Bestemmelse av atomer og molekyler. Definisjon av et atom inntil 1932

Starter fra den gamle perioden til midten av det 18. århundre, ble vitenskapen dominert av den oppfatningen at atomet - en partikkel av materie som ikke kan deles. Norsk vitenskapsmann og naturalistisk, og D. Dalton ga en definisjon av atom som den minste del av et kjemisk element. MV Lomonosov i sin atom- og molekyl læren var i stand til å gi en definisjon av atom og molekylet. Han var overbevist om at molekylet, som han kalte "mene", som består av "elementer" - atomer - og er i konstant bevegelse.

D. I. Mendelejev mente at denne subenheten stoffer som utgjør den materielle verden, beholder alle sine egenskaper bare hvis det ikke er underlagt divisjon. I denne artikkelen, definerer vi en gjenstand som en miniatyr av atom, og studere dens egenskaper.

Bakgrunn av teorien om atomstrukturen

I det 19. århundre, er det allment anerkjent som den uttalelse om udelelighet atomet. De fleste forskere trodde at partiklene av ett kjemisk element under noen omstendigheter ikke kan omdannes til atomer av andre elementer. Disse ideene var grunnlaget som var basert definisjonen av et atom inntil 1.932. I slutten av det 19. århundre i vitenskapen har blitt gjort fundamentale oppdagelser som endret dette synet. Først av alt, i 1897 den britiske fysikeren Joseph John Thomson hadde oppdaget elektronet. Dette faktum er fundamentalt endret forskernes ideer om udelelig del av grunnstoff.

Hvordan bevise at atom kompleks struktur

Allerede før oppdagelsen av elektronet , forskere enstemmig enige om at atomene har uten kostnad. Deretter ble det funnet at elektronene er lett skilles fra en hvilken som helst ønsket kjemisk element. De kan finnes i en flamme, de er bærere av elektrisk strøm, slipper de stoffer som ved røntgen- stråling.

Men hvis elektronene er en del av alle uten unntak, og negativt ladede atomer, således, i et atom er det noen partikler som er sikker på å ha en positiv ladning, ellers atomer ikke ville være elektrisk nøytrale. For å hjelpe løse strukturen av atom har hjulpet et fysisk fenomen som radioaktivitet. Det ga den korrekte definisjonen av atomet i fysikk, og deretter kjemi.

Den usynlige stråler

Fransk fysiker A. Becquerel var den første til å beskrive fenomenet utslipp av atomer av enkelte kjemiske elementer, visuelt usynlige stråler. De ionisere luft passere gjennom materialet, forårsaker sverting av fotografiske plater. Senere curie og Rutherford funnet at radioaktive stoffer omdannes til atomer av andre kjemiske elementer (for eksempel uran - neptunium).

Radioaktiv stråling er uensartet sammensetning: alfa-partikler, betapartikler, gammastråler. Således fenomenet radioaktivitet bevist at den periodiske tabell over elementene partiklene har en kompleks struktur. Dette faktum skyldes endringene i definisjonen av atomet. Hva partikler er et atom, gitt av Rutherford fått nye vitenskapelige fakta? Svaret på dette spørsmål var den foreslåtte forsker atomatommodell, i henhold til hvilken rundt den positivt ladde nucleus elektroner bevege seg.

Motsetninger Rutherford-modellen

Teorien om forskeren, til tross for sin fremragende karakter, kunne ikke objektivt definere atom. Hennes funn var i strid med de grunnleggende lovene i termodynamikk, som sier at alle elektroner i bane rundt kjernen mister sin energi, og som det kan være, før eller senere må falle på ham. Atom i dette tilfellet ødelagt. Dette er faktisk ikke er tilfelle, ettersom de kjemikalier og partikler fra hvilke de er fremstilt, finnes i naturen i lang tid. Inexplicably atom slik bestemmelse basert på teorien om Rutherford, så vel som det fenomen som oppstår ved passering av varme enkle stoffer gjennom et diffraksjonsgitter. Etter atomspektra som dannes på samme tid har en lineær fasong. Denne konflikt med den Rutherford atommodell, i henhold til hvilken spekteret må være kontinuerlig. Ifølge begrepene kvantemekanikk, blir elektroner som er tilstede i kjernen ikke karakterisert som punktobjekter samt å ha form av elektronskyen.

Det meste av sin tetthet i en viss locus plass rundt kjernen, og er ansett for å være plasseringen av en partikkel ved et gitt tidspunkt. Dessuten ble det funnet at den atom, blir elektroner arrangert i lag. Det antall lag kan bestemmes ved å kjenne antallet av perioden i hvilken det element i det periodiske D. I. Mendeleeva System. For eksempel inneholder fosforatomet 15 elektroner og har tre energinivåer. Indikatoren, som bestemmer antall energinivåer kalles hovedkvantetallet.

Det ble etablert eksperimentelt at energinivået av elektroner, som ligger nærmest kjernen, har lavest energi. Hver energi skallet er oppdelt i undernivåer, og de, i sin tur, på orbitaler. Elektroner er plassert på forskjellige orbitaler ha samme form skyer (s, s, d, f).

