Određivanje atoma i molekula. Definicija atoma sve do 1932. godine

Polazeći od antičkog perioda do sredine 18. stoljeća, znanost je ekipa ideju da atom - čestice materije koje se ne mogu podijeljena. Engleski naučnik i prirodnjak, i D. Dalton dao definiciju atoma kao najmanji dio hemijski element. MV Lomonosov u svoje atomske i molekularne doktrina bila u stanju dati definiciju atoma i molekula. On je bio uvjeren da je molekula, koju je nazvao "zrnca", sastavljena od "elemenata" - atomi - i da su u stalnom pokretu.

D. I. Mendeljejev da je ovaj podjedinica supstanci koje čine materijalni svijet, zadržava sva svoja svojstva samo ako nije predmet podjele. U ovom članku, mi definirati predmet kao mikrokosmos atoma, i proučavati njegova svojstva.

Pozadina teorije atomske strukture

U 19. stoljeću, to je široko priznata kao izjavu o nedjeljivosti atoma. Većina naučnika vjeruje da čestice jednog hemijskog elementa pod kojim okolnostima ne može pretvoriti u atome drugih elemenata. Ove ideje su bili osnova na osnovu kojih je definicija atoma sve do 1932. godine. Krajem 19. stoljeća u nauci su učinjeni temeljnih otkrića koji je promijenio taj stav. Prije svega, u 1897. britanski fizičar J. J. Thomson je otkrio elektron. Ova činjenica je fundamentalno promijenjen ideje naučnika o nedjeljivi dio kemijski element.

Kako dokazati da je atom kompleksne strukture

Čak i prije nego što je otkriće elektrona , naučnici jednoglasno slažu da atomi nemaju naknade. Zatim, utvrđeno je da elektroni se lako razlikuje od bilo koju željenu hemijski element. Oni se mogu naći u plamenu, oni su nosioci električne struje, oni oslobađaju supstance tokom x-ray zračenja.

Ali ako elektroni su dio svih bez izuzetka, i negativno naplaćuje atoma, dakle, u atomu postoje neke čestice koje su sigurni da imaju pozitivan naboj, inače atomi ne bi bilo električno neutralan. Da pomogne razotkriti strukturu atoma je pomogao fizički fenomen kao radioaktivnost. To je ispravna definicija atoma u fizici, a zatim hemije.

Nevidljivi zraci

Francuski fizičar A. Becquerel je prvi opisao fenomen emisije atoma pojedinih kemijskih elemenata, vizualno nevidljive zrake. Oni jonizovati zraka kroz materijal, uzrokujući crna boja fotografske ploče. Kasnije, Curies i Rutherford je utvrdio da radioaktivne tvari pretvaraju u atome ostalih kemijskih elemenata (kao što je uran - neptunijum).

Radioaktivnog zračenja je neuniformnih u sastavu: alfa čestice, beta čestice, gama zraka. Dakle, fenomen radioaktivnosti dokazano da je periodni sistem elemenata čestica ima složenu strukturu. Ova činjenica izazvala promjene napravljene na definiciju atoma. Ono što čestice je atom, dao Rutherford dobila nove naučne činjenice? Odgovor na ovo pitanje je predloženi učenjak nuklearni model atoma, prema kojem oko pozitivno nabijene jezgra elektroni kreću.

Kontradikcije Rutherford model

Teorija naučnika, uprkos izuzetan karakter, ne može objektivno definirati atom. Nalazi su joj bile u suprotnosti sa osnovnim zakonima termodinamike, prema kojem svi elektroni kruže oko jezgre gube svoju energiju i, kao što može biti, prije ili kasnije morati da padne na njega. Atom u ovom slučaju uništen. Ovo je zapravo nije slučaj, jer je kemikalija i čestica od kojih su izrađeni, postoje u prirodi već dugo vremena. Neobjašnjivo atom te odluke zasnovane na teoriji Rutherford, kao i fenomen koji se javlja prilikom prolaska tople jednostavan materije kroz difrakcija rešetka. Nakon atomskog spektra formirana u isto vrijeme ima linearan oblik. Ovo sukobu sa Rutherford model atoma, prema kojem bi imao spektra biti kontinuirana. Prema konceptima kvantne mehanike, elektroni prisutan u jezgru se ne karakterizira kao tačka objektima, kao i imaju oblik elektronski oblak.

Većinu svojih gustoće u određenom lokus prostora oko jezgra, i smatra se da je lokacija čestice u datom trenutku. Također, utvrđeno je da je atom, elektroni su raspoređeni u slojeve. Broj slojeva može odrediti znajući broj perioda u kojem je element u periodnom D. I. Mendeleeva sustava. Na primjer, atom fosfora sadrži 15 elektrona i ima tri nivoa energije. Indikator, koji određuje broj nivoa energije se naziva glavni kvantni broj.

