Atoom chemie - 'n ... model van die atoom. struktuur van die atoom

Gedagtes oor die aard van die omgewing begin om die mensdom te besoek lank voor die bloeityd van die moderne beskawing. In die eerste plek het mense gespekuleer oor die bestaan van 'n paar hoër krag, wat hulle geglo het, voorafbepaalde die hele wese. Maar redelik gou, filosowe en priesters begin om te dink oor die feit van wat, in werklikheid, is die hele struktuur van die bestaan. Teorieë gestel, maar in 'n historiese perspektief dominant geword atoom.

Wat is die atoom in chemie? Dit, asook alle verwante onderwerpe sal ons bespreek in hierdie artikel. Ons hoop dat in dit sal jy antwoorde op al jou vrae te vind.

Die stigter van die atoomteorie

Waar die eerste chemie les begin? Die struktuur van 'n atoom - is die hooftema. Jy kan onthou dat die woord "atoom" is vertaal uit die Griekse taal as "onverdeelbare". Nou, baie geskiedkundiges glo dat die eerste voorgestel dat die teorie, wat 'n paar van die klein deeltjies waaruit alles wat bestaan, Democritus gesê. Hy het in die vyfde eeu vC.

Ongelukkig is die van hierdie uitstaande denker feitlik niks bekend. Dit het ons nie enige geskrewe bron van daardie tyd bereik. En as gevolg van die grootste geleerdes van sy tyd, idees, moet ons net leer uit die werke van Aristoteles, Plato en ander Griekse denkers.

So ons tema - "Die struktuur van die atoom." In chemie, nie almal het 'n hoë graderings, maar baie onthou dat al die gevolgtrekkings van die antieke wetenskaplikes gebou uitsluitlik op afleidings. Democritus was nie die uitsondering nie.

As ek geredeneer Democritus?

Sy logika was baie eenvoudig, maar terselfdertyd briljant. Stel jou voor dat jy die skerpste mes in die wêreld. Jy neem 'n appel, byvoorbeeld, en dan begin om dit te sny: twee helftes in kwarte, weer verdeel hulle ... In 'n woord, vroeër of later sal jy 'n skamele snye dik wat voortgaan om hulle te verdeel sal reeds onmoontlik wees nie. Hier sal dit onverdeelbare atoom wees. In chemie, is hierdie stelling waar is beskou as byna aan die einde van die 19de eeu.

Van Democritus moderne idees

Daar moet kennis geneem word dat van die ou Griekse konsepte van die mikrokosmos gebly net een woord "atoom". Nou elke skoolkind weet dat die wêreld rondom ons van veel meer fundamentele en boetes bestaan. Daarbenewens, vanuit die perspektief van die moderne wetenskap, die teorie van Democritus was niks meer as 'n suiwer hipotetiese berekening, nie deur absoluut geen bewyse. Maar in daardie dae was daar geen elektronmikroskope, so bewys dit deur 'n ander manier by die denker nie sou gebeur het.

Die eerste vermoede dat Democritus is eintlik net daar by die apteke. Hulle het vinnig agtergekom dat baie van die stowwe af te breek in eenvoudiger komponente tydens die reaksie. Verder is dit gebring ernstige chemiese reëlmatighede van hierdie prosesse. So, het hulle opgemerk dat dit agt massa fraksie van suurstof en een vir water - waterstof (Avogadro se wet).

In die Middeleeue, kan enige materialistiese leer, insluitend die teorie van Democritus, verspreiding en ontwikkeling glad nie kry. En net in die agttiende eeu, het wetenskaplikes weer teruggekeer na die atoomteorie. Teen die tyd dat die chemikus Lavoisier, ons groot M. V. Lomonosov en talentvolle Engelse fisikus D. Dalton (wat ons apart sal bespreek), het oortuigend gedemonstreer om hul kollegas die werklikheid van atome. Dit moet beklemtoon word dat selfs in die verligte 18de eeu atoomteorie vir 'n lang tyd baie uitstaande gedagtes van daardie tyd ernstig oorweeg word.

Wat ook al dit was, maar selfs hierdie groot wetenskaplikes het nog nie na vore die teorie van die struktuur van die atoom te sit, as hy beskou as een en onverdeelbare deeltjies, die basis van alles.

