Bestämning av atomer och molekyler. Definition av en atom till dess 1932

Med utgångspunkt från den antika perioden till mitten av 18th century, var vetenskapen som domineras av uppfattningen att atomen - en partikel av materia som inte kan delas. Engelskt vetenskapsman och naturalist, och D. Dalton gav en definition av atomen som den minsta del av ett kemiskt element. MV Lomonosov i dess atom- och molekyl läran kunde ge en definition av atomen och molekylen. Han var övertygad om att molekylen, som han kallade "blodkroppar", som består av "element" - atomer - och är i ständig rörelse.

D. I. Mendelejev trodde att denna subenhet ämnen som utgör den materiella världen, behåller alla sina egenskaper endast om det inte är föremål för division. I denna artikel definierar vi ett föremål som ett mikrokosmos av atomen, och studera dess egenskaper.

Bakgrund till teorin om atomära strukturen

I den 19: e århundradet, är det allmänt erkänt som uttalande om odelbarhet atomen. De flesta forskare trodde att partiklarna av ett kemiskt element under några omständigheter inte kan omvandlas till atomer av andra element. Dessa idéer var den grund på vilken baserades definitionen av en atom till 1932. I slutet av 19-talet inom vetenskapen har gjorts grundläggande upptäckter som förändrat denna uppfattning. Först av allt, 1897 den brittiska fysikern J. J. Thomson hade upptäckt elektronen. Detta faktum är i grunden förändrat forskarnas idéer om odelbar del av grundämnet.

Hur bevisa att atomen komplex struktur

Redan innan upptäckten av elektronen , forskare eniga om att atomerna har utan kostnad. Därefter, visade det sig att elektroner lätt skiljas från någon önskad kemiskt element. De kan hittas i en flamma, de är bärare av elektrisk ström, de släpper ämnen under röntgenstrålning.

Men om elektronerna är en del av alla utan undantag, och negativt laddade atomer, således i en atom finns det några partiklar som är säker på att ha en positiv laddning, annars atomer inte skulle vara elektriskt neutral. För att hjälpa reda struktur atomen har hjälpt ett fysiskt fenomen som radioaktivitet. Det gav den korrekta definitionen av atomen i fysik, och sedan kemi.

De osynliga strålar

Fransk fysiker A. Becquerel var den första att beskriva fenomenet med utsläpp av atomer av vissa kemiska beståndsdelar, visuellt osynliga strålar. De jonisera luften passera genom materialet, vilket orsakar svärtning av fotografiska plåtar. Senare, Curies och Rutherford fann att radioaktiva ämnen omvandlas till atomer av andra kemiska element (såsom uran - neptunium).

Radioaktiv strålning är olikformig i sammansättningen: alfapartiklar, betapartiklar, gammastrålar. Sålunda, fenomenet av radioaktivitet visade att det periodiska systemet av element partiklarna har en komplex struktur. Detta faktum orsakade de ändringar som gjorts till definitionen av atomen. Vad partiklar är en atom, som ges av Rutherford erhållits nya vetenskapliga fakta? Svaret på denna fråga var den föreslagna lärd nukleära modell av atomen, enligt vilken kring de positivt laddade nucleus elektronerna rör sig.

Motsägelser Rutherford modell

Teorin om vetenskapsmannen, trots sin enastående karaktär, kunde inte objektivt definiera atomen. Hennes resultat var i strid med de grundläggande termodynamikens lagar, enligt vilken alla elektronerna kretsar kärnorna förlorar sin energi och, eftersom det kan vara, förr eller senare måste falla på honom. Atom i detta fall förstöras. Detta är faktiskt inte fallet, eftersom kemikalier och partiklar från vilka de är tillverkade, förekommer i naturen under en lång tid. Oförklarligt atom sådan bestämning baserat på teorin om Rutherford, samt fenomen som uppstår vid passage av heta enkla substanser genom ett diffraktionsgitter. Efter atomspektra bildas samtidigt ha en linjär form. Denna konflikt med Rutherford modell av atomen, enligt vilken det spektrum skulle behöva vara kontinuerlig. Enligt koncepten av kvantmekanik, är elektroner närvarande i kärnan inte karaktäriseras som punktobjekt, samt ha formen av elektronmolnet.

De flesta av dess densitet på ett visst ställe utrymme runt kärnan, och anses vara platsen för en partikel vid en given tidpunkt. Också visade det sig att atomen, är elektroner anordnade i skikt. Antalet skikt kan bestämmas genom att veta hur många av den period under vilken elementet i det periodiska D.I. Mendeleeva System. Till exempel, innehåller fosforatomen 15 elektroner och har tre energinivåer. Indikatorn, som bestämmer antalet energinivåer kallas huvudkvanttal.