To je eksperimentalno utvrđeno da je nivo energije elektrona, nalazi najbliži do srži, imaju najniže energije. Svaka energija ljuske je podijeljen na pod-nivoa, i oni su, pak, na orbitala. Elektroni se nalaze na različitim orbitale imaju isti oblik oblaka (s, p, d, f).

Na osnovu navedenog, slijedi da oblik elektronski oblak ne može biti proizvoljna. Strogo je određena u skladu sa orbitalne kvantni broj. Dodali smo i da je stanje elektrona u čestice se određuje dvije vrijednosti - magnetna i spin kvantna broja. Prvi se temelji na Šredingerova jednačina i karakterizira prostorna orijentacija elektronski oblak na osnovu trodimenzionalnosti našeg svijeta. Drugi pokazatelj - broj spin na to odrediti rotacije elektrona oko svoje osi ili suprotno od kazaljke na satu.

Otkriće neutrona

Kroz rad D. Chadwick, koja je održana ih 1932. godine, koju je dobila novu definiciju atoma u hemije i fizike. U svojim naučnim eksperimentima dokazao da je u dekolteu javlja polonija zračenja uzrokovana česticama da nema naknade, mase 1,008665. Novi elementarnih čestica je nazvana neutron. otkrivanje i proučavanje njegovih svojstava njoj dozvoljeno Sovjetski naučnici V. Gapon i Ivanenko stvoriti novu teoriju strukture atomskog jezgra, koja sadrži protona i neutrona.

Prema novoj teoriji, određivanje tvari imale su atom formiraju strukturna jedinica kemijski element, koji se sastoji od jezgre koja sadrži protona, neutrona i elektrona kreće oko njega. Broj pozitivnih čestica u jezgru je uvijek jednak redni broj hemijskog elementa u periodnom sistemu.

Kasnije Profesor Ždanova u svojim eksperimentima potvrdio da pod utjecajem teško kosmičkog zračenja, atomska jezgra su podijeljene u protona i neutrona. Osim toga, dokazano je da su snage drže ovih elementarnih čestica u jezgru, izuzetno je energetski intenzivna. Oni deluju na vrlo kratkim udaljenostima (reda 10 ^-23 cm), pod nazivom nuklearne. Kao što je ranije spomenuto, MV Lomonosov bio u stanju dati definiciju atoma i molekula na temelju znanstvenih činjenica koje su mu poznate.

Trenutno prepoznao razmotrite sljedeće model: atom se sastoji od jezgra i elektroni kreću oko njega u strogo definiran staze - orbitale. Elektroni u isto vrijeme pokazuju svojstva i čestica i valova, odnosno, imaju dvostruku prirodu. Jezgra atoma je koncentrirana gotovo sve svoje mase. Sastoji se od protona i neutrona u vezi sa nuklearnim snagama.

Da li je moguće da se vagati atom

Ispostavilo se da svaki atom ima masu. Na primjer, to je vodika 1,67h10 ^-24 je čak teško zamisliti koliko je mala ta vrijednost. Da biste pronašli težine objekta, ne koriste vage, i oscilator, koji je Carbon. Da bi izračunali težinu atoma i molekula praktičniji količina relativnu težinu. To pokazuje koliko je puta masa molekula ili atom više od 1/12 atoma ugljenika, što je 1,66h10 ^-27 kg. Relativna atomska masa dati su u periodni sistem hemijskih elemenata, a oni nemaju dimenziju.

Naučnici su dobro svjesni da je atomska težina hemijski element - je prosječna mase broj izotopa. Čini se, u prirodi jedna jedinica od kemijske element može imati različite mase. Tako optužbe jezgara takvih strukturalnih čestica isto.

Naučnici su otkrili da su izotopi se razlikuju u broju neutrona u jezgru i jezgra im naplati identični. Na primjer, klor atom, koji imaju masu 35 sadrži 18 neutrona i 17 protona, a uz masu od 37-20 protona i 17 neutrona. Mnogi hemijski elementi su smjese izotopa. Na primjer, jednostavne supstance kao što su kalij, argon, kisik sadržani u svom sastavu atoma predstavlja 3 različita izotopa.

Određivanje atomicity

Ima nekoliko tumačenja. Uzmite u obzir ono što se podrazumijeva pod ovim pojmom u hemije. Ako se atomi hemijski element može barem na trenutak postoji u izolaciji, ne imaju tendenciju da se formira više složenih čestica - molekula, onda kažemo da takve supstance imaju atomske strukture. Na primjer, multi-stage kloriranje reakcije metana. To je naširoko koristi u organskoj sintetičke kemije za glavne halogene derivate: dihlormetan, ugljiktetrahloridom. Ona je podijeljena hlora molekule u atome koji imaju visok reaktivnost. Oni uništavaju sigma veze u molekula metana, pružajući izmjenu lančana reakcija.

Još jedan primjer procesa kemijske ima veliki značaj u industriji - upotreba vodikovog peroksida kao sredstvo za dezinfekciju i sredstvo za izbjeljivanje. Određivanje atomske kisika kao rascjep proizvod vodikovog peroksida se javlja u oba žive ćelije (putem enzima katalaze), a u laboratoriju. Atomski kisik kvalitativno određen visokim antioksidativna svojstva i njihovu sposobnost da unište patogeni agensi: Bakterije, gljivice i njihove spore.