Ongelukkig kon chemiese eksperimente nie duidelik bewys dat die werklikheid van die omskakeling van 'n paar atome in ander stowwe. Tog is die fundamentele wetenskap in die bestudering van die struktuur van atome was juis chemie. Atome en molekules bestudeer vir 'n lang tyd, 'n briljante Russiese wetenskaplikes, waarsonder dit onmoontlik is om te dink die moderne wetenskap.

Die leer D. I. Mendeleeva

'N groot rol in die ontwikkeling van die atoom leer gespeel D. I. Mendeleev, wat in 1869 geskep is sy briljante periodieke stelsel. 'N Teorie is aan die wetenskaplike gemeenskap, wat nie net nie verwerp nie, maar redelike aannames te vul al materialiste. Reeds in die 19de eeu, het wetenskaplikes in staat was om die bestaan van elektrone te bewys. Al hierdie bevindings het die beste denkers van die 20ste eeu te ernstig bestudeer die atoom. In chemie is hierdie tyd ook gekenmerk deur 'n baie ontdekkings.

Maar die leer van Mendeleyev is waardevol nie net om hierdie. Dit is nog onduidelik presies hoe die vorm atome van verskillende chemiese elemente. Maar die groot Russiese wetenskaplike in staat was om finaal te bewys dat hulle almal, sonder uitsondering, is nou verwant aan mekaar.

opening Dalton

Maar om in staat wees om die verskeie uiteenlopende data net kon Dzhon Dalton, wie se naam vir ewig ingeprent in die ontdekking van die wet self interpreteer. Tipies, het wetenskaplikes net die gedrag van gasse bestudeer, maar die omvang van belange was dit veel wyer. In 1808 het hy begin publiseer sy nuwe fundamentele werk.

Dit Daltons aanvaar dat elke chemiese element stem ooreen met 'n spesifieke atoom. Maar die wetenskaplike, as Democritus baie eeue voor hom nog geglo het dat hulle heeltemal onafskeidbaar. In sy baie konsepte diagrammatiese tekeninge, waarin die atome verteenwoordig in die vorm van 'n eenvoudige korrels. Hierdie idee, wat meer as 2500 jaar gelede ontstaan het, geduur byna tot die huidige dag! Daar is egter slegs relatief onlangs ontdek is regtig diep struktuur van die atoom. Chemie (graad 9 in die besonder) selfs vandag is grootliks gelei deur die idees wat vir die eerste keer uitgespreek in die 18de eeu.

Eksperimentele bevestiging van die deelbaarheid van atome

Maar byna al die wetenskaplikes geglo dat die atoom tot die einde van die 19de eeu - die limiet as wat daar is niks. Hulle het gedink dat die basis van die hele skepping is presies dit. Dit is moontlik gemaak deur 'n verskeidenheid van eksperimente: alles wat 'n mens kan sê, maar wat verander is net die molekule, terwyl die koers met die atome van die stof nie absoluut niks wat nie verduidelik kan word eenvoudig chemie plaasgevind het. Die struktuur van koolstofatome, byvoorbeeld, bly heeltemal onveranderd selfs in verskillende allotropiese state.

In kort, vir 'n lang tyd, was daar absoluut geen eksperimentele data wat ten minste indirek bevestig vermoedens van sommige wetenskaplikes dat daar is 'n paar meer fundamentele deeltjies. Slegs in die 19de eeu (veral te danke aan die ervaring van die Curies) is aangetoon dat onder sekere omstandighede die atome van 'n element kan omskep word in die ander. Hierdie ontdekkings vorm die basis van die moderne idees oor die wêreld rondom ons.

Rosyne en poedings

In 1897, George. Thomson, Engelse fisikus, is daar gevind dat in enige atoom is daar 'n sekere bedrag van negatief gelaaide deeltjies, wat hy ook "elektrone" genoem. Reeds in 1904, die wetenskaplike geskep die eerste atoom model, wat beter onder die benaming "pruim poeding" bekend staan. Die naam is nogal akkuraat weerspieël die wese. Gebaseer op teorie van die atoom in chemie Thomson se - dit is 'n "skip" met uniform daarin versprei beheer en elektrone.

