Determino de atomoj kaj molekuloj. Difino de atomo ĝis 1932

Komencante de la antikva periodo al la mezo de la 18-a jarcento, la scienco estis regita de la nocio ke la atomo - partiklo de afero kiu ne povas esti dividita. Angla sciencisto kaj naturalisto, kaj D. Dalton donis difinon de la atomo kiel la plej malgranda parto de kemia elemento. MV Lomonosov en ĝia atoma kaj molekula doktrino povis doni difinon de la atomo kaj molekulo. Li estis konvinkita, ke la molekulo, kiun li nomis "korpuskloj", formita de "elementoj" - atomoj - kaj estas en konstanta moviĝo.

D. I. Mendelejev kredis ke tiu subunidad substancoj kiuj konsistigas la materia mondo, konservas ĉiuj liaj posedaĵoj nur se gxi ne obeas al divido. En ĉi tiu artikolo, ni difini objekton kiel mikrokosmo de la atomo, kaj studi liajn proprietojn.

Fono de la teorio de atoma strukturo

En la 19-a jarcento, ĝi estas vaste rekonita kiel la deklaro de la nedividebleco de la atomo. Plej sciencistoj kredas ke la eroj de unu kemia elemento iuokaze ne povas esti transformita en atomoj de aliaj elementoj. Ĉi tiuj ideoj estis la bazo sur kiu estis bazita la difino de atomo ĝis 1932. En la malfrua 19-a jarcento en scienco estis farita fundamentaj malkovroj kiuj ŝanĝis tiun vidon. Unue, en 1897 la brita fizikisto J. J. Thomson estis malkovrita la elektrono. Tiu fakto estas fundamente ŝanĝiĝis sciencistoj 'ideoj pri nedividebla parto de la kemia elemento.

Kiel pruvi, ke la atomo kompleksa strukturo

Eĉ antaŭ la malkovro de la elektrono , sciencistoj unuanime konsentas ke la atomoj ne havas ŝargon. Tiam, oni trovis, ke elektronoj estas facile distingita de ajna dezirata kemia elemento. Ili troviĝas en flama, ili estas portantoj de elektra fluo, ili liberigas substancoj dum radiografaĵo radiado.

Sed se la elektronoj estas parto de ĉiuj senescepte, kaj negative ŝargita atomoj, tiel, en atomo estas kelkaj partikloj, kiuj estas nepre havi pozitivan ŝarĝon, alie atomoj ne estus elektre neŭtrala. Por helpi desentrañar la strukturo de la atomo helpis fizika fenomeno kiel radioaktiveco. Ĝi donis la ĝusta difino de la atomo en fiziko, poste kemio.

La nevideblaj radioj

Franca fizikisto A. Becquerel estis la unua por priskribi la fenomenon de emisión de atomoj de iu kemia elementoj, vide nevideblaj radioj. Ili ionizar la aero pasas tra la materialo, kaŭzante Blackening de fotografaj platoj. Poste, la Curies kaj Rutherford trovis ke radioaktiva substancoj estas transformitaj en atomoj de aliaj kemiaj elementoj (kiel ekzemple uranio - neptunio).

Radioaktiva radiado estas _nonuniform_ en komponado: alfa partikloj, beta partikloj, gama-radioj. Tiel, la fenomeno de radioaktiveco pruvis, ke la perioda tabelo de elementoj partikloj havas kompleksan strukturon. Ĉi tiu fakto kaŭzis la ŝanĝoj faritaj al la difino de la atomo. Kio eroj estas atomo, donitaj de Rutherford akiris novajn sciencajn faktojn? La respondo al ĉi tiu demando estis la proponita erudiciulo nuklea modelo de la atomo, laŭ kiu ĉirkaŭ la pozitive-ŝarĝita nukleo elektronoj movas.

