Stanovenie atómov a molekúl. Definícia atómu až do roku 1932

Od antiky až do polovice 18. storočia, veda bola ovládaná predstavou, že atóm - častice hmoty, ktorá nemôže byť rozdelená. Anglický vedec a prírodovedec, a D. Dalton dal definíciu atómu ako najmenšia časť chemického prvku. MV Lomonosov v jeho atómov a molekúl doktríny bol schopný poskytnúť definíciu atómu a molekuly. Bol presvedčený, že molekula, ktorý on volal "krvinky", zložený z "elementy" - atómy - a sú v neustálom pohybe.

D. I. Mendeleev veril, že tento subjednotkové látky, ktoré tvoria hmotný svet, zachováva všetky svoje vlastnosti len v prípade, že nie je predmetom rozdelenia. V tomto článku, definujeme objekt ako mikrokozmu atómu, a štúdium jeho vlastnosti.

Doterajšie teórie atómovej štruktúry

V 19. storočí, to je široko uznávaný ako vyhlásenie o nedeliteľnosti atómu. Väčšina vedcov verí, že častice jedného chemického prvku za žiadnych okolností nemôže byť premenená na atómy iných prvkov. Tieto úvahy sú základom, na ktorom bola založená definíciu atómu až do roku 1932. Na konci 19. storočia vo vede boli vykonané zásadné objavy, ktoré zmenili tento názor. Po prvé, v roku 1897 britský fyzik J. J. Thomson objavil elektrón. Táto skutočnosť sa zásadne zmenila predstavy vedcov o nedeliteľnú súčasť chemického prvku.

Ako dokázať, že zložité štruktúry atómu

Ešte pred objavom elektrónu , vedci jednomyseľne zhodujú, že atómy nemajú náboj. Potom sa zistilo, že elektróny sa ľahko odlíšená od požadovaného chemického prvku. Tie možno nájsť v plameni, ktoré sú nositeľmi elektrického prúdu, ktoré uvoľňujú látky počas röntgenového žiarenia.

Avšak v prípade, že elektróny sú súčasťou všetkých bez výnimky, a negatívne nabité atómy, tak, v atóme existujú niektoré častice, ktoré sú istí, že majú kladný náboj, inak atómy by neboli elektricky neutrálne. Aby objasnenie štruktúry atómu pomohla fyzikálny jav ako rádioaktivita. To dalo správnej definície atómu vo fyzike a potom chémie.

neviditeľné lúče

Francúzsky fyzik A. Becquerel bol prvý, kto opísal fenomén emisie atómov niektorých chemických prvkov, vizuálne neviditeľné lúče. Sú ionizáciu vzduchu cez materiál, čo spôsobuje černanie fotografické dosky. Neskôr Curieových a Rutherford zistené, že rádioaktívne látky sa premení na atómy iných chemických prvkov (ako je napríklad urán - neptúnium).

Rádioaktívne žiarenie je nerovnomerný v zložení: častíc alfa, beta častíc, žiarenie gama. To znamená, že jav rádioaktivity preukázané, že periodickej tabuľky prvkov častíc má zložitú štruktúru. Táto skutočnosť spôsobilo zmeny vykonané v definícii atómu. Aký častíc je atóm, daný Rutherford získať nové vedecké faktami? Odpoveď na túto otázku bol navrhovaný odborník nukleárna model atómu, podľa ktorého po kladne nabité jadro elektróny sa pohybujú.

Rozpory Rutherford modelu

Teória vedca, cez jeho vynikajúce charakter, nemohol objektívne definovať atóm. Jej závery boli v rozpore so základnými zákonmi termodynamiky, podľa ktorej sú všetky elektróny obiehajúce okolo jadra strácajú svoju energiu, ako to môže byť skôr či neskôr musieť padnúť na neho. Atóm v tomto prípade zničila. Je to vlastne nie je ten prípad, pretože chemické látky a častice, z ktorého sú vyrobené, existujú v prírode po dlhú dobu. Nevysvetliteľne atóm takéto určenie založené na teórii Rutherford, rovnako ako jav, ktorý sa vyskytuje pri priechode horúcich jednoduchej látky cez difrakčné mriežka. Po atómová spektra vytvorené súčasne majú lineárny tvar. Táto stretával s modelom Rutherford atómu, podľa ktorého spektra by mal byť nepretržitý. Podľa poňatie kvantovej mechaniky, elektróny prítomné v jadre nie sú charakterizované ako bodové predmetov, ako aj v tvare elektrónového oblaku.

