Atom kemi - en ... Model af atomet. atomets struktur

Tanker om karakteren af omgivelserne begyndte at besøge menneskeheden længe før storhedstid moderne civilisation. For det første har folk spekuleret om eksistensen af nogle højere magt, som, de mente, forudbestemt hele væsen. Men meget snart, filosoffer og præster begyndte at tænke på, om det, der i virkeligheden er den meget struktur i eksistens. Teorier er blevet indstillet, men i et historisk perspektiv blev dominerende atomare.

Hvad er det atom i kemi? Dette, samt alle relaterede emner vil vi diskutere i denne artikel. Vi håber, at I vil finde svar på alle dine spørgsmål.

Grundlæggeren af den atomare teori

Hvor den første kemi lektion begynder? Strukturen af et atom - er det vigtigste tema. Du husker måske, at ordet "atom" er oversat fra det græske sprog som "udelelig". Nu, mange historikere mener, at det første foreslog teori, som sagde nogle af de bittesmå partikler, der udgør alt, der eksisterer, Demokrit. Han levede i det femte århundrede f.Kr..

Desværre er dette enestående Tænker næsten ingenting kendt. Det har ikke nået os nogen skriftlig kilde af de tidspunkter. Og på grund af de største lærde i hans tid, ideer, vi er nødt til at lære kun fra værker af Aristoteles, Platon og andre græske tænkere.

Så vores tema - "The atomets struktur." I kemi, ikke alle havde høje ratings, men mange kan huske, at alle konklusionerne fra de gamle videnskabsmænd blev bygget udelukkende på slutninger. Demokrit var ikke undtagelsen.

Som jeg begrundet Demokrit?

Hans logik var meget enkel, men samtidig strålende. Forestil dig, at du har den skarpeste kniv i verden. Du tager et æble, for eksempel, og derefter begynde at skære det: to halvdele i kvarte, opdele dem igen ... I et ord, før eller senere vil du få en mager skiver af en tykkelse, der fortsat inddele dem vil allerede være umuligt. Her vil det være udelelig atom. I kemi, er denne påstand anses sand næsten til slutningen af det 19. århundrede.

Fra Demokrit til moderne ideer

Det skal bemærkes, at der fra de gamle græske begreber mikrokosmos forblev kun ét ord "atom". Nu hver skolebarn ved, at verden omkring os består af langt mere grundlæggende og bøder. Hertil kommer, at i lyset af moderne videnskab, teorien om Demokrit var noget mere end en rent hypotetisk beregning, der ikke understøttes af absolut ingen beviser. Men i de dage var der ingen elektronmikroskoper, så bevise det med andre midler på tænkeren ikke ville være sket.

Den første mistanke om, at Demokrit er faktisk lige der ved kemikere. De opdagede hurtigt, at mange af stofferne nedbrydes til simplere komponenter under reaktionen. Desuden bragte alvorlige kemiske lovmæssigheder for disse processer. Så de har bemærket, at det tager otte masse brøkdel af ilt og en til vand - brint (Avogadros lov).

I middelalderen, kunne enhver materialistiske lære, herunder teorien om Demokrit, distribution og udvikling ikke få overhovedet. Og kun i det XVIII århundrede, har forskerne endnu en gang tilbage til den atomare teori. På det tidspunkt kemiker Lavoisier, vores store M. V. Lomonosov og talentfulde engelske fysiker D. Dalton (som vi vil diskutere separat), har overbevisende demonstreret til deres kolleger virkelighed atomer. Det skal understreges, at selv i den oplyste 18. århundrede atomteorien i lang tid mange udestående sind dengang seriøst overvejet.

Uanset hvad det var, men selv disse store videnskabsmænd har endnu ikke fremsat teorien om atomets struktur, da han blev betragtet som en og udelelig partikel, grundlaget for alt.

Desværre kunne kemiske eksperimenter ikke klart bevise virkeligheden af omdannelsen af nogle atomer i andre stoffer. Endnu den grundlæggende videnskab i at studere strukturen af atomer var netop kemi. Atomer og molekyler er blevet undersøgt for en lang tid, en strålende russiske forskere, uden hvilken det er umuligt at forestille sig den moderne videnskab.

Læren D. I. Mendeleeva

En stor rolle i udviklingen af den atomare doktrin spillet D. I. Mendeleev, der i 1869 skabte sin strålende periodiske system. En teori er blevet præsenteret for det videnskabelige samfund, som ikke blot ikke afvise, men rimelige antagelser supplerer alle materialister. Allerede i det 19. århundrede, forskerne var i stand til at bevise eksistensen af elektroner. Alle disse resultater førte de bedste hjerner i det 20. århundrede for alvor studere atomet. I kemi blev denne gang også præget af en masse opdagelser.

