Bepaling van atome en molekules. Definisie van 'n atoom tot 1932

Vanaf die antieke tydperk tot in die middel van die 18de eeu, is die wetenskap oorheers deur die opvatting dat die atoom - 'n deeltjie van materie wat nie kan verdeel. Engelse wetenskaplike en natuurkundige, en D. Dalton het 'n definisie van die atoom as die kleinste deel van 'n chemiese element. MV Lomonosov in sy atoom en molekulêre leer was in staat om 'n definisie van die atoom en molekule gee. Hy is daarvan oortuig dat die molekule, wat hy noem "liggaampies", wat bestaan uit "elemente" - atome - en is in konstante beweging.

D. I. Mendeleev het geglo dat hierdie subeenheid stowwe waaruit die materiële wêreld, behou al sy eienskappe slegs indien dit is nie onderhewig aan afdeling. In hierdie artikel, ons definieer 'n voorwerp soos 'n mikrokosmos van die atoom, en bestudeer die eienskappe.

Agtergrond van die teorie van atoomstruktuur

In die 19de eeu, is dit wyd erken as die verklaring op die onverdeelbaarheid van die atoom. Die meeste wetenskaplikes geglo dat die deeltjies van een chemiese element onder geen omstandighede nie kan omskep word in atome van ander elemente. Hierdie idees was die grondslag waarop die definisie van 'n atoom is gebaseer totdat 1932. In die laat 19de eeu in die wetenskap gemaak fundamentele ontdekkings wat hierdie siening verander. In die eerste plek, in 1897 die Britse fisikus J. J. Thomson het die elektron ontdek. Hierdie feit is fundamenteel verander idees wetenskaplikes 'oor onverdeelbare deel van die chemiese element.

Hoe om te bewys dat die atoom komplekse struktuur

Selfs voor die ontdekking van die elektron , wetenskaplikes eenparig saamstem dat die atome het geen beheer. Dan is daar gevind dat elektrone maklik onderskei word van enige gewenste chemiese element. Hulle kan gevind word in 'n vlam, hulle is draers van elektriese stroom, hulle vrylating stowwe tydens x-straal-bestraling.

Maar as die elektrone is deel van almal sonder uitsondering, en negatief gelaaide atome, dus, in 'n atoom is daar 'n paar deeltjies wat seker 'n positiewe lading het, anders atome sou nie elektries neutraal wees. Om te help ontrafel die struktuur van die atoom het gehelp om 'n fisiese verskynsel as radioaktiwiteit. Dit het die korrekte definisie van die atoom in fisika, en dan chemie.

Die onsigbare strale

Franse fisikus A. Becquerel was die eerste om die verskynsel van vrystelling van atome van 'n paar chemiese elemente, visueel onsigbare strale te beskryf. Hulle ioniseer die lug slaag deur die materiaal, wat veroorsaak dat verswarting van fotografiese plate. Later het die Curies en Rutherford het bevind dat radioaktiewe stowwe is omskep in atome van ander chemiese elemente (soos uraan - neptunium).

Radioaktiewe bestraling is nonuniform in samestelling: alfadeeltjies, betadeeltjies, gammastrale. So, die verskynsel van radioaktiwiteit bewys dat die periodieke tabel van elemente deeltjies het 'n komplekse struktuur. Hierdie feit het veroorsaak dat die veranderinge aan die definisie van die atoom. Wat deeltjies is 'n atoom, gegee deur Rutherford verkry nuwe wetenskaplike feite? Die antwoord op hierdie vraag was die voorgestelde geleerde kern model van die atoom, waarvolgens rondom die positief-gelaaide kern elektrone beweeg.