Väčšina jeho hustote v určitom lokuse priestore okolo jadra, a je považovaný za miesto, kde sa častice v danom čase. Tiež bolo zistené, že atóm, elektróny sú usporiadané vo vrstvách. Počet vrstiev sa môže stanoviť tým, že pozná číslo obdobie, v ktorom je prvok v periodickej D. I. Mendeleev systému. Napríklad, atóm fosforu obsahuje 15 elektrónov a má tri úrovne energie. Indikátor, ktorý určuje počet energetických hladín sa nazýva hlavné kvantové číslo.

Bolo zistené experimentálne, že úroveň energie elektrónov, ktorý sa nachádza najbližšie k jadru, majú najnižšiu energiu. Každá energia plášť je rozdelený do nižšej úrovne, a oni na oplátku, na orbitálov. Elektróny sú umiestnené na rôznych orbitalov majú rovnaký tvar mraky (s, p, d, f).

Na základe vyššie uvedeného vyplýva, že tvar elektrónového oblaku nemôže byť ľubovoľná. To je presne stanovená v závislosti na orbitálnej kvantovej číslo. Pridáme tiež, že stav elektrónu na častice je taktiež určená dvoma hodnotami - magnetické a rotačné kvantové číslo. Prvý z nich je založený na Schrödinger rovnice a charakterizuje priestorovú orientáciu elektrónu mrak na základe trojrozmernosťou nášho sveta. Druhý indikátor - počet rotácie na to určiť rotáciu elektrónu okolo svojej osi, alebo proti smeru hodinových ručičiek.

objav neutrónu

Cez prácu D. Chadwick, držal ich v roku 1932, to bolo dané novú definíciu atómu v chémii a fyzike. Vo svojich vedeckých experimentov dokázal, že k štiepeniu dochádza polónia žiarenie spôsobené častíc, ktoré nemajú náboj, hmotnosť 1.008665. Nový elementárne častice bol menovaný neutrón. Jej objav a štúdium jeho vlastností umožnil sovietski vedci V. Gapon a Ivanenko vytvoriť novú teóriu o štruktúre atómového jadra, ktorý obsahuje protóny a neutróny.

Podľa novej teórie, stanovenie obsahu mala nasledujúce atóm tvoria konštrukčný jednotku chemický prvok, ktorý sa skladá z jadra obsahujúceho protóny, neutróny a elektróny pohybujúce sa okolo neho. Počet pozitívnych čiastočiek v jadre, je vždy rovná poradového čísla chemického prvku v periodickej sústavy.

Neskôr profesor zdaňovať vo svojich experimentov potvrdili, že pod vplyvom tvrdého kozmického žiarenia, atómové jadrá sú rozdelené do protónov a neutrónov. Okrem toho bolo preukázané, že so silami, ktoré držia tieto elementárne častice v jadre, je veľmi energeticky náročné. Konajú na veľmi krátke vzdialenosti (rádovo 10 ^-23 cm), volal nukleárna. Ako už bolo spomenuté, MV Lomonosov bola schopná poskytnúť definíciu atómu a molekuly na základe vedeckých poznatkov jemu známych.

V súčasnej dobe uznáva uvažovať nasledujúci model: atóm skladá z jadra a elektróny pohybujúce sa okolo neho v presne vymedzenom ciest - orbitály. Elektróny zároveň vykazujú vlastnosti ako častice a vlny, to znamená, že majú dvojaký charakter. Jadro atómu sa koncentruje takmer všetky jeho hmotnosť. To sa skladá z protónov a neutrónov spojené s jadrovými silami.

