Atom kimia - a ... Model atom. struktur atom

Pemikiran mengenai sifat persekitaran mula melawat umat manusia lama sebelum zaman kegemilangan tamadun moden. Pertama, orang telah membuat spekulasi tentang kewujudan beberapa kuasa yang lebih tinggi, yang, mereka percaya, yang telah ditetapkan seluruh makhluk. Tetapi tak lama lagi, ahli-ahli falsafah dan imam mula berfikir tentang hakikat apa, sebenarnya, adalah kain yang kewujudan. Teori telah ditetapkan, tetapi dalam perspektif sejarah menjadi dominan atom.

Apa yang atom dalam kimia? Ini, dan juga semua topik yang berkaitan akan dibincangkan dalam artikel ini. Kami berharap di dalamnya anda akan mencari jawapan kepada semua soalan anda.

Pengasas teori atom

Di mana pelajaran kimia pertama bermula? Struktur atom - adalah tema utama. Anda mungkin ingat bahawa perkataan "atom" diterjemahkan daripada bahasa Yunani sebagai "dibahagikan". Kini, ramai ahli sejarah percaya bahawa yang pertama mencadangkan teori, yang berkata beberapa zarah kecil yang membentuk benda yang wujud, Democritus. Beliau tinggal di SM abad kelima.

Malangnya, pemikir cemerlang ini boleh dikatakan tiada apa yang diketahui. Ia tidak sampai kepada kita mana-mana sumber bertulis daripada masa-masa. Dan kerana ulama di zamannya, idea-idea, kita perlu belajar hanya dari karya-karya Aristotle, Plato dan pemikir Yunani yang lain.

Jadi tema kami - "Struktur atom." Dalam bidang kimia, tidak semua mempunyai penilaian yang tinggi, tetapi ramai ingat bahawa semua kesimpulan dari ahli-ahli sains purba telah dibina semata-mata kepada kesimpulan. Democritus tidak pengecualian.

Seperti yang saya alasan Democritus?

logik beliau adalah sangat mudah, tetapi pada masa yang sama cemerlang. Bayangkan bahawa anda mempunyai pisau tajam di dunia. Anda mengambil epal, sebagai contoh, dan kemudian mula memotongnya: dua bahagian kepada empat, bahagikan mereka lagi ... Pendek kata, lambat laun anda akan mendapat keping tidak seberapa ketebalan yang terus membahagikan mereka sudah akan menjadi mustahil. Di sini ia akan menjadi atom dibahagikan. Dalam bidang kimia, dakwaan ini tidak benar hampir ke penghujung abad ke-19.

Dari Democritus kepada idea-idea moden

Ia harus diperhatikan bahawa dari konsep Greek purba kecilnya itu kekal hanya satu perkataan "atom". Kini setiap anak sekolah tahu bahawa dunia di sekeliling kita terdiri daripada lebih asas dan denda. Di samping itu, dari perspektif sains moden, teori Democritus adalah tidak lebih daripada satu pengiraan semata-mata andaian, tidak disokong oleh sekali tidak ada bukti. Walau bagaimanapun, pada masa itu tidak ada turun mikroskop elektron, jadi membuktikannya dengan cara lain di pemikir yang tidak akan berlaku.

Kecurigaan pertama yang Democritus sebenarnya di sana pada ahli kimia. Mereka dengan cepat mendapati bahawa banyak bahan-bahan yang memecahkan kepada komponen lebih mudah semasa tindak balas. Di samping itu, ia membawa kebiasaan kimia yang teruk bagi proses ini. Jadi, mereka menyedari bahawa ia mengambil masa lapan pecahan jisim oksigen dan satu untuk air - hidrogen (undang-undang Avogadro).

Pada zaman pertengahan, apa-apa doktrin materialis, termasuk teori Democritus, pengedaran dan pembangunan tidak dapat sama sekali. Dan hanya pada abad XVIII itu, para saintis telah bangkit semula teori atom. Dengan masa yang ahli kimia Lavoisier, yang hebat M. V. Lomonosov dan berbakat English fizik D. Dalton (yang kami akan membincangkan secara berasingan), telah meyakinkan menunjukkan kepada rakan-rakan mereka realiti atom. Ia perlu ditekankan bahawa walaupun dalam teori atom abad ke-18 pencerahan untuk masa yang lama banyak minda cemerlang pada masa yang serius dipertimbangkan.

Apa pun itu, tetapi walaupun ini saintis hebat belum mengemukakan teori struktur atom, kerana dia telah dianggap sebagai salah dan zarah agihkan, asas segala-galanya.

