Προσδιορισμός των ατόμων και των μορίων. Ορισμός ενός ατόμου μέχρι το 1932

Ξεκινώντας από την αρχαία περίοδο έως τα μέσα του 18ου αιώνα, η επιστήμη κυριαρχείται από την αντίληψη ότι το άτομο - ένα σωματίδιο της ύλης που δεν μπορεί να διαιρεθεί. Αγγλικά επιστήμονας και φυσιοδίφης, και D. Dalton έδωσε έναν ορισμό του ατόμου ως το μικρότερο τμήμα ενός χημικού στοιχείου. MV Lomonosov σε ατομικό και μοριακό δόγμα της ήταν σε θέση να δώσει έναν ορισμό του ατόμου και μορίου. Ήταν πεπεισμένος ότι το μόριο, το οποίο ονόμασε «σωμάτια», αποτελείται από «στοιχεία» - άτομα - και βρίσκονται σε συνεχή κίνηση.

Δ Ι Mendeleev πιστεύεται ότι αυτή η υπομονάδα ουσίες που συνθέτουν τον υλικό κόσμο, διατηρεί όλες τις ιδιότητές του μόνο εάν δεν υπόκειται σε διαίρεση. Σε αυτό το άρθρο, ορίζουμε ένα αντικείμενο, όπως ένα μικρόκοσμο του ατόμου, και να μελετήσει τις ιδιότητές του.

Υπόβαθρο της θεωρίας της ατομικής δομής

Κατά τον 19ο αιώνα, είναι ευρέως αναγνωρισμένη ως η δήλωση σχετικά με το αδιαίρετο του ατόμου. Οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι τα σωματίδια του ενός χημικού στοιχείου σε καμία περίπτωση δεν μπορεί να μετατραπεί σε άτομα άλλων στοιχείων. Αυτές οι ιδέες ήταν η βάση πάνω στην οποία βασίστηκε ο ορισμός ενός ατόμου, μέχρι το 1932. Στα τέλη του 19ου αιώνα στον τομέα της επιστήμης έχουν γίνει θεμελιώδεις ανακαλύψεις που άλλαξαν την άποψη αυτή. Πρώτα απ 'όλα, το 1897 ο Βρετανός φυσικός J. J. Thomson ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο. Το γεγονός αυτό έχει αλλάξει ριζικά τις ιδέες των επιστημόνων σχετικά με αδιαίρετο τμήμα του χημικού στοιχείου.

Πώς να αποδείξει ότι η σύνθετη δομή ατόμου

Ακόμη και πριν από την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου , οι επιστήμονες συμφωνούν ομόφωνα ότι τα άτομα δεν έχουν καμία επιβάρυνση. Στη συνέχεια, βρέθηκε ότι τα ηλεκτρόνια διακρίνονται εύκολα από οποιοδήποτε επιθυμητό χημικό στοιχείο. Μπορούν να βρεθούν σε μια φλόγα, που είναι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος, απελευθερώνουν ουσίες κατά τη διάρκεια της ακτινοβολίας ακτίνων Χ.

Αλλά αν τα ηλεκτρόνια είναι μέρος όλων ανεξαιρέτως, και αρνητικώς φορτισμένα άτομα, έτσι, σε ένα άτομο, υπάρχουν μερικά σωματίδια τα οποία είναι σίγουρο ότι θα έχουν ένα θετικό φορτίο, αλλιώς τα άτομα δεν θα ήταν ηλεκτρικά ουδέτερο. Για να βοηθήσετε ξετυλίξουν τη δομή του ατόμου έχει βοηθήσει ένα φυσικό φαινόμενο, όπως η ραδιενέργεια. Έδωσε το σωστό ορισμό του ατόμου στη φυσική, και στη συνέχεια χημεία.