Či je možné vážiť atóm

Ukazuje sa, že každý atóm má hmotnosť. Napríklad, to je z vodíka 1,67h10 ^-24 bolo dokonca ťažké si predstaviť, ako malá táto hodnota. Ak chcete zistiť hmotnosť objektu, nepoužívajte váha a oscilátor, ktorý je na báze uhlíkových nanotrubičiek. Na výpočet hmotnosti atómu a molekulou pohodlnejšie množstvo, je relatívna hmotnosti. To ukazuje, koľkokrát hmotnosti molekuly alebo atómu väčšie ako 1/12 atómu uhlíka, ktorý je 1,66h10 ^-27 kg. Relatívne atómovej hmotnosti sú uvedené v periodickej tabuľke chemických prvkov, a nemajú rozmer.

Vedci sú si dobre vedomí toho, že atómová hmotnosť chemického prvku - je priemerná hmotnosť počet izotopov. Zdá sa, vo forme jednej jednotky chemický prvok môže mať rôzne hmotnosti. Tak náboja z jadier takého konštrukčného častice rovnaké.

Vedci zistili, že izotopy sa líšia v počte neutrónov v jadre a jadra nabíjania je identický. Napríklad, atóm chlóru, s hmotnosťou 35 obsahoval 18 neutrónov a 17 protónov, a s hmotnosťou 37 - 20 protónov a 17 neutrónov. Mnoho chemické prvky sú zmesi izotopov. Napríklad, jednoduché látky, ako je draslík, argón, kyslík obsiahnutý v jeho atómov zložení predstavujúce 3 rôzne izotop.

stanovenie Atomicita

To má niekoľko výkladov. Pozrime sa, čo sa rozumie pod pojmom tohto termínu v chémii. Ak atómy chemický prvok môže aspoň chvíľu existovať v izolácii, nemá tendenciu vytvárať zložitejšie častice - molekúl, potom môžeme povedať, že tieto látky majú atómovú štruktúru. Napríklad, viacstupňové chlóračné reakcia metánu. To je široko používaný v organickej syntetickej chémii pre hlavné halogénderivátov: dichlórmetán, chlorid uhličitý. Je rozdelená molekuly chlóru na atómy, ktoré majú vysokú reaktivitu. Ničí sigma väzby v molekule metán, poskytujúce substitučná reťazovú reakciu.

Ďalší príklad chemického procesu, ktorý má veľký význam v priemysle - použitia peroxidu vodíka ako dezinfekčné a bieliace činidlo. Stanovenie atomárneho kyslíka ako produkt štiepenia peroxidu vodíka sa vyskytuje ako v živých bunkách (pomocou enzýmu katalázy), a v laboratóriu. Atómový kyslík kvalitatívne určená jeho vysokú antioxidačné vlastnosti a ich schopnosť zničiť patogénne agens: baktérie, huby a ich spóry.

Ako nukleárnej obálku

Nedávno sme zistili, že štruktúrne jednotka chemický prvok má zložitú štruktúru. Okolo kladne nabité častice nucleus točí negatívne elektróny. Nobelova cena Niels Bohr, založené na kvantovej teórie svetla, vytvoril učenia, pričom charakterizácia a identifikácia atómov, sú nasledujúce: elektróny pohybujúce sa okolo jadra len v určitých pevných dráh v tomto prípade nevyžarujú energiu. Bohr, vedci preukázali, že častice mikrosveta, ktoré zahŕňajú atómy a molekuly neriadi zákony platné pre veľké orgán - objekty makrokozmu.

Štruktúra elektrónových vrstiev z častíc bol skúmaný v rámci práce o kvantovej fyzike vedcov, ako Hund, Pauli Klechkovskii. Vzhľadom k tomu, vyšlo najavo, že elektróny, aby rotačný pohyb okolo jadra nie je chaotické, ale na niektorých pevných cestách. Pauli zistené, že v rámci jednej úrovne energie na každom z jeho orbitály s, p, d, f v elektronických buniek môže byť nie viac ako dve negatívne nabité častice opačnej hodnoty rotáciu +? A - jednu polovicu.

