Chimie Atom - un ... model al atomului. Structura atomului

Gânduri despre natura împrejurimi au început să viziteze omenirea cu mult înainte de perioada de glorie a civilizației moderne. În primul rând, oamenii au speculat cu privire la existența unor puteri superioare, care, au crezut, predeterminate întreaga ființă. Dar, destul de curând, filozofi și preoți au început să se gândească la faptul de ceea ce, de fapt, este foarte tesatura de existență. Teoriile au fost stabilite, dar într-o perspectivă istorică a devenit dominantă atomică.

Ce este atomul în chimie? Acest lucru, precum și toate subiectele legate vom discuta în acest articol. Sperăm că în ea veți găsi răspunsuri la toate întrebările.

Fondatorul teoriei atomice

În cazul în care prima lecție de chimie începe? Structura unui atom - este tema principală. S-ar putea aminti că termenul „atom“ este tradus din limba greacă ca fiind „indivizibilă“. Acum, mulți istorici cred că primul a propus teoria, care a spus ca unele dintre particule minuscule care alcatuiesc tot ceea ce există, Democrit. El a trăit în secolul V î.Hr..

Din păcate, a acestui gânditor remarcabil, practic, nu se cunoaște nimic. Nu ne-a ajuns la nici o sursă scrisă a acelor vremuri. Și pentru că dintre cei mai mari savanți ai vremii sale, idei, trebuie să învățăm doar din lucrările lui Aristotel, Platon și alți gânditori greci.

Deci tema noastră - „Structura atomului.“ În chimie, nu toate au avut rating ridicat, dar multe amintiți-vă că toate concluziile vechilor oameni de știință au fost construite doar pe deducții. Democrit nu a fost o excepție.

Așa cum am motivat Democrit?

Logica lui era foarte simplu, dar în același timp genial. Imaginați-vă că aveți cea mai clară cuțitul în lume. Iei un măr, de exemplu, și apoi începe să-l taie: două jumătăți în sferturi, împărțiți-le din nou ... Într-un cuvânt, mai devreme sau mai târziu vei primi o felii slaba de grosime care continuă să le împartă vor fi deja imposibil. Aici va fi un atom indivizibil. În chimie, această afirmație este considerată adevărată aproape la sfârșitul secolului al 19-lea.

De la Democrit la idei moderne

Trebuie remarcat faptul că, din vechile concepte grecești ale microcosmosului a rămas doar un singur cuvânt „atom“. Acum, fiecare elev știe că lumea din jurul nostru este format din mai mult fundamentale și amenzi. În plus, din perspectiva științei moderne, teoria Democrit a fost nimic mai mult decât un calcul pur ipotetic, nu este acceptat de absolut nici o dovadă. Cu toate acestea, în acele zile, nu a existat nici un microscoape electronice, asa dovedesc prin alte mijloace la gânditorul nu s-ar fi întâmplat.

Prima suspiciunea că Democrit este de fapt chiar acolo, la chimisti. Ei au descoperit repede că multe dintre substanțele descompun în componente mai simple în timpul reacției. În plus, ea a adus regularități chimice severe ale acestor procese. Deci, au observat că este nevoie de opt fracțiuni de masă de oxigen și unul pentru apă - hidrogen (legea lui Avogadro).

În Evul Mediu, orice doctrină materialistă, inclusiv teoria Democrit, de distribuție și de dezvoltare nu a putut obține deloc. Și numai în secolul al XVIII-lea, oamenii de știință s-au întors încă o dată la teoria atomică. Până când chimistul Lavoisier, marele nostru M. V. Lomonosov și talentat fizicianul englez D. Dalton (pe care le vom discuta separat), au demonstrat în mod convingător la colegii lor realitatea atomilor. Ar trebui subliniat faptul că, chiar și în teoria atomică din secolul al 18-lea luminat pentru o lungă perioadă de timp mai multe minți restante din acea vreme serios luate în considerare.