Malangnya, eksperimen kimia tidak dapat dengan jelas membuktikan realiti penukaran sebahagian atom ke dalam bahan-bahan lain. Namun sains asas dalam mengkaji struktur atom adalah tepat kimia. Atom dan molekul telah dikaji untuk masa yang lama, yang cemerlang saintis Rusia, tanpa mana ia adalah mustahil untuk membayangkan sains moden.

Doktrin D. I. Mendeleeva

Peranan besar dalam pembangunan doktrin atom bermain D. I. Mendeleev, yang pada tahun 1869 mencipta sistem berkala yang bernas. teori A telah dibentangkan kepada masyarakat saintifik, yang bukan sahaja tidak menolak, tetapi andaian yang munasabah melengkapkan semua materialis. Sudah pada abad ke-19, ahli sains dapat membuktikan kewujudan elektron. Semua penemuan ini membawa minda terbaik abad ke-20 untuk serius mengkaji atom. Dalam bidang kimia masa ini juga ditandai dengan banyak penemuan.

Tetapi doktrin Mendeleyev berharga bukan sahaja untuk ini. Ia masih tidak jelas tepat bagaimana atom bentuk unsur-unsur kimia yang berbeza. Tetapi saintis Rusia yang besar dapat membuktikan secara meyakinkan bahawa mereka semua, tanpa pengecualian, yang berkait rapat antara satu sama lain.

pembukaan Dalton

Tetapi dapat mentafsir data berbeza berbilang hanya boleh Dzhon Dalton, yang namanya selama-lamanya dicetak dalam penemuan undang-undang itu sendiri. Biasanya, ahli-ahli sains telah belajar hanya kelakuan gas, tetapi pelbagai kepentingan ia adalah jauh lebih luas. Pada tahun 1808 dia mula menerbitkan hasil kerja asas barunya.

Ia Daltons diandaikan bahawa setiap elemen kimia sepadan dengan atom tertentu. Tetapi ahli sains, seperti Democritus beberapa abad di hadapan-Nya, masih percaya bahawa mereka benar-benar tidak dapat dipisahkan. Dalam banyak draf yang lukisan rajah, di mana atom diwakili dalam bentuk pelet mudah. idea ini, yang berasal lebih daripada 2,500 tahun yang lalu, berlangsung hampir ke hari ini! Walau bagaimanapun, hanya baru-baru ini telah mendapati struktur yang benar-benar mendalam tentang atom. Kimia (Gred 9 khususnya) sehingga ke hari ini adalah sebahagian besarnya dipandu oleh idea-idea yang pertama kali disuarakan pada abad ke-18.

pengesahan eksperimen yang dibagi atom

Walau bagaimanapun, hampir semua ahli sains percaya bahawa atom sehingga akhir abad ke-19 - had di luar yang tidak ada apa-apa. Mereka menyangka bahawa asas kepada semua penciptaan adalah sebenarnya ia. Ini telah dibantu oleh pelbagai eksperimen: apa sahaja yang seseorang boleh berkata, tetapi apa perubahan hanya molekul, manakala kadar dengan atom bahan tidak berlaku benar-benar apa-apa yang tidak dapat dijelaskan hanya kimia. Struktur atom karbon, sebagai contoh, kekal sepenuhnya tidak berubah walaupun di negeri-negeri allotropic berbeza.

Pendek kata, untuk masa yang lama, ada sama sekali tidak data eksperimen yang sekurang-kurangnya secara tidak langsung mengesahkan syak wasangka beberapa saintis bahawa terdapat beberapa zarah yang lebih asas. Hanya pada abad ke-19 (tidak kurangnya terima kasih kepada pengalaman curies) perkahwinan itu telah menunjukkan bahawa di bawah syarat-syarat tertentu atom satu unsur boleh berubah menjadi yang lain. Penemuan ini menjadi asas kepada idea-idea moden tentang dunia di sekeliling kita.

Kismis dan puding

Pada tahun 1897, George. Thomson, ahli fizik Inggeris, didapati bahawa dalam mana-atom terdapat sejumlah zarah bercas negatif, yang juga dikenali sebagai "elektron". Sudah pada tahun 1904, ahli sains mencipta model atom yang pertama, yang lebih dikenali di bawah gelaran "plum pudding". Nama ini agak tepat menggambarkan intipati. Berdasarkan teori Thomson atom dalam kimia - ia adalah satu "kapal" dengan caj teragih seragam di dalamnya dan elektron.

