Penentuan atom dan molekul. Definisi atom sehingga 1932

Bermula daripada tempoh yang lama untuk pertengahan abad ke-18, sains telah dikuasai oleh tanggapan bahawa atom - zarah perkara yang tidak boleh dibahagikan. English saintis dan naturalis, dan D. Dalton memberikan definisi atom sebagai sebahagian kecil daripada unsur kimia. MV Lomonosov dalam doktrin atom dan molekul dapat memberikan definisi atom dan molekul. Beliau yakin bahawa molekul, yang dia dipanggil "butir", terdiri daripada "elemen" - atom - dan berada di dalam keadaan pergerakan yang berterusan.

D. I. Mendeleev percaya bahawa subunit ini bahan-bahan yang membentuk dunia material, mengekalkan semua sifat-sifatnya hanya jika ia tidak tertakluk kepada pembahagian. Dalam artikel ini, kita menentukan objek sebagai kecilnya atom, dan mengkaji sifat-sifatnya.

Latar belakang teori struktur atom

Pada abad ke-19, ia diiktiraf secara meluas sebagai satu kenyataan di dibagi atom. Kebanyakan ahli sains percaya bahawa zarah satu unsur kimia di bawah sebarang keadaan yang tidak boleh berubah menjadi atom unsur-unsur lain. Idea-idea ini adalah asas di mana adalah berdasarkan takrif atom sehingga 1932. Pada abad ke-19 dalam sains telah membuat penemuan asas yang mengubah pandangan ini. Pertama sekali, pada tahun 1897 ahli fizik British J. J. Thomson telah menjumpai elektron. Fakta ini asasnya mengubah idea-idea saintis mengenai bahagian dibahagikan unsur kimia.

Bagaimana untuk membuktikan bahawa struktur atom kompleks

Malah sebelum penemuan elektron , saintis sebulat suara bersetuju bahawa atom mempunyai tanpa dikenakan bayaran. Kemudian, ia telah mendapati bahawa elektron mudah dibezakan daripada sebarang unsur kimia dikehendaki. Mereka boleh didapati dalam api, mereka adalah pembawa arus elektrik, mereka melepaskan bahan-bahan semasa sinaran x-ray.

Tetapi jika elektron adalah sebahagian daripada semua tanpa pengecualian, dan bercas negatif atom, dengan itu, dalam atom terdapat beberapa zarah yang pasti untuk mempunyai cas positif, jika tidak, atom tidak akan elektrik neutral. Untuk membantu membongkar struktur atom telah membantu satu fenomena fizikal sebagai radioaktif. Ia memberikan definisi yang betul atom dalam fizik, dan kemudian kimia.

Sinar yang tidak dapat dilihat

fizik Perancis A. Becquerel adalah orang pertama yang menerangkan fenomena pelepasan atom beberapa unsur-unsur kimia, visual sinar yang tidak dapat dilihat. Mereka mengion pas udara melalui bahan, menyebabkan menghitamkan plat fotografi. Kemudian, curie dan Rutherford mendapati bahawa bahan radioaktif berubah menjadi atom unsur-unsur lain kimia (seperti uranium - neptunium).

sinaran radioaktif tak seragam dalam komposisi: zarah alfa, zarah beta, sinar gamma. Oleh itu, fenomena radioaktif membuktikan bahawa jadual berkala unsur-unsur zarah mempunyai struktur kompleks. fakta ini menyebabkan perubahan yang dibuat kepada takrif atom. Apa zarah adalah atom, yang diberikan oleh Rutherford diperoleh fakta-fakta saintifik yang baru? Jawapan kepada soalan ini adalah model ulama nuklear yang dicadangkan atom, mengikut mana sekitar elektron nukleus cas positif bergerak.

model percanggahan Rutherford

Teori ahli sains, walaupun watak cemerlang, tidak boleh secara objektif menentukan atom. Penemuannya bertentangan dengan undang-undang asas termodinamik, mengikut mana semua elektron mengorbit nukleus kehilangan tenaga mereka dan, kerana ia berkenaan, lambat laun akan jatuh kepadanya. Atom dalam kes ini dimusnahkan. Ini sebenarnya tidak kes itu, kerana bahan kimia dan zarah dari mana ia dibuat, wujud dalam alam semula jadi untuk masa yang lama. Inexplicably atom penentuan tersebut berdasarkan teori Rutherford, serta fenomena yang berlaku apabila lulus bahan mudah panas melalui pembelauan parutan. Selepas spektrum atom terbentuk pada masa yang sama mempunyai bentuk linear. Ini bercanggah dengan model Rutherford atom, mengikut mana spektrum itu perlu dilakukan secara berterusan. Menurut konsep mekanik kuantum, elektron di dalam nukleus tidak mempunyai ciri-ciri sebagai objek titik serta mempunyai bentuk awan elektron.