Let daarop dat hierdie model was in sirkulasie selfs in die 20ste eeu. Later het dit geblyk dat dit absoluut verkeerd. Tog, dit was die eerste bewuste poging om die mens (en op 'n wetenskaplike basis) om die omliggende mikrokosmos herskep, en bied 'n model van die atoom, eenvoudig en duidelik.

eksperimente Curie

Daar word geglo dat die paartjie, Pierre en Mariya Kyuri het die grondslag gelê vir die atoomfisika. Natuurlik, die bydrae van hierdie manne, genie, in werklikheid opgeoffer sy gesondheid en lewe, kan nie onderskat word nie, maar hul ervarings was veel meer fundamentele. Byna gelyktydig met Rutherford bewys hulle dat atoom - is veel meer kompleks en heterogene struktuur. Die verskynsel van radioaktiwiteit, wat hulle verken, dit is oor dit en praat.

Aan die begin van 1898 gepubliseer Maria die eerste artikel gewy aan bestraling. Gou Maria en Per Kyuri het getoon dat 'n mengsel van chloor verbindings van uraan en radium is besig om ander stowwe, die bestaan waarvan hy twyfel die amptelike chemie verskyn. Die struktuur van 'n atoom het sedertdien begin om te verken in alle erns.

"Planetary" benadering

Ten slotte Rutherford het besluit om heavy metal atoom bombardement α-deeltjies (heeltemal geïoniseerde helium) maak. 'N Wetenskaplike keer voorgestel dat die lig elektrone is nie in staat om die trajek van deeltjiebeweging verander. Gevolglik kan die verspreiding net 'n paar swaarder komponente wat gebruik kan word in die kern van die atoom veroorsaak. Onmiddellik, ons daarop let dat die oorspronklike Rutherford het nie daarop aanspraak maak dat die "poeding" teorie verander. Hierdie model van die atoom was beskou as onberispelike.

Daarom lei dat byna al die deeltjies sonder probleme deurgegaan 'n dun lagie silwer, dit is nie verbaas nie. Dit is net dit het gou duidelik geword dat sommige van die heliumatome is gedeflekteer net 30 °. Dit was nie wat om te sê op daardie tydstip chemie. Samestelling volgens Thomson atoom aanvaar eenvormige verspreiding van die elektrone. Maar dit is duidelik in stryd met die waargenome verskynsels.

Dit is uiters skaars, maar sommige deeltjies gevlieg teen 'n hoek, selfs 180 °. Rutherford was in die diepste radeloosheid. Na alles, dit skerp weerspreek die "poeding", 'n klag wat veronderstel was om te wees (volgens Thomson teorie) eweredig versprei. Gevolglik is die ongelyke aangekla webwerwe wat die geïoniseerd helium kon stoot, was afwesig.

Watter gevolgtrekkings kom Rutherford?

Hierdie omstandighede daartoe gelei dat wetenskaplikes om te dink dat die atoom is meestal leë en net die sentrum fokus sommige onderwys met 'n positiewe lading - die kern. En daar was die planeet model van die atoom, wat die volgende veronderstel:

• Soos ons reeds gesê het, is dit geleë in die sentrale deel van die kern, en sy volume (relatief tot die grootte van die atoom self) is weglaatbaar.
• Feitlik al die atoommassa, sowel as al die positiewe lading is gevind in die kern.
• Elektrone wentel rondom dit. Dit is belangrik dat hulle getal is gelyk aan die positiewe lading.

paradokse teorie

Alle sal goed wees, maar die model van die atoom nie hul ongelooflike veerkrag verduidelik. Daar moet onthou word dat die elektrone beweeg in wentelbane met groot versnelling. Deur al die wette van elektrodinamika 'n voorwerp met verloop van tyd, moet sy beheer verloor. As ons in ag neem die postulate van Newton en Maxwell, moet die elektrone in die algemeen verkrummel tot die kern, soos hael op die grond.

Natuurlik, is nie so iets gebeur in die werklikheid. Enige atoom nie net redelik bestand, maar daar kan nogal 'n onbeperkte tyd wees waarin geen bestraling nie weggaan nie. Dit verskil word verklaar deur die feit dat die micro wêreld probeer ons wette wat geldig is slegs ten opsigte van die klassieke meganika toe te pas. Hulle blyk te wees atoom-skaal verskynsels is nie van toepassing op alle. En omdat die struktuur van die atoom (Chemie, Graad 11) handboek skrywers probeer om so veel as moontlik in eenvoudige woorde te verduidelik.