Orice ar fi fost, dar chiar și acești oameni de știință nu au fost încă prezentate teoria structurii atomului, așa cum a fost considerat unul și particulă indivizibilă, baza de tot.

Din păcate, experimentele chimice nu a putut dovedi în mod clar realitatea conversiei unor atomi în alte substanțe. Cu toate acestea, știința fundamentală în studiul structurii atomilor a fost tocmai chimie. Atomii și moleculele au fost studiate pentru o lungă perioadă de timp, un genial oameni de știință ruși, fără de care este imposibil să ne imaginăm știința modernă.

Doctrina D. I. Mendeleeva

Un rol imens în dezvoltarea doctrinei atomice a jucat D. I. Mendeleev, care în 1869 a creat sistemul său periodic genial. O teorie a fost prezentată comunității științifice, care nu numai că nu a respins, dar ipoteze rezonabile completează toate materialiști. Deja în secolul al 19-lea, oamenii de știință au reușit să demonstreze existența de electroni. Toate aceste descoperiri au condus cele mai strălucite minți ale secolului 20 pentru a studia serios atomul. În chimie de data aceasta a fost, de asemenea, marcat de o mulțime de descoperiri.

Dar doctrina Mendeleev este valoros nu numai la acestea. Este încă neclar exact cum atomii forma diferitelor elemente chimice. Dar marele om de știință rus a fost în măsură să dovedească în mod concludent că toate acestea sunt, fără excepție, sunt strâns legate între ele.

deschiderea Dalton

Dar pentru a fi în măsură să interpreteze mai multe date disparate ar putea doar Dzhon Dalton, al cărui nume este imprimat pentru totdeauna în descoperirea legii în sine. De obicei, oamenii de știință au studiat doar comportamentul gazelor, dar gama de interese era mult mai larg. În 1808 a început să publice noua sa lucrare fundamentală.

Se presupune că Daltoni fiecare element chimic corespunde unui anumit atom. Dar omul de știință, ca Democrit de multe secole înaintea lui, încă mai credea că acestea sunt complet inseparabile. In multe proiectele sale desene schematice, în care atomii reprezentați sub formă de pelete simple. Această idee, care își are originea în urmă cu mai mult de 2.500 de ani, a durat aproape până în prezent! Cu toate acestea, numai relativ recent a fost descoperit într-adevăr profund structura atomului. Chimia (gradul 9, în special), chiar și în prezent este în mare parte ghidat de ideile care au fost exprimate pentru prima dată în secolul al 18-lea.

Confirmarea experimentală a divizibilității atomilor

Cu toate acestea, aproape toți oamenii de știință au crezut că atomul până la sfârșitul secolului al 19-lea - limita dincolo de care nu este nimic. Ei au crezut că baza întregii creații este exact asta. Acest lucru a fost facilitat de o varietate de experimente: orice s-ar putea spune, dar ceea ce se schimbă este doar molecula, in timp ce rata cu atomii de substanță nu a avut loc absolut nimic, care nu au putut fi explicate pur și simplu chimie. Structura de atomi de carbon, de exemplu, rămâne complet neschimbat, chiar și în diferite stări alotropice.

Pe scurt, pentru o lungă perioadă de timp, nu a existat absolut nici date experimentale, care a confirmat cel puțin indirect suspiciuni de unii oameni de știință că există unele mai multe particule fundamentale. Abia în secolul 19 (nu în ultimul rând datorită experienței soții Curie), sa demonstrat că, în anumite condiții atomii unui element poate fi transformat într-altul. Aceste descoperiri stau la baza ideilor moderne despre lumea din jurul nostru.

Stafide și budinci

În 1897, George. Thomson, fizician englez, sa constatat că, în orice atom există o anumită cantitate de particule încărcate negativ, pe care el a numit, de asemenea, „electroni“. Deja în 1904, savantul a creat primul model atomic, care este mai bine cunoscut sub denumirea de „prune“. Numele este reflectă destul de fidel esența. Bazat pe teoria atomului în chimie Thomson - acesta este un „vas“ cu distribuit uniform în aceasta taxa și electroni.

