Përcaktimi i atomet dhe molekulat. Përcaktimi i një atom deri 1932

Duke filluar nga periudha e lashtë në mes të shekullit të 18, shkenca u dominuan nga nocioni se atomi - një grimcë e materies që nuk mund të ndahet. Shkencëtari English dhe natyralist, dhe D. Dalton dha një përkufizim të atomit, si pjesë më të vogël të një elementi kimik. MV Lomonosov në doktrinën e saj atomike dhe molekulare ishte në gjendje për të dhënë një përkufizim të atomit dhe molekulë. Ai ishte i bindur se molekula, të cilën ai e quajti "corpuscles", i përbërë nga "elemente" - atomeve - dhe janë në lëvizje të vazhdueshme.

D. I. Mendeleev Besohet se kjo nënnjësi substancat që përbëjnë botën materiale, ruan të gjitha pronat e tij vetëm nëse ajo nuk është subjekt i ndarjes. Në këtë artikull, ne define një objekt si një mikrokozmos i atomit, dhe studim pronat e saj.

Historiku i teorisë së strukturës atomike

Në shekullin e 19-të, ajo është e njohur gjerësisht si deklaratë në pandashmërinë e atomit. Shumica e shkencëtarëve besojnë që grimcat e një elementi kimik në asnjë rrethanë nuk mund të transformohet në atomet e elementeve të tjera. Këto ide ishin baza mbi të cilën është bazuar përkufizimin e një atomi deri në vitin 1932. Në fund të shekullit të 19-të në shkencë janë bërë zbulime themelore që ndryshoi këtë pikëpamje. Para së gjithash, në vitin 1897 fizikanti britanik J. J. Thomson kishte zbuluar elektron. Ky fakt është ndryshuar rrënjësisht idetë e shkencëtarëve në lidhje me pjesë e pandashme e elementit kimik.

Si për të provuar se në strukturën atomike komplekse

Edhe para zbulimit të elektron , shkencëtarët unanimisht pajtohen se atomet kanë asnjë pagesë. Pastaj, ajo u gjet se elektronet janë të dallohen me lehtësi nga çdo element kimik dëshiruar. Ato mund të gjenden në një flakë, ata janë bartës të rrymës elektrike, ata lirimin substanca gjatë x-ray rrezatimit.

Por në qoftë se elektronet janë pjesë e të gjithë pa përjashtim, dhe atomet e ngarkuara negativisht, pra, në një atom ka disa grimca që janë të sigurtë se do të ketë një ngarkesë pozitive, përndryshe atomet nuk do të jetë elektrikisht neutral. Për të ndihmuar zbulohej strukturën e atomit ka ndihmuar një fenomen fizik si radioaktivitet. Ajo i dha përkufizimin e saktë të atomit në fizikë, dhe pastaj kimi.

Rrezet padukshme

French fizikan A. Becquerel ishte i pari për të përshkruar fenomenin e emetimit të atomeve të disa elementeve kimike, me sy të rrezeve të padukshme. Ata jonizues të kalojë ajrit nëpër materiale, duke shkaktuar nxirje e pllaka fotografike. Më pas, Curies dhe Rutherford gjetur se radioaktive janë transformuar në atomet e elementëve të tjerë kimike (te tilla si uranium - neptun).

rrezatim radioaktiv eshte nonuniform në përbërje: grimcave alfa, grimcat beta, rrezet gama. Kështu, fenomeni i radioaktivitetit provuar se tabelën periodike të elementeve grimcave kanë një strukturë komplekse. Ky fakt ka shkaktuar ndryshimet e bëra për përcaktimin e atomit. Çfarë Grimcave është një atom, dhënë nga Rutherford marrë fakte të reja shkencore? Përgjigja për këtë pyetje ishte propozuar modeli dijetar bërthamore e atomit, sipas të cilit rreth elektronet pozitivisht-ngarkuara bërthamës lëvizin.