Men læren om Mendeleyev er værdifuld ikke kun til disse. Det er stadig uklart, nøjagtigt hvordan danner atomer af forskellige kemiske elementer. Men den store russiske videnskabsmand var i stand til at bevise, at de alle, uden undtagelse, er tæt knyttet til hinanden.

åbning Dalton

Men at være i stand til at fortolke de mange uensartede data kunne kun Dzhon Dalton, hvis navn er for evigt prentet i opdagelsen af selve loven. Typisk har forskerne studeret kun opførslen af gasser, men den vifte af interesser var det meget bredere. I 1808 begyndte han at udgive sit nye grundlæggende arbejde.

It Daltons antages, at hver grundstof svarer til en bestemt atom. Men den videnskabsmand, som Demokrit mange århundreder før ham, stadig troede, at de er helt uadskillelige. I dens mange udkast skematiske tegning, hvor atomerne repræsenteret i form af simple pellets. Denne idé, som opstod mere end 2.500 år siden, varede næsten til i dag! Det er dog kun relativt nylig er det blevet opdaget, virkelig dyb atomets struktur. Kemi (Grade 9 i særdeleshed) selv i dag er i høj grad styret af de ideer, der først blev givet udtryk i det 18. århundrede.

Eksperimentel bekræftelse af delelighed atomer

næsten alle forskere mente dog, at atomet op til slutningen af det 19. århundrede - den grænse for, hvornår der ikke er noget. De troede, at grundlaget for al skabelse er præcis det. Dette blev lettet af en række eksperimenter: hvad man kan sige, men hvilke ændringer er kun molekylet, mens den hos de atomer af stoffet ikke skete absolut intet, der ikke kunne forklares blot kemi. Strukturen af carbonatomer, for eksempel, forbliver fuldstændig uændret, selv i forskellige allotrope tilstande.

Kort sagt, i lang tid, der var absolut ingen eksperimentelle data, der i det mindste indirekte bekræftet mistanke om nogle forskere, at der er nogle mere fundamentale partikler. Kun i det 19. århundrede (ikke mindst takket være erfaringerne med curie) blev det vist, at atomer af et element under visse betingelser kan omdannes til den anden. Disse opdagelser danner grundlag for moderne ideer om verden omkring os.

Rosiner og buddinger

I 1897, George. Thomson, engelsk fysiker, blev det konstateret, at der i enhver atom der er en vis mængde af negativt ladede partikler, som han også kaldes "elektroner". Allerede i 1904, videnskabsmanden skabte den første atommodel, som er bedre kendt under betegnelsen "blomme budding". Navnet er ganske præcist afspejler essensen. På grundlag af Thomson teori om atomet i kemi - det er en "beholder" med ensartet fordelt deri ladning og elektroner.

Bemærk, at denne model var i omløb, selv i det 20. århundrede. Senere viste det sig, at det var helt forkert. Stadig, det var den første bevidste forsøg på at mennesket (og på et videnskabeligt grundlag) for at genskabe den omgivende mikrokosmos, der tilbyder en model af atomet, ganske enkel og klar.

eksperimenter Curie

Det menes, at parret, Pierre og Mariya Kyuri lagde grunden til den atomfysik. Selvfølgelig bidraget fra disse mænd af geni, faktisk ofrede sit liv og sundhed, kan ikke undervurderes, men deres erfaringer var langt mere grundlæggende. Omtrent samtidig med Rutherford de bevist, at atom - er meget mere kompleks og heterogen struktur. Fænomenet med radioaktivitet, som de udforskede, det er om det og tale.

I begyndelsen af 1898 offentliggjorde Maria den første artikel om stråling. Snart Mary og Per Kyuri har vist, at en blanding af chlorerede forbindelser med uran og radium er begyndt at dukke andre stoffer, hvis eksistens han tvivlede den officielle kemi. Strukturen af et atom er siden begyndt at udforske for alvor.

"Planetary" tilgang

Endelig besluttet Rutherford at gøre heavy metal atombombardement a-partikler (fuldstændigt ioniseret helium). En videnskabsmand engang foreslået, at de lette elektroner ikke er i stand til at ændre bane partikelbevægelse. Følgelig kan dispersionen forårsage kun nogle tungere komponenter, der kan være indeholdt i kernen af atomet. Umiddelbart kan vi konstatere, at den oprindelige Rutherford ikke krav på at ændre "budding" teori. Denne model af atomet blev anset upåklagelig.

Derfor føre, at næsten alle partiklerne uden problemer føres gennem et tyndt lag af sølv, er det ikke overrasket. Det er bare det blev hurtigt klart, at nogle af heliumatomer blev afbøjet kun 30 °. Det var ikke hvad jeg skal sige på det tidspunkt kemi. Sammensætning ifølge Thomson atom antages ensartet fordeling af elektroner. Men det er i klar modstrid med de observerede fænomener.

