Atom u hemiji je ... Model atoma. Struktura atoma

Misli o prirodi okoline počeo da posjeti čovječanstvo davno prije vrhunca moderne civilizacije. Prvo, ljudi su spekulisali o postojanju neke veće snage, što su vjerovali, predodređena cijeli bića. Ali uskoro, filozofi i svećenici su počeli razmišljati o tome šta, u stvari, samo tkivo postojanja. Teorije su postavljeni, ali u povijesnoj perspektivi postao dominantan atomske.

Ono što je atom iz hemije? Ovo je, kao i sve srodne teme ćemo govoriti u ovom članku. Nadamo se da u njemu ćete naći odgovore na sva vaša pitanja.

Osnivač atomske teorije

Gdje počinje prvi hemije lekciju? Struktura atoma - je glavna tema. Možda se sjećate da je riječ "atom" je prevedeno sa grčkog jezika kao "nedjeljiva". Sada, mnogi istoričari smatraju da je prvi predložio teoriju, koji je rekao da neki od sitnih čestica koje čine sve što postoji, Demokrit. On je živio u BC petom stoljeću.

Nažalost, u ovom izvanrednom mislilac praktično ništa ne zna. To nas nije postignut nikakav pisani izvor tih vremena. I zato što je od najvećih učenjaka svoga vremena, ideje, moramo naučiti samo iz djela Aristotela, Platona i drugih grčkih mislilaca.

Tako da naša tema - "Struktura atoma." U hemiji, nisu svi imali veliku gledanost, ali mnogi se sjećaju da su izgrađeni svi zaključci drevnog naučnika isključivo na zaključke. Demokrit nije bio izuzetak.

Kao što sam obrazložio Demokrit?

Njegov logika je vrlo jednostavna, ali u isto vrijeme sjajan. Zamislite da imate najoštriji nož u svijetu. Uzmete jabuku, na primjer, i onda počnu da se smanji: dvije polovice na četvrtine, ponovo podijeliti ih ... Ukratko, prije ili kasnije ćete dobiti skromnih kriške debljine koji nastavljaju da ih podijeliti će već biti nemoguće. Ovdje će biti nedjeljiva atom. U hemiji, ova tvrdnja se smatra istinski gotovo do kraja 19. stoljeća.

Od Demokrit do moderne ideje

Treba napomenuti da je od starogrčke koncepata mikrokosmos ostala samo jedna riječ "atom". Sada svaki učenik zna da je svijet oko nas se sastoji od mnogo više osnovnih i novčane kazne. Osim toga, iz perspektive moderne nauke, teorija Demokrit nije bilo ništa više od čisto hipotetički proračun, nije podržan od strane apsolutno nikakvih dokaza. Međutim, u tim danima nije bilo elektronskih mikroskopa, tako dokazati na drugi način na mislilac ne bi desilo.

Prva sumnja da Demokrit je zapravo tu na apoteke. Brzo su otkrili da su mnoge tvari razgrađuju u jednostavnije komponente tokom reakcije. Osim toga, donio teške kemijske zakonitosti tih procesa. Dakle, oni su primijetili da je potrebno osam masovnih dio kisika i jedan za vodu - vodonik (Avogadrov zakon).

U srednjem vijeku, bilo materijalista doktrina, uključujući i teoriju Demokrit, distribucije i razvoj nije mogao dobiti na sve. I to samo u XVIII stoljeću, naučnici su još jednom vratio na atomske teorije. Do trenutka kada je kemičar Lavoisier, naš veliki M. V. Lomonosov i talentirani engleski fizičar D. Dalton (koje ćemo razgovarati odvojeno), su uvjerljivo pokazali svojim kolegama realnost atoma. Treba naglasiti da je čak u prosvećenom 18. stoljeća atomska teorija dugo mnoge izvanredne umove tog vremena ozbiljno razmotriti.