Οι αόρατες ακτίνες

Γαλλική φυσικός Α Becquerel ήταν ο πρώτος για να περιγράψει το φαινόμενο της εκπομπής των ατόμων κάποιων χημικών στοιχείων, οπτικά αόρατες ακτίνες. Μπορούν ιονίζουν το πέρασμα αέρα διαμέσου του υλικού, προκαλώντας αμαύρωση της φωτογραφικές πλάκες. Αργότερα, οι Οιιπεδ και Rutherford διαπίστωσε ότι οι ραδιενεργές ουσίες μετατρέπονται σε άτομα άλλων χημικών στοιχείων (όπως το ουράνιο - ποσειδωνίου).

Ραδιενεργό ακτινοβολία είναι ανομοιόμορφη στην σύνθεση: σωματίδια άλφα, σωματίδια βήτα, ακτίνες γάμμα. Έτσι, το φαινόμενο της ραδιενέργειας απέδειξε ότι ο περιοδικός πίνακας των σωματιδίων στοιχεία έχουν μια πολύπλοκη δομή. Το γεγονός αυτό προκάλεσε τις αλλαγές που έγιναν στον ορισμό του ατόμου. Τι σωματίδια είναι ένα άτομο, που έδωσε Rutherford λαμβάνονται νέα επιστημονικά δεδομένα; Η απάντηση στο ερώτημα αυτό ήταν το προτεινόμενο μοντέλο μελετητής πυρηνικό του ατόμου, σύμφωνα με την οποία περίπου τα θετικά φορτισμένα ηλεκτρόνια πυρήνα κινούνται.

μοντέλο Αντιφάσεις Rutherford

Η θεωρία του επιστήμονα, παρά την εξαιρετική της χαρακτήρα, δεν θα μπορούσε να καθορίσει αντικειμενικά το άτομο. ευρήματα της ήταν αντίθετη προς τις θεμελιώδεις νόμους της θερμοδυναμικής, σύμφωνα με την οποία όλα τα ηλεκτρόνια σε τροχιά γύρω από τους πυρήνες χάνουν την ενέργεια τους και, όπως μπορεί να είναι, αργά ή γρήγορα πρέπει να πέσει πάνω του. Atom σε αυτή την περίπτωση καταστράφηκαν. Αυτό δεν είναι στην πραγματικότητα η υπόθεση, αφού τα χημικά και τα σωματίδια από τα οποία είναι κατασκευασμένα, υπάρχουν στη φύση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ανεξήγητα άτομο τέτοιος προσδιορισμός βασίζεται στην θεωρία των Rutherford, καθώς και το φαινόμενο που λαμβάνει χώρα κατά τη διέλευση θερμού απλό ουσιών μέσω ενός φράγμα περίθλασης. Μετά ατομικών φασμάτων που σχηματίζονται την ίδια στιγμή έχουν ένα γραμμικό σχήμα. Αυτή η σύγκρουση με το μοντέλο Rutherford του ατόμου, σύμφωνα με την οποία θα πρέπει το φάσμα να είναι συνεχής. Σύμφωνα με τις έννοιες της κβαντικής μηχανικής, τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στον πυρήνα δεν χαρακτηρίζονται ως σημείο αντικείμενα καθώς επίσης και έχοντας τη μορφή του νέφους ηλεκτρονίων.

Οι περισσότεροι από πυκνότητά του σε μια συγκεκριμένη θέση του χώρου γύρω από τον πυρήνα, και θεωρείται ότι είναι η θέση ενός σωματιδίου σε μια δεδομένη στιγμή. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι το άτομο, τα ηλεκτρόνια διατεταγμένα σε στρώματα. Ο αριθμός των στρωμάτων μπορεί να καθοριστεί γνωρίζοντας τον αριθμό της περιόδου κατά την οποία το στοιχείο του Περιοδικού D. I. Mendeleeva System. Για παράδειγμα, το άτομο φωσφόρου περιέχει 15 ηλεκτρόνια και έχει τρία επίπεδα ενέργειας. Ο δείκτης, ο οποίος καθορίζει τον αριθμό των επιπέδων ενέργειας ονομάζεται κύριος κβαντικός αριθμός.

