Bestemmelse af atomer og molekyler. Definition af et atom indtil 1932

Med udgangspunkt i den antikke periode til midten af det 18. århundrede, blev videnskab domineret af forestillingen om, at atomet - en partikel af stof, der ikke kan deles. Engelsk videnskabsmand og naturforsker, og D. Dalton gav en definition af atomet som den mindste del af et grundstof. MV Lomonosov i sin atomare og molekylære lære var i stand til at give en definition af atom og molekyle. Han var overbevist om, at molekylet, som han kaldte "blodlegemer", der består af "elementer" - atomer - og er i konstant bevægelse.

D. I. Mendelejev mente, at denne subunit stoffer, der udgør den materielle verden, bevarer alle dets egenskaber, hvis det ikke er underlagt division. I denne artikel, definerer vi en genstand som et mikrokosmos af atomet, og studere dens egenskaber.

Baggrund for teorien om atomare struktur

I det 19. århundrede, er det almindeligt anerkendt som den erklæring om udelelighed atomet. De fleste forskere ment, at partiklerne af et grundstof under nogen omstændigheder ikke kan omdannes til atomer af andre grundstoffer. Disse ideer var det grundlag, som var baseret definitionen af et atom indtil 1932. I slutningen af det 19. århundrede i videnskaben er blevet gjort fundamentale opdagelser, der ændrede denne opfattelse. Først og fremmest, i 1897 den britiske fysiker Joseph John Thomson havde opdaget elektronen. Denne kendsgerning er fundamentalt ændret forskernes ideer om uadskillelig del af grundstoffet.

Hvordan man kan bevise, at atomet komplekse struktur

Allerede inden opdagelsen af elektronen , forskere er enige om enstemmigt at atomerne har ingen afgift. Derefter blev det konstateret, at elektroner let kan skelnes fra enhver ønsket grundstof. De kan findes i en flamme, de er bærere af elektrisk strøm, de frigiver stoffer under røntgenstråling.

Men hvis elektronerne er en del af alle uden undtagelse, og negativt ladede atomer således i et atom er der nogle partikler, der er sikker på at have en positiv ladning, ellers atomer ville ikke være elektrisk neutral. For at hjælpe opklare strukturen af atomet har hjulpet et fysisk fænomen som radioaktivitet. Det gav den korrekte definition af atomet i fysik, og derefter kemi.

De usynlige stråler

Fransk fysiker A. Becquerel var den første til at beskrive fænomenet emission af atomer af visse grundstoffer, visuelt usynlige stråler. De ioniserer luften passerer gennem materialet, hvilket forårsager sværtning af fotografiske plader. Senere curie og, Rutherford fandt, at radioaktive stoffer omdannes til atomer af andre grundstoffer (såsom uran - neptunium).

Radioaktiv stråling er uensartet i sammensætning: alfapartikler, beta-partikler, gammastråler. Således fænomenet radioaktivitet bevist, at det periodiske system af elementer partikler har en kompleks struktur. Dette faktum skyldes ændringerne i definitionen af atomet. Hvad partikler er et atom, givet af Rutherford opnåede nye videnskabelige kendsgerninger? Svaret på dette spørgsmål var den foreslåede lærd nukleare model af atomet, hvorefter omkring de positivt ladede nucleus elektroner bevæger sig.

Modsætninger Rutherford model

Teorien om den videnskabsmand, på trods af sin enestående karakter, kunne ikke objektivt definere atomet. Hendes resultater var i modstrid med de grundlæggende termodynamikkens love, hvorefter alle de elektroner, der kredser kerner mister deres energi og, da det kan være, før eller senere nødt til at falde på ham. Atom i dette tilfælde ødelagt. Det er faktisk ikke tilfældet, da de kemikalier og partikler, hvorfra de er lavet, findes i naturen i lang tid. Uforklarlig atom, såsom bestemmelse baseret på teorien om Rutherford, samt fænomen, der opstår, når de passerer varme enkle substanser gennem et diffraktionsgitter. Efter atomspektre dannet samtidig have en lineær form. Denne modstrid med Rutherford atommodel, hvorefter spektret skulle være kontinuerlig. I overensstemmelse med principperne kvantemekanikkens elektroner til stede i kernen ikke karakteriseret som punkt objekter samt have form af elektronskyen.

Meste af sin densitet i en vis locus i rummet omkring kernen, og anses for at være placeringen af en partikel på et givet tidspunkt. Det blev også fundet, at atomet, er elektroner lagvis. Antallet af lag kan bestemmes ved at kende nummeret på den periode, hvor elementet i det periodiske D. I. Mendeleeva System. For eksempel phosphoratomet indeholder 15 elektroner og har tre energiniveauer. Indikatoren, der bestemmer antallet af energiniveauer kaldes den principale kvantetallet.