Kontraŭdiroj Rutherford modelo

La teorio de la sciencisto, malgraŭ lia elstara karaktero, povis objektive difini la atomo. Ŝiaj trovoj estis kontraŭe al la fundamentaj leĝoj de termodinamiko, laŭ kiu ĉiuj de la elektronoj orbitantaj la kernoj perdas ilian energion kaj, kiel ĝi estas, pli aŭ malpli frue devos fali sur lin. Atom en tiu kazo detruitaj. Tiu estas fakte ne estas la kazo, ĉar la kemiaĵoj kaj eroj de kiu ili estas faritaj, ekzistas en la naturo dum longa tempo. Neklarigeble atomon tia determino bazita sur la teorio de Rutherford, kaj ankaŭ la fenomeno kiu okazas kiam pasanta varma simplaj substancoj tra difrakto kradon. Post atoma spektro formis samtempe havi lineara formo. Tiu konflikto kun la Rutherford modelo de la atomo, laŭ kiu la spektro devus esti kontinua. Laŭ la konceptoj de kvantuma mekaniko, elektronoj ĉeestas en la nukleo ne karakterizis kiel punkto objektoj kaj ankaŭ havanta la formon de elektrona nubo.

La plej multaj el ĝia denseco en certa locus de spaco ĉirkaŭ la kerno, kaj estas konsiderita kiel la loko de partiklo je donita tempo. Ankaŭ, oni trovis, ke la atomo, elektronoj estas aranĝita en tavoloj. La nombro da tavoloj povas esti difinita per sciante la nombro de la periodo en kiu la elemento en la perioda D. I. Mendeleeva sistemo. Ekzemple, la fosforo atomo enhavas 15 elektronoj kaj havas tri nivelojn. La indikilo, kiu difinas la kvanton de energio niveloj estas nomita la ĉefa kvantuma nombro.

Estis establita experimentalmente kiu la energinivelo de elektronoj, lokita proksima al la kerno, havas la plej malalta energio. Ĉiu energio ŝelo estas dividita en sub-niveloj, kaj ili, siavice, de la orbitoj. Elektronoj estas lokitaj en malsamaj orbitoj havas la saman formon nuboj (s, p, d, f).

Surbaze de la supre menciitaj, ĝi sekvas ke la formo de elektrona nubo ne povas esti arbitra. Ĝi estas strikte difinita laŭ la orbita kvantuma nombro. Ni aldonas ankaŭ ke la stato de la elektrono al la eroj ankaŭ difinita per du valoroj - magneta kaj ŝpinas kvantuma nombroj. La unua estas bazita sur la Ekvacio de Schrödinger kaj karakterizas la spaca orientiĝo de elektrona nubo surbaze de la tri-dimensieco de nia mondo. La dua indikilo - la nombro de spino sur ĝi determinos la elektrono rotacio ĉirkaŭ sia akso aŭ nombrilo-laŭhorloĝnadla.

La malkovro de la neŭtrono

Tra la laboro de D. Chadwick, tenis ilin en 1932, ĝi ricevis novan difinon de la atomo en kemio kaj fiziko. En siaj sciencaj eksperimentoj li pruvis, ke en la fendiĝon okazas polonio radiado kaŭzita de la partikloj ne havante ordonon, la maso 1,008665. Nova elementa partiklo estis nomita la neŭtrono. Ŝia malkovro kaj studo de liaj proprietoj permesis Sovet sciencistoj V. Gapon kaj Ivanenko krei novan teorion de la strukturo de la atoma kerno, kiu enhavas protonojn kaj neŭtronojn.

Laŭ la nova teorio, determinante la substanco havis la jenan atomon formi struktura unuo de la kemia elemento, kiu konsistas de kerno enhavas protonoj, neŭtronoj kaj elektronoj moviĝas ĉirkaŭe. La nombro de pozitivaj partikloj en la kerno estas ĉiam egala al la numero ordinal de la kemia elemento en la perioda sistemo.

Poste Profesoro Zhdanov en liaj eksperimentoj konfirmis ke sub la influo de malfacila kosma radiado, atomaj kernoj estas dividitaj en protonoj kaj neŭtronoj. Krome, ĝi estis pruvita ke la fortoj tenante tiujn elementaj partikloj en la kerno, estas ekstreme energio-intensa. Ili agas sur tre mallongaj distancoj (de la ordo de 10 ^-23 cm), nomita nuklea. Kiel menciis pli frue, fare de MV Lomonosov povis doni difinon de la atomo kaj la molekulo surbaze de sciencaj faktoj konata al li.