Šta god to bilo, ali čak i ovi veliki naučnici još nisu izneo teorije o strukturi atoma, kao što je bio smatran jednim i nedjeljiva čestica, osnova svega.

Nažalost, hemijski eksperimenti ne može jasno dokazati stvarnost konverzije nekih atoma u druge tvari. Ipak, temeljne nauke u proučavanju strukture atoma upravo hemije. Atoma i molekula su proučavali dugo, briljantni ruski naučnici, bez kojih je nemoguće zamisliti modernu znanost.

Doktrina D. I. Mendeleeva

Ogromnu ulogu u razvoju atomske doktrine igrao D. I. Mendeljejev, koji je 1869. godine stvorio je sjajan periodnom sistemu. Teorija je predstavljen naučne zajednice, koja ne samo da ne odbacuje, ali razumnih pretpostavki dopunjuju sve materijalisti. Već u 19. stoljeću, naučnici su uspeli da dokažu postojanje elektrona. Svi ovi nalazi na čelu najboljih umova 20. stoljeća da se ozbiljno proučava atoma. U hemiji ovaj put obilježena je i puno otkrića.

Ali doktrina Mendeljejev je vrijedan ne samo njih. To je i dalje nejasno kako je oblik atomi različitih kemijskih elemenata. Ali velika ruski naučnik je bio u mogućnosti da se konačno dokazati da su svi oni, bez izuzetka, su usko povezani međusobno.

otvaranje Dalton

Ali, da bi mogao da protumači više različitih podataka mogao samo Dzhon Dalton, čije je ime zauvijek utisnut u otkrivanju samog zakona. Tipično, naučnici su proučavali samo ponašanje plinova, ali je raspon interesa bilo je mnogo širi. Godine 1808. on je počeo da objavljuje svoj novi fundamentalni rad.

To Daltons pretpostaviti da svaki hemijski element odgovara na određeni atom. Ali naučnik, kao Demokrit mnogo vekova pre njega, i dalje vjeruje da su potpuno nerazdvojni. U svojim brojnim nacrte dijagrama crteža, u kojima atomi predstavljeni u obliku jednostavnih peleta. Ova ideja, koji je nastao prije više od 2500 godina, trajala je gotovo do današnjih dana! Međutim, samo je relativno nedavno otkriveno je zaista duboko strukturu atoma. Kemija (Grade 9 posebno) i danas je u velikoj mjeri vođena idejama koje su prvi put izrazio u 18. stoljeću.

Eksperimentalna potvrda djeljivost atoma

Međutim, gotovo svi naučnici vjerovali da je atom do kraja 19. stoljeća - granica iza koje nema ničega. Oni su smatrali da je osnova svih stvaranja je upravo to. Ovo je olakšan raznim eksperimentima: kako god može se reći, ali ono što mijenja je samo molekula, dok je stopa sa atomima supstance nije došlo apsolutno ništa što se ne može objasniti jednostavno hemije. Struktura atoma ugljika, na primjer, ostaje potpuno nepromijenjena čak u različitim alotropskih državama.

Ukratko, za dugo vremena, nije bilo nikakvih eksperimentalnih podataka da je barem posredno potvrdio sumnje nekih naučnika da postoje još neke elementarne čestice. Tek u 19. stoljeću (ne samo zahvaljujući iskustvu Curies) pokazano je da se pod određenim uvjetima atoma jednog elementa se može pretvoriti u drugi. Ova otkrića čine osnovu modernih ideja o svijetu oko nas.

Grožđice i pudinga

1897. godine, George. Thomson, engleski fizičar, utvrđeno je da je na bilo koji atom postoji određena količina negativno nabijenih čestica, koje je također pod nazivom "elektrona". Već 1904., naučnik stvorio prve atomske model, koji je poznatiji pod oznakom "puding". Ime je prilično precizno odražava suštinu. na Thomson teorija atoma u hemije na bazi - to je "brod" s ravnomjerno raspoređena u njemu naboja i elektrona.