Ambil perhatian bahawa model ini adalah dalam edaran walaupun dalam abad ke-20. Kemudian ternyata bahawa ia adalah benar-benar salah. Namun, ia adalah percubaan sedar yang pertama kepada manusia (dan secara saintifik) untuk mencipta kecilnya sekitarnya, yang menawarkan model atom, agak mudah dan jelas.

eksperimen Curie

Adalah dipercayai bahawa pasangan itu, Pierre dan Mariya Kyuri meletakkan asas bagi fizik atom. Sudah tentu, sumbangan orang-orang genius, sebenarnya mengorbankan kesihatan dan kehidupan, tidak boleh dipandang ringan, tetapi pengalaman mereka jauh lebih asas. Hampir serentak dengan Rutherford mereka terbukti atom itu - adalah lebih kompleks dan struktur heterogen. Fenomena radioaktif, yang mereka diterokai, yang mengenainya dan bercakap.

Pada awal 1898 Maria menerbitkan artikel pertama ditumpukan kepada radiasi. Soon Mary dan Penerbangan Kyuri telah menunjukkan bahawa campuran sebatian berklorin uranium dan radium mula muncul bahan-bahan lain, kewujudan yang dia meragui kimia rasmi. Struktur atom sejak mula untuk diterokai dengan bersungguh-sungguh.

pendekatan "Planetary"

Akhirnya Rutherford memutuskan untuk membuat logam berat atom pengeboman α-zarah (helium sepenuhnya terion). Seorang saintis pernah mencadangkan bahawa elektron cahaya tidak dapat mengubah trajektori gerakan zarah. Oleh itu, penyebaran boleh menyebabkan hanya beberapa komponen berat yang mungkin terkandung dalam nukleus atom. Dengan serta-merta, kita perhatikan bahawa Rutherford asal tidak menuntut untuk menukar "puding" teori. Ini model atom itu dianggap sempurna.

Oleh itu menyebabkan hampir semua zarah tanpa masalah melalui lapisan nipis perak, ia tidak terkejut. Itu hanya ia menjadi jelas bahawa beberapa atom helium telah dipesongkan hanya 30 °. Ia bukan apa yang hendak dikatakan pada masa itu kimia. Komposisi menurut Thomson atom dianggap taburan seragam elektron. Tetapi ini adalah jelas bertentangan dengan fenomena dipatuhi.

Ia amat jarang berlaku, tetapi beberapa zarah terbang pada sudut, walaupun 180 °. Rutherford adalah tenggelam dalam kesesatannya yang paling dalam. Lagipun, ia ketara bercanggah dengan "puding", caj yang sepatutnya (mengikut teori Thomson) sama rata. Oleh itu, laman web yang dikenakan tidak sekata yang boleh menangkis helium terion, tidak hadir.

Apakah kesimpulan yang datang Rutherford?

Keadaan ini mendorong saintis untuk berfikir bahawa atom yang kebanyakannya kosong dan hanya pusat tumpuan beberapa pendidikan dengan caj positif - kernel. Dan ada model planet atom, yang postulat berikut:

• Seperti yang kita telah berkata, ia terletak di bahagian tengah teras, dan jumlah itu (berbanding dengan saiz atom itu sendiri) diabaikan.
• Hampir semua jisim atom, serta semua caj positif terdapat dalam nukleus.
• Elektron berputar di sekelilingnya. Ia adalah penting bahawa bilangan mereka adalah sama dengan caj positif.

teori paradoks

Semua akan menjadi baik, tetapi model atom tidak menjelaskan daya tahan yang luar biasa mereka. Perlu diingat bahawa elektron bergerak dalam orbit dengan pecutan yang besar. Oleh semua undang-undang elektrodinamik objek dari masa ke masa, ada yang hilang casnya. Jika kita mengambil kira postulat Newton dan Maxwell, elektron secara umum harus runtuh kepada teras, seperti hujan batu di atas tanah.