Det er yderst sjældent, men nogle partikler fløj i en vinkel, endda 180 °. Rutherford var i den dybeste rådvildhed. Efter alt, er det skarpt modsagt af "budding", en afgift, som skulle være (ifølge Thomson teori) jævnt fordelt. Følgelig er de ujævne ladede steder, der kunne frastøde ioniseret helium, var fraværende.

Hvilke konklusioner komme Rutherford?

Disse forhold bliver bedt forskere til at tro, at atomet er for det meste tom og kun fokusere nogle uddannelse med en positiv ladning centret - kernen. Og der var den planetariske model af atomet, som postulerer følgende:

• Som vi allerede har sagt, det er placeret i den centrale del af kernen, og dens volumen (i forhold til størrelsen af atomet selv) er ubetydelig.
• Stort set alle atommassen, samt alle de positive ladning findes i kernen.
• Elektroner kredser omkring det. Det er vigtigt, at deres antal er lig med den positive ladning.

paradokser teori

Alle ville være godt, men den model af atomet ikke forklare deres utrolige modstandskraft. Det bør erindres, at elektronerne bevæger sig i baner med stor acceleration. Ved alle lovene i elektrodynamik et objekt over tid, bør miste ladningen. Hvis vi tager hensyn til de postulater Newton og Maxwell, bør elektronerne generelt smuldre til kernen, ligesom hagl på jorden.

Selvfølgelig er ikke sådan noget sker i virkeligheden. Helst atom ikke kun meget modstandsdygtige, men der kan være ret ubegrænset tid, hvor ingen stråling vil ikke gå væk. Denne uoverensstemmelse kan forklares ved det faktum, at den mikroverden forsøger vi at anvende love, som er kun gyldig i forbindelse med den klassiske mekanik. De viste sig at atomar skala fænomener er ikke gældende på alle. Og fordi strukturen af atomet (Kemi, Grade 11) lærebog forfattere prøver at forklare så meget som muligt i enkle ord.

Bohrs doktrin

Dansk fysiker Niels Bohr er blevet bevist, at i mikrokosmos ikke kan være underlagt de samme love, hvis bestemmelser er gældende for makroskopiske objekter. Det var hans idé, at mikrokosmos af "styret" udelukkende ved kvantelove. Selvfølgelig, så var der ingen kvanteteorien selv, men Bor faktisk begyndte sin forfader, udtrykke deres tanker i form af tre postulater, at "frelst" atomet, ville det uundgåeligt dræbt, hvis han "levede" ifølge Rutherfords teori. Det er denne teori dansker var grundlaget for alle kvantemekanikken.

Bohrs postulater

• Den første af disse læser enhver atomart system kan være kun i særlige atomare stater, og for hver af dem en bestemt egenskab værdi af energien (E). Hvis stationær tilstand af atomet (stille), herefter emittere kan den ikke.
• Den anden postulat siger, at udledningen af lysenergi forekommer kun i tilfælde af overgang fra en tilstand med mere energi i en mere moderat. Følgelig frigjorte energi er lig med forskellen af værdier mellem to stationære tilstande.

Niels Bohr modellen af atomet

videnskabsmand foreslået i 1913 af den semiklassisk teori. Det er bemærkelsesværdigt, at han i sin grunden lagt planetarisk model af Rutherford, der kort før han beskrev atomet af stoffet. Vi har allerede sagt, at den klassiske mekanik beregninger Rutherford strid: på grundlag af det, blev det antaget, at med tiden elektronen var sikker på at falde på overfladen af atomet.

For at "komme omkring" denne modsigelse, har forskeren indført en særlig indrejseprocedure. Dens essens ligger i det faktum, at udstråle energi (som skulle føre til deres undergang), elektroner kan kun bevæge sig i en bestemt bane. Når bevægelse, så deres andre baner påståede kemiske atomer forblive i en passiv tilstand. Ifølge Bohrs teori, sådanne baner er dem kvantitativ punkt bevægelse, som var lig med Plancks konstant.

Kvanteteorien for atomare struktur

Som vi har sagt, til dato, i løbet af kvanteteorien for atomare struktur. Kemi seneste år vejledt udelukkende af hende. Den er baseret på fire grundlæggende aksiomer.

1. Først den dobbelthed (corpuscular-bølge karakter) af selve elektron. Simpelthen sat, partiklen opfører sig, og hvordan materialet objekt (en korpuskel), og som en bølge. Som partiklen har en specifik ladning og masse. Evnen af elektronerne til diffraktion fælles med klassiske bølger. Denne samme bølgelængde (λ) og partikelhastighed (v) kan være forbundet til hinanden ved særlig de Broglie forhold: λ = h / mv. Som du kan gætte, m - massen af elektronen.