Imajte na umu da je ovaj model bio u opticaju, čak u 20. stoljeću. Kasnije se ispostavilo da je to bilo apsolutno pogrešno. Ipak, to je bio prvi svestan pokušaj da se čovjeku (i na naučnoj osnovi) da ponovo okolnim mikrokosmos, nudeći model atoma, vrlo jednostavan i jasan.

eksperimenti Curie

Smatra se da je par, Pjer i Mariya Kyuri postavio temelje za atomsku fiziku. Naravno, doprinos tih ljudi genija, u stvari žrtvovao svoje zdravlje i život, ne može se potcijeniti, ali njihova iskustva su bili daleko više osnovnih. Gotovo istovremeno sa Rutherford su dokazali da je atom - je mnogo složeniji i heterogene strukture. Fenomen radioaktivnosti, koji su istraživali, to je to i razgovor.

Početkom 1898 Maria objavio prvi članak posvećen zračenja. Uskoro Meri i po Kyuri su pokazala da mješavina klorirani spojevi urana i radij počinju da se pojavljuju druge tvari, čije postojanje je sumnjao službene hemije. Struktura atoma je od tada počela istraživati ozbiljno.

"Planetary" pristup

Konačno Rutherford je odlučio da heavy metal atom bombardovanje α-čestica (potpuno jonizovani helij). Naučnik jednom predložio da se svjetlost elektroni ne mogu promijeniti putanju kretanja čestica. U skladu s tim, disperzija može izazvati samo neke teže komponente koje mogu biti sadržane u jezgru atoma. Odmah napominjemo da originalni Rutherford nije tvrdio da promeni "puding" teoriju. Ovaj model atoma je smatran besprijekornu.

Zbog toga dovesti da su gotovo sve čestice bez problema prošao kroz tanak sloj srebra, to nije iznenađen. To je upravo to ubrzo je postalo jasno da su neki od helijuma atoma su blokirati samo 30 °. To nije bilo šta da kažem u to vreme hemije. Kompozicija prema Thomson atom pretpostavlja uniformu raspodjele elektrona. Ali, to je jasno u suprotnosti sa posmatranog fenomena.

To je izuzetno rijetko, ali neke čestice letio pod uglom, pa čak i 180 °. Rutherford je bio u najdubljoj zbunjenosti. Na kraju krajeva, to oštro u suprotnosti sa "puding", optužba koja je trebalo da bude (prema Thomson teoriji) ravnomjerno raspoređena. Shodno tome, neujednačena tereti lokacijama koje bi mogle odbiti joniziranog helijuma, bili odsutni.

Kakvi se zaključci dolaze Rutherford?

Ove okolnosti zatraženo naučnicima da mislite da je atom uglavnom prazan, a samo središte fokusirati neki obrazovanja pozitivan naboj - kernel. A tu je bio planetarni model atoma, koji postulira sljedeće:

• Kao što smo već rekli, nalazi se u središnjem dijelu jezgre, a njegova količina (u odnosu na veličinu samog atoma) je zanemariva.
• Praktično sve atomske mase, kao i svi pozitivni naboj se nalaze u jezgru.
• Elektroni se vrte oko njega. Važno je da je njihov broj jednak pozitivan naboj.

paradoksima teorije

Sve bi bilo dobro, ali model atoma ne objašnjava svoje neverovatno otpornost. Treba imati na umu da se elektroni kreću u orbitama sa velikim ubrzanjem. Prema svim zakonima elektrodinamike objekta tokom vremena, treba sama isprazniti. Ako uzmemo u obzir postulate Newton i Maxwell, elektroni u cjelini treba raspasti do srži, kao grad na terenu.

Naravno, postoji takva stvar se događa u stvarnosti. Bilo koji atom ne samo prilično otporan, ali može biti prilično neograničeno vrijeme, u kojem nema zračenja neće nestati. Ova razlika se objašnjava činjenicom da u mikrosvetu trudimo se primjenjivati zakone koji važe samo u odnosu na klasične mehanike. Ispostavilo se da su atomske skale fenomeni ne primjenjuje na sve. I zato što je struktura atoma (Chemistry, Grade 11) autora udžbenika pokušati objasniti što je više moguće u jednostavnim riječima.