Sudah tentu, tidak berlaku seperti yang berlaku dalam realiti. Apa-apa atom bukan sahaja agak tahan, tetapi mungkin ada masa yang agak terhad, di mana tiada sinaran tidak akan hilang. Perbezaan ini dijelaskan oleh fakta bahawa untuk Microworld yang kita cuba untuk memohon undang-undang yang sah hanya berkenaan dengan mekanik klasik. Rupa-rupanya atom-besaran fenomena tidak terpakai sama sekali. Dan kerana struktur atom (Kimia, Gred 11) penulis buku teks cuba untuk menerangkan sebanyak mungkin dalam erti kata yang mudah.

doktrin Bohr

ahli fizik Denmark Niels Bohr telah membuktikan bahawa dalam dunia kecilnya yang tidak boleh tertakluk kepada undang-undang yang sama, peruntukan yang sah bagi objek makroskopik. Ia adalah idea beliau yang mikrokosma "petunjuk" semata-mata oleh undang-undang kuantum. Sudah tentu, maka tidak ada teori kuantum sendiri, tetapi Bor sebenarnya bermula moyang beliau, menyatakan pandangan mereka dalam bentuk tiga postulat bahawa "diselamatkan" atom, ia tidak dapat tidak akan dibunuh, jika dia "hidup" menurut teori Rutherford. Ia teori ini Dane merupakan asas semua mekanik kuantum.

postulat Bohr

• Yang pertama ini membaca mana-mana sistem atom boleh hanya di negeri-negeri atom tertentu, dan bagi setiap daripada mereka nilai ciri tertentu tenaga (E). Jika keadaan pegun atom (tenang), kemudian mengeluarkan ia tidak boleh.
• The postulat kedua mengatakan bahawa pelepasan tenaga cahaya berlaku hanya dalam kes peralihan dari keadaan dengan lebih banyak tenaga dalam yang lebih sederhana. Oleh itu, tenaga yang dibebaskan adalah sama dengan perbezaan nilai antara kedua-dua negeri pegun.

model Niels Bohr atom

saintis mencadangkan pada tahun 1913 oleh teori semiclassical. Perlu diperhatikan bahawa dalam penubuhannya ia meletakkan model planet Rutherford, yang tidak lama sebelum beliau menyifatkan atom bahan. Kami telah berkata bahawa pengiraan mekanik klasik bertentangan Rutherford: atas dasar itu, ia diandaikan bahawa dengan masa elektron pasti jatuh pada permukaan atom.

Dalam usaha untuk "mendapatkan sekitar" percanggahan ini, ahli sains telah memperkenalkan kemasukan khas. Asasnya terletak pada hakikat bahawa memancarkan tenaga (yang sepatutnya membawa kepada kejatuhan mereka), elektron hanya boleh bergerak ke mana-mana orbit tertentu. Apabila bergerak sebagai trajektori mereka yang lain atom kimia didakwa kekal dalam keadaan pasif. Menurut teori Bohr, orbit itu adalah orang-orang pergerakan titik kuantitatif yang adalah sama dengan pemalar Planck.

Teori kuantum struktur atom

Seperti yang telah kita berkata, setakat ini, dalam perjalanan teori kuantum struktur atom. Kimia tahun-tahun kebelakangan berpandukan semata-mata oleh beliau. Ia adalah berdasarkan kepada empat aksiom asas.

1. Pertama, dualiti (sel hidup gelombang alam semula jadi) elektron itu sendiri. Ringkasnya, zarah berkelakuan dan bagaimana objek bahan (sel darah), dan sebagai gelombang. Sebagai zarah mempunyai cas dan jisim tertentu. Keupayaan elektron untuk pembelauan bersama-sama dengan gelombang klasik. Ini sama panjang gelombang (λ) dan halaju zarah (v) boleh dikaitkan dengan satu sama lain dengan de Broglie khas berhubung: λ = h / mv. Seperti yang anda sangka, m - jisim elektron.

2. menyelaras dan halaju zarah untuk mengukur dengan ketepatan mutlak sememangnya mustahil. Yang lebih tepat ditentukan menyelaras, lebih besar ketidakpastian dalam halaju. Namun, dan sebaliknya. Fenomena ini dipanggil Heisenberg tidak menentu, yang boleh dinyatakan oleh hubungan berikut: Δx ∙ ∙ m Δv> ž / 2. Delta X (Δh) menyatakan kedudukan ketidakpastian Koordinat dalam ruang. Oleh itu, delta V (Δv) mewakili ralat kelajuan.

3. Bertentangan dengan semua kepercayaan sebelum ini popular, elektron tidak lulus melalui orbit ketat ditakrifkan sebagai kereta api di landasan. teori kuantum mengatakan bahawa elektron boleh berada di mana-mana tempat di angkasa, tetapi kebarangkalian ini adalah berbeza untuk setiap segmen.