Teenstrydighede Rutherford model

Die teorie van die wetenskaplike, ten spyte van sy uitstaande karakter, kon nie objektief definieer die atoom. Haar bevindings was in stryd met die fundamentele wette van termodinamika, waarvolgens al die elektrone rondom die kerne verloor hul energie en, soos dit mag wees, vroeër of later moet val op hom. Atoom in hierdie geval vernietig. Dit is eintlik nie die geval nie, aangesien die chemikalieë en deeltjies waaruit hulle gemaak is, bestaan in die natuur vir 'n lang tyd. Onverklaarbaar atoom so 'n bepaling wat gebaseer is op die teorie van Rutherford, sowel as die verskynsel wat plaasvind wanneer verby warm eenvoudige stowwe deur 'n diffraksierooster. Na atoomspektra gevorm op dieselfde tyd het 'n liniêre vorm. Hierdie stryd is met die Rutherford model van die atoom, waarvolgens die spektrum sal moet aaneenlopend wees. Volgens die konsepte van kwantummeganika, word elektrone teenwoordig is in die kern nie gekenmerk as punt voorwerpe sowel as met die vorm van die elektronwolk.

Die meeste van sy digtheid in 'n sekere lokus van ruimte rondom die kern, en word beskou as die plek van 'n deeltjie wees op 'n gegewe tyd. Ook, is daar gevind dat die atoom, elektrone word in lae. Die aantal lae kan bepaal word deur die wete dat die getal van die tydperk waarin die element in die periodieke D. I. Mendeleeva System. Byvoorbeeld, die fosfor atoom bevat 15 elektrone en het drie energievlakke. Die aanwyser, wat die aantal energievlakke bepaal word die skoolhoof kwantumgetal genoem.

Dit is eksperimenteel vasgestel dat die energie vlak van elektrone, geleë naaste aan die kern, het die laagste energie. Elke energie dop is verdeel in sub-vlakke, en hulle, op sy beurt, op die orbitale. Elektrone is geleë op verskillende orbitale het dieselfde vorm wolke (s, p, d, f).

Gebaseer op die voorafgaande volg dit dat die vorm van die elektronwolk nie arbitrêr kan wees. Dit is streng bepaal volgens die baan kwantumgetal. Ons voeg ook dat die toestand van die elektron na die deeltjies ook bepaal word deur twee waardes - magnetiese en spin kwantumgetalle. Die eerste is gebaseer op die Schrödinger-vergelyking en kenmerkend van die ruimtelike oriëntasie van die elektronwolk op die basis van die drie-dimensionaliteit van ons wêreld. Die tweede aanwyser - die aantal spin op dit bepaal rotasie die elektron se om sy eie as of anti-kloksgewys.

Die ontdekking van die neutron

Deur die werk van D. Chadwick, hou hulle in 1932, is dit 'n nuwe definisie van die atoom in chemie en fisika. In hul wetenskaplike eksperimente bewys hy dat in die cleavage voorkom polonium bestraling veroorsaak word deur die deeltjies met geen koste, die massa 1,008665. 'N Nuwe elementêre deeltjie is aangewys as die neutron. Haar ontdekking en studie van die eienskappe het toegelaat dat die Sowjet-wetenskaplikes V. Gapon en Ivanenko skep 'n nuwe teorie van die struktuur van die atoomkern, met protone en neutrone.

Volgens die nuwe teorie, die bepaling van die stof het die volgende atoom vorm 'n strukturele eenheid van die chemiese element, wat bestaan uit 'n kern met protone, neutrone en elektrone beweeg rondom dit. Die aantal positiewe deeltjies in die kern is altyd gelyk aan die ordinale nommer van die chemiese element in die periodieke stelsel.

Later Professor Zhdanov in sy eksperimente bevestig dat onder die invloed van harde kosmiese bestraling, atoomkerne is verdeel in protone en neutrone. Daarbenewens, het dit geblyk dat die kragte wat hierdie elementêre deeltjies in die kern, is dit uiters energie-intensiewe. Hulle tree op baie kort afstande (van die orde van 10 ^-23 cm), genaamd kern. Soos vroeër genoem, deur MV Lomonosov was in staat om 'n definisie van die atoom en die molekule op die basis van wetenskaplike feite aan hom bekend te gee.

Tans erken oorweeg die volgende model: atoom bestaan uit 'n kern en elektrone rond te beweeg dit in 'n streng gedefinieer paaie - orbitale. Elektrone terselfdertyd toon die eienskappe van beide die deeltjies en golwe, dit is, 'n dubbele natuur. Die kern van 'n atoom is gekonsentreer byna al sy massa. Dit bestaan uit protone en neutrone wat verband hou met kernkragte.