Basert på det foregående følger det at formen av elektronskyen ikke kan være vilkårlig. Det er strengt bestemt i henhold til den orbital quantum nummer. Vi legger også til at tilstanden til elektron til den partikulære materiale blir også bestemt ved hjelp av to verdier - magnetisk og spinne kvantetall. Den første er basert på Schrodinger ligning og karakteriserer den romlige orientering av elektronskyen på basis av tredimensjonalitet av vår verden. Den andre indikator - antall spinn på den avgjore elektronets rotasjon rundt sin akse, eller mot urviseren.

Oppdagelsen av nøytron

Gjennom arbeidet med D. Chadwick, holdt dem i 1932, ble det gitt en ny definisjon av atomet i kjemi og fysikk. I deres vitenskapelige eksperimenter vist seg å være den som i spaltingen skjer polonium stråling forårsaket av partikler som ikke har noen ladning, massen 1,008665. En ny elementærpartikkel ble kåret til nøytron. Hennes oppdagelse og undersøkelse av egenskapene tillot sovjetiske forskere V. Gapon og Ivanenko skape en ny teori av strukturen av atomkjernen, som inneholder protoner og nøytroner.

Ifølge den nye teori, bestemme den substans hadde følgende atomet danner en strukturell enhet av det kjemiske element, som består av en kjerne inneholdende protoner, nøytroner og elektroner som beveger seg rundt den. Antallet av positive partikler i kjernen er alltid lik ordningsnummeret for det kjemiske elementet i det periodiske system.

Senere Professor Zhdanov i sine eksperimenter bekreftet at under påvirkning av harde kosmisk stråling, blir atomkjerner delt i protoner og nøytroner. I tillegg har det vist seg at de krefter som holder disse elementærpartikler i kjernen, er det svært energikrevende. De opptrer på meget korte avstander (i størrelsesorden 10 ^-23 cm), kalt kjerne. Som nevnt tidligere, etter MV Lomonosov var i stand til å gi en definisjon av atom og molekyl på grunnlag av vitenskapelige fakta kjente til ham.

I dag anerkjent vurdere den følgende modell: atom består av en kjerne og elektroner som beveger seg rundt den i en strengt definerte baner - orbitaler. Elektroner på samme tid innehar egenskapene til både partikler og bølger, det vil si har en dobbelt karakter. Kjernen av et atom konsentreres nesten hele sin masse. Den består av protoner og nøytroner i forbindelse med kjernefysiske krefter.

Om det er mulig å veie atom

Det viser seg at hvert atom har masse. For eksempel er det av Hydrogen 1,67h10 ^-24 ble enda vanskeligere å forestille seg hvor liten denne verdien. For å finne den vekten av gjenstanden, ikke bruk av vekter, og oscillatoren, som er en karbon nanorør. For å beregne vekten av atom og molekylet mer passende mengde er den relative vekten. Det viser hvor mange ganger vekten av et molekyl eller et atom mer enn 1/12 av det karbonatom, som er 1,66h10 ^-27 kg. Relative atommasser er angitt i den periodiske tabell over grunnstoffene, og de har ingen dimensjon.

Forskere er vel klar over at atomvekten til et kjemisk element - er den gjennomsnittlige massetallet for isotoper. Det synes, i naturen av en enhet av et kjemisk element kan ha forskjellige masser. Således ladningene i kjernen av en slik strukturell partikkel samme.

Forskere har funnet at de isotoper som varierer i antall av nøytroner i kjernen og kjerner lade dem identiske. For eksempel, et kloratom, med en masse 35 inneholdt 18 nøytroner og 17 protoner, og med en masse på 37 - 20 protoner og 17 nøytroner. Mange grunnstoffer er blandinger av isotoper. For eksempel kan enkle stoffer slik som kalium, argon, oksygen inneholdt i sin sammensetning atomer som representerer tre forskjellige isotop.

Fastsettelse av atomicity

Det har flere tolkninger. Tenk på hva som menes med dette begrepet i kjemi. Dersom atomer av et kjemisk element kan i det minste midlertidig eksistere isolert, ikke er tilbøyelig til å danne flere sammensatte partikler - molekyler, så sier vi at slike substanser har en atomstrukturen. For eksempel kan flertrinnskloreringsreaksjon for metan. Den er mye anvendt innen organisk syntetisk kjemi for de store halogenderivater: diklormetan, tetraklorkarbon. Den er delt klormolekyler til atomer som har høy reaktivitet. De ødelegger sigma bindinger i molekylet metan, noe som gir en kjede substitusjonsreaksjon.

Et annet eksempel på en kjemisk prosess som har stor betydning i industrien - bruk av hydrogenperoksyd som et desinfeksjonsmiddel og blekemiddel. Bestemmelse av atomært oksygen som et spaltningsprodukt av hydrogenperoksyd forekommer både i levende celler (ved hjelp av enzymet katalase), og i laboratoriet. Atomært oksygen bestemmes kvalitativt ved sin høye antioksidantegenskaper og deres evne til å ødelegge patogener: Bakterier, sopp og deres sporer.