2. koordinater og hastigheder af partiklerne at måle med absolut præcision er absolut umuligt. Den mere nøjagtigt koordinere, jo større usikkerhed i hastighed. Som imidlertid og omvendt. Dette fænomen kaldes Heisenberg usikkerhed, som kan udtrykkes ved følgende relation: Ax ∙ m ∙ Av> ¼ / 2. Delta X (Ah) udtrykte usikkerhed positionskoordinater i rummet. Følgelig delta V (Av) repræsenterer hastighedsfejlen.

3. I modsætning til alle tidligere populær tro, behøver elektronerne ikke passere gennem et strengt definerede baner som tog på skinner. Quantum teori siger, at en elektron kan være i ethvert punkt i rummet, men sandsynligheden for dette er forskellig for hvert segment.

At en del af rummet direkte omkring atomkernen, hvor denne sandsynlighed er maksimal, kaldes orbital. Moderne kemi struktur af Elektronskal af atomer af undersøgelser fra dette synspunkt. Selvfølgelig er skoler undervist i korrekt fordeling af elektronerne gennem niveauerne, men sandsynligvis i virkeligheden adskiller de sig helt anderledes.

4. Kernen omfatter et atom af nukleoner (protoner og neutroner). Serienummeret af grundstoffet i det periodiske system angiver antallet af protoner i sin kerne, og summen af protoner og neutroner er lig med atommasse. Her er hvordan man forklare atomets struktur kerne kemi i dag.

Grundlæggerne af kvantemekanikken

Bemærk de videnskabsmænd, der gjorde det største bidrag til udviklingen af denne vigtige sektor: den franske fysiker Louis de Broglie, Heisenberg tysk, østrigsk, Schrödinger, englænderen Dirac. Alle disse mennesker blev senere tildelt Nobelprisen.

Så vidt i denne plan gik kemi? Kemisk struktur af atomet, de fleste af disse år blev betragtet som simpelt nok: mange kun i 1947 endelig anerkendt virkeligheden af eksistensen af elementarpartikler.

nogle konklusioner

Generelt, når du opretter en kvanteteori var ikke uden matematikere, da alle disse processer kun kan beregnes med brug af komplekse beregninger. Men den største vanskelighed er ikke pointen. De processer, der er beskrevet af denne teori, til rådighed ikke blot for vore sanser, på trods af al den moderne videnskabelige teknologi, men også fantasi.

Intet menneske kan endda nogle ikke forestille processer i mikrokosmos, som de ikke kunne lide alle de fænomener, vi observerer i makrokosmos. Tænk: de seneste opdagelser giver grund til at antage, at de kvarker, neutrinoer og andre fundamentale partikler findes i ni-dimension (!). Som en person, der bor i en tre-dimensionelle rum, kan endda tilnærmelsesvis beskrive deres adfærd?

I øjeblikket kan vi kun stole på matematik og kraften i moderne computere, som måske vil blive brugt til mikro-verden simulering. Signifikant hjælper og kemi: atomare struktur vil bestemt revideres, efter nylig forskere, der arbejder på dette område, rapporterede opdagelsen af en ny type kemisk binding.

Det moderne begreb om strukturen af atomet

Hvis du omhyggeligt læse alle de ovennævnte, vil du sandsynligvis selv være i stand til at sige, hvad dagens billede af strukturen i stof atomer. Men vi vil forklare: det er noget modificeret teori om Rutherford, suppleret med uvurderlige forskrifter Niels Bohr. Kort sagt, i dag det vurderes, at elektronerne bevæger sig i en kaotisk, sløret stier omkring kernen, som består af neutroner og protoner. At en del af rummet omkring den, hvori elektronen er mest sandsynligt forekomst kaldes orbital.

Selv om det ikke er muligt at sige præcis hvordan vil ændre vores forståelse af den atomare struktur i fremtiden. Hver dag, er forskerne arbejder på indtrængen i mysterier mikrokosmos: LHC (Large Hadron Collider), Nobelprisen i fysik - alt dette er resultatet af undersøgelsesdata.

Men allerede nu kan vi ikke forestille os og omtrentlige billede af, hvad der stadig skjule atomer. Det er klart, kun at atomet selv om omfanget af mikrokosmos - en kæmpe højhus, hvor vi undersøgte undtagen første sal, og selv da ikke helt. Næsten hvert år er der rapporter om muligheden for at åbne flere og flere nye elementarpartikler. Når processen af studiet af atomer vil være helt færdig, ikke vil forpligte sig til at forudsige en dag.

Lad det være nok at sige, at vores forestillinger om dem begyndte kun at ændre sig i 1947, da de såkaldte V-partikler blev opdaget. Forud for dette, folk kun lidt uddybet teorien, som det 19. århundrede var baseret kemi. Struktur af Atom - en fascinerende opgaveløsning hvoraf besatte de bedste hjerner i menneskeheden.