Bohr se leer

Deense fisikus Niels Bohr het bewys dat in die mikrokosmos nie onderhewig aan dieselfde wette kan wees, is die bepalings van wat is geldig vir makroskopiese voorwerpe. Dit was sy idee dat die mikrokosmos van "gelei" uitsluitlik deur kwantum wette. Natuurlik, dan was daar geen kwantumteorie self, maar Bor eintlik begin haar vader, die uitdrukking van hul gedagtes in die vorm van drie postulate wat "gered" die atoom, dit sal onvermydelik dood, as hy "gewoon" volgens teorie Rutherford se. Dit is hierdie teorie Dane was die basis van al die kwantummeganika.

postulate Bohr se

• Die eerste van hierdie lees enige atoom stelsel kan wees net in spesifieke atoom state, en vir elkeen van hulle 'n sekere eienskap waarde van die energie (E). As stilstaande staat van die atoom (stil), dan stoot dit kan nie.
• Die tweede postulaat sê dat die vrystelling van ligenergie kom slegs in geval van oorgang van 'n staat met meer energie in 'n meer gematigde. Gevolglik is die energie wat vrygestel is gelyk aan die verskil van waardes tussen twee stasionêre toestande.

Niels Bohr model van die atoom

wetenskaplike voorgestel in 1913 deur die semi-klassieke teorie. Dit is opmerklik dat in sy fondament gelê hy planeet model van Rutherford, wat kort voor hy beskryf die atoom van stof. Ons het reeds gesê dat die klassieke meganika berekeninge Rutherford teendeel: op grond van dit, is dit aanvaar dat met tyd die elektron was seker om te val op die oppervlak van die atoom.

Ten einde "te kry om" hierdie teenstrydigheid, het die wetenskaplike 'n spesiale toelating bekendgestel. Die essensie lê in die feit dat energie (wat veronderstel was om te lei tot hul ondergang) uitstraal, elektrone kan net beweeg in 'n bepaalde baan. Wanneer beweeg as hul ander bane beweerde chemiese atome bly in 'n passiewe toestand. Volgens teorie Bohr se, soos bane is dié kwantitatiewe punt beweging wat gelykstaande is aan konstante Planck se.

Die kwantumteorie van atoomstruktuur

Soos ons gesê het, tot op hede, in die loop van die kwantumteorie van atoomstruktuur. Chemie afgelope jaar gelei uitsluitlik deur haar. Dit is gebaseer op vier fundamentele aksiomas.

1. Eerstens, die dualiteit (korpuskulêre-golf aard) van die elektron self. Eenvoudig gestel, die deeltjie optree en hoe die materiaal voorwerp ( 'n liggaampie), en as 'n golf. As die deeltjie het 'n spesifieke lading en massa. Die vermoë van die elektrone om die diffraksie in gemeen met klassieke golwe. Hierdie selfde golflengte (λ) en deeltjie snelheid (v) kan gekoppel word aan mekaar deur 'n spesiale de Broglie verhouding: λ = h / mv. Soos jy kan raai, man - die massa van die elektron.

2. koördinate en snelhede van die deeltjies te meet met absolute presisie is absoluut onmoontlik. Hoe meer akkuraat bepaal koördineer, hoe groter is die onsekerheid in die snelheid. As, egter, en omgekeerd. Hierdie verskynsel staan bekend as Heisenberg onsekerheid, wat deur die volgende verhouding uitgedruk kan word: Δx ∙ m ∙ Δv> z / 2. Delta X (DH) uitgedruk onsekerheid posisie koördinate in die ruimte. Gevolglik delta V (Δv) verteenwoordig die spoed fout.

3. In teenstelling met al voorheen met die algemene opvatting, nie die elektrone nie deur 'n streng gedefinieer wentelbane as treine op spore te slaag. Kwantumteorie sê dat 'n elektron kan wees in enige punt in die ruimte, maar die waarskynlikheid van hierdie is anders vir elke segment.

Wat deel van die ruimte direk rondom die atoomkern waarin hierdie waarskynlikheid is maksimaal, staan bekend as die baan. Moderne chemie struktuur van die elektron skulpe van atome van studies van hierdie oogpunt. Natuurlik, is skole geleer die korrekte verspreiding van die elektrone deur die vlakke, maar, heel waarskynlik, in werklikheid, heel anders verskil hulle.