Διαπιστώθηκε πειραματικά ότι το επίπεδο της ενέργειας των ηλεκτρονίων, που βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα, έχουν τη χαμηλότερη ενέργεια. Κάθε ενέργεια κέλυφος διαιρείται σε υπο-επίπεδα, και αυτοί, με τη σειρά τους, στα τροχιακά. Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε διαφορετικά τροχιακά έχουν τις ίδιες σύννεφα μορφή (s, ρ, d, f).

Με βάση τα προηγούμενα, συνάγεται ότι το σχήμα του νέφους ηλεκτρονίων δεν μπορεί να είναι αυθαίρετη. Είναι αυστηρά προσδιορίζεται σύμφωνα με την τροχιακή κβαντικό αριθμό. Προσθέτουμε, επίσης, ότι η κατάσταση του ηλεκτρονίου στην σωματιδίων καθορίζεται επίσης από δύο τιμές - μαγνητικός και spin κβαντικοί αριθμοί. Η πρώτη βασίζεται στην εξίσωση Schrodinger και χαρακτηρίζει το χωρικό προσανατολισμό του νέφους ηλεκτρονίων βάσει του τρισδιαστατικότητα του κόσμου μας. Ο δεύτερος δείκτης - ο αριθμός των γύρισμα σε αυτό τον προσδιορισμό περιστροφή του ηλεκτρονίου γύρω από τον άξονά της ή αριστερόστροφα.

Η ανακάλυψη του νετρονίου

Μέσα από το έργο του Δ Chadwick, τους πραγματοποιήθηκε το 1932, δόθηκε ένα νέο ορισμό του ατόμου στη χημεία και τη φυσική. Στα επιστημονικά πειράματα τους απέδειξε ότι στην διάσπαση λαμβάνει χώρα ακτινοβολία πολώνιο που προκαλούνται από τα σωματίδια που δεν έχουν φορτίο, τη μάζα 1,008665. Ένα νέο στοιχειώδες σωματίδιο ονομάστηκε το νετρόνιο. ανακάλυψη και μελέτη των ιδιοτήτων της, της επέτρεψαν οι σοβιετικοί επιστήμονες V. Gapon και Ivanenko δημιουργήσει μια νέα θεωρία για τη δομή του ατομικού πυρήνα, που περιέχει πρωτόνια και τα νετρόνια.

Σύμφωνα με τη νέα θεωρία, τον προσδιορισμό της ουσίας είχε την ακόλουθη άτομο σχηματίζουν ένα δομική μονάδα του χημικού στοιχείου, που αποτελείται από ένα πυρήνα που περιέχει πρωτόνια, νετρόνια και τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από αυτό. Ο αριθμός των θετικών σωματιδίων στον πυρήνα είναι πάντοτε ίσο με τον τακτικό αριθμό του χημικού στοιχείου του περιοδικού συστήματος.

Αργότερα ο καθηγητής Ζντάνοφ στα πειράματά του, επιβεβαίωσε ότι κάτω από την επίδραση των σκληρών κοσμική ακτινοβολία, οι ατομικοί πυρήνες χωρίζονται σε πρωτόνια και τα νετρόνια. Επιπλέον, έχει αποδειχθεί ότι οι δυνάμεις που κατέχουν αυτά τα στοιχειώδη σωματίδια στον πυρήνα, είναι εξαιρετικά ενεργοβόρα. Δρουν σε πολύ μικρές αποστάσεις (της τάξης των 10 ^-23 εκατοστά), που ονομάζεται πυρηνική. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η MV Lomonosov ήταν σε θέση να δώσει έναν ορισμό του ατόμου και το μόριο με βάση επιστημονικά δεδομένα γνωστό σ 'αυτόν.