Sebahagian besar daripada ketumpatan dalam lokus tertentu ruang mengelilingi nukleus, dan dianggap menjadi lokasi zarah pada masa yang diberikan. Juga, ia telah mendapati bahawa atom, elektron disusun dalam lapisan. Bilangan lapisan boleh ditentukan dengan mengetahui jumlah tempoh di mana elemen dalam D. I. Sistem Mendeleeva Berkala. Sebagai contoh, atom fosforus yang mengandungi 15 elektron dan mempunyai tiga tahap tenaga. Penunjuk, yang menentukan jumlah tahap tenaga dipanggil nombor kuantum utama.

Ia telah ditubuhkan secara eksperimen bahawa tahap tenaga elektron, terletak paling dekat dengan teras, mempunyai tenaga yang paling rendah. Setiap shell tenaga dibahagikan kepada sub-peringkat, dan mereka pula, pada orbital. Elektron yang terletak di orbital yang berbeza mempunyai awan bentuk yang sama (s, p, d, f).

Berdasarkan perkara di atas, ia mengikuti bahawa bentuk awan elektron tidak boleh sewenang-wenangnya. Ia adalah dilarang sama telah dipilih mengikut orbit nombor kuantum. Kami juga menambah bahawa keadaan elektron untuk zarahan juga ditentukan oleh dua nilai - magnet dan putaran nombor kuantum. Yang pertama adalah berdasarkan persamaan Schrodinger dan menyifatkan orientasi spatial awan elektron berdasarkan tiga kematraan kami. Penunjuk kedua - bilangan spin di atasnya menentukan putaran elektron mengelilingi paksi atau yang melawan arah jam.

Penemuan neutron

Melalui kerja-kerja D. Chadwick, diadakan mereka pada tahun 1932, ia telah diberikan takrif baru atom dalam bidang kimia dan fizik. Dalam eksperimen saintifik mereka dia membuktikan bahawa dalam belahan berlaku radiasi polonium yang disebabkan oleh zarah tidak mempunyai caj, jisim 1,008665. A zarah asas baru dinamakan neutron. penemuan dan kajian sifat-sifat beliau membenarkan saintis Soviet V. Gapon dan Ivanenko mencipta teori baru struktur nukleus atom, yang mengandungi proton dan neutron.

Menurut teori baru, menentukan bahan yang mempunyai atom berikut membentuk unit struktur unsur kimia, yang terdiri daripada teras yang mengandungi proton, neutron dan elektron bergerak di sekitarnya. Bilangan zarah positif dalam nukleus sentiasa sama dengan bilangan ordinal unsur kimia dalam sistem berkala.

Kemudian Professor Zhdanov di dalam eksperimen tersebut mengesahkan bahawa di bawah pengaruh radiasi kosmik keras, nukleus atom berpecah kepada proton dan neutron. Di samping itu, ia telah dibuktikan bahawa kuasa-kuasa memegang ini zarah asas dalam nukleus, ia adalah amat intensif tenaga. Mereka bertindak pada jarak yang sangat pendek (perintah 10 ^-23 cm), yang dipanggil nuklear. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, oleh MV Lomonosov dapat memberi definisi atom dan molekul berdasarkan fakta-fakta saintifik diketahui olehnya.

Kini diiktiraf mempertimbangkan model berikut: atom terdiri daripada nukleus dan elektron bergerak dalam satu laluan yang ditakrifkan dengan tegas - orbital. Elektron pada masa yang sama mempamerkan sifat-sifat kedua-dua zarah dan gelombang, iaitu, mempunyai sifat dua. Nukleus atom tertumpu hampir semua besar-besaran. Ia terdiri daripada proton dan neutron yang berkaitan dengan kuasa-kuasa nuklear.

