Дефиниција на атом и молекула. Дефиниција на атомот до 1932 година

Од периодот на антиката до средината на 18 век, науката доминираше од идејата дека атомот е честичка на материјата што не може да се подели. Англискиот научник, како и натуралистот Д. Далтон ја дадоа дефиницијата за атомот како најмал дел од хемискиот елемент. М.В. Ломоносов во својата атомно-молекуларна теорија успеа да го дефинира атомот и молекулата. Беше сигурен дека молекулите што тој ги нарекува "корпускули" се состојат од "елементи" - атоми - и се во постојано движење.

Д.И. Менделеев верувал дека оваа субединица на супстанции што го сочинуваат материјалниот свет ги задржува сите својства само ако не е предмет на одвојување. Во оваа статија ние ќе го дефинираме атомот како предмет на microworld и ќе ги проучуваме неговите својства.

Позадина на теоријата на структурата на атомот

Во 19 век, генерално прифатена е изјавата за неделивоста на атомот. Повеќето научници веруваат дека честичките на еден хемиски елемент не можат под никакви околности да се претворат во атоми на друг елемент. Овие репрезентации служеле како основа на која дефиницијата на атомот била базирана до 1932 година. На крајот на 19 век, во науката беа направени основни откритија кои ја сменија оваа гледна точка. Прво, во 1897 година англискиот физичар Д.Ј. Томсон открил електрони. Овој факт радикално ги промени идеите на научниците за неделивоста на составниот дел од еден хемиски елемент.

Како да докажеме дека еден атом е комплициран

Дури и пред откривањето на електронот, научниците едногласно се согласија дека атомите немаат обвиненија. Тогаш беше утврдено дека електроните лесно се извлекуваат од било кој хемиски елемент. Тие може да се најдат во пламен, тие се носители на електрична струја, тие се ослободуваат од супстанции за време на рентген зрачење.

Но, ако електроните се вклучени во сите атоми без исклучок и се негативно наелектризирани, тогаш се уште има некои честички во атомот што нужно имаат позитивен полнеж, инаку атомите нема да бидат електрично неутрални. Помош за разоткривање на структурата на атомот беше помогната од таков физички феномен како радиоактивност. Таа даде точна дефиниција на атом во физиката, а потоа и во хемијата.

Невидливи зраци

Францускиот физичар А. Беккерел прв го опиша феноменот на емисијата од атомите на одредени хемиски елементи, визуелно невидливи зраци. Тие го јонизираат воздухот, минуваат низ супстанции, предизвикуваат оцрнување на фотографските плочи. Подоцна, Кири и Е. Ратерфорд откриле дека радиоактивните супстанции се претвораат во атоми на други хемиски елементи (на пример, ураниум до нептуниум).

Радиоактивното зрачење е хетерогено во составот: алфа честички, бета честички, гама зраци. Така, феноменот на радиоактивноста потврди дека честичките на елементите на периодниот систем имаат комплексна структура. Овој факт беше причина за промените воведени во дефиницијата на атомот. Од кои честички се состои атомот, земајќи ги предвид новите научни факти на Радерфорд? Одговорот на ова прашање беше нуклеарниот модел на атомот предложен од научникот, според кој електроните околу позитивното наелектризирано јадро се ротираат.

Контрадикции на моделот Рутерфорд

Теоријата на научникот, и покрај нејзиниот извонреден карактер, не може објективно да го дефинира атомот. Нејзините заклучоци се спротивставија на основните закони на термодинамиката, според кои сите електрони кои се врти околу јадрото ја губат својата енергија и, сепак, може да биде, порано или подоцна, тие мора да паднат на него. Атомот е уништен во овој случај. Ова всушност не се случува, бидејќи хемиските елементи и честички од кои тие се составени, постојат во природата за многу долго време. Оваа дефиниција на атом, врз основа на теоријата на Радерфорд, е необјаснива, како и феноменот што се јавува кога блескавите едноставни супстанции минуваат низ дифракциона хелиум. Впрочем, добиените атомски спектри имаат линеарна форма. Ова беше во конфликт со моделот на Ратерфорд на атомот, според кој спектрите би требало да бидат континуирани. Според концептите на квантната механика, во моментов електроните се карактеризираат во јадрото не како точки објекти, туку како форма на електронски облак.

Неговата најголема густина во одреден локус на просторот околу јадрото се смета за локација на честичката во даден момент на време. Исто така, беше откриено дека во атомот електроните се слоевити. Бројот на слоеви може да се определи со знаење на бројот на периодот во кој елементот се наоѓа во периодниот систем на Д.И. Менделеев. На пример, атомот на фосфор содржи 15 електрони и има 3 нивоа на енергија. Индикаторот кој го одредува бројот на нивоата на енергија се нарекува главен квантен број.