Modeli kontradikta Rutherford

Teoria e shkencëtarit, pavarësisht karakterit të tij të shquar, nuk mund objektivisht përcaktojë atom. Gjetjet e saj ishin në kundërshtim me ligjet themelore të termodinamikës, sipas të cilit të gjitha elektronet rrotullohen rreth berthamat humbasin energjinë e tyre dhe, si ajo mund të jetë, herët a vonë duhet të bjerë mbi të. Atom në këtë rast shkatërruar. Kjo në fakt nuk është rasti, që nga kimikatet dhe grimcat nga të cilat ata janë bërë, ekzistojnë në natyrë për një kohë të gjatë. Në mënyrë të pashpjegueshme atom përcaktim i tillë i bazuar në teorinë e Rutherford, si dhe fenomenin që ndodh kur kalon substanca të nxehtë të thjeshta përmes një shpërbërje bezdisshëm. Pas spektrat atomike formuar në të njëjtën kohë të ketë një formë lineare. Kjo ngatërruar me modelin Rutherford e atomit, sipas të cilit spektrit do të duhet të jetë i vazhdueshëm. Sipas konceptit të mekanikë kuantike, elektrone pranishëm në bërthamë nuk janë karakterizuar si objekteve pikë si dhe ka formën e elektron re.

Shumica e densitetit të saj në një vend gjeometrik të caktuar të hapësirës përreth bërthamës, dhe është konsideruar të jetë vendndodhjen e një thërrmije në çdo kohë të dhënë. Gjithashtu, u zbulua se atomi, elektronet janë të rregulluar në shtresa. Numri i shtresave mund të përcaktohet duke e ditur numrin e periudhës në të cilën elementi në D. I. Sistemin Mendeleeva periodik. Për shembull, atom fosfor përmban 15 elektrone dhe ka tre nivelet e energjisë. Treguesi, i cili përcakton numrin e niveleve të energjisë quhet numri kryesor kuantike.

Ajo është themeluar eksperimentalisht se niveli i energjisë i elektroneve, që ndodhet më afër deri në palcë, kanë energji të ulët. Çdo shell energjia është e ndarë në nën-nivele, dhe ata, nga ana tjetër, në orbitalet. Elektrone janë të vendosura në orbitalet ndryshme kanë të njëjtat formë retë (s, p, d, f).

Bazuar në sa më sipër, rrjedh se forma e re elektronike nuk mund të jetë arbitrare. Ajo është e vendosur në mënyrë rigoroze në bazë të syrit numrin kuantike. Ne shtuar gjithashtu se gjendja e elektroneve të pjesëzave është përcaktuar edhe me dy vlera - magnetike dhe tjerr numra kuantike. I pari është bazuar në ekuacionin Shrodingerit dhe karakterizon orientimin hapësinor të re elektronike në bazë të tre dimensionality e botës sonë. Treguesi i dytë - numri i rrotullimit mbi të përcaktojë rrotullimin elektron-së rreth boshtit të saj ose kundër akrepave të sahatit.

Zbulimi i neutron

Nëpërmjet punës së D. Chadwick, mbajtur ata në vitin 1932, ajo është dhënë një përkufizim të ri të atomit në kimi dhe fizikë. Në eksperimentet e tyre shkencore ai provoi që në copëtim ndodh rrezatim polonium shkaktuar nga grimcat kanë asnjë pagesë, në masë 1.008665. Një grimcë e re elementare u quajt neutron. Zbulimi i saj dhe studimi i pronave të saj lejoi shkencëtarët sovjetikë V. Gapon dhe Ivanenko krijuar një teori të re të strukturës së bërthamës atomike, përmban protoneve dhe neutroneve.

Sipas teorisë ri, duke përcaktuar substancën kishte atom vijim formojnë një njësi strukturore e elementit kimike, e përbërë nga një bërthamë që përmban protoneve, neutrone dhe elektrone lëvizin rreth saj. Numri i grimcave pozitive në bërthamë është gjithmonë barabartë me numrin e radhes e elementit kimike në sistemin periodik.

Më vonë Profesor Zhdanov në eksperimentet e tij ka konfirmuar se nën ndikimin e rrezatimit kozmik vështirë, bërthamat atomike janë të ndarë në protoneve dhe neutroneve. Përveç kësaj, ajo ka qenë e vërtetuar se forcat e mbajtjes së këtyre grimcave elementare në bërthamë, ajo është shumë e energji intensive. Ata veprojnë në distanca shumë të shkurtra (të rendit të 10 ^-23 cm), i quajtur bërthamore. Siç u përmend më herët, duke MV Lomonosov ishte në gjendje për të dhënë një përkufizim të atomit dhe molekulën në bazë të fakteve shkencore të njohura të tij.

