Določanje atomov in molekul. Definicija atoma do 1932

Izhajajoč iz antičnega obdobja do sredine 18. stoletja, je znanost prevladuje mnenje, da se atom - delec snovi, ki jih ni mogoče razdeliti. Angleščina znanstvenik in naravoslovec, D. Dalton dal definicijo atomom kot najmanjši del kemijskega elementa. MV Lomonosov v atomski in molekularni nauku je sposobna dati definicijo atomom in molekulo. Bil je prepričan, da je molekula, ki jo je imenoval "krvne", sestavljen iz "elementov" - so in v stalnem gibanju - atomov.

D. I. Mendelejev verjeli, da je ta podenot snovi, ki sestavljajo materialni svet, ohrani vse svoje lastnosti le, če je ni predmet delitve. V tem članku smo opredeliti predmet kot mikrokozmos atoma, in preuči njegove lastnosti.

Ozadje teorije atomske strukture

V 19. stoletju, je splošno priznan kot izjave o nedeljivosti atoma. Večina znanstveniki verjeli, da delci eno kemično elementa v nobenem primeru ni mogoče preoblikovati v atomi drugih elementov. Te ideje so bile osnova, na kateri temelji opredelitev atoma do 1932. V poznem 19. stoletju v znanosti so bila temeljna odkritja, ki je spremenila to stališče. Najprej, leta 1897 je britanski fizik Joseph John Thomson je odkril elektron. To dejstvo bistveno spremenilo ideje znanstvenikov o nedeljivi del kemijskega elementa.

Kako dokazati, da atom kompleksno strukturo

Še pred odkritjem elektrona , znanstveniki soglasno strinjajo, da imajo atomi brez stroškov. Nato je bilo ugotovljeno, da so elektroni zlahka ločiti od poljubnem kemijskega elementa. Lahko jih najdemo v plamenu, da so nosilci električnega toka, se sprostijo snovi v rentgenskem sevanju.

Ampak, če so elektroni del vse brez izjeme, in negativno nabite atome, tako v atomu obstajajo delci, ki so prepričani, da imajo pozitivni naboj, drugače atomi ne bi bilo električno nevtralen. Da bi pomagali razvozlati strukturo atoma je pomagal fizični pojav, kot radioaktivnosti. To je pravilna opredelitev atomom fiziko in nato kemije.

Nevidni žarki

Francoščina fizik A. Becquerel je prvi opisal pojav emisije atomov nekaterih kemijskih elementov vidni nevidnih žarkov. So ionizacijo zraka točno skozi material, ki povzroča počrnitve fotografskih plošč. Kasneje so Curies in Rutherford ugotovljeno, da so radioaktivne snovi pretvorijo v atome drugih kemičnih elementov (kot so uran - neptunij).

Radioaktivno sevanje je neenakomerno v sestavek: delci alfa, beta delci, žarki gama. Tako je pojav radioaktivnosti izkazalo, da ima periodičnega sistema elementov delcev kompleksno strukturo. To dejstvo je povzročilo spremembe na opredelitev atoma. Kaj delci je atom, ki jo Rutherford dobimo novih znanstvenih dejstev? Odgovor na to vprašanje je predlagani model učenjak jedrska atoma, po kateri okoli pozitivno nabitih nucleus elektroni premikajo.

Protislovja Rutherford modela

Teorija znanstvenika, kljub izjemno značaja, ne more objektivno opredeliti atom. Njene ugotovitve so bile v nasprotju s temeljnimi zakoni termodinamike, po kateri vse elektronov, ki krožijo okoli jedra izgubijo energijo in, kot se je prej ali slej pade na njega. Atom je v tem primeru uničena. To je pravzaprav ne drži, saj so kemikalije in delci, iz katerih so izdelani, obstajajo v naravi, za dolgo časa. Nerazložljivo atomom takšna ugotovitev temelji na teoriji Rutherford, kot tudi pojav, ki se pojavi pri vožnji vroče preproste snovi skozi uklonske mrežice. Po atomski spektri tvorjena hkrati ima linearno obliko. To sporu z vzorcem Rutherford atoma, po katerem bi imela spektra za zvezno. Po koncepti kvantne mehanike, so elektroni prisotne v jedru ni označen kot točkovnih objektov, kot tudi z obliko elektronov oblaka.

Večina gostote na določenem lokusu prostora okoli jedra, in se šteje, da je lokacija delca ob določenem času. Prav tako je bilo ugotovljeno, da je atom, so elektroni razporejeni v slojih. Število slojev se lahko določi s poznavanjem števila obdobja, v katerem je element periodnega D. I. Mendeleeva sistema. Na primer, atom fosforja vsebuje 15 elektrone in ima tri nivoje energije. Kazalec, ki določa število ravni energije se imenuje glavno kvantno število.

Ugotovljeno je bilo eksperimentalno, da ima raven energije elektronov, ki se nahaja najbližje jedru, najnižjo energijo. Vsaka energija lupina je razdeljena na podskupine ravni, in jih, v zameno, na orbital. Elektroni se nahajajo na različnih orbital imajo iste oblake zapisu (y, p, d, f).