Det konstaterades experimentellt att energinivån av elektroner, som ligger närmast kärnan, har den lägsta energin. Varje energi skal är indelad i undernivåer, och de i sin tur på orbitaler. Elektroner är belägna vid olika orbitaler har samma bilda moln (s, s, d, f).

Baserat på det föregående framgår det att formen hos elektronmolnet inte kan vara godtyckligt. Det är strikt bestäms enligt den orbitala kvanttalet. Vi lägger också att tillståndet hos elektronen till den partikelformiga också bestäms av två värden - magnetiska och snurra kvanttalen. Den första är baserad på Schrödingerekvationen och karakteriserar den rumsliga orienteringen av elektronmoln på grundval av tredimensionalitet av vår värld. Den andra indikatorn - antalet spinn på den bestämma elektronens rotation runt sin axel eller motsols.

Upptäckten av neutron

Genom arbetet i D. Chadwick, höll dem i 1932, gavs det en ny definition av atomen i kemi och fysik. I sina vetenskapliga experiment visade han att i klyvningen sker polonium strålning som förorsakas av partiklarna inte har någon laddning, massan 1,008665. En ny elementarpartikel utsågs till neutron. Hennes upptäckt och studier av dess egenskaper tillät de sovjetiska vetenskapsmän V. Gapon och Ivanenko skapa en ny teori om strukturen i atomkärnan, som innehåller protoner och neutroner.

Enligt den nya teorin, hade bestämningsatomer substans följande form en strukturenhet av det kemiska elementet, som består av en kärna innehållande protoner, neutroner och elektroner som rör sig runt den. Antalet positiva partiklar i kärnan är alltid lika med ordningstalet för det kemiska elementet i det periodiska systemet.

Senare Professor Zhdanov i sina experiment bekräftade att under inflytande av hårt kosmisk strålning, är atomkärnor upp i protoner och neutroner. Dessutom har det visat sig att de krafter som håller dessa elementarpartiklar i kärnan, är det extremt energikrävande. De fungerar på mycket korta avstånd (i storleksordningen 10 ^-23 cm), som kallas kärn. Som tidigare nämnts, av MV Lomonosov kunde ge en definition av atomen och molekylen på grundval av vetenskapliga fakta som är kända för honom.

För närvarande erkänt tänka på följande modell: atom består av en kärna och elektroner som rör sig runt den i en strikt definierade vägar - orbitaler. Elektroner samtidigt uppvisar egenskaperna hos både partiklar och vågor, det vill säga har en dubbelnatur. Kärnan i en atom är koncentrerad nästan all dess massa. Den består av protoner och neutroner i samband med kärnvapen.

Oavsett om det är möjligt att väga atom

Det visar sig att varje atom har massa. Till exempel är det väte 1,67h10 ^-24 var även svårt att föreställa sig hur liten detta värde. För att hitta vikten av objektet, inte använder våg och oscillatorn, vilket är en Nanorör. Att beräkna vikten av atomen och molekylen bekvämare kvantitet är den relativa vikten. Den visar hur många gånger vikten av en molekyl eller en atom mer än 1/12 av den kolatom, som är 1,66h10 ^-27 kg. Relativa atommassor ges i det periodiska systemet av kemiska element, och de har ingen dimension.

Forskare är väl medvetna om att atomvikten för ett kemiskt element - är den genomsnittliga vikten antalet isotoper. Det verkar, i naturen av en enhet av ett kemiskt ämne kan ha olika massorna. Sålunda laddningar av kärnorna av sådan strukturell partikel samma.

Forskare har funnit att isotoperna skiljer sig åt i antalet neutroner i kärnan och kärnorna ladda dem identiska. Till exempel, en kloratom, som har en massa 35 innehöll 18 neutroner och 17 protoner, och med en massa av 37 - 20 protoner och 17 neutroner. Många kemiska element är blandningar av isotoper. Till exempel, enkla substanser såsom kalium, argon, syre som finns i dess sammansättning atomer som representerar tre olika isotop.

Fastställande av atomicitet

Det har flera tolkningar. Tänk på vad som menas med detta begrepp i kemi. Om atomerna i ett kemiskt element kan åtminstone momentant existera i isolering, inte tenderar att bilda mer komplexa partiklar - molekyler, så säger vi att sådana ämnen har en atomstruktur. Till exempel, flerstegskloreringsreaktion av metan. Det är allmänt används i organisk syntetisk kemi för de stora halogenderivat: diklormetan, koltetraklorid. Är uppdelad klormolekyler till atomer som har hög reaktivitet. De förstör sigma-bindningar i metanmolekylen, tillhandahåller en kedja substitutionsreaktion.

Ett annat exempel på en kemisk process som har stor betydelse i branschen - användningen av väteperoxid som ett desinfektionsmedel och blekmedel. Bestämning av atomärt syre som en klyvningsprodukt av väteperoxid förekommer i både de levande cellerna (av enzymet katalas), och i laboratoriet. Atomärt syre kvalitativt bestämd genom dess höga antioxiderande egenskaper och deras förmåga att förstöra patogena medel: Bakterier, svampar och deras sporer.