Επί του παρόντος, αναγνωρίζεται σκεφτείτε το εξής μοντέλο: άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα και τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από αυτό σε αυστηρά καθορισμένες διαδρομές - τροχιακά. Τα ηλεκτρόνια ταυτόχρονα εμφανίζουν τις ιδιότητες τόσο των σωματιδίων και τα κύματα, δηλαδή, έχουν διπλή φύση. Ο πυρήνας ενός ατόμου συμπυκνώνεται σχεδόν όλα μάζα του. Αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια που σχετίζεται με πυρηνικές δυνάμεις.

Είτε είναι δυνατόν να ζυγίζει άτομο

Αποδεικνύεται ότι κάθε άτομο έχει μάζα. Για παράδειγμα, είναι υδρογόνο 1,67h10 ^-24 ήταν ακόμη δύσκολο να φανταστεί κανείς πόσο μικρή αυτή τιμή. Για να βρείτε το βάρος του αντικειμένου, δεν χρησιμοποιούν τις κλίμακες, και τον ταλαντωτή, το οποίο είναι ένα νανοσωλήνα άνθρακα. Για τον υπολογισμό του βάρους του ατόμου και του μορίου πιο βολικό ποσότητα είναι το σχετικό βάρος. Δείχνει πόσες φορές το βάρος ενός μορίου ή ένα άτομο πάνω από 1/12 του ατόμου άνθρακα, το οποίο είναι 1,66h10 ^-27 kg. Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχείων, και δεν έχουν καμία διάσταση.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν πολύ καλά ότι η ατομική βάρος ενός χημικού στοιχείου - είναι η μέση μάζα αριθμός των ισοτόπων. Φαίνεται, στη φύση της μία μονάδα ενός χημικού στοιχείου μπορεί να έχουν διαφορετικές μάζες. Έτσι, οι επιβαρύνσεις των πυρήνων τέτοιων δομικών σωματιδίου ίδια.

Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι τα ισότοπα διαφέρουν ως προς τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα και οι πυρήνες τους χρεώνουν ίδιες. Για παράδειγμα, ένα άτομο χλωρίου, που έχει μία μάζα 35 περιείχε 18 νετρόνια και 17 πρωτόνια, και με μάζα 37 - 20 πρωτόνια και 17 νετρόνια. Πολλά χημικά στοιχεία είναι μίγματα ισοτόπων. Για παράδειγμα, απλές ουσίες, όπως κάλιο, αργόν, οξυγόνο περιέχεται σε άτομα σύνθεση του που αντιπροσωπεύουν 3 διαφορετικές ισότοπο.

Προσδιορισμός της ατομικότητας

Έχει πολλές ερμηνείες. Σκεφτείτε τι εννοείται με τον όρο αυτό στη χημεία. Αν τα άτομα ενός χημικού στοιχείου μπορεί να υπάρξει τουλάχιστον στιγμιαία σε απομόνωση, δεν τείνουν να σχηματίζουν πιο πολύπλοκες σωματίδια - μόρια, τότε μπορούμε να πούμε ότι οι ουσίες αυτές έχουν μια ατομική δομή. Για παράδειγμα, σε πολλαπλά στάδια αντίδρασης χλωρίωση του μεθανίου. Χρησιμοποιείται ευρέως στην οργανική συνθετική χημεία για τις μεγάλες παράγωγα αλογόνου: διχλωρομεθάνιο, τετραχλωράνθρακα. Είναι χωρίζεται μόρια χλωρίου προς τα άτομα που έχουν υψηλή αντιδραστικότητα. Μπορούν να καταστρέψουν ομόλογα σίγμα στο μόριο του μεθανίου, παρέχοντας μια αντίδραση υποκατάστασης αλυσίδα.

