a fi locul unei particule la un moment dat. De asemenea, sa constatat că atomul, electronii sunt aranjate în straturi. Numărul de straturi poate fi determinată prin cunoașterea numărului perioadei în care elementul în D. I. Sistemul Mendeleeva periodic. De exemplu, atomul de fosfor conține 15 electroni și are trei nivele de energie. Indicatorul, care determină numărul de niveluri de energie se numește numărul cuantic principal.

Sa stabilit experimental că nivelul de energie de electroni, situate cel mai apropiat de bază, au cea mai mică energie. Fiecare coajă de energie este împărțit în subnivele și ei, la rândul lor, pe orbitalii. Electronii sunt situate la diferite orbitali au aceleași nori de formă (s, p, d, f).

Pe baza celor de mai sus, rezultă că forma norului de electroni nu poate fi arbitrară. Este strict determinată în funcție de orbitale numărul cuantic. Adăugăm, de asemenea, că starea de electroni in particule este, de asemenea, determinată de două valori - magnetic și de spin numere cuantice. Primul se bazează pe ecuația Schrödinger și caracterizează orientarea spațială a norului de electroni pe baza tridimensionalitatea lumii noastre. Al doilea indicator - numărul de spin pe ea determină rotația electronului în jurul axei sale sau în sens antiorar.

Descoperirea neutronului

Prin lucrarea lui D. Chadwick, le-a avut loc în 1932, a fost dat o nouă definiție a atomului în chimie și fizică. In experimentele lor științifice, el a demonstrat că, în scindarea are loc radiații poloniu cauzate de particulele care au nici o taxă, masa 1.008665. O nouă particulă elementară a fost numit neutronul. descoperirea și studiul proprietăților sale ei a permis oamenilor de știință sovietici V. Gapon și Ivanenko a crea o nouă teorie a structurii nucleului atomic, conținând protoni și neutroni.

Conform noii teorii, determinarea substanței a avut forma următorul atom o unitate structurală a elementului chimic, constând dintr-un miez conținând protoni, neutroni și electroni care se deplasează în jurul acestuia. Numărul de particule pozitive din nucleu este întotdeauna egal cu numărul ordinal al elementului chimic din sistemul periodic.

Mai târziu, profesorul Jdanov în experimentele sale au confirmat faptul că sub influența radiațiilor cosmice greu, nucleele atomice sunt împărțite în protoni și neutroni. În plus, s-a dovedit că forțele care dețin aceste particule elementare în nucleu, este extrem de mari consumatoare de energie. Ele acționează pe distanțe foarte scurte (de ordinul a 10 ^-23 cm), numit nucleare. Așa cum am menționat mai devreme, de MV Lomonosov a fost în măsură să dea o definiție a atomului și a moleculei pe baza faptelor științifice cunoscute de el.

În prezent, a recunoscut în considerare următorul model: atom constă dintr-un nucleu și electroni care se deplasează în jurul ei într-o căi strict definite - orbitali. Electronii în același timp, prezintă proprietățile atât particulelor și valuri, adică, au o natură duală. Nucleul unui atom este concentrată aproape toată masa sa. Se compune din protoni și neutroni asociate forțelor nucleare.

Fie că este posibil să cântărească atom

Se pare că fiecare atom are masă. De exemplu, este de hidrogen 1,67h10 ^-24 a fost chiar mai greu de imaginat cât de mică această valoare. Pentru a găsi greutatea obiectului, nu folosiți cântarul, și oscilatorul, care este un nanotub de carbon. Pentru a calcula greutatea atomului și a moleculei cantitate mai convenabilă este greutatea relativă. Acesta arată de câte ori greutatea unei molecule sau a unui atom mai mult decât 1/12 a atomului de carbon, care este 1,66h10 ^{-27 kg.} masele atomice relative sunt prezentate în tabelul periodic al elementelor chimice, și nu au nici o dimensiune.

Oamenii de știință sunt conștienți de faptul că greutatea atomică a unui element chimic - este numărul mediu de masă de izotopi. Se pare că, în natura unei unități a unui element chimic pot avea diferite mase. Astfel, acuzațiile de nuclee de astfel de particule structurale aceleași.

Oamenii de știință au descoperit că izotopii diferă în numărul de neutroni în nucleu și nuclee le încărcați identice. De exemplu, un atom de clor, cu o masă de 35 conținea 18 neutroni și 17 protoni, și cu o masă de 37 - 20 de protoni si 17 neutroni. Multe elemente chimice sunt amestecuri de izotopi. De exemplu, substanțele simple, cum ar fi potasiu, argon, oxigen conținut în atomii de compoziție reprezintă cel puțin 3 izotop diferit.

Determinarea Atomicitate

Ea are mai multe interpretări. Luați în considerare ceea ce se înțelege prin acest termen în chimie. Dacă atomii unui element chimic poate exista cel puțin pentru moment, în mod izolat, nu tinde să formeze particule mai complexe - molecule, atunci spunem că aceste substanțe au o structură atomică. De exemplu, mai multe etape de reacție clorurarea metanului. Acesta este utilizat pe scară largă în domeniul chimiei organice de sinteză pentru principalii derivați de halogen: diclormetanul, tetraclorura de carbon. Acesta este divizat moleculele de clor la atomi având reactivitate ridicată. Ele distrug legăturile sigma în molecula de metan, oferind o reacție de substituție în lanț.