Експериментално е утврдено дека електроните на нивото на енергија најблизу до јадрото имаат најниска енергија. Секој енергетски плик се дели на подирели, а тие, пак, во орбитали. Електроните лоцирани на различни орбитали имаат иста форма на облак (s, p, d, f).

Поаѓајќи од горенаведеното, следува дека обликот на електронскиот облак не може да биде произволен. Тоа е строго дефинирано според орбиталниот квантен број. Ние, исто така, додаваме дека состојбата на електронот во макрочастица е одредена со уште две вредности - магнетни и спин квантни броеви. Првиот е базиран на равенката Шредингер и ја карактеризира просторната ориентација на електронскиот облак врз основа на тридимензионалноста на нашиот свет. Вториот параметар е број на спин, го одредува ротацијата на електронот околу неговата оска заедно или спротивно од стрелките на часовникот.

Откривање на неутрон

Благодарение на работата на Д. Чадвик, спроведена од него во 1932 година, беше дадена нова дефиниција на атомот во хемијата и физиката. Во своите експерименти, научниците докажале дека поделбата на полониум генерира зрачење предизвикано од честички кои немаат набој, со маса од 1.008665. Новата елементарна честичка беше наречена неутрон. Неговото откритие и проучување на нејзините својства им овозможи на советските научници В. Гапон и Д. Иваненко да создадат нова теорија за структурата на атомското јадро содржат протони и неутрони.

Според новата теорија, дефиницијата на атомот на материјата ја има следнава форма: таа е структурна единица на хемискиот елемент, кој се состои од јадро кое содржи протони и неутрони и електрони кои се движат околу неа. Бројот на позитивни честички во јадрото е секогаш еднаков на редниот број на хемискиот елемент во периодниот систем.

Подоцна, професорот А. Жданов во своите експерименти потврди дека под влијание на хард космичкото зрачење, атомските јадра се делат на протони и неутрони. Покрај тоа, беше докажано дека силите кои ги држат овие елементарни честички во јадрото се екстремно енергетски интензивни. Тие работат на многу кратки растојанија (со редослед од 10 ^-23 см) и се нарекуваат нуклеарни. Како што беше кажано претходно, М. В. Ломоносов беше во можност да го дефинира атомот и молекулата врз основа на научни факти што му се познати.

Во моментов, следниот модел е нашироко признаен: атомот се состои од јадро и електрони кои се движат околу неа по строго дефинирани траектории - орбитали. Електроните истовремено манифестираат својства и честички, а брановите, односно двојната природа. Речиси целата нејзина маса е концентрирана во јадрото на атомот. Се состои од протони и неутрони врзани со нуклеарни сили.

Дали е можно да се измери атом

Излегува дека секој атом има маса. На пример, има содржина на водород од 1.67x10 ^-24 g. Тешко е да се замисли колку е мала оваа вредност. За да ја пронајдеме тежината на таков објект, не се користи рамнотежа, туку осцилатор кој е јаглеродна нано-цевка. За да се пресмета тежината на атом и молекула, попогодно е релативната маса. Тоа покажува колку пати тежината на молекулата или атомот е поголема од 1/12 од јаглеродниот атом, што е 1.66 × 10 ^-27 кг. Релативните атомски маси се индицирани во периодичниот систем на хемиски елементи и немаат димензија.

Научниците добро знаат дека атомската маса на хемискиот елемент е просечната вредност на масата на сите негови изотопи. Излегува дека во природата единиците на еден хемиски елемент можат да имаат различни маси. Обемот на јадрата на таквите структурни честички се исти.

Научниците утврдиле дека изотопите се разликуваат во бројот на неутроните во јадрото, а обвивката на јадрата во нив е иста. На пример, хлорен атом со маса од 35 содржи 18 неутрони и 17 протони, а со маса од 37-20 неутрони и 17 протони. Многу хемиски елементи се мешавини на изотопи. На пример, едноставните супстанции како што се калиум, аргон и кислород содржат атоми кои претставуваат 3 различни изотопи.

Дефиниција на атомичност

Има неколку толкувања. Размислете што се подразбира под овој термин во хемијата. Ако атомите на хемискиот елемент се способни барем за кратко време да постојат поединечно, без да бараат да формираат посложена честичка - молекула, тогаш велат дека таквите супстанции имаат атомска структура. На пример, повеќестепени реакции на хлорирање на метан. Широко се користи во хемијата на органска синтеза за да се произведат најважните деривати што содржат халоген: дихлорометан, јаглерод тетрахлорид. Во него, молекулите на хлор се делат на атоми кои имаат висока реактивност. Тие ги уништуваат сигманските врски во молекулата на метан, обезбедувајќи верижна реакција на супституција.

