Atom kemija - i ... model atoma. Struktura atoma

Misli o prirodi okolice počeo posjet čovječanstvo davno prije vrhunca moderne civilizacije. Prvo, ljudi su špekulirali o postojanju neke više sile, koji su vjerovali, unaprijed cijelo biće. Ali uskoro, filozofi i svećenici počeli razmišljati o tome što, u stvari, je vrlo tkanina postojanja. Teorije su postavljeni, ali u povijesnoj perspektivi postala dominantna atomska.

Što je atom u kemiji? To je, kao i sve srodne teme ćemo raspravljati u ovom članku. Nadamo se da će u njemu naći ćete odgovore na sva vaša pitanja.

Osnivač atomske teorije

Gdje počinje prvi kemija pouka? Struktura atoma - je glavna tema. Možda ćete se sjetiti da je riječ „atom” je prevedena sa grčkog jezika kao „nedjeljiva”. Sada, mnogi povjesničari vjeruju da je prvi predložio teoriju, koji je rekao neki od sitnih čestica koje čine sve što postoji, Demokrit. Živio je u petom stoljeću prije Krista.

Nažalost, ove izuzetne mislioca gotovo ništa ne zna. Nije postignut nam bilo koji pisani izvor tih vremena. I zato je od najvećih znanstvenika svoga vremena, ideje, moramo naučiti samo iz djela Aristotela, Platona i drugih grčkih mislilaca.

Tako je naša tema - „Struktura atoma.” U kemiji, nisu svi imali visoku gledanost, ali mnogi ne zaboravite da su svi zaključci drevnih znanstvenika su građene isključivo na zaključke. Demokrit nije bio iznimka.

Kao što sam zaključio Demokrit?

Njegove logike je vrlo jednostavan, ali u isto vrijeme sjajan. Zamislite da imate najoštriji nož u svijetu. Uzmete jabuku, na primjer, i onda početi rezati: dvije polovice na četvrtine, opet ih podijeliti ... Jednom riječju, prije ili kasnije će te dobiti mršav kriške debljine koje i dalje ih podijeliti će već biti nemoguće. Ovdje će biti nedjeljiva atom. U kemiji, ova tvrdnja se smatra vrijedi gotovo do kraja 19. stoljeća.

Od Demokrita do modernih ideja

Treba napomenuti da je od drevnih grčkih pojmova mikrokozmosu ostao samo jednu riječ „atom”. Sada svaki školske djece ne zna da je svijet oko nas je sastavljena od mnogo temeljna i kazne. Osim toga, iz perspektive suvremene znanosti, teorija Demokrita je ništa više nego čisto hipotetski računanja, apsolutno bez dokaza ne podržava. Međutim, u tim danima nije bilo elektronski mikroskopi, pa to dokazati na drugi način na mislilac ne bi dogodilo.

Prva sumnja da Demokrit je zapravo pravo postoji na kemičari. Brzo su otkrili da su mnoge tvari razgrađuju u jednostavnije komponente tijekom reakcije. Osim toga, on je donio teške kemijske zakonitosti tih procesa. Dakle, oni su primijetili da je potrebno osam maseni udio kisika i jedan za vodu - vodika (Avogadrov zakon).

U srednjem vijeku, bilo materijalistički nauk, uključujući i teorije Demokrit, distribuciju i razvoj nije mogao uopće. A tek u XVIII stoljeću, znanstvenici opet su se vratili na atomskoj teoriji. Do vremena kada je kemičar Lavoisier, naše veliko M. V. Lomonosov i talentirani engleski fizičar D. Dalton (koje ćemo raspravljati odvojeno), uvjerljivo su pokazali svojim kolegama stvarnost atoma. Treba naglasiti da ni u prosvijetljenom atomska teorija 18. stoljeća za dugo vremena mnoge izvrsne umovi tog vremena ozbiljno uzeti u obzir.

Što god to bilo, ali čak i ti veliki znanstvenici još nisu iznijela teoriju o strukturi atoma, kao što je on smatrao jedna i nedjeljiva čestica, temelj svega.