Hvordan atom konvolutten

Vi har tidligere funnet at den strukturelle enhet av et kjemisk element har en komplisert struktur. Rundt den positivt ladde partikler nucleus dreie negative elektroner. Nobelprisen® Niels Bohr, basert på kvanteteori lys, skapte en lære, hvor karakterisering og identifikasjon av atomene er som følger: elektroner beveger seg rundt kjernen bare ved visse faste baner i dette tilfelle ikke utstråle energi. Bohr, har forskere vist at partiklene av Micro, som inkluderer atomer og molekyler ikke følger de lover som gjelder for disse store sjøene - objekter macrocosm.

Strukturen av elektron skall av partikler har blitt studert i avisene om kvantefysikk forskere som Hund, Pauli Klechkovskii. Siden det ble kjent at elektronene gjør den roterende bevegelse rundt kjernen er ikke kaotisk, men på visse faste baner. Pauli funnet at innenfor en enkelt energinivå ved hver av sine orbitaler s, s, d, f i elektroniske celler kan være ikke mer enn to negativt ladede partikler med motsatt spinnverdi +? Og - ½.

Hunds regel forklart hvordan du skal fylle elektron orbitaler med samme energi nivå.

Aufbau prinsipp, også kalt regelen n + l, forklare hvordan fylte orbitaler multielectron atomer (elementer 5, 6, 7 sykluser). Alle de ovennevnte regelmessighetene tjente som det teoretiske grunnlag for kjemiske elementer som er opprettet av Dmitriem Mendeleevym.

oksidasjon grad

Det er et grunnleggende begrep i kjemi og beskriver tilstanden til et atom i et molekyl. Den moderne definisjonen av graden av oksydasjon av atomene er som følger: ladningen er betinget atomer i molekylet, som er beregnet basert på konsepter som et molekyl som har bare den ioniske sammensetning.

Oksydasjonen kan uttrykkes ved et helt tall eller et brutt tall, en positiv, negativ eller null-verdier. I de fleste atomer av kjemiske elementer har flere oksydasjonstilstander. For eksempel, er nitrogen -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Men et slikt element, så som fluor, på alle sine forbindelser har bare en oksidasjonstilstand lik -1. Hvis det er presentert en enkel substans, sin oksidasjonstilstand på null. Denne kjemiske mengder praktisk å bruke for klassifisering av stoffer og for å beskrive deres egenskaper. I de fleste tilfeller, oksidasjon grad av kjemien som brukes i å sette opp likninger redoksreaksjoner.

Egenskapene av atomer

Takket være funn av kvantefysikken, den moderne definisjonen av atomet, som er basert på teorien Ivanenko og Gapon E, supplert med følgende vitenskapelige fakta. Strukturen av en atomkjerne ikke er endret i løpet av kjemiske reaksjoner. Endringen påvirker bare de stasjonære elektron-baner. Deres struktur kan tilskrives en rekke fysiske og kjemiske egenskaper av materialer. Dersom elektronlater en stasjonær bane og fortsetter å orbital med høyere energi, slik atom kalles spent.

Det bør bemerkes at elektronene ikke kan være en lang tid på disse ikke-kjerne orbitaler. Tilbake til sin stasjonære baner, avgir elektron quantum av energi. Studiet av slike karakteristika for de strukturelle enheter av kjemiske elementer som elektronaffinitet, elektronegativitet, ioniseringsenergi, har gjort det mulig forskerne ikke bare for å definere atomet som en vesentlig partikkel miniatyr, men også tillot dem å forklare evnen til atomer for å danne en stabil og energimessig gunstigere molekylære tilstand av materie, en mulig konsekvens av å lage hvilken som helst type av stabile kjemiske bindinger: ioniske, kovalente-polare og apolare, donor-akseptor (som kovalent binding arter) og m etallicheskoy. Sistnevnte bestemmer de mest viktige fysiske og kjemiske egenskaper for metaller.

Det ble fastslått eksperimentelt at størrelsen av et atom kan variere. Alt vil avhenge av molekylet der det er inkludert. Ved røntgenstråle-diffraksjonsanalyse kan beregne avstanden mellom atomene i en kjemisk forbindelse, samt lære radius strukturelement-enhet. Eie endringsmønstre av radiene av atomer innbefattet i perioden eller den gruppe av kjemiske elementer, er det mulig å forutsi de fysiske og kjemiske egenskaper. For eksempel, i perioder med økende atomkjerne lade deres radier reduksjon ( "kompresjon atom"), og derfor svekke de metalliske egenskapene til forbindelsene, og metallisk forsterkes.

Således kan kjennskap til strukturen av atom nøyaktig å bestemme de fysiske og kjemiske egenskaper av alle elementer som inngår i det periodiske system av elementer.