Sama ada ia adalah mungkin untuk berat atom

Ia ternyata bahawa setiap atom mempunyai jisim. Sebagai contoh, ia adalah Hidrogen 1,67h10 ^-24 malah sukar untuk membayangkan bagaimana kecil nilai ini. Untuk mencari berat objek, tidak menggunakan penimbang dan pengayun, yang merupakan tiub nano karbon. Untuk mengira berat atom dan molekul yang lebih mudah adalah kuantiti berat relatif. Ia menunjukkan berapa kali berat molekul atau atom lebih daripada 1/12 daripada atom karbon, yang 1,66h10 ^-27 kg. jisim atom relatif diberi dalam jadual berkala unsur-unsur kimia, dan mereka tidak mempunyai dimensi.

Para saintis juga sedar bahawa berat atom unsur kimia - adalah nombor jisim purata isotop. Nampaknya, dalam bentuk satu unit unsur kimia mungkin mempunyai jisim yang berbeza. Oleh itu, tuduhan nukleus zarah struktur seperti sama.

Saintis telah mendapati bahawa isotop berbeza dalam bilangan neutron dalam nukleus dan nukleus mendakwa mereka serupa. Sebagai contoh, atom klorin, yang mempunyai jisim 35 yang terkandung 18 neutron dan 17 proton, dan dengan jisim 37-20 proton dan 17 neutron. Banyak unsur-unsur kimia adalah campuran isotop. Sebagai contoh, bahan-bahan yang mudah seperti kalium, argon, oksigen yang terkandung dalam atom komposisinya mewakili 3 isotop yang berbeza.

Penentuan atomicity

Ia mempunyai beberapa tafsiran. Pertimbangkan apa yang dimaksudkan dengan istilah ini dalam kimia. Jika atom unsur kimia sekurang-kurangnya buat sementara waktu boleh wujud secara berasingan, tidak cenderung untuk membentuk zarah yang lebih kompleks - molekul, maka kita katakan bahawa bahan-bahan tersebut mempunyai struktur atom. Sebagai contoh, pelbagai peringkat pengklorinan reaksi metana. Ia digunakan secara meluas dalam kimia sintetik organik untuk derivatif halogen utama: diklorometana, karbon tetraklorida. Ia berpecah molekul klorin untuk atom mempunyai kereaktifan yang tinggi. Mereka memusnahkan ikatan sigma dalam molekul metana, memberikan tindak balas rantai penggantian.

Satu lagi contoh proses kimia yang mempunyai kepentingan yang besar dalam industri - penggunaan hidrogen peroksida sebagai pembasmi kuman dan pelunturan ejen. Penentuan oksigen atom sebagai produk belahan hidrogen peroksida berlaku dalam kedua-dua sel-sel hidup (oleh enzim catalase), dan di dalam makmal. oksigen atom kualitatif ditentukan oleh ciri-ciri antioksidan yang tinggi dan keupayaan mereka untuk memusnahkan agen patogenik: Bakteria, kulat dan spora mereka.

Bagaimana sampul surat nuklear

Kami sebelum ini telah mendapati bahawa unit struktur unsur kimia mempunyai struktur kompleks. Sekitar zarah nukleus cas positif berputar elektron negatif. Hadiah Nobel Niels Bohr, berdasarkan teori kuantum cahaya, dicipta pengajaran, di mana pencirian dan pengenalan atom adalah seperti berikut: elektron bergerak mengelilingi nukleus hanya pada laluan tetap tertentu dalam kes ini tidak memancarkan tenaga. Bohr, ahli-ahli sains telah menunjukkan bahawa zarah Microworld, yang termasuk atom dan molekul tidak mematuhi undang-undang yang sah untuk badan-badan besar - objek makrokosmos.

Struktur petala elektron zarah telah dikaji dalam kertas kerja mengenai saintis fizik kuantum seperti Hund, Pauli Klechkovskii. Sejak ia dikenali bahawa elektron membuat gerakan putaran mengelilingi nukleus tidak huru-hara, tetapi pada laluan tetap tertentu. Pauli mendapati bahawa dalam tahap tenaga yang tunggal di setiap orbital s itu, p, d, f dalam sel-sel elektronik mungkin tidak lebih daripada dua zarah bercas negatif yang bertentangan nilai spin + ½ dan - ½.

peraturan Hund menjelaskan cara mengisi orbital elektron dengan tahap tenaga yang sama.