Nažalost, kemijske eksperimente nije bilo jasno dokazati stvarnost obraćenja nekih atoma u druge tvari. Ipak, temeljna znanost koja proučava strukturu atoma je upravo kemija. Atomi i molekule su proučavali već duže vrijeme, genijalni ruski znanstvenici, bez kojih je nemoguće zamisliti modernu znanost.

Doktrina D. I. Mendeleeva

Veliku ulogu u razvoju atomske doktrine igrao D. I. Mendeljejev, koji je 1869. stvorio svoju briljantnu periodičnog sustava. Teorija je predstavljena na znanstvenoj zajednici, koja ne samo da ne odbacuju, ali razumne pretpostavke nadopuniti sve materijaliste. Već u 19. stoljeću, znanstvenici su uspjeli dokazati postojanje elektrona. Svi ovi rezultati doveli najbolje umove 20. stoljeća da se ozbiljno proučavati atom. U kemiji ovaj put obilježilo je puno otkrića.

Ali doktrina Mendeljejeva je vrijedna ne samo za njih. Još uvijek je nejasno kako točno oblik atomi različitih kemijskih elemenata. No, veliki ruski znanstvenik je uspio dokazati uvjerljivo da su svi, bez iznimke, usko su međusobno povezani.

otvaranje Dalton

No, da bi mogli interpretirati više nespojivih podataka može samo Dzhon Dalton, čije ime je zauvijek utisnut u otkrivanju samog zakona. Tipično, znanstvenici su proučavali samo ponašanje plinova, ali je raspon interesa bilo je mnogo širi. U 1808 on je počeo objavljivati svoj novi temeljni rad.

Pretpostavlja se da to Daltona svaki kemijski element odgovara određenom atomu. No, znanstvenik, kao Demokrit mnogo stoljeća prije njega, još uvijek vjeruje da su potpuno nerazdvojni. U brojnim nacrtima shematski crteži, u kojima su atomi predstavljeni u obliku jednostavnih tableta. Ta ideja, koji je nastao prije više od 2500 godina, trajala je gotovo do današnjih dana! Međutim, tek relativno nedavno otkriveno je stvarno duboko strukturu atoma. Kemija (Grade 9 posebno) i danas uglavnom je vođena idejama koje su prvi put izrazio u 18. stoljeću.

Eksperimentalni potvrda divisibility atoma

Međutim, gotovo svi znanstvenici vjerovali da je atom do kraja 19. stoljeća - granica iznad koje ne postoji ništa. Mislili su da je osnova svega stvorenog je to točno. To je olakšan raznim eksperimentima: sve što se može reći, ali ono što se mijenja je samo molekula, dok je stopa sa atomima tvari nije dogodilo apsolutno ništa što se ne može objasniti jednostavno kemije. Struktura ugljikovih atoma, na primjer, dalje u potpunosti nepromijenjen, čak i u različitim stanjima allotropic.

Ukratko, za dugo vremena, nije bilo apsolutno nikakvog eksperimentalni podaci da barem neizravno potvrdio sumnje nekih znanstvenika da postoje još neke elementarne čestice. Tek u 19. stoljeću (ne i najmanje važno, zahvaljujući iskustvu kiri) pokazalo se da je pod određenim uvjetima atomi jednog elementa se može pretvoriti u drugu. Ta otkrića čine osnovu modernih ideja o svijetu oko nas.

Grožđice i pudinga

Godine 1897., George. Thomson, engleski fizičar, utvrđeno je da se u svakom atomu postoji određena količina negativno nabijenih čestica, koje je također pod nazivom „elektrona”. Već 1904. godine, znanstvenik stvorio prvu atomsku model koji bolje poznat pod oznakom „šljiva puding”. Ime je prilično točno odražava suštinu. Na temelju Thomson teorije atoma u kemiji - to je „brod” s jednoliko raspodijeljenim njoj zadužen i elektrona.