Hund pravidlo vysvetlené, ako zaplniť elektrónových orbitálov s rovnakou úrovňou energie.

Aufbau princíp, nazývaný tiež pravidlo n + l, vysvetliť, ako plnené orbitály multielectron atómy (prvky 5, 6, 7 cyklov). Všetky vyššie uvedené pravidelnosťou slúžil ako teoretický základ chemických prvkov vytvorených Dmitriy Mendeleevym.

stupeň oxidácie

Jedná sa o základný koncept v chémii a opisuje stav atómu v molekule. Moderné definície stupňa oxidácie atómov je nasledovné: poplatok je podmienená atómami v molekule, ktorá je vypočítaná na základe koncepcie, že molekula má iba iónové zloženie.

Oxidácie môže byť vyjadrený ako celé číslo alebo frakčnej číslo, pozitívne, negatívne alebo nulové hodnoty. Vo väčšine atómov chemických prvkov má niekoľko oxidačných stavov. Napríklad atóm dusíka je -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Avšak taký prvok, ako je fluór, vo všetkých jej zlúčenín, má iba jeden oxidačný stav rovnajúcu sa 1. V prípade, že je uvedený jednoduchý látku, jeho oxidačným stupni nula. Táto chemikália množstvo vhodné použiť pre klasifikáciu látok a na opis ich vlastnosti. Vo väčšine prípadov je stupeň oxidácie v chémii používané pri nastavovaní rovnice redox reakcie.

vlastnosti atómov

Vďaka objavy kvantovej fyziky, moderné definíciu atómu, ktorý je založený na teórii Ivanenko a Gapon E, doplnené týmito vedeckými faktami. Štruktúra atómového jadra sa nemení v priebehu chemických reakcií. Zmena ovplyvní iba stacionárne elektrónové orbitály. Ich konštrukcia možno pripísať mnohých fyzikálnych a chemických vlastností látok. V prípade, že elektrón opustí stacionárne dráhu a výťažok okružná s vyššou energetickou takého atómu sa nazýva vzrušenie.

Je potrebné poznamenať, že elektróny nemôžu byť dlho v nasledujúcich vedľajších orbitálov. Ak sa vrátime jeho stacionárne obežnej dráhe, elektrón vyžaruje kvantum energie. Štúdium týchto charakteristík štruktúrnych jednotiek chemických prvkov, ako elektrónová afinita, elektronegativita, ionizačné energie, umožnilo vedcom nielen definovať atóm, ktorý je základným mikrosveta častíc, ale tiež im umožnilo vysvetliť schopnosť atómov k vytvoreniu stabilnej a energeticky priaznivejšie molekulárnej skupenstva, možný dôsledok vytvárať akýkoľvek typ stabilných chemických väzieb: iónovou, kovalentné-polárnych a nepolárnych, donor-akceptorové (ako kovalentných väzobných druhov) a m etallicheskoy. Tá určuje najdôležitejšie fyzikálne a chemické vlastnosti kovov.

Experimentálne bolo zistené, že veľkosť atómu môže meniť. Všetko závisí na molekulu, v ktorej je obsiahnutý. Prostredníctvom X-ray difrakčné analýza môže vypočítať vzdialenosť medzi atómami v chemickej zlúčenine, rovnako ako naučiť polomer konštrukčný jednotku prvok. Vlastniaca vzory zmeny polomerov atómov obsiahnutých v období alebo skupiny chemických prvkov, je možné predvídať ich fyzikálne a chemické vlastnosti. Napríklad, v obdobiach s rastúcou atómového jadra nabiť svoj pokles polomery ( "kompresia atóm"), a teda zhoršenie vlastností kovových zlúčenín, a nekovových zosilnený.

Tak, znalosť štruktúry atómu môže presne určiť, fyzikálne a chemické vlastnosti všetkých prvkov obsiahnutých v periodickej sústavy prvkov.