Rețineți că acest model a fost în circulație, chiar și în secolul al 20-lea. Mai târziu sa dovedit că era absolut greșit. Cu toate acestea, a fost prima încercare conștientă de om (și pe o bază științifică) pentru a recrea microcosmos din jur, oferind un model al atomului, destul de simplu și clar.

experimentele Curie

Se crede că cei doi, Pierre și Mariya Kyuri a pus bazele pentru fizica atomică. Desigur, contribuția acestor oameni de geniu, de fapt sacrificat sănătatea și viața sa, nu poate fi subestimată, dar experiențele lor au fost mult mai fundamentale. Aproape simultan cu Rutherford au dovedit că un atom - este mult mai complexă și o structură eterogenă. Fenomenul de radioactivitate, care au explorat, asta e despre asta și să vorbească.

La începutul anului 1898, Maria a publicat primul articol dedicat radiații. Curând Maria și Per Kyuri au arătat că un amestec de compuși clorurați de uraniu și radiu încep să apară alte substanțe, existența pe care a pus la îndoială chimia oficială. Structura unui atom a început să exploreze, deoarece în serios.

Abordarea „planetare“

În cele din urmă Rutherford a decis să facă metale grele atom bombardament de a-particule (heliu complet ionizat). Un om de știință a sugerat odată că electronii de lumină nu sunt în măsură să schimbe traiectoria de mișcare a particulelor. Prin urmare, dispersia poate produce doar unele componente mai grele, care pot fi conținute în nucleul atomului. Imediat, observăm că inițial Rutherford nu a pretins pentru a schimba „budinca“ teorie. Acest model al atomului a fost considerat impecabil.

Prin urmare, rezultă că aproape toate particulele fără probleme a trecut printr-un strat subțire de argint, nu este surprins. Asta e doar curând a devenit clar faptul că unii dintre atomii de heliu au fost deviate la doar 30 °. Nu a fost ce să spun în acel moment chimie. Compoziție conform atom Thomson presupus distribuția uniformă a electronilor. Dar acest lucru este în mod clar în contradicție cu fenomenele observate.

Este extrem de rar, dar unele particule zburat la un unghi, chiar si 180 °. Rutherford a fost în cea mai adâncă nedumerire. La urma urmei, contrazis brusc „budinca“, o taxa care ar fi trebuit să fie (conform teoriei lui Thomson) distribuite uniform. Prin urmare, site-urile inegale încărcate, care ar putea scârbi pe heliu ionizat, au fost absenți.

Ce concluzii vin Rutherford?

Aceste circumstanțe a determinat oamenii de știință să creadă că atomul este cea mai mare parte gol și doar centrul de educație se concentreze unele cu o sarcină pozitivă - kernel-ul. Și acolo a fost modelul planetar al atomului, care postulează următoarele:

• Așa cum am spus deja, este situat în partea centrală a miezului și volumul său (în raport cu mărimea atomului însuși) este neglijabil.
• Practic, toate din masa atomică, precum și toate sarcina pozitivă se găsesc în nucleu.
• Electronii gravitează în jurul ei. Este important ca numărul lor este egal cu sarcina pozitivă.

teoria paradoxurilor

Totul ar fi bine, dar modelul atomului nu explică rezistența lor incredibilă. Trebuie amintit faptul că electronii se deplasează în orbite, cu mare accelerație. Prin toate legile electrodinamicii unui obiect în timp, ar trebui să-și piardă sarcina sa. Dacă luăm în considerare postulatele Newton și Maxwell, electronii, în general, ar trebui să se năruie la miezul, cum ar fi grindina pe pământ.

Desigur, nici un astfel de lucru se întâmplă în realitate. Orice atom nu numai destul de rezistent, dar pot exista destul timp nelimitat, în care nu radiații nu va pleca. Această discrepanță se explică prin faptul că la Microworld încercăm să aplice legile care sunt valabile numai în ceea ce privește mecanicii clasice. Ei au dovedit a atomia fenomene nu se aplică deloc. Și pentru că structura atomului (chimie, gradul 11) autori de manuale încearcă să explice cât mai mult posibil, în cuvinte simple.