Det blev fastslået eksperimentelt, at energiniveauet af elektroner, som ligger tættest på kernen, har den laveste energi. Hver energi skal er opdelt i sub-niveauer, og de til gengæld, på orbitaler. Elektroner placeret på forskellige orbitaler har samme form skyer (s, p, d, f).

Baseret på det foregående fremgår det, at formen af elektronskyen ikke kan være vilkårlig. Det er strengt bestemt ifølge den orbitale kvantetallet. Vi også tilføje, at tilstanden af elektron til det partikelformige også bestemmes af to værdier - magnetisk og spin kvantetal. Den første er baseret på Schrödingerligningen og karakteriserer den rumlige orientering af elektron sky på grundlag af de tre dimensioner af vores verden. Den anden indikator - antallet af spin på det bestemme elektronens rotation omkring sin akse eller mod uret.

Opdagelsen af neutron

Gennem arbejdet med D. Chadwick, holdt dem i 1932, blev det givet en ny definition af atomet i kemi og fysik. I deres videnskabelige eksperimenter beviste han, at i spaltningen finder polonium stråling forårsaget af partiklerne har gratis, massen 1,008665. En ny elementarpartikel blev navngivet neutron. Hendes opdagelse og undersøgelse af dets egenskaber tillod de sovjetiske forskere V. Gapon og Ivanenko oprette en ny teori om strukturen i atomkernen, som indeholder protoner og neutroner.

Ifølge den nye teori, bestemmelse stoffet havde følgende danner en strukturenhed med grundstof, der består af en kerne indeholdende protoner, neutroner og elektroner bevæger sig rundt den. Antallet af positive partikler i kernen er altid lig med ordenstal af grundstof i det periodiske system.

Senere Professor Zhdanov i hans eksperimenter bekræftede, at under indflydelse af hårde kosmisk stråling, der atomkerner opdelt i protoner og neutroner. Derudover er det blevet bevist, at de kræfter, der holder disse elementære partikler i kernen, er det meget energikrævende. De handler om meget korte afstande (i størrelsesordenen 10 ^-23 cm), kaldet nukleare. Som nævnt tidligere, ved MV Lomonosov var i stand til at give en definition af atomet og molekylet på grundlag af videnskabelige kendsgerninger kendte til ham.

Dag anerkendt overveje følgende model: atom består af en kerne og elektroner bevæger sig rundt det i et strengt definerede veje - orbitaler. Elektroner samtidig udviser egenskaberne af både partikler og bølger, dvs. har en dobbelt natur. Kernen af et atom er koncentreret næsten hele sin masse. Den består af protoner og neutroner, der er forbundet med nukleare kræfter.

Uanset om det er muligt at veje atom

Det viser sig, at hvert atom har masse. For eksempel er det af Hydrogen 1,67h10 ^-24 var endda vanskeligt at forestille sig, hvor lille denne værdi. For at finde vægten af objektet, skal du ikke bruge de vægt og oscillator, som er et kulstof nanorør. At beregne vægten af atomet og molekylet mere bekvem mængde er den relative vægt. Det viser, hvor mange gange vægten af et molekyle eller et atom mere end 1/12 af carbonatomet, som er 1,66h10 ^-27 kg. Relative atommasserne er givet i det periodiske system af grundstoffer, og de har ingen dimension.

Forskere er godt klar over, at atomvægt et grundstof - er den gennemsnitlige masse antal isotoper. Det vises, i form af en enhed af et grundstof kan have forskellige masser. Dermed afgifter af kernerne i en sådan strukturel partikel samme.

Forskere har fundet, at isotoperne afviger i antallet af neutroner i kernen og kerner oplade dem ens. For eksempel et chloratom, har en masse 35 indeholdt 18 neutroner og 17 protoner og med en masse på 37 - 20 protoner og 17 neutroner. Mange kemiske elementer er isotopblandinger. For eksempel enkle stoffer, såsom kalium, argon, oxygen indeholdt i dens sammensætning atomer repræsenterer 3 forskellige isotop.

Bestemmelse af Atomicity

Det har flere fortolkninger. Overvej, hvad der menes med dette udtryk i kemi. Hvis atomerne i et grundstof i det mindste momentant kan eksistere i isolation, ikke er tilbøjelig til at danne mere komplekse partikler - molekyler, så siger vi, at disse stoffer har en atomare struktur. For eksempel flertrins chloreringsreaktionen af methan. Det er almindeligt anvendt i organisk syntesekemi for de store halogenderivater: dichlormethan, tetrachlormethan. Det er opdelt klor molekyler til atomer, der har høj reaktivitet. De ødelægger sigma bindinger i methan-molekyle, som danner en kæde substitutionsreaktion.

Et andet eksempel på en kemisk proces, der har stor betydning i industrien - anvendelse af hydrogenperoxid som et desinfektionsmiddel og blegemiddel. Bestemmelse af atomart oxygen som et spaltningsprodukt af hydrogenperoxid sker i både de levende celler (af enzymet katalase), og i laboratoriet. Atomart oxygen kvalitativt bestemt ved sin høje antioxidant egenskaber og deres evne til at ødelægge patogene midler: Bakterier, svampe og deres sporer.