Hur kärnhöljet

Vi har tidigare funnit att den strukturella enheten av ett kemiskt element har en komplex struktur. Runt positivt laddade nucleus partiklar kretsar negativa elektroner. Nobelpriset Niels Bohr, baserat på kvantteorin av ljus, skapade en undervisning, varvid karakteriseringen och identifieringen av atomerna är som följer: elektronerna rör sig runt kärnan endast vid vissa fasta vägar i detta fall inte utstråla energi. Bohr har forskare visat att partiklarna i mikrovärld, som omfattar atomer och molekyler inte lyda lagarna gäller för stora kroppar - objekt makrokosmos.

Strukturen för de elektronskal av partiklar har studerats i papper på kvantfysik vetenskapsmän såsom Hund, Pauli Klechkovskii. Eftersom det blev känt att elektronerna gör roterande rörelse runt kärnan är inte kaotiskt, men på vissa bestämda banor. Pauli funnit att inom en enda energinivå vid vardera av dess orbitals s, p, d, f i elektroniska celler kan vara högst två negativt laddade partiklar av motsatt spinn värde + ½ och - ½.

Hund styre förklarade hur man fyller elektron orbitaler med samma energinivå.

Aufbau princip, även kallad regeln n + l, förklara hur fyllda orbitaler multielectron atomer (elementen 5, 6, 7 cykler). Alla ovanstående regelbundenfungerade som den teoretiska grunden för grundämnen som skapats av Dmitriem Mendeleevym.

oxidationsgrad

Det är ett grundläggande begrepp inom kemi och beskriver tillståndet för en atom i en molekyl. Den moderna definitionen av graden av oxidation av atomerna är som följer: laddningen rade atomer i molekylen, som beräknas baserat på de begrepp som en molekyl har endast den joniska kompositionen.

Oxidationen kan uttryckas med ett heltal eller ett bråktal, en positiv, negativ eller noll värden. I de flesta atomer av kemiska element har flera oxidationstillstånd. Till exempel, är kväve -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Men ett sådant element, såsom fluor, i alla dess föreningar har endast ett oxidationstillstånd som är lika med -1. Om det presenteras en enkel substans, dess oxidationstillstånd noll. Denna kemiska mängder bekvämt att använda för klassificering av ämnen och att beskriva deras egenskaper. I de flesta fall oxidation graden av kemin som används för att inrätta ekvationer redoxreaktioner.

Egenskaperna av atomer

Tack vare de upptäckter av kvantfysik, den moderna definitionen av atomen, som är baserad på teorin Ivanenko och Gapon E, kompletteras med följande vetenskapliga fakta. Strukturen hos en atomkärna ändras inte under de kemiska reaktionerna. Förändringen påverkar endast de stationära elektron orbitaler. Deras struktur kan tillskrivas en mängd fysiska och kemiska egenskaper hos ämnen. Om elektronen lämnar en stationär omloppsbana och fortsätter till orbital med ett högre energi sådan atom kallas exciteras.

Det bör noteras att elektronerna inte kan vara en lång tid på dessa icke-kärn orbitaler. Återgår till sitt stationära omloppsbana, avger elektronen den energikvantat. Studiet av sådana egenskaper hos de strukturella enheterna av kemiska element som elektronaffinitet, elektronegativitet, jonisering energi, har tillåtit forskare inte bara att definiera atomen som en väsentlig partikelmikrokosmos, men också tillät dem att förklara förmågan hos atomer för att bilda en stabil och energimässigt gynnsammare molekylära tillstånd av materia, en möjlig konsekvens av skapa någon typ av stabila kemiska bindningar: jonisk, kovalent-polära och opolära, donator-acceptor (som kovalent bindnings arter) och m etallicheskoy. Den senare bestämmer de viktigaste fysikaliska och kemiska egenskaper av metaller.

Det konstaterades experimentellt att storleken på en atom kan variera. Allt beror på molekylen där den ingår. Genom X-röntgendiffraktionsanalys kan beräkna avståndet mellan atomer i en kemisk förening, samt lära radie strukturelement enhet. Äga mönster av förändring av radierna för de atomer som ingår i perioden eller den grupp av kemiska element, är det möjligt att förutsäga deras fysikaliska och kemiska egenskaper. Till exempel, i perioder med ökande atomkärnan debiterar deras radier minskning ( "kompressionsatom"), och därför försvaga de metalliska egenskaperna hos föreningarna, och icke-metallisk amplifieras.

Sålunda kunskap om strukturen av atomen kan exakt bestämma de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos alla delar som ingår i det periodiska systemet av element.