Ένα άλλο παράδειγμα μιας χημικής διεργασίας που έχει μεγάλη σημασία στην βιομηχανία - τη χρήση υπεροξειδίου του υδρογόνου ως ένα απολυμαντικό και λευκαντικό παράγοντα. Προσδιορισμός του ατομικού οξυγόνου ως προϊόν διάσπασης του υπεροξειδίου του υδρογόνου λαμβάνει χώρα τόσο στα ζωντανά κύτταρα (από το ένζυμο καταλάση), και στο εργαστήριο. Ατομικό οξυγόνο ποιοτικά καθορίζεται από την υψηλή αντιοξειδωτική δράση της και την ικανότητά τους να καταστρέψει τους παθογόνους παράγοντες: βακτήρια, μύκητες και τα σπόρια τους.

Πώς το πυρηνικό φάκελο

Έχουμε βρει προηγουμένως ότι η δομική μονάδα ενός χημικού στοιχείου έχει μια σύνθετη δομή. Γύρω από τα θετικώς φορτισμένα σωματίδια πυρήνα περιστρέφονται αρνητικά ηλεκτρόνια. Το βραβείο Νόμπελ Niels Bohr, με βάση την κβαντική θεωρία του φωτός, δημιούργησε μια διδασκαλία, όπου το χαρακτηρισμό και την ταυτοποίηση των ατόμων έχουν ως εξής: τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα μόνο σε ορισμένες σταθερές διαδρομές σε αυτή την περίπτωση δεν ακτινοβολεί ενέργεια. Bohr, οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι τα σωματίδια του μικρόκοσμου, τα οποία περιλαμβάνουν άτομα και μόρια δεν υπακούουν τους νόμους που ισχύουν για μεγάλα σώματα - αντικείμενα μακρόκοσμος.

Η δομή των κελυφών των ηλεκτρονίων των σωματιδίων έχει μελετηθεί σε έγγραφα σχετικά με την κβαντική φυσική επιστήμονες, όπως Hund, Pauli Klechkovskii. Επειδή έγινε γνωστό ότι τα ηλεκτρόνια κάνουν την περιστροφική κίνηση γύρω από τον πυρήνα δεν είναι χαοτική, αλλά σε καθορισμένες διαδρομές. Pauli βρέθηκε ότι μέσα σε ένα μόνο επίπεδο ενέργειας σε κάθε ένα από τροχιακών s, p, d του, f σε ηλεκτρονική κύτταρα μπορεί να είναι όχι περισσότερο από δύο αρνητικά φορτισμένα σωματίδια της απέναντι αξίας σπιν + ½ και - ½.

κανόνα Hund εξήγησε πώς να συμπληρώσετε τροχιακών ηλεκτρονίων με το ίδιο επίπεδο ενέργειας.

αρχή Aufbau, που ονομάζεται επίσης τον κανόνα n + l, εξηγούν πώς συμπληρώθηκε τροχιακά πολυηλεκτρονιακές άτομα (στοιχεία 5, 6, 7 κύκλοι). Όλες οι παραπάνω κανονικότητες χρησίμευσε ως θεωρητική βάση των χημικών στοιχείων που δημιουργούνται από Dmitriem Mendeleevym.

βαθμός οξείδωσης

Είναι μια βασική έννοια στη χημεία και περιγράφει την κατάσταση ενός ατόμου σε ένα μόριο. Ο σύγχρονος ορισμός του βαθμού οξείδωσης των ατόμων είναι η ακόλουθη: το φορτίο ρυθμίζεται άτομα στο μόριο, το οποίο υπολογίζεται με βάση τις έννοιες που ένα μόριο έχει μόνο την ιονική σύνθεση.

Η οξείδωση μπορεί να εκφράζεται από έναν ακέραιο ή κλασματικό αριθμό, ένα θετικό, αρνητικό ή μηδενικές τιμές. Στα περισσότερα άτομα των χημικών στοιχείων έχουν αρκετές καταστάσεις οξείδωσης. Για παράδειγμα, το άζωτο είναι -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Αλλά ένα τέτοιο στοιχείο, όπως φθόριο, σε όλες τις ενώσεις της έχει μόνο μία κατάσταση οξείδωσης ίσο με -1. Αν αυτό παρουσιάζεται μια απλή ουσία, οξειδωτική κατάσταση του μηδενός. Αυτή η χημική ποσότητες βολικό στη χρήση για την ταξινόμηση των ουσιών και να περιγράψει τις περιουσίες τους. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο βαθμός οξείδωσης της χημείας που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αντιδράσεων εξισώσεις οξειδοαναγωγής.