Kako nuklearnog koverti

Mi smo ranije utvrdio da je strukturna jedinica za hemijski element ima složenu strukturu. Oko pozitivno nabijene jezgra čestice vrte negativnih elektrona. Nobelovu nagradu Niels Bohr, na osnovu kvantne teorije svjetlosti, stvorio nastave, pri čemu je karakterizacija i identifikaciju atoma su: elektroni kreću oko nukleusa samo u određenim fiksnim staze u ovom slučaju ne zrači energiju. Bohr, naučnici su pokazali da su čestice mikrosvetu, koji uključuju atoma i molekula ne poštuju zakone važi za velike organe - objekata makrokosmosa.

Struktura elektrona ljuski čestica je studirao u novinama o kvantnoj fizici naučnici kao što su Pas, Pauli Klechkovskii. S obzirom da je postalo poznato da su elektroni čine rotacionog kretanja oko jezgra nije haotično, ali na određenim fiksnim stazama. Pauli je utvrdio da u okviru jedne nivo energije na svaki od njegovih orbitala s, p, d, f u elektronskoj ćelije mogu biti više od dvije negativno nabijene čestice suprotnog spina vrijednosti + ½ i - ½.

Pas je pravilo objasnio kako popuniti elektron orbitala s istom nivou energije.

princip aufbau, koja se naziva pravilo n + l, objasniti kako popuniti orbitala multielectron atoma (elementi 5, 6, 7 ciklusa). Sve gore navedeno pravilnosti služio kao teorijska osnova hemijskih elemenata stvorio Dmitriem Mendeleevym.

oksidacije stepen

To je osnovni koncept u hemije i opisuje stanje atoma u molekulu. Moderne definicija stupnja oksidacije atoma je kako slijedi: naknada je uslovljen atoma u molekulu, koja se obračunava na osnovu pojmova koji molekule ima samo ionski sastav.

Oksidacija se može izraziti cijeli broj ili frakcionog broj, pozitivan, negativan ili nula vrijednosti. U većini atoma kemijskih elemenata ima nekoliko oksidacije država. Na primjer, dušik je -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Ali, takav element, kao što su fluor, u svim svojim jedinjenja ima samo jedan oksidacije države jednak -1. Ako je predstavila jednostavan supstance, oksidacijsko stanje nula. Ovo kemijske količine prikladan za korištenje za klasifikaciju tvari i opisati njihova svojstva. U većini slučajeva, oksidacija stepen hemije koristi u postavljanju jednadžbi redoks reakcije.

Svojstva atoma

Zahvaljujući otkrićima kvantne fizike, moderna definicija atoma, koja se temelji na teoriji Ivanenko i Gapon E, dopunjen sljedeće naučne činjenice. Struktura atomskog jezgra se ne mijenja za vrijeme kemijske reakcije. Promjena utječe samo stacionarne elektron orbitala. Njihova struktura se može pripisati puno fizičkih i kemijskih svojstava tvari. Ako elektron ostavlja stacionarne orbite i nastavlja da orbitalni sa većim energije kao što atom se zove uzbuđen.

Treba napomenuti da se elektroni ne mogu biti dugo na ovim non-core orbitala. Vrativši se u svoje stacionarne orbite, elektron emitira kvantne energije. Proučavanje takvih karakteristika strukturne jedinice kemijskih elemenata kao elektron afiniteta, elektronegativnosti, energija ionizacije, omogućilo naučnicima ne samo da definiše atom kao bitan čestica mikrokosmos, ali i omogućilo im da objasne sposobnosti atoma da formira stabilnu i energetski povoljnije molekularne stanje materije, moguća posljedica stvaranje bilo koju vrstu stabilne hemijskih veza: ionski, kovalentna-polarne i apolarnim, donatora-akceptor (kao kovalentnim vezama vrsta) i m etallicheskoy. Potonji određuje najvažnija fizička i kemijska svojstva metala.

To je eksperimentalno utvrđeno da je veličina atoma može varirati. Sve će zavisiti od molekula u kojima je uključena u cijenu. Kroz X-ray analiza difrakcije može izračunati udaljenost između atoma u kemijski spoj, kao i naučiti radijus strukturni element jedinice. Posjedovanje obrasce promjena radijusa atoma sadržane u periodu ili grupu hemijskih elemenata, moguće je predvidjeti njihove fizičke i kemijska svojstva. Na primjer, u periodima sa porastom atomskog jezgra napune smanjenje radijus ( "kompresija atom"), a samim tim i oslabiti metalik osobine jedinjenja, i nemetalni pojačan.

Dakle, znanje o strukturi atoma može precizno odrediti fizičke i hemijske osobine svih elemenata uključenih u periodičnom sistemu elemenata.