4. Die kern sluit 'n atoom van nukleone (protone en neutrone). Die reeksnommer van die element in die periodieke tabel dui die aantal protone in die kern, en die som van protone en neutrone is gelyk aan die atoommassa. Hier is hoe om die struktuur van die atoom kern chemie van vandag verduidelik.

Die stigters van kwantummeganika

Let op die wetenskaplikes wat die grootste bydrae tot die ontwikkeling van hierdie belangrike sektor gemaak: die Franse fisikus Louis de Broglie, Heisenberg Duitse, Oostenrykse, Schrodinger, die Engelsman Dirac. Al hierdie mense is later die Nobelprys.

Sover in hierdie plan het chemie? Chemiese struktuur van die atoom, die meeste van daardie jare was beskou as eenvoudig genoeg: baie net in 1947 uiteindelik die werklikheid van die bestaan van elementêre deeltjies erken.

'n paar gevolgtrekkings

Oor die algemeen, wanneer jy skep 'n kwantumteorie was nie sonder wiskundiges, as al hierdie prosesse kan slegs bereken word met die gebruik van komplekse berekeninge. Maar die grootste probleem is nie die punt. Die prosesse wat beskryf word deur hierdie teorie, beskikbaar is nie net om ons sintuie, ten spyte van al die moderne wetenskaplike tegnologie, maar ook verbeelding.

Niemand, selfs 'n paar kan nie dink prosesse in mikrokosmos, omdat hulle dit nie graag al die verskynsels wat ons waarneem in die makrokosmos. Dink net: die jongste ontdekkings rede om te aanvaar dat die kwarke, neutrino's en ander fundamentele deeltjies bestaan in die nege-dimensie gee (!). As 'n persoon in 'n driedimensionele ruimte leef, kan hul gedrag selfs ongeveer beskryf?

Op die oomblik is, kan ons net staatmaak op die wiskunde en die krag van die moderne rekenaars, wat, miskien, sal gebruik word vir mikro-wêreld simulasie. Aansienlik help en chemie: atoomstruktuur sal beslis hersien word, nadat onlangs wetenskaplikes werk in hierdie veld, berig die ontdekking van 'n nuwe soort van chemiese binding.

Die moderne konsep van die struktuur van die atoom

As jy mooi al die bogenoemde gelees het, jy sal waarskynlik self in staat wees om dit wat vandag se beeld van die struktuur van materie atome sê. Maar ons sal verduidelik: dit is 'n bietjie verander teorie van Rutherford, aangevul deur onskatbare waarde voorskrifte van Niels Bohr. Eenvoudig gestel, vandag is dit is van mening dat die elektrone beweeg in 'n chaotiese, versteurde paaie rondom die kern, wat bestaan uit neutrone en protone. Wat deel van die ruimte rondom dit, waarin die elektron is waarskynlik voorkoms is orbitaal genoem.

Terwyl dit is nie moontlik om te sê presies hoe sal ons begrip van die atoomstruktuur in die toekoms verander. Elke dag, is wetenskaplikes besig met die penetrasie in die geheime van die mikrokosmos: die LHC (Large Hadron Collider), die Nobelprys vir fisika - dit alles is die gevolg van opname data.

Maar selfs nou kan ons nie indink en geskatte beeld van wat nog verberg atome. Dit is duidelik net dat die atoom self op die skaal van die mikrokosmos - 'n groot woonstel gebou, waarin ons, behalwe die eerste vloer nie heeltemal ondersoek, en selfs dan. Byna elke jaar is daar berigte oor die moontlikheid van die opening van meer en meer nuwe elementêre deeltjies. Wanneer die proses van die studie van atome heeltemal sal klaar wees, sal nie onderneem om een vandag voorspel.

Dit is voldoende om te sê dat ons opvattings van hulle het begin om net te verander in 1947 toe die sogenaamde V-deeltjies ontdek. Voor dit, mense net 'n bietjie dieper die teorie waarop die 19de eeu is gebaseer chemie. Struktuur van die atoom - 'n fassinerende legkaart op te los van wat beset die beste denkers van die mensdom.