Друг пример за хемиски процес од големо значење во индустријата е употребата на хидроген пероксид како средство за дезинфекција и белење агент. Одредувањето на атомски кислород како производ на расцеп на водород пероксид се јавува и во живи клетки (под дејство на каталаза ензимот) и во лабораториски услови. Атомскиот кислород е квалитативно определен од неговите високи антиоксидантни својства, како и со способноста да се уништат патогени агенси: бактерии, габи и нивните спори.

Како е атомска школка

Ние веќе објаснивме дека структурната единица на хемискиот елемент има комплексна структура. Околу позитивно наелектризираното јадро, негативните честички се ротирачки електрони. Нобеловата награда Нилс Бор, врз основа на квантната теорија на светлината, ја создаде сопствената доктрина, во која карактеризацијата и дефиницијата на атомот ја имаат следната форма: електроните се движат околу јадрото само по одредени стационарни траектории, без емитување енергија. Учењето на Бор докажа дека честичките на microworld, на кои припаѓаат атомите и молекулите, не ги почитуваат законите што важат за големи тела - објекти на макрокосмос.

Структурата на електронските школки на честички беше проучена во трудови за квантната физика на научници како Хунд, Паули, Клечковски. Значи стана познато дека електроните вршат ротациони движења околу јадрото не хаотично, туку на одредени стационарни траектории. Паули утврдил дека во рамките на едно енергетско ниво на секоја од неговите орбитали s, p, d, f во електронските ќелии не може да има повеќе од две негативно наелектризирани честички со спротивниот спин + 1 и -1.

Правилото Хунд објасни како орбиталите со исто ниво на енергија се полнат правилно со електрони.

Правилото Клечковски, исто така наречено правило n + 1, објаснува како се пополнуваат орбиталите на многу-електронски атоми (елементи од 5, 6, 7 периоди). Сите горенаведени закони служеа како теоретска основа за системот на хемиски елементи создадени од Дмитриј Менделеев.

Степен на оксидација

Тоа е основен концепт во хемијата и ја карактеризира состојбата на атом во молекула. Современата дефиниција за степенот на оксидација на атомите е како што следува: тоа е условно полнење на атом во молекула, која се пресметува од идејата дека молекулата има само јонски состав.

Степенот на оксидација може да се изрази како целина или фракционо број, со позитивна, негативна или нулта вредност. Најчесто атомите на хемиски елементи имаат неколку степени на оксидација. На пример, во азот ова е -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Но, таков хемиски елемент како флуор во сите негови соединенија има само еден степен на оксидација, еднаков на -1. Ако е претставена со едноставна супстанција, тогаш нејзиниот степен на оксидација е нула. Оваа хемиска вредност е погодна за употреба за класификација на супстанции и за опишување на нивните својства. Најчесто, степенот на оксидација на атом се користи во хемијата при компонирањето на равенките на реакции за намалување на оксидацијата.

Својства на атоми

Благодарение на откритијата на квантната физика, современата дефиниција на атомот, врз основа на теоријата на Д. Иваненко и Е. Гапон, се надополнети со следните научни факти. Структурата на атомското јадро не се менува за време на хемиските реакции. Само стационарни електронски орбитали се предмет на промена. Нивната структура може да објасни многу физички и хемиски својства на супстанциите. Ако еден електрон остави стационарна орбита и оди во орбитала со повисок енергетски индекс, таков атом се нарекува возбуден.

Треба да се напомене дека електроните не можат да останат на такви орбитали кои се необични за нив долго време. Враќајќи се во својата стационарна орбита, електронот емитува енергетски квант. Истражувањето на таквите карактеристики на структурните единици на хемиски елементи како електронски афинитет, електронегативност, јонизирачка енергија им овозможи на научниците не само да го дефинираат атомот како најважна честичка на microworld, туку и да им ја објаснат способноста на атомите да формираат стабилна и енергетски поповолна молекуларна состојба на материјата, Создавање на различни видови на стабилна хемиска врска: јонски, ковалентно-поларен и неполарен, донор-акцептор (како еден вид ковалентна врска) и m Металик. Вториот ги одредува најважните физички и хемиски својства на сите метали.

Експериментално е утврдено дека големината на атом може да варира. Сè ќе зависи од молекулата што ја влегува. Благодарение на анализата на Х-зраци, можно е да се пресмета растојанието меѓу атомите во хемиското соединение, како и да се одреди радиусот на структурната единица на елементот. Со поседување на законите на варијација во радиусите на атомите кои влегуваат во периодот или во група на хемиски елементи, може да се предвидат нивните физички и хемиски својства. На пример, во периоди со зголемување на полнежот на јадрото на атомите, нивните радиуси се намалуваат ("компресија на атоми"), па металните својства на соединенијата се ослабуваат, а неметалните својства се зајакнуваат.

Така, познавањето на структурата на атомот овозможува точно да ги одреди физичките и хемиските својства на сите елементи кои го сочинуваат периодниот систем на Менделеев.