Na podlagi navedenega sledi, da je oblika elektronskega oblaka ne more biti poljubna. To je strogo določena v skladu z orbitalno kvantno število. Dodamo tudi, da je stanje v elektronov v delcev odvisna tudi od dveh vrednosti - magnetno in spinsko kvantno število. Prvi temelji na Schrödingerjeva enačba in označuje prostorsko orientacijo elektronskega oblaka na podlagi treh dimenzij našega sveta. Drugi kazalnik - število spin na njej določi vrtenje elektrona okoli svoje osi ali v nasprotni smeri.

Odkritje nevtrona

Skozi delo D. Chadwick, ki jih je imelo leta 1932, je dobila novo definicijo atoma v kemiji in fiziki. V svojih znanstvenih poskusih se je izkazalo, da je v cepitev pojavi polonij sevanje delcev ki nimajo naboja, maso 1.008665 povzroča. Nov osnovni delec je bil imenovan nevtronov. Njeno odkritje in študij njegovih lastnosti dovoljeno sovjetski znanstveniki V. Gapon in Ivanenko ustvariti novo teorijo strukturo atomskega jedra, ki vsebuje protone in nevtrone.

V skladu z novim teorijo, določanje snov bili naslednji atomom tvorita konstrukcijsko enoto kemijskega elementa, ki sestoji iz jedra, ki vsebuje protone, nevtrone in elektrone, ki se gibljejo okoli njega. Število pozitivnih delcev v jedru je vedno enaka zaporedna števila kemijskega elementa v periodnem sistemu.

Kasneje Profesor Zdanov v svojih poskusih je potrdil, da je pod vplivom trde kozmičnega sevanja, so atomska jedra razdeljeni v protonov in nevtronov. Poleg tega je bilo dokazano, da je sile, ki imajo te osnovne delce v jedru zelo energetsko intenzivne. Delujejo na zelo kratke razdalje (v velikosti 10 ^-23 cm), imenovane jedrske. Kot smo že omenili, Lomonosov je s MV sposobna dati definicijo atoma in molekule na podlagi znanstvenih dejstev je znano, da mu je.

Trenutno priznana upoštevati naslednji model: atom je sestavljen iz jedra in elektronov, ki se gibljejo okrog njega v strogo definiranih poti - orbitalami. Elektroni hkrati kažejo lastnosti obeh delcev in valov, to pomeni, da imajo dvojno naravo. Jedro atoma koncentriramo skoraj vse njegovo težo. Sestavljen je iz protonov in nevtronov, povezanih z jedrskimi silami.

Ali je možno, da tehta atom

Izkazalo se je, da ima vsak atom maso. Na primer, da je vodik 1,67h10 ^-24 je tudi težko predstavljati, kako majhen to vrednost. Če želite ugotoviti težo predmeta, ne uporabljajo lestvice, in oscilator, ki je ogljikove nanocevke. Za izračun maso atoma in molekule bolj udoben količina je relativna teža. To kaže, kolikokrat težo molekule ali atomom največ 1/12 ogljikovim atomom, ki je 1,66h10 ^-27 kg. Relativna atomska masa so navedeni v periodnem sistemu kemijskih elementov, in nimajo razsežnosti.

Znanstveniki se dobro zavedajo, da je atomska masa kemijski element - je povprečna masa število izotopov. Zdi se, v naravi ene enote kemijski element ima lahko različne mase. Tako jo obračuna jedrih take strukturne delcev enaka.

Znanstveniki so ugotovili, da izotopi razlikujejo po številu nevtronov v jedru in jedra jih zaračunavajo enako. Na primer, atom klora, z maso 35 vsebuje 18 nevtrone in 17 protonov in z maso 37 - 20 protonov in 17 nevtronov. Mnogi kemični elementi so mešanice izotopov. Na primer, enostavne snovi, kot so kalij, argon, kisik, vsebovane v njegovi sestavi atomi predstavljajo 3 različne izotop.

Določitev Valentnost

To je več razlag. Razmislite, kaj je mišljeno s tem izrazom v kemiji. Če se lahko vsaj za trenutek obstajajo atomi kemijski element sam po sebi ni običajno, da se tvori bolj zapletene delcev - molekule, potem rečemo, da imajo take snovi atomske strukture. Na primer, večstopenjski reakciji kloriranja metana. To se pogosto uporablja v organskem sintetične kemije za velike halogena derivati: diklorometan, ogljikov tetraklorid. To je razdeljen klorove molekule atomi, ki imajo visoke reaktivnosti. Uniči vez sigma v molekuli metana, ki zagotavlja nadomestno verižne reakcije.

Drug primer kemičnim postopkom, ki ima velik pomen v industriji - uporaba vodikovega peroksida kot sredstvo razkužilo in beljenje. Določanje atomskega kisika kot cepitveno izdelka vodikovega peroksida pojavi v obeh živih celicah (encim katalaze), in v laboratoriju. Atomska kisika kvalitativno določi svoje visoke antioksidativne lastnosti in njihove sposobnosti, da se uniči patogenov: bakterije, glive in njihove spore.