Of is dit moontlik om atoom weeg

Dit blyk dat elke atoom massa. Byvoorbeeld, dit is van Waterstof 1,67h10 ^-24 is selfs moeilik om te dink hoe klein hierdie waarde. Om die gewig van die voorwerp te vind, moet asseblief nie die skale en die ossillator, wat is 'n gebruik koolstof tube. Om die gewig van die atoom en die molekule meer gerieflik hoeveelheid bereken is die relatiewe gewig. Dit wys hoeveel keer die gewig van 'n molekule of 'n atoom meer as 1/12 van die koolstofatoom wat 1,66h10 ^-27 kg. Relatiewe atoommassas word in die periodieke tabel van chemiese elemente, en hulle het geen dimensie.

Wetenskaplikes is deeglik bewus dat die atoomgewig van 'n chemiese element - is die gemiddelde massa aantal isotope. Dit wil voorkom, in die aard van 'n eenheid van 'n chemiese element kan verskillende massas het. So het die koste van die kerne van sodanige strukturele deeltjie dieselfde.

Wetenskaplikes het bevind dat die isotope verskil in aantal neutrone in die kern en kerne hef hulle identies. Byvoorbeeld, 'n chlooratoom wat 'n massa 35 vervat 18 neutrone en 17 protone, en met 'n massa van 37-20 protone en 17 neutrone. Baie chemiese elemente is mengsels van isotope. Byvoorbeeld, eenvoudige stowwe soos kalium, argon, suurstof vervat in die samestelling daarvan atome wat 3 verskillende isotope.

Bepaling van atomiciteit

Dit het 'n paar interpretasies. Dink na oor wat bedoel word met die term in chemie. As die atome van 'n chemiese element ten minste 'n oomblik kan in isolasie bestaan nie, nie geneig om meer komplekse deeltjies te vorm - molekules, dan sê ons dat sulke stowwe het 'n atoomstruktuur. Byvoorbeeld, multi-stadium chlorinering reaksie van metaan. Dit word algemeen gebruik in organiese sintetiese chemie vir die groot halogeen derivate: dichloormetaan, koolstoftetrachloried. Dit is verdeel chloor molekules om atome met 'n hoë reaktiwiteit. Hulle vernietig sigma effekte in die metaanmolekule, die verskaffing van 'n ketting substitusiereaksie.

Nog 'n voorbeeld van 'n chemiese proses met groot belang in die bedryf - die gebruik van waterstofperoksied as 'n ontsmettingsmiddel en bleikmiddel. Bepaling van atoom suurstof as 'n cleavage produk van waterstofperoksied voorkom in beide die lewendige selle (deur die ensiem katalase), en in die laboratorium. Atoom suurstof kwalitatief bepaal deur sy hoë anti-oksidant eienskappe en hul vermoë om patogeniese agente vernietig: bakterieë, swamme en hul spore.

Hoe die kernmembraan

Ons het voorheen bevind dat die strukturele eenheid van 'n chemiese element het 'n komplekse struktuur. Rondom die positief-gelaaide kern deeltjies wentel negatiewe elektrone. Die Nobelprys Niels Bohr, gebaseer op kwantum teorie van lig, het 'n onderrig, waarin die karakterisering en identifikasie van atome is soos volg: elektrone beweeg rondom die kern net by sekere vaste paaie in hierdie geval nie energie nie uitstraal. Bohr, wetenskaplikes het getoon dat die deeltjies van die micro wêreld, wat atome en molekules nie gehoorsaam die wette geldig vir 'n groot liggame insluit - voorwerpe makrokosmos.

Die struktuur van die elektron skulpe van deeltjies is ondersoek in vraestelle op kwantumfisika wetenskaplikes soos Hund, Pauli Klechkovskii. Aangesien dit bekend geword het dat die elektrone maak die rotasiebeweging rondom die kern is nie chaotiese, maar op sekere vaste paaie. Pauli bevind dat binne 'n enkele energie vlak by elk van sy orbitale s, p, d, f in elektroniese selle kan nie meer as twee negatief gelaaide deeltjies van teenoorgestelde spin waarde + ½ en - ½.