Hvordan det nukleare kuvert

Vi har tidligere fundet, at den strukturelle enhed af et grundstof har en kompleks struktur. Omkring de positivt ladede nucleus partikler kredser negative elektroner. Nobelprisen Niels Bohr, baseret på quantum teori om lys, skabte en undervisning, hvor karakterisering og identifikation af atomer er som følger: elektroner bevæger sig omkring kernen kun på visse faste stier i dette tilfælde ikke udstråler energi. Bohr, har forskere vist, at partiklerne i mikroverden, som omfatter atomer og molekyler ikke overholder lovene gælder for store organer - objekter makrokosmos.

Strukturen af Elektronskal af partikler er blevet undersøgt i papirer om quantum fysik forskere såsom hunde, Pauli Klechkovskii. Da det blev kendt, at elektronerne gør rotationsbevægelse omkring kernen er ikke kaotisk, men på visse faste stier. Pauli fandt, at inden for en enkelt energiniveau ved hver af sine orbitaler s, s, d, f i elektroniske celler kan være mere end to negativt ladede partikler med modsat spin-værdi + ½ og - ½.

Hund styre forklarede, hvordan at fylde elektron orbitaler med samme energiniveau.

Aufbau princippet også kaldet reglen n + l, forklare, hvordan fyldte orbitaler multielectron atomer (elementer 5, 6, 7 cykler). Alle de ovennævnte lovmæssigheder tjente som det teoretiske grundlag for kemiske elementer skabt af Dmitriem Mendeleevym.

oxidationsgrad

Det er et grundlæggende koncept i kemi og beskriver tilstanden af et atom i et molekyle. Den moderne definition af graden af oxidation af atomerne er som følger: ladningen konditioneres atomer i molekylet, som beregnes baseret på de begreber, et molekyle har kun den ioniske sammensætning.

Oxidationen kan udtrykkes ved et heltal eller et brøktal, en positiv, negativ eller nul-værdier. I de fleste atomer af grundstoffer har flere oxidationstrin. For eksempel nitrogen er -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Men et sådant element, såsom fluor, i alle dets forbindelser har kun ét oxidationstrin lig med -1. Hvis den forelægges en simpel stof, dets oxidationstrin på nul. This kemiske mængder bekvem at bruge for klassificering af stoffer og beskrive deres egenskaber. I de fleste tilfælde, oxidation graden af kemien anvendt ved opsætning ligninger redoxreaktioner.

Atomers egenskaber

Takket være de opdagelser af kvantefysik, den moderne definition af atomet, som er baseret på den teori Ivanenko og Gapon E, suppleres med følgende videnskabelige kendsgerninger. Strukturen af en atomkerne ændres ikke under de kemiske reaktioner. Ændringen påvirker kun de stationære elektron orbitaler. Deres struktur kan tilskrives en masse fysiske og kemiske egenskaber af stoffer. Hvis elektronen efterlader en stationær bane og fortsætter til orbital med et højere energiniveau sådan atom kaldes ophidset.

Det skal bemærkes, at elektronerne ikke kan være en lang tid på disse ikke-kerne orbitaler. Vender tilbage til sin stationære bane, elektronen udsender kvantum af energi. Studiet af sådanne karakteristika af de strukturelle enheder af kemiske elementer som elektron affinitet, elektronegativitet, ioniseringsenergi, har tilladt forskerne ikke blot at definere atomet som en væsentlig partikel mikrokosmos, men også tilladt dem at forklare evne atomer danner en stabil og energisk gunstigere molekylær tilstand af stof, en mulig konsekvens af skabe nogen form for stabile kemiske bindinger: ionisk, kovalent-polære og apolære, donor-acceptor (som covalent bonding art) og m etallicheskoy. Sidstnævnte bestemmer de mest vigtige fysiske og kemiske egenskaber af metaller.

Det blev fastslået eksperimentelt, at størrelsen af et atom kan variere. Alt vil afhænge af molekylet, hvor det er inkluderet. Gennem røntgendiffraktion analyse kan beregne afstanden mellem atomer i en kemisk forbindelse, samt lære radius strukturelt element enhed. Eje forandringsmønstre radier af atomerne, der er indeholdt i den eller gruppen af grundstoffer, er det muligt at forudsige deres fysiske og kemiske egenskaber. For eksempel i perioder med stigende atomkerne oplade deres radier fald ( "kompression atom"), og derfor svække de metalliske egenskaber af forbindelserne, og ikke-metallisk amplificeret.

Således kan viden om strukturen af atomet nøjagtigt at bestemme de fysiske og kemiske egenskaber for alle elementer i det periodiske system af elementer.