Doctrina lui Bohr

fizicianul danez Niels Bohr a fost dovedit că în microcosmosul nu poate fi supus acelorași legi, dispozițiile care sunt valabile pentru obiecte macroscopice. A fost ideea lui că microcosmosul „ghidat“ exclusiv de legile cuantice. Desigur, atunci nu a existat nici o teorie cuantică în sine, dar Bor a început de fapt strămoșul ei, exprimându-și gândurile lor sub forma a trei postulate care „salvat“ atomul, ar ucis în mod inevitabil, dacă el a „trăit“, conform teoriei lui Rutherford. Este această teorie Dane a fost baza tuturor mecanicii cuantice.

postulate ale lui Bohr

• Primul dintre acestea citește orice sistem atomic poate fi numai în stări atomice specifice, și pentru fiecare dintre ele o anumită valoare caracteristică a energiei (E). În cazul în care starea staționară a atomului (liniștit), apoi emit nu se poate.
• Al doilea postulat spune că emisia de energie de lumină are loc numai în cazul trecerii de la un stat cu mai multă energie într-o mai moderată. Prin urmare, energia eliberată este egală cu diferența de valori între două stări staționare.

Modelul Niels Bohr al atomului

om de știință a sugerat în 1913 de teoria semiclasice. Este demn de remarcat faptul că, în fondare a pus modelul planetar al lui Rutherford, care cu puțin timp înainte de a descris atomul de substanță. Am spus deja că calcule clasice de mecanica Rutherford contrare: pe baza acesteia, sa presupus că, cu timpul electronul a fost sigur să cadă pe suprafața atomului.

În scopul de a „obține în jurul valorii de“ această contradicție, omul de știință a introdus o admitere specială. Esența ei constă în faptul că radiază energie (care ar fi trebuit să ducă la căderea lor), electronii se deplasează numai în orice orbită special. Atunci când se deplasează ca și alte traiectorii lor presupuse atomi chimici să rămână într-o stare pasivă. Conform teoriei lui Bohr, astfel de orbite sunt acelea de circulație punct cantitativ care a fost egală cu constanta lui Planck.

Teoria cuantică a structurii atomice

Așa cum am spus, până în prezent, în cursul teoriei cuantice a structurii atomice. Chimie ultimii ani, ghidat numai de ea. Ea se bazează pe patru axiome fundamentale.

1. În primul rând, dualitate (corpuscular unda natura) a electronului în sine. Pur și simplu pune, particula se comportă și modul în care obiectul material (un corpuscul), și ca un val. Deoarece particula are o sarcină și masa specifică. Capacitatea electronilor de difracție în comun cu valuri clasice. Această lungime aceeași undă (λ) și viteza particulelor (v) pot fi legate între ele prin special de Broglie relația: λ = h / mv. După cum s-ar putea ghici, m - masa de electroni.

2. coordonatele și vitezele particulelor pentru a măsura cu precizie absolută este absolut imposibil. Determinati mai precis coordonate, cu atât mai mare incertitudinea viteza. Așa cum, cu toate acestea, și vice-versa. Acest fenomen se numește Heisenberg incertitudine, care poate fi exprimată prin următoarea relație: ∙ m ∙ Ax Av> ž / 2. Delta X (bH) exprimate coordonatele poziției de incertitudine în spațiu. Prin urmare, delta V (Av) reprezintă eroarea de viteză.

3. Contrar tuturor credinței populare anterior, electronii nu trec printr-o orbite strict definite ca trenurile de pe șine. Teoria cuantică spune că un electron poate fi în orice punct în spațiu, dar probabilitatea este diferit pentru fiecare segment.

Acea parte a spațiului din jurul direct nucleului atomic în care această probabilitate este maximă, se numește orbital. Structura chimia modernă a cojilor de electroni de atomi de studii din acest punct de vedere. Desigur, școlile sunt predate distribuția corectă a electronilor prin niveluri, dar, cel mai probabil, în realitate, acestea diferă destul de diferit.