Nuntempe rekonis konsideri jena modelo: atomon konsistas el kerno kaj elektronoj moviĝas ĉirkaŭ ĝi en strikte difinitaj vojoj - orbitoj. Elektronoj samtempe elmeti la ecoj de kaj la partikloj kaj ondoj, tio estas, havas duoblan naturon. La kerno de atomo estas koncentrita preskaŭ tutan mason. Ĝi konsistas de protonoj kaj neŭtronoj asociitaj kun nukleaj fortoj.

Ĉu eblas pezas atomon

Rezultas, ke ĉiu atomo havas mason. Ekzemple, estas de Hidrogeno 1,67h10 ^-24 eĉ malfacile imagi kiom malgranda tiu valoro. Por trovi la pezo de la objekto, ne uzu la pesilo, kaj la oscilo, kio estas karbona nanotube. Kalkuli la pezo de la atomo kaj la molekulo pli oportuna kvanto estas la relativa pezo. Ĝi montras kiom fojoj la pezo de molekulo aŭ atomo pli ol 1/12 de la atomo de karbono, kiu estas 1,66h10 ^-27 kg. Relativa atomaj masoj estas donitaj en la perioda tabelo de kemiaj elementoj, kaj ili ne dimensio.

Sciencistoj bone scias, ke la atoma pezo de kemia elemento - estas la averaĝa maso da izotopoj. Ŝajnas, en la naturo de tiu unuo de kemia elemento povas havi malsamajn masojn. Tiel la akuzojn de la kernoj de tiaj strukturan partiklo sama.

Sciencistoj trovis, ke la izotopoj malsamas en kelkaj neŭtronoj en la kerno kaj kernoj ŝarĝi ilin identaj. Ekzemple, kloron atomon, havanta mason 35 enhavis 18 neŭtronoj kaj 17 protonojn kaj kun maso de 37 - 20 protonojn kaj 17 neŭtronoj. Multaj kemiaj elementoj estas miksaĵoj de izotopoj. Ekzemple, simpla substancoj kiel kalio, argono, oksigeno enhavis en lia komponado atomoj reprezentanta 3 malsamaj izotopoj.

Determino de atomicidad

Ĝi havas plurajn legojn. Konsideru kion signifas tiu termino en kemio. Se la atomoj de kemia elemento povas almenaŭ momente ekzistas en izolado, ne emas formi pli kompleksan partikloj - molekulojn, tiam ni diras, ke tiaj substancoj havas atoman strukturon. Ekzemple, multi-stadio cloración reago de metano. Ĝi estas vaste uzita en organika sinteza kemio por la gravaj halogena derivitaj: dichloromethane, karbono kvarklorido. Oni dividis kloron molekuloj al atomoj havanta altan reagemo. Ili detruas sigma interligoj en la metano molekulo, provizante ĉeno anstataŭigo reago.

Alia ekzemplo de kemia procezo havanta grandan gravecon en la industrio - la uzo de hidrogeno peróxido kiel desinfectante kaj blankigejo agento. Determino de atoma oksigeno kiel fendiĝon produkto de hidrogeno peróxido okazas en kaj la vivaj ĉeloj (per la enzimo catalasa), kaj en la laboratorio. Atoma oksigeno kvalite difinita per ĝia alta antioksidanto propraĵoj kaj lia kapablo por detrui agentoj patógenos: Bakterioj, fungoj kaj iliajn sporojn.

Kiel la nukleaj koverto

Ni antaŭe trovis ke la struktura unuo de kemia elemento havas kompleksan strukturon. Ĉirkaŭ la pozitive-ŝarĝita nukleo partikloj rondiras negativaj elektronoj. La Nobel-premion Niels Bohr, bazita sur kvantuma teorio de lumo, kreis instruado kaj enhavis la karakterizado kaj identigo de atomoj estas: elektronoj moviĝas ĉirkaŭ la kerno nur ĉe certaj fiksitaj vojoj en ĉi tiu kazo ne radian energion. Bohr, sciencistoj montris ke la eroj de la micromundo, kio inkluzivas atomoj kaj molekuloj ne obeas al la leĝoj validas por grandaj korpoj - objektojn makrokosmo.

La strukturo de la elektrono ŝeloj de eroj estis studita en paperoj sur kvantuma fiziko sciencistoj kiel ekzemple Hund, Pauli Klechkovskii. Ekde ĝi iĝis konata ke la elektronoj faras la turna moviĝo ĉirkaŭ la kerno ne estas kaosa, sed en certaj fiksitaj vojoj. Pauli trovis ke ene de unu energinivelo en ĉiu de liaj orbitales s, p, d, f en elektronika ĉeloj povas esti ne pli ol du negative ŝargitaj partikloj de kontraŭa spino valoro + ½ kaj - ½.