Aufbau dasarnya, juga dikenali sebagai peraturan n + l, terangkan bagaimana orbital dipenuhi multielectron atom (unsur-unsur 5, 6, 7 pusingan). Semua kebiasaan di atas berkhidmat sebagai asas teori unsur-unsur kimia dicipta oleh Dmitriem Mendeleevym.

tahap pengoksidaan

Ia adalah satu konsep asas dalam bidang kimia dan menggambarkan keadaan atom dalam molekul. Takrif moden tahap pengoksidaan atom adalah seperti berikut: pertuduhan itu dingin atom dalam molekul, yang dikira berdasarkan kepada konsep bahawa molekul yang hanya mempunyai komposisi ion.

pengoksidaan boleh dinyatakan melalui suatu integer atau nombor pecahan, nilai-nilai positif, negatif atau sifar. Dalam kebanyakan atom unsur-unsur kimia mempunyai beberapa negeri pengoksidaan. Sebagai contoh, nitrogen adalah -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Tetapi apa-apa elemen, seperti fluorin, dalam semua sebatiannya hanya mempunyai satu keadaan pengoksidaan sama dengan -1. Jika ia dikemukakan bahan yang mudah, keadaan pengoksidaan sifar. Ini kuantiti kimia mudah untuk digunakan untuk pengelasan bahan dan untuk menggambarkan sifat-sifat mereka. Dalam kebanyakan kes, tahap pengoksidaan kimia yang digunakan dalam menubuhkan reaksi persamaan redoks.

Sifat-sifat atom

Terima kasih kepada penemuan fizik kuantum, definisi moden atom, yang berdasarkan teori Ivanenko dan Gapon E, ditambah dengan fakta-fakta saintifik berikut. Struktur nukleus atom tidak ditukar semasa tindak balas kimia. Perubahan ini memberi kesan hanya orbital elektron bergerak. struktur mereka boleh dikaitkan dengan banyak ciri-ciri fizikal dan kimia bahan. Jika elektron meninggalkan orbit bergerak dan bertindak untuk orbit dengan tenaga atom seperti yang lebih tinggi dipanggil teruja.

Perlu diingatkan bahawa elektron tidak boleh menjadi masa yang lama di dalam orbital bukan teras. Kembali ke orbit pegun itu, elektron mengeluarkan kuantum tenaga. Kajian ciri-ciri tersebut daripada unit struktur unsur-unsur kimia sebagai pertalian elektron, keelektronegatifan, tenaga pengionan, telah membolehkan saintis bukan sahaja untuk menentukan atom sebagai kecilnya zarah penting, tetapi juga membenarkan mereka untuk menjelaskan keupayaan atom untuk membentuk negeri molekul yang stabil dan penuh semangat yang lebih baik perkara, akibat kemungkinan mewujudkan apa-apa jenis ikatan kimia stabil: ionik, kovalen polar dan apolar, penderma-penerima (sebagai spesies kovalen ikatan) dan m etallicheskoy. Yang terakhir ini menentukan sifat-sifat fizikal dan kimia yang paling penting dalam logam.

Ia telah ditubuhkan secara eksperimen bahawa saiz atom yang berbeza-beza. Semua bergantung kepada molekul di mana ia dimasukkan. Melalui X-ray analisis pembelauan boleh mengira jarak antara atom dalam sebatian kimia, dan juga belajar radius unit elemen struktur. Memiliki corak perubahan jejari atom yang terkandung dalam tempoh atau kumpulan unsur-unsur kimia, ia adalah mungkin untuk meramalkan sifat-sifat fizikal dan kimia mereka. Sebagai contoh, dalam tempoh dengan peningkatan nukleus atom mengenakan penurunan jejari mereka ( "atom mampatan"), dan oleh itu melemahkan sifat logam sebatian, dan bukan logam dikuatkan.

Oleh itu, pengetahuan tentang struktur atom tepat boleh menentukan sifat-sifat fizikal dan kimia semua elemen termasuk dalam sistem berkala unsur-unsur.