Hund se reël verduidelik hoe om elektron orbitale te vul met dieselfde energie vlak.

Aufbau beginsel, ook bekend as die reël N + l, verduidelik hoe vol orbitale multielectron atome (elemente 5, 6, 7 siklusse). Al die bogenoemde reëlmatighede gedien as die teoretiese basis van chemiese elemente geskep deur Dmitriem Mendeleevym.

oksidasie graad

Dit is 'n fundamentele konsep in chemie en beskryf die toestand van 'n atoom in 'n molekuul. Die moderne definisie van die graad van oksidasie van die atome is soos volg: die klag is gekondisioneer atome in die molekule, wat bereken word, is gebaseer op die konsepte wat 'n molekule het net die ioniese samestelling.

Die oksidasie uitgedruk kan word deur 'n getal of 'n breukdeel nommer, 'n positiewe, negatiewe of nul waardes. In die meeste atome van chemiese elemente het verskeie oksidasietoestande. Byvoorbeeld, stikstof is -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Maar so 'n element, soos fluoor, in al sy verbindings het net een oksidasietoestand gelyk aan -1. As dit aangebied word 'n eenvoudige stof, sy oksidasietoestand van nul. Hierdie chemiese hoeveelhede gerieflik om te gebruik vir die klassifikasie van stowwe en hul eienskappe te beskryf. In die meeste gevalle, die oksidasie graad van die chemie gebruik in die opstel van vergelykings redoksreaksies.

Die eienskappe van atome

Te danke aan die ontdekking van kwantumfisika, die moderne definisie van die atoom, wat gebaseer is op die teorie Ivanenko en Gapon E, aangevul deur die volgende wetenskaplike feite. Die struktuur van 'n atoomkern is tydens die chemiese reaksies nie verander nie. Die verandering slegs affekteer die stilstaande elektron orbitale. Hul struktuur kan toegeskryf word aan 'n baie fisiese en chemiese eienskappe van stowwe. As die elektron laat 'n stilstaande wentelbaan en voortgaan om die baan met 'n hoër energie soos atoom genoem opgewonde.

Dit sal opgemerk word dat die elektrone nie 'n lang tyd op hierdie nie-kern orbitale kan wees. Terug te keer na sy stilstaande wentelbaan, die elektron straal die kwantum van energie. Die studie van sodanige eienskappe van die strukturele eenhede van chemiese elemente as elektronaffiniteit, elektronegatiwiteit, ionisasie-energie, het toegelaat dat wetenskaplikes nie net om die atoom as 'n noodsaaklike deeltjie mikrokosmos definieer nie, maar ook hulle toegelaat om die vermoë van atome om 'n stabiele en energiek gunstiger molekulêre toestand van materie te vorm, 'n moontlike gevolg van te verduidelik die skep van 'n tipe van 'n stabiele chemiese bindings: ioniese, kovalente-polêre en apolaire, skenker-akseptor (as kovalente binding spesies) en m etallicheskoy. Laasgenoemde bepaal die belangrikste fisiese en chemiese eienskappe van metale.

Dit is gestig eksperimenteel dat die grootte van 'n atoom kan wissel. Alle sal afhang van die molekuul waarin dit ingesluit is. Deur X-straaldiffraksie analise die afstand tussen atome kan bereken in 'n mengsel, asook leer radius element eenheid strukturele. Besit patrone van verandering van radiusse van die atome in die tydperk of die groep van chemiese elemente, is dit moontlik om hul fisiese en chemiese eienskappe te voorspel. Byvoorbeeld, in periodes met 'n toenemende atoomkern hef hul radiusse afname ( "kompressie atoom"), en dus verswak die metaal eienskappe van die verbindings, en nie-metaal versterk.

Dus, kennis van die struktuur van die atoom kan akkuraat die fisiese en chemiese eienskappe van al die elemente in die periodieke stelsel van elemente moet bepaal.