Kako jedrna ovojnica

prej smo ugotovili, da je strukturna enota kemijski element zapleteno strukturo. Okoli pozitivno nabitih jedru delcev vrtijo negativne elektrone. Nobelova nagrada Niels Bohr, ki temelji na kvantni teoriji svetlobe, ustvaril poučevanja, kjer so lastnosti in identifikacija atomov, kot sledi: elektroni gibljejo okoli jedra le ob določenih fiksnih poti v tem primeru ne oddaja energijo. Bohr, so znanstveniki pokazali, da so delci MicroWorld, ki vsebujejo atome in molekule ne spoštovati zakone, veljavne za velike organe - predmeti makrokozmos.

Struktura elektronskih lupin delcev je bilo raziskano v dokumentih o kvantni fiziki znanstveniki kot Hund, Pauli Klechkovskii. Ker je postalo znano, da se elektroni da rotacijsko gibanje okoli jedra ni kaotično, vendar ob določenih poteh. Pauli ugotovili, da je lahko znotraj ene ravni energije na vsakem orbital s, p, d, f elektronskih celicah ne več kot dve negativno nabiti delci z nasprotnimi spin vrednosti + pol in - ½.

Pravilo Hund je razloženo, kako izpolniti elektronske orbitalami z enako energijo.

Načelo Aufbau, imenovana tudi pravilo n + l, razloži, kako injekcijskih orbitale večelektronske ogljika (elementi 5, 6, 7 ciklusov). Vsi zgoraj navedeni zakonitosti služila kot teoretični podlagi kemijskih elementov, ki jih Dmitriem Mendeleevym ustvarili.

oksidacija stopnja

To je temeljni koncept kemije in opisuje stanje atoma v molekuli. Sodobna definicija stopnjo oksidacije atomi, je naslednji: naboj je pogojeno ogljika v molekuli, ki je izračunana na podlagi koncepte, ki ima molekula le ionsko sestavo.

Oksidacija se lahko izrazi s celo število ali ulomek pozitiven, negativne ali ničelne vrednosti. V večini atomi od kemijskih elementov imajo več oksidacijska stanja. Na primer, dušik -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Vendar tak element, kot je fluor, v vseh njegovih spojin ima samo eno oksidacijsko stanje, ki je enaka -1. Če je predstavil enostavno snov, njegovo oksidacijsko stanje nič. Ta kemikalija količine priročno uporabiti za razvrščanje snovi in opis njihovih lastnosti. V večini primerov je oksidacija stopnja kemije uporabljajo pri vzpostavljanju enačbe redoks reakcije.

Lastnosti atomov

Zahvaljujoč odkritja kvantne fizike, moderni definiciji atoma, ki temelji na teoriji Ivanenko in Gapon E, dopolnjen z naslednjimi znanstvenimi dejstvi. Struktura atomskega jedra se v kemijskih reakcij niso spremenile. Sprememba vpliva le na stacionarni elektronov orbitalami. Njihova struktura je mogoče pripisati veliko fizikalnih in kemijskih lastnostih snovi. Če elektron zapusti stacionarno orbito in nadaljuje s orbital z višjo energetsko takega atoma, se imenuje navdušena.

Opozoriti je treba, da se elektroni ne more biti dolgo časa na teh nestrateških orbital. Če se vrnemo k svoji stacionarni orbiti, elektronov oddaja kvantne energije. Preučevanje teh značilnosti strukturnih enot kemijskih elementov kot elektronov afiniteto, elektronegativnosti, ionizacijska energija je dovoljena znanstveniki ne samo, da se opredeli atom kot bistven mikrokozmos delcev, ampak tudi dovoljeno jim razložiti sposobnost atomi, da se tvori stabilen in energetsko ugodnejši molekulsko agregatnega stanja, je možna posledica ustvarja vsak tip stabilne kemične vezi: ionsko, kovalentno-polarno in nepolarno, donor-akceptor (v obliki kovalentno vezavo vrst) in m etallicheskoy. Slednji določa najpomembnejše fizikalne in kemijske lastnosti kovin.

Ugotovljeno je bilo eksperimentalno, da lahko velikost atoma razlikujejo. Vse bo odvisno od molekule, v katero je vključen. Skozi rentgenskega analiza difrakcije lahko izračuna razdaljo med atomi v kemičnih spojin, kot tudi naučijo polmera enoto konstrukcijskega elementa. Lastništvo vzorcev spremembi polmerov atomov, vsebovanih v obdobju ali skupino kemijskih elementov, je možno predvideti njihove fizikalne in kemijske lastnosti. Na primer, v obdobjih povečanje atomskega jedra zaračunavajo zmanjšanje polmerov ( "stiskanja atom"), in s tem zmanjšajo kovinskih lastnosti spojin, in nekovinske pomnožili.

Tako lahko poznavanje strukture atoma natančno določiti fizikalne in kemijske lastnosti vseh elementov iz periodnega sistema elementov.