Bahawa sebahagian daripada ruang langsung mengelilingi nukleus atom di mana kebarangkalian ini adalah maksimum, dipanggil orbit. struktur kimia moden daripada petala elektron atom kajian dari sudut pandangan ini. Sudah tentu, sekolah diajar pengagihan yang betul elektron melalui peringkat, tetapi, kemungkinan besar, pada hakikatnya, mereka berbeza agak berbeza.

4. teras termasuk atom nukleon (proton dan neutron). Nombor siri unsur dalam jadual berkala menunjukkan bilangan proton dalam nukleusnya, dan jumlah proton dan neutron adalah sama dengan jisim atom. Berikut adalah cara untuk menerangkan struktur kimia atom nukleus hari ini.

Pengasas mekanik kuantum

Ambil perhatian ahli-ahli sains yang membuat sumbangan besar kepada pembangunan sektor penting ini: ahli fizik Perancis Louis de Broglie, Heisenberg Jerman, Austria, Schrodinger, orang Inggeris Dirac. Semua orang-orang ini kemudiannya dianugerahkan Hadiah Nobel.

Setakat yang dalam pelan ini pergi kimia? struktur kimia atom, sebahagian besar daripada tahun-tahun dianggap cukup mudah: ramai hanya pada tahun 1947 akhirnya diiktiraf realiti kewujudan zarah asas.

beberapa kesimpulan

Secara umumnya, apabila anda membuat teori kuantum bukan tanpa matematik, kerana semua proses ini boleh dikira hanya dengan menggunakan pengiraan yang kompleks. Tetapi kesukaran utama bukan titik. Proses yang diterangkan oleh teori ini, didapati bukan sahaja kepada pancaindera kita, di sebalik semua teknologi saintifik moden, tetapi juga imaginasi.

Tidak ada manusia, walaupun ada yang tidak boleh bayangkan proses dalam dunia kecilnya, kerana mereka tidak suka semua fenomena yang kita lihat di dalam makrokosmos. Cuba fikirkan: penemuan terkini memberi sebab untuk menganggap bahawa kuark, neutrino dan zarah asas yang lain wujud dalam sembilan dimensi (!). Sebagai orang yang hidup di dalam ruang tiga dimensi, walaupun kira-kira dapat menggambarkan tingkah laku mereka?

Pada masa ini, kita hanya boleh bergantung kepada matematik dan kuasa komputer moden, yang, mungkin, akan digunakan untuk simulasi mikro di dunia. Ketara membantu dan kimia: atom struktur pasti akan dikaji semula, selepas baru-baru ini saintis yang bekerja dalam bidang ini, melaporkan penemuan jenis baru ikatan kimia.

Konsep moden struktur atom

Jika anda membaca dengan teliti semua perkara di atas, anda mungkin diri mereka akan dapat mengatakan apa yang hari ini gambar struktur atom perkara. Tetapi kami akan menjelaskan: ia agak diubahsuai teori Rutherford, ditambah dengan ajaran yang tidak ternilai Niels Bohr. Ringkasnya, hari ini ia dianggap bahawa elektron bergerak dalam huru-hara, laluan kabur mengelilingi nukleus, yang terdiri daripada neutron dan proton. Bahawa sebahagian daripada ruang di sekelilingnya, di mana elektron adalah kemungkinan besar berlakunya dipanggil orbit.

Walaupun ia tidak mungkin untuk mengatakan dengan tepat berapa akan mengubah pemahaman kita tentang struktur atom pada masa hadapan. Setiap hari, ahli-ahli sains bekerja pada penembusan ke dalam misteri kecilnya: LHC (Large Hadron Collider), Hadiah Nobel dalam fizik - semua ini adalah hasil daripada data kajian.

Tetapi sekarang kita tidak boleh bayangkan dan gambar anggaran apa yang masih menyembunyikan atom. Ia adalah jelas bahawa hanya atom itu sendiri pada skala kecilnya itu - sebuah bangunan apartmen yang besar, di mana kita diperiksa kecuali tingkat pertama, dan itupun tidak sepenuhnya. Hampir setiap tahun terdapat laporan mengenai kemungkinan pembukaan lebih banyak zarah asas baru. Apabila proses kajian atom akan benar-benar selesai, tidak akan berjanji untuk meramalkan satu hari ini.

Cukup untuk mengatakan bahawa konsep kami daripada mereka mula berubah hanya pada tahun 1947 apabila apa yang dikenali sebagai V-zarah telah ditemui. Sebelum ini, orang hanya sedikit mendalam teori di mana abad ke-19 adalah berasaskan kimia. Struktur Atom - satu penyelesaian teka-teki menarik yang menduduki minda terbaik manusia.