Borov doktrina

Danski fizičar Niels Bohr je dokazano da u mikrokosmosu ne može biti predmet istog zakona, odredbe koje važe za makroskopski objektima. To je bila njegova ideja da je mikrokosmos "vođene" isključivo kvantni zakoni. Naravno, tada nije bilo samo po sebi kvantne teorije, ali Bor zapravo počela predak, izražavajući svoje misli u vidu tri postulata da je "spasio" atoma, to bi neminovno je ubio, ako je "živio" u skladu sa Rutherford teoriji. To je ta teorija Dane je bila osnova svih kvantne mehanike.

Borov postulati

• Prvi od njih glasi bilo atomske sistem može biti samo u određenim atomske države, a za svaki od njih određene karakteristične vrijednosti energije (E). Ako stacionarnom stanju atoma (tiho), a zatim emitiraju ne može.
• Drugi postulat kaže da je emisija svjetlosti energije dolazi samo u slučaju prelaska iz stanja s više energije u više umjeren. U skladu s tim, oslobođena energija je jednaka razlici vrijednosti između dva stacionarna stanja.

Niels Bohr model atoma

naučnik predložio 1913. godine od strane Semiclassical teorije. Važno je napomenuti da u temelje položio planetarni model Rutherford, koji je nedugo prije nego što je opisao atom supstance. Već smo rekli da je klasična proračuni mehanike Rutherford suprotno: na temelju toga, pretpostavljeno je da s vremenom elektron bio siguran da padne na površini atoma.

U cilju da se "oko" ovu kontradikciju, naučnik je uveo poseban ulaz. Njegova suština je u tome da zrači energiju (koja je trebala dovesti do njihovog pada), elektroni mogu samo kreće u konkretnom orbiti. Kada kreće kao svoje druge putanje navodne kemijskih atoma ostati u pasivnom stanju. Prema Bohr teoriji, kao orbite su one kvantitativne pokret tačku koja je bila jednaka Plankova konstanta.

Kvantne teorije atomske strukture

Kao što smo rekli, do danas, u toku kvantne teorije atomske strukture. Kemija posljednjih godina vođena isključivo njoj. Ona se temelji na četiri osnovna aksioma.

1. Prvo, dvojnost (korpuskularne-talasne prirode) od samog elektrona. Jednostavno rečeno, čestica ponaša i kako materijalni objekt (česticu), i kao val. Kao čestica ima specifičnu naboja i mase. Sposobnost elektrona difrakcije zajedničko sa klasičnim valova. Ovo istu dužinu vala (λ) i brzine čestica (v) mogu biti međusobno povezani posebnim de Broglie veze: λ = h / mv. Kao što ste mogli pogoditi, M - masa elektrona.

2. koordinata i brzina čestica za mjerenje s apsolutnom preciznošću je apsolutno nemoguće. Što više precizno odrediti koordinata, veća je nesigurnost u brzinu. Kao što je, međutim, i obrnuto. Ovaj fenomen se zove Heisenberg nesigurnost, koja se može izraziti na sljedeći odnos: Δx ∙ m ∙ Δv> Z / 2. Delta X (Δh) izrazila nesigurnost koordinate pozicije u prostoru. U skladu s tim, delta V (Δv) predstavlja greška brzine.

3. Za razliku od svih prethodno popularnom vjerovanju, elektroni ne prolaze kroz strogo definiran orbite kao vlakova na šinama. Kvantna teorija kaže da elektron može biti u bilo kojem trenutku u prostoru, ali je vjerojatnost za to je različit za svaki segment.