Imajte na umu da je ovaj model bio je u opticaju još u 20. stoljeću. Kasnije se ispostavilo da je apsolutno pogrešno. Ipak, to je bio prvi svjesni pokušaj da se čovjeku (i na znanstvenoj osnovi) za ponovno okolno mikrokozmos, nudeći model atoma, vrlo jednostavan i jasan.

eksperimenti Curie

Smatra se da je par, Pierre i Mariya Kyuri postavio temelje za atomske fizike. Naravno, doprinos ovih ljudi, od genija, u stvari žrtvovao svoje zdravlje i život, ne može se podcijeniti, ali njihova iskustva su daleko temeljitije. Gotovo istodobno s Rutherford su pokazali da je atom - puno složenija i heterogena struktura. Fenomen radioaktivnosti, koji su istraživali, to je otprilike to i razgovor.

Početkom 1898. Marija objavio prvi članak posvećen zračenja. Uskoro Marija i po Kyuri su pokazala da mješavina kloriranih spojeva urana i radija počinju da se pojavljuju i druge tvari, postojanje koje je sumnjao u službenu kemije. Struktura atoma jer je počeo istraživati ozbiljno.

„Planetarni” pristup

Konačno Rutherford odlučili da teških metala bombardiranje česticama (a-potpuno ionizirane helij). Znanstvenik jednom predložio da svjetlosni elektroni ne mogu promijeniti putanju gibanja čestice. Prema tome, disperzija može dovesti samo neke teže komponente koje mogu biti sadržane u jezgri atoma. Odmah napominjemo da je izvorni Rutherford nije tvrdio da promijeniti „puding” teoriju. Ovaj model atoma smatralo besprijekoran.

Dakle rezultat da gotovo sve čestice bez problema prošli kroz tanki sloj srebra, to je ne čudi. To je to ubrzo postalo jasno da neki od atoma helija su skrenut samo 30 °. To nije bilo ono što za reći u to vrijeme kemije. Pripravak prema Thomson atom pretpostavlja jednoliku raspodjelu elektrona. No, to je očito u suprotnosti s promatranih pojava.

To je izuzetno rijetko, ali neke čestice odletio u kut, pa čak i 180 °. Rutherford je u najdubljem zbunjenosti. Uostalom, to oštro protivila se „puding”, naboj koji je trebao biti (prema teoriji Thomson) ravnomjerno raspodijeljena. Prema tome, neujednačena naboj koji bi mogao otjerati ionizirane helij, bili su odsutni.

Što zaključci dolaze Rutherford?

Ove okolnosti potaknule su znanstvenike da misle da je atom uglavnom prazan, a samo središte usredotočiti neke obrazovanje s pozitivnog naboja - kernelu. A tu je bio planetarni model atoma, koji postulira da sljedeći:

• Kao što smo već rekli, to se nalazi u središnjem dijelu jezgre, a njegov volumen (u odnosu na veličinu samog atoma) je zanemariv.
• Gotovo svi od atomske mase, kao i sve pozitivnog naboja nalaze se u jezgri.
• Elektroni se vrte oko njega. Važno je da je njihov broj jednak pozitivnom naboju.

teorija paradoksi

Sve će biti dobro, ali model atoma ne može objasniti njihovu nevjerojatnu otpornost. To treba imati na umu da se elektroni kreću u orbitama s velikim ubrzanjem. Po svim zakonima elektrodinamike objekt tijekom vremena, trebali izgubiti svoj naboj. Ako uzmemo u obzir postulate Newtona i Maxwella, elektroni u cjelini treba raspasti do srži, kao i tuče na terenu.

Naravno, ne postoji takva stvar se događa u stvarnosti. Svaki atom ne samo vrlo otporan, ali postoji svibanj biti prilično neograničeno vrijeme, pri čemu nema zračenja neće otići. Ta razlika se objašnjava činjenicom da se mikrosvijetu nastojimo primjenjivati zakone koji vrijede samo u odnosu na klasične mehanike. Oni se ispostavilo da atomske razmjera fenomeni ne odnosi na sve. A budući da je struktura atoma (Chemistry, Grade 11) autora udžbenika pokušati objasniti koliko je to moguće u jednostavnim riječima.