Un alt exemplu al unui proces chimic care are o mare importanță în industrie - utilizarea de peroxid de hidrogen ca agent dezinfectant și albire. Determinarea oxigenului atomic ca un produs de scindare a peroxidului de hidrogen are loc în ambele celule vii (de enzima catalaza), cât și în laborator. oxigen atomic determinat calitativ prin proprietățile sale antioxidante ridicate și capacitatea lor de a distruge agenții patogeni: bacterii, fungi si spori lor.

Cum plicul nucleare

Am constatat anterior că unitatea structurală a unui element chimic are o structură complexă. În jurul particulelor nucleu încărcate pozitiv, se învârt electroni negativi. Premiul Nobel Niels Bohr, bazat pe teoria cuantică a luminii, a creat o învățătură, în care caracterizarea și identificarea atomilor sunt după cum urmează: electronii se deplasează în jurul nucleului doar la anumite trasee fixe, în acest caz, nu radiază energie. Bohr, oamenii de știință au demonstrat că particulele de Microworld, care includ atomi și molecule nu se supun legilor valabile pentru corpuri mari - obiecte macrocosmos.

Structura cojile de electroni de particule a fost studiat în lucrări pe oamenii de știință fizica cuantica, cum ar fi Hund, Pauli Klechkovskii. Din moment ce a devenit cunoscut faptul că electronii fac mișcarea de rotație în jurul nucleului nu este haotic, dar pe anumite trasee fixe. Pauli a constatat că într-un singur nivel de energie la fiecare dintre Orbitali s sale, p, d, f în celulele electronice pot fi nu mai mult de două particule încărcate negativ din valoarea de spin opus + ½ și - ½.

regula Hund a explicat modul de a umple orbitali de electroni cu același nivel de energie.

Principiul Aufbau, numit, de asemenea, regula n + l, explică modul în care orbitalii umplut multielectron atomi (elemente 5, 6, 7 cicluri). Toate legităților de mai sus a servit ca bază teoretică a elementelor chimice create de Dmitriem Mendeleevym.

gradul de oxidare

Acesta este un concept fundamental în chimie și descrie starea unui atom dintr-o moleculă. Definiția modernă a gradului de oxidare a atomilor este următoarea: taxa este atomii din moleculă, care se calculează pe baza conceptelor pe care o molecula are doar compoziția ionică condiționată.

Oxidarea poate fi exprimată printr-un număr întreg sau un număr fracțional, valori de pozitiv, negativ sau zero. In majoritatea atomilor elementelor chimice au mai multe stări de oxidare. De exemplu, azotul este -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Dar un astfel de element, cum ar fi fluor, în toți compușii săi are doar o stare de oxidare egală cu -1. În cazul în care este prezentată o substanță simplă, starea de oxidare zero. Aceste cantități chimice convenabile de utilizat pentru clasificarea substanțelor și pentru a descrie proprietățile lor. In cele mai multe cazuri, gradul de oxidare a chimiei utilizate în stabilirea reacțiilor redox ecuații.

Proprietățile atomilor

Datorită descoperirilor fizicii cuantice, definiția modernă a atomului, care se bazează pe teoria Ivanenko și Gapon E, completate cu următoarele fapte științifice. Structura unui nucleu atomic nu este schimbat în timpul reacțiilor chimice. Schimbarea afectează numai orbitalii de electroni staționare. Structura lor poate fi atribuită o mulțime de proprietăți fizice și chimice ale substanțelor. Dacă electronul părăsește o orbită staționară și trece la orbital cu un astfel de atom de energie mai mare este numit excitat.

Trebuie remarcat faptul că electronii nu poate fi o lungă perioadă de timp cu privire la aceste orbitali non-core. Revenind la orbita sa staționare, electronul emite cuantumul energiei. Studiul acestor caracteristici ale unităților structurale ale elementelor chimice ca afinitate de electroni, electronegativitate, energia de ionizare, a permis oamenilor de știință nu numai pentru a defini atomul ca un microcosm esențial particulă, dar, de asemenea, le-a permis să explice capacitatea atomilor de a forma o stare moleculară stabilă și energetic mai favorabilă a materiei, o posibilă consecință a crearea oricărui tip de legături chimice stabile: ionice, covalente-polar și nepolar, donor-acceptor (ca specie covalente de legătură) și m etallicheskoy. Acestea din urmă determină cele mai importante proprietăți fizice și chimice ale metalelor.

Sa stabilit experimental că dimensiunea unui atom poate varia. Totul va depinde de molecula în care este inclusă. Prin analiza cu raze X de difracție poate calcula distanța dintre atomii într-un compus chimic, precum și să învețe raza unității element structural. Deținând modele de schimbare a razelor a atomilor conținute în perioada sau grupul de elemente chimice, este posibil sa se prevada proprietățile lor fizice și chimice. De exemplu, în perioadele cu creșterea nucleului atomic taxa scăderea lor raze ( „atom de compresie“) și, prin urmare, slăbirea proprietăților metalice ale compușilor, și nemetalic amplificat.

Astfel, cunoașterea structurii atomului poate determina cu precizie proprietățile fizice și chimice ale tuturor elementelor incluse în sistemul periodic al elementelor.