Taj dio prostora neposredno oko atomskog jezgra u kojoj je ova vjerovatnoća maksimalna, zove se orbitalne. Moderni hemije strukturu elektrona ljuski atoma studija iz ove tačke gledišta. Naravno, školama uče ispravan distribucija elektrona kroz nivoe, ali, najvjerovatnije, u stvarnosti, oni se razlikuju sasvim drugačije.

4. jezgra sadrži atom nukleona (protona i neutrona). Redni broj elementa u periodnom tabela pokazuje broj protona u jezgru, a zbroj protona i neutrona jednak je atomske mase. Evo kako objasniti strukturu atoma jezgra hemija danas.

Osnivači kvantne mehanike

Napomena naučnici koji je napravio najveći doprinos razvoju ovog važnog sektora: francuski fizičar Louis de Broglie, Heisenberg njemačkih, austrijskih, Schrödinger Engleza Dirac. Svi ovi ljudi su kasnije dobio Nobelovu nagradu.

Što se tiče u tom planu je hemija? Hemijska struktura atoma, većina tih godina smatralo dovoljno jednostavan: mnogi samo 1947. konačno prepoznao realnost postojanja elementarnih čestica.

neki zaključci

Općenito, kada kreirate kvantnu teoriju nije bio bez matematičari, kao i svi ovi procesi može se izračunati samo uz upotrebu složenih proračuna. Ali glavni problem je nije bitno. Procese koji su opisani u ovom teorijom, na raspolaganju ne samo našim čulima, uprkos svim modernim naučnim tehnologije, ali i mašte.

Nijedan čovek, čak i neke ne mogu zamisliti procese u mikrokosmosu, jer im se ne sviđa sve pojave koje se posmatra u makrokosmosa. Samo pomislite: najnovijim otkrićima dati razlog da se pretpostavi da postoje kvarkovi, neutrini i drugih osnovnih čestica u devet dimenzija (!). Kao osoba koja živi u trodimenzionalnom prostoru, može čak i približno opisati njihovo ponašanje?

U ovom trenutku, ne možemo osloniti samo na matematici i moć modernih računala, što je, možda, će se koristiti za mikro-svijet simulacije. Značajno pomaže i hemije: atomska struktura će sigurno biti revidiran, nakon nedavno naučnici rade na ovom polju, objavila je otkriće novog tipa kemijske veze.

Savremeni koncept strukture atoma

Ako pažljivo pročitate sve gore, vjerojatno će sami moći reći ono što se danas slika o strukturi atoma materije. Ali mi ćemo objasniti: to je nešto izmijenjena teorija Rutherford, dopunjene neprocjenjiv pravila Niels Bohr. Jednostavno rečeno, danas se smatra da se elektroni kreću u haotičnom, zamagljen staze oko jezgra, koja se sastoji od protona i neutrona. Taj dio prostor oko njega, u kojoj je elektron je najvjerovatnije pojava se zove orbitalni.

Iako nije moguće točno reći koliko će se promijeniti naše razumijevanje atomske strukture u budućnosti. Svaki dan, naučnici rade na prodiranje u tajne mikrokosmos: LHC (Large Hadron Collider), dobitnik Nobelove nagrade za fiziku - sve to je rezultat podataka iz ankete.

Ali čak i sada ne možemo zamisliti i približnu sliku onoga što još uvijek kriju atoma. Jasno je samo da je sama atom na skali od mikro - ogroman stambene zgrade, u kojem smo ispitali, osim na prvom katu, a čak i tada ne u potpunosti. Gotovo svake godine postoje izvještaji o mogućnosti otvaranja više i više novih elementarnih čestica. Kada proces proučavanja atoma će biti u potpunosti završen, neće se obavezuju da će predvidjeti jedan danas.

Dovoljno je reći da je naša koncepcija njih počela da se mijenja samo 1947. godine, kada su otkriveni tzv V-čestica. Prije toga, ljudi samo malo produbila je teorija na kojoj je 19. stoljeća na bazi kemije. Struktura Atom - fascinantna puzzle rješavanju koja je zauzela najboljih umova čovječanstva.