Aktualisht njohur konsiderojnë modelin e mëposhtëm: atom përbëhet nga një bërthamë dhe elektroneve që lëvizin rreth tij në një rrugë të përcaktuara në mënyrë rigoroze - orbitale. Elektronet në të njëjtën kohë të shfaqin vetitë e dy grimcave dhe valëve, që është, kanë një natyrë të dyfishtë. Bërthama e një atomi është e përqendruar pothuajse të gjithë masën e saj. Ai përbëhet nga protonet dhe elektronet që lidhen me forcat bërthamore.

Nëse është e mundur që të peshojnë atom

Ajo rezulton se çdo atom ka masë. Për shembull, ajo është e hidrogjenit 1,67h10 ^-24 ishte edhe e vështirë të imagjinohet se sa e vogël këtë vlerë. Për të gjetur peshën e objektit, nuk e përdorin peshore dhe oshilator, e cila është një nanotube karbonit. Për të llogaritur peshën e atomit dhe molekulën e më shumë sasi të përshtatshëm është pesha relative. Ajo tregon se sa herë peshën e një molekule ose një atom më shumë se 1/12 e atomit të karbonit, e cila është 1,66h10 ^-27 kg. Masat relative atomike janë dhënë në tabelën periodike të elementeve kimike, dhe ata nuk kanë dimension.

Shkencëtarët janë të vetëdijshëm se pesha atomike e një element kimik - është numri mesatar masa e izotopeve. Duket, në natyrën e një njësie të një elementi kimik mund të ketë masa të ndryshme. Kështu akuzat e bërthamave të grimcave të tilla strukturore njëjtë.

Shkencëtarët kanë gjetur se izotope ndryshojnë në numrin e neutroneve në bërthamë dhe bërthamat ngarkuar ato identike. Për shembull, nje atom klori, që kanë një masë 35 që përmban 18 neutrone dhe 17 protone, dhe me një masë prej 37 - 20 proton dhe 17 neutroneve. Shumë elemente kimike janë përzierjet e izotopeve. Për shembull, substancat thjeshta si kalium, argon, oksigjen përmbajtur në atomet e tij përbërjen përfaqësojnë 3 izotop ndryshme.

Përcaktimi i atomicity

Ajo ka disa interpretime. Mendoni se çfarë nënkuptohet me këtë term në kimi. Në qoftë se atomet e një elementi kimik mund të paktën një çast ekzistojnë të izoluara, nuk kanë tendencë për të formuar grimca më komplekse - molekula, atëherë themi se substancat e tilla kanë një strukturë atomike. Për shembull, multi-fazë klorinimi reagimi i metanit. Ajo është përdorur gjeresisht në kimise organike sintetike për të derivativëve të mëdha halogjeni: diklormetan, tetrachloride karboni. Ajo është e ndarë molekulat klor me atomet qe kane reaktivitetin lartë. Ata shkatërruar obligacione SIGMA në molekulës metan, duke siguruar një reaksion zëvendësimi zinxhir.

Një tjetër shembull i një procesi kimik që ka rëndësi të madhe në industrinë e - përdorimin e peroksid hidrogjeni si një dezinfektues dhe zbardhues agjent. Përcaktimi i oksigjenit atomike si një produkt copëtuese te peroksidit te hidrogjenit ndodh ne dy qelizave te gjalla (nga enzima katalazë), dhe në të laboratorike. oksigjeni atomike përcaktohet cilësisht nga pronat e saj të larta antioxidant dhe aftësinë e tyre për të shkatërruar agjentë patogjene: baktereve, kërpudhave dhe spore tyre.

Si zarf bërthamore

Ne kemi gjetur më parë se njësia strukturore e një element kimik ka një strukturë komplekse. Rreth grimcave pozitivisht-ngarkuara bërthamë rrotullohen elektrone negative. Çmimin Nobel Niels Bohr, i bazuar në teorinë kuantike të dritës, krijoi një mësim, ku karakterizimi dhe identifikimi i atomeve janë si më poshtë: elektronet lëvizin rreth bërthamës vetëm në rrugë të caktuara fikse në këtë rast nuk do të rrezatojë energji. Bohr, shkencëtarët kanë treguar se grimcat e Microworld, të cilat përfshijnë atomet dhe molekulat nuk i binden ligjeve të vlefshme për organet e mëdha - objekte gjithësi.

Struktura e predhave elektronike të grimcave është studiuar në gazeta mbi shkencëtarët Fizika kuantike si Hund, Pauli Klechkovskii. Që nga ajo u bë e njohur se elektronet bëjnë lëvizje rrotulluese rreth bërthamës nuk rastësisht, por sipas rrugëve të caktuara fikse. Pauli gjetur se në një nivel të vetëm të energjisë në secilin nga orbitalet s saj, p, d, f në qelizat elektronike mund të jetë jo më shumë se dy grimcave të ngarkuara negativisht me vlerë të kundërt tjerr + ½ dhe ½ -.