4. Miezul include un atom de nucleoni (protoni și neutroni). Numărul de serie al elementului din tabelul periodic indică numărul de protoni din nucleu, iar suma de protoni și neutroni este egală cu masa atomică. Iată cum se explica structura chimiei atom nucleu de astăzi.

Fondatorii mecanicii cuantice

Notă oamenii de știință care au făcut cea mai mare contribuție la dezvoltarea acestui sector important: fizicianul francez Louis de Broglie, Heisenberg din Germania, Austria, Schrödinger, englezul Dirac. Toate aceste persoane au fost ulterior primit Premiul Nobel.

În ceea ce privește în acest plan a fost de chimie? Structura chimică a atomului, cele mai multe dintre acei ani a fost considerat destul de simplu: mulți decât în 1947, în cele din urmă a recunoscut realitatea existenței particulelor elementare.

unele concluzii

În general, atunci când creați o teorie cuantică nu a fost fără matematicieni, ca toate aceste procese pot fi calculate numai cu utilizarea de calcule complexe. Dar principala dificultate nu este punctul. Procesele care sunt descrise de această teorie, disponibile nu numai pentru simțurile noastre, în ciuda tuturor tehnologiei științifice moderne, dar, de asemenea, imaginația.

Nici un om, chiar și unele nu se poate imagina procese în microcosmos, deoarece acestea nu au la fel ca toate fenomenele pe care le observăm în macrocosmos. Gândește-te: cele mai recente descoperiri dau motive să se presupună că quarcii, neutrinii și alte particule fundamentale există în nouă dimensiune (!). Ca o persoană care trăiește într-un spațiu tridimensional, poate descrie chiar și aproximativ comportamentul lor?

În acest moment, ne putem baza doar pe matematică și puterea de calculatoare moderne, care, probabil, vor fi utilizate pentru simularea micro-mondial. În mod semnificativ ajută și chimia: atomice structura va fi cu siguranță revizuit, după ce recent oamenii de știință care lucrează în acest domeniu, a raportat descoperirea unui nou tip de legături chimice.

Conceptul modern al structurii atomului

Dacă citiți cu atenție toate cele de mai sus, probabil că se va putea spune ce astăzi imagine a structurii atomilor de materie. Dar noi vom explica: aceasta este teoria lui Rutherford modificat oarecum, completate cu preceptele foarte importantă de Niels Bohr. Pur și simplu pune, astăzi se consideră că electronii se deplasează într-un haotic, căi neclare în jurul nucleului, care este alcătuit din neutroni și protoni. Acea parte din spațiul din jurul său, în care este cel mai probabil electronul apariție se numește orbital.

Deși nu se poate spune exact cum se va schimba intelegerea noastra a structurii atomice în viitor. In fiecare zi, oamenii de știință lucrează la pătrunderea în misterele microcosmos: acceleratorului LHC (Large Hadron Collider), Premiul Nobel pentru fizica - toate acestea este rezultatul datelor anchetei.

Dar chiar și acum nu ne putem imagina și o imagine aproximativă a ceea ce încă mai ascund atomi. Este clar doar faptul că atomul însuși pe scara microcosmosului - o clădire uriașă de apartamente, în care am examinat cu excepția primului etaj, și chiar și atunci nu complet. Aproape în fiecare an, există rapoarte cu privire la posibilitatea deschiderii mai multe noi particule elementare. Când procesul studiului de atomi va fi complet terminat, nu se va întreprinde pentru a prezice o azi.

Este suficient să spunem că concepția noastră despre ei au început să se schimbe abia în 1947, când așa-numitele V-particule au fost descoperite. Înainte de aceasta, oamenii adâncit doar ușor teoria pe care sa bazat secolul al 19-lea de chimie. Structura Atom - o rezolvare de puzzle fascinant, care au ocupat cele mai strălucite minți ale omenirii.