Stanovení atomů a molekul. Definice atomu až do roku 1932

Od antiky až do poloviny 18. století, věda byla ovládána představou, že atom - částice hmoty, která nemůže být rozdělena. Anglický vědec a přírodovědec, a D. Dalton dal definici atomu jako nejmenší část chemického prvku. MV Lomonosov v jeho atomů a molekul doktríny byl schopen poskytnout definici atomu a molekuly. Byl přesvědčen, že molekula, který on volal „krvinky“, složený z „elementy“ - atomy - a jsou v neustálém pohybu