Rregulli Hund-së shpjegoi se si për të mbushur orbitale elektron me të njëjtin nivel të energjisë.

parim Aufbau, i quajtur gjithashtu rregullin n + l, shpjegoni si orbitalet mbushur multielectron atome (elementet 5, 6, 7 cikle). Të gjitha rregullsinë e mësipërme ka shërbyer si bazë teorike e elementeve kimike të krijuara nga Dmitriem Mendeleevym.

shkalla oksidimi

Kjo është një koncept themelor në kimi dhe përshkruan gjendjen e një atomi në një molekulë. Përkufizimi modern i shkallës së oksidimit të atomeve është si vijon: akuza është e kushtëzuar atomeve në molekulë, e cila është llogaritur në bazë të koncepteve që një molekulë ka vetëm përbërjen e jonik.

Oksidimi mund të shprehet me një numër të plotë ose një numër i pjesshëm, një vlerat pozitive negative ose zero. Në shumicën e atomeve të elementeve kimike kanë disa shtete oksidimi. Për shembull, azoti është -3, -2, 0, +1, 2, 3, 4, 5. Por një element të tilla, të tilla si fluorine, në të gjitha përbërjet e saj ka vetëm një shtet oksidimi të barabartë me -1. Në qoftë se është paraqitur një substancë të thjeshtë, gjendjen e oksidimit të zero. Kjo sasi kimike përshtatshëm për t'u përdorur për klasifikimin e substancave dhe të përshkruajnë pronat e tyre. Në shumicën e rasteve, shkalla oksidimi i kimisë përdorur në ngritjen reagime ekuacionet Redox.

Vetitë e atomeve

Në sajë të zbulimeve të fizikës kuantike, përkufizimin modern të atomit, e cila është e bazuar në teorinë Ivanenko dhe Gapon E, plotësohet nga këto fakte shkencore. Struktura e një bërthamë atomike nuk është ndryshuar gjatë reaksioneve kimike. Ndryshimi ndikon vetëm orbitale stacionare elektronike. Struktura e tyre mund t'i atribuohet një shumë të vetitë fizike dhe kimike të substancave. Nëse elektron lë një orbitë stacionare dhe vazhdon të syrit me një energji të lartë atom tillë quhet ngacmuar.

Duhet të theksohet se elektronet nuk mund të jetë një kohë të gjatë në këto orbitalet jo-thelbësore. Pas kthimit në orbitën e saj stacionare, elektron lëshon kuantike e energjisë. Studimi i karakteristikave të tilla të njësive strukturore të elementeve kimike, si prirje elektronike, Electronegativity, energjia ionization, ka lejuar shkencëtarët jo vetëm për të përcaktuar atom si një mikrokozmos esenciale grimcë, por edhe i lejoi ata për të shpjeguar aftësinë e atomeve për të formuar një shtet të qëndrueshëm dhe me energji më të favorshme molekulare të materies, një pasojë të mundshme të krijimin e çdo lloji të lidhjeve të qëndrueshme kimike: jonik, lidhjes kovalente-polar dhe jonizueshëm, dhurues-pranuesi (si specieve kovalente e lidhjes) dhe m etallicheskoy. Kjo e fundit përcakton vetitë më të rëndësishme fizike dhe kimike të metaleve.

Ajo është themeluar eksperimentalisht se madhësia e një atomi mund të ndryshojnë. Të gjitha do të varet nga molekulë në të cilën është përfshirë. Përmes rreze-X analizë shpërbërje mund të llogaritet distanca midis atomeve në një përbërje kimike, si edhe të mësuar radius njësinë strukturore element. Mbajnë modelet e ndryshimit të radii e atomeve të përfshira në periudhën apo grupit të elementeve kimike, është e mundur të parashikohet pronat e tyre fizike dhe kimike. Për shembull, në periudha me rritjen e bërthamës atomike të ngarkuar rënie e radii ( "atom compression"), dhe për këtë arsye dobësojnë vetitë metalike e komponimeve dhe nonmetallic përforcohet.

Kështu, njohja e strukturës së atomit mund të përcaktojë me saktësi vetitë fizike dhe kimike të të gjitha elementeve të përfshira në sistemin periodik të elementeve.