Hund regulo klarigis kiel plenigi elektrono orbitales kun la sama energinivelo.

Aufbau principo, ankaŭ nomata la regulo n + l, ekspliki kiel plenigita orbitales multielectron atomoj (elementoj 5, 6, 7 cikloj). Ĉiuj supre regulecoj funkciis kiel la teoria bazo de kemiaj elementoj kreitaj de Dmitriem Mendeleevym.

oxidación grado

Estas fundamenta koncepto en kemio kaj priskribas la staton de atomo en molekulo. La moderna difino de la grado de oxidación de la atomoj estas la jena: la akuzo estas kondiĉita atomoj en la molekulo, kiu estas kalkulita surbaze de la konceptoj, ke molekulo havas nur la jona kunmetaĵo.

La oxidación povas esti esprimita per entjero aŭ frakcian nombron, pozitiva, negativa aŭ nulo valorojn. En plej atomoj de kemiaj elementoj havas plurajn statojn de oxidación. Ekzemple, nitrogeno estas -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Sed tia elemento, kiel fluoro, en ĉiuj el liaj komponaĵoj havas nur unu oksidiĝa egala al -1. Se ĝi estas prezentita simpla substanco, lia stato de oxidación de nulo. Ĉi kemiaj kvantoj konvena uzi por la klasifiko de substancoj kaj priskribi liajn proprietojn. Plejofte, la oxidación grado de la kemio uzita en instalanta ekvacioj redoksa reagoj.

La proprietoj de atomoj

Danke al la malkovrojn de kvantuma fiziko, la moderna difino de la atomo, kiu estas bazita sur la teorio Ivanenko kaj Gapon E, kompletigita de la sekva sciencaj faktoj. La strukturo de atoma kerno ne ŝanĝis dum la kemiaj reagoj. La ŝanĝo tuŝas nur la senmova elektrono orbitoj. Ilia strukturo povas esti atribuita al multaj fizikaj kaj kemiaj ecoj de substancoj. Se la elektrono lasas senmova orbito kaj procedas orbital kun pli alta energio tia atomo estas nomita ekscitita.

Ni notu, ke la elektronoj ne povas esti longa tempo pri tiuj ne-kerna orbitoj. Revenante al lia senmova orbito, la elektrono elsendas la kvantuma de energio. La studo de tiaj karakterizaĵoj de la strukturan unuoj de kemiaj elementoj kiel elektrono afinecon, elektronegativeco, ionización energio, permesis sciencistoj ne nur difini la atomon kiel esenca partiklo mikrokosmo, sed ankaŭ permesis al ili klarigi la kapablon de atomoj por formi stabilan kaj energie pli favora molekula stato de materio, ebla sekvo de krei ajnan tipon de stabilan kemiaj ligoj: jonaj, kovalentaj-polusa kaj apolar, donante-akceptanto (kiel kovalentaj ligoj specioj) kaj m etallicheskoy. Tiu lasta determinas la plej gravaj fizikaj kaj kemiaj ecoj de metaloj.

Estis establita experimentalmente kiu la grandeco de atomo povas varii. Ĉio dependos de la molekulo en kiu ĝi estas inkludita. Tra Radioterapio difrakto analizo povas kalkuli la distancon inter atomoj en kemia komponaĵo, tiel kiel lerni radiuso strukturan elementon unuo. Posedanta padronoj de ŝanĝo de radioaparatoj de la atomoj enhavis en la periodo aŭ la grupo de kemiaj elementoj, ĝi eblas antaŭdiri ilian fizikaj kaj kemiaj ecoj. Ekzemple, en periodoj kun kreskanta atoma nukleo ŝarĝi sian radioaparatoj malpliigo ( "kunpremado atomon"), kaj tial malfortigi la metala propraĵoj de la komponaĵoj, kaj metalaj amplifita.

Tiel, scio pri la strukturo de la atomo povas precize determini la fizikaj kaj kemiaj ecoj de ĉiuj elementoj inkluzivita en la perioda sistemo de elementoj.