Οι ιδιότητες των ατόμων

Χάρη στις ανακαλύψεις της κβαντικής φυσικής, το σύγχρονο ορισμό του ατόμου, η οποία βασίζεται στη θεωρία Ivanenko και Gapon Ε, συμπληρώνεται από τα ακόλουθα επιστημονικά δεδομένα. Η δομή ενός ατομικού πυρήνα δεν μεταβάλλεται κατά την διάρκεια των χημικών αντιδράσεων. Η αλλαγή επηρεάζει μόνο τις σταθερές τροχιακά ηλεκτρονίων. Η δομή τους μπορεί να αποδοθεί σε πολλές φυσικές και χημικές ιδιότητες των ουσιών. Αν το ηλεκτρόνιο αφήνει μια στατική τροχιά και προχωρά προς την κογχική με υψηλότερη ενέργεια τέτοιο άτομο καλείται ενθουσιασμένος.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα ηλεκτρόνια δεν μπορεί να είναι ένα μεγάλο χρονικό διάστημα σε αυτές τις μη βασικές τροχιακά. Επιστρέφοντας σε στάσιμη τροχιά του, το ηλεκτρόνιο εκπέμπει την κβαντική ενέργειας. Η μελέτη αυτών των χαρακτηριστικών των δομικών μονάδων των χημικών στοιχείων, όπως συγγένεια ηλεκτρονίων, ηλεκτραρνητικότητα, ενέργεια ιονισμού, επέτρεψε επιστήμονες όχι μόνο για να καθορίσει το άτομο ως ουσιαστικό μικρόκοσμο σωματίδιο, αλλά και τους επέτρεψε να εξηγήσει την ικανότητα των ατόμων για να σχηματίσουν μια σταθερή και ενεργητικά ευνοϊκότερη μοριακή κατάσταση της ύλης, μια πιθανή συνέπεια της δημιουργία οποιουδήποτε τύπου σταθερών χημικών δεσμών: ιοντική, ομοιοπολική-πολικά και μη πολικό, δότη-δέκτη (όπως είδη ομοιοπολικούς δεσμούς) και το m etallicheskoy. Το τελευταίο καθορίζει τις σημαντικότερες φυσικές και χημικές ιδιότητες των μετάλλων.

Διαπιστώθηκε πειραματικά ότι το μέγεθος του ενός ατόμου μπορεί να ποικίλλει. Όλα θα εξαρτηθεί από το μόριο στο οποίο συμπεριλαμβάνεται. Μέσω ανάλυση ακτίνων Χ περίθλασης μπορεί να υπολογίσει την απόσταση μεταξύ των ατόμων σε μία χημική ένωση, καθώς και να μάθουν ακτίνα μονάδα δομικού στοιχείου. Ιδιοκτησία μοντέλα μεταβολής των ακτίνων των ατόμων που περιέχονται στην περίοδο ή την ομάδα των χημικών στοιχείων, είναι δυνατόν να προβλεφθεί φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. Για παράδειγμα, σε περιόδους με αυξανόμενη ατομικού πυρήνα χρεώνουν μείωση ακτίνες τους ( «άτομο συμπίεση»), και ως εκ τούτου να αποδυναμώσει τις μεταλλικές ιδιότητες των ενώσεων, και μη μεταλλικά ενισχυμένο.

Έτσι, η γνώση της δομής του ατόμου μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια τις φυσικές και χημικές ιδιότητες όλων των στοιχείων που περιλαμβάνονται στο περιοδικό σύστημα των στοιχείων.