Bohrov doktrina

Danski fizičar Niels Bohr je dokazano da je u mikrokozmosu ne može biti podložno istim zakonima, primjenjuju se odredbe koje vrijede za makroskopskih objekata. To je njegova ideja da je mikrokozmos „vođena” isključivo kvantnih zakona. Naravno, tada nije bilo kvantna teorija sama po sebi, ali Bor zapravo počeo svoju pretka, izražavajući svoje misli u obliku tri postulata da je „spasio” atom, to bi neizbježno ubili, ako je „živio” u skladu s Rutherford teorije. To je ta teorija Dane je bio temelj svih kvantne mehanike.

Bohr postulati

• Prvi od njih glasi bilo atomski sustav može biti samo u određenim atomskih država, a za svaku od njih određene karakteristične vrijednosti energije (E). Ako stacionarno stanje atoma (tiho), a zatim ispuštaju to ne mogu.
• Drugi postulat kaže da je emisija svjetlosne energije odvija samo u slučaju prijelaza iz stanja više energije u više umjerena. Prema tome, oslobođena energija jednaka razlici vrijednosti između dva stacionarna stanja.

Niels Bohr model atoma

znanstvenik predložio je 1913. godine od strane poluklasične teorije. Važno je napomenuti da u temeljima položio planetarni model Rutherford, koji je nedugo prije nego što je opisano atom tvari. Već smo rekli da je klasična mehanika izračuni Rutherford suprotno: na temelju toga, pretpostavljeno je da se s vremenom elektron bio siguran da će pasti na površini atoma.

Da bi se „dobili okolo” tu kontradikciju, znanstvenik je uveo poseban ulaz. Njegova suština je u tome da zračiti energiju (koji je trebao dovesti do njihove propasti), elektroni mogu se kreće samo u nekom određenom orbiti. Kada se kreće kao svojim drugim putanjama navodne kemijske atomi ostaju u pasivnom stanju. Prema Bohr teoriji, takve orbite su oni kvantitativni točka pokret koji je jednak Planckova konstanta.

Kvantna teorija atomske strukture

Kao što smo rekli, do danas, u toku kvantne teorije atomske strukture. Kemija posljednjih nekoliko godina vođena isključivo njoj. Ona se temelji na četiri temeljna aksioma.

1. Prvo, dualnost (korpuskularni-val prirode) od samog elektrona. Jednostavno rečeno, čestica ponaša i kako materijalni objekt (a elektron) i kao val. Kao čestica ima određeni naboj i masu. Sposobnost elektrona do difrakcije zajedničko s klasičnim valova. Taj isti valne duljine (λ) i brzine čestica (v) može biti vezan na svaki drugi posebni de Broglie odnos: λ = h / mv. Kao što ste mogli pogoditi, m - masa elektrona.

2. koordinate i brzine čestica za mjerenje s apsolutnom preciznošću je apsolutno nemoguće. Što preciznije određuje koordinirati, veća je nesigurnost u brzini. Kao što je, međutim, i obratno. Ta se pojava naziva Heisenberg nesigurnost, koja se može izraziti na sljedeći odnos: Δx ∙ m ∙ AV> Z / 2. Delta X (* H) izrazio stajalište nesigurnost koordinata u prostoru. Prema tome, delta V (AV) predstavlja brzinu pogreške.

3. Za razliku od svih prethodno uvriježenom mišljenju, elektroni ne prolaze kroz strogo definiranim putanjama što vlakova na tračnice. Kvantna teorija kaže da elektron može biti na bilo kojoj točki u prostoru, ali je vjerojatnost za to je različit za svaki segment.

Taj dio prostora neposredno oko atomske jezgre u kojoj je ta vjerojatnost je maksimalna, zove orbitalna. Moderna struktura kemija elektronskim ljuskama atoma studija s ovog gledišta. Naravno, školama uče ispravnu raspodjelu elektrona kroz razine, ali, najvjerojatnije, u stvarnosti, oni se razlikuju sasvim drugačije.

4. Jezgra sadrži atom nukleona (protona i neutrona). Serijski broj elementa u periodnom sustavu označava broj protona u svojoj jezgri, a zbroj protona i neutrona jednak je atomskom masom. Evo kako objasniti strukturu kemije atom jezgre danas.

Osnivači kvantne mehanike

Obratite pozornost na znanstvenike koji su napravili najveći doprinos razvoju ovog važnog sektora: francuski fizičar Louis de Broglie, Heisenberg njemački, austrijski, Schrödinger, Englez Dirac. Svi ti ljudi su kasnije dobio Nobelovu nagradu.

Što se tiče u ovom planu je otišao kemije? Kemijska struktura atoma, većina tih godina smatralo dovoljno jednostavan: koliko je samo u 1947. konačno priznala realnost postojanja elementarnih čestica.

neki zaključci

Općenito, kada se stvaraju kvantna teorija nije bez matematičara, kao i sve ove procese može se izračunati samo uz korištenje složene izračune. No, najveći problem nije točka. Procesi koji su opisani u ovom teorijom, na raspolaganju ne samo našim osjetilima, unatoč svim modernim znanstvenim tehnologije, ali i mašte.

Nijedan čovjek, čak i neki ne mogu zamisliti procese u mikrokozmosu, jer nije volio sve pojave koje promatramo u makrokozmosa. Dovoljno je sjetiti: najnovije otkrića daju razlog za sumnju da postoje kvarkovi, neutrini i ostale elementarne čestice u devet dimenzija (!). Kao osoba koja živi u trodimenzionalnom prostoru, može ni približno opisati svoje ponašanje?

U ovom trenutku, možemo se osloniti samo na matematici i moć modernih računala, koji je, možda, će se koristiti za mikro-svijetu simulacije. Značajno pomaže i kemija: atomska struktura će sigurno biti revidiran, nakon nedavno znanstvenika koji rade u ovom području, izvijestio je otkriće nove vrste kemijske veze.

Suvremeni koncept strukture atoma

Ako ste pažljivo pročitali sve gore navedeno, vjerojatno i sami moći reći ono što današnje slike o strukturi atoma materije. No, mi ćemo objasniti: to je nešto modificirana teorija Rutherford, dopunjen neprocjenjivih zapovijedi Niels Bohr. Jednostavno rečeno, danas se smatra da se elektroni kreću u kaotičnom, mutnih stazama oko jezgre, koja se sastoji od neutrona i protona. Taj dio prostora oko njega, u kojoj se elektron je najvjerojatnije pojava se zove orbitalna.

Iako nije moguće točno reći kako će promijeniti naše shvaćanje atomske strukture u budućnosti. Svaki dan, znanstvenici rade na prodor u tajne mikrokozmosa: LHC (Large Hadron Collider), Nobelovu nagradu iz fizike - sve to je rezultat podacima ankete.

Ali čak i sada ne možemo zamisliti i približan sliku onoga što još uvijek skrivaju atoma. Jasno je samo da je sama atom na skali od mikrokozmosa - ogromne stambene zgrade, u kojoj se ispituje, osim na prvom katu, a čak i tada ne u potpunosti. Gotovo svake godine postoje izvješća o mogućnosti otvaranja više i više novih elementarnih čestica. Kada je proces proučavanja atoma će biti u potpunosti završen, neće poduzeti predvidjeti jedan danas.

Dovoljno je reći da su naši koncepcije njih počeo mijenjati tek 1947. godine kada su otkrili takozvani V-čestice. Prije toga, ljudi samo malo produbila teoriju na kojoj je 19. stoljeća na temelju kemije. Struktura atoma - fascinantan rješavanje zagonetka koja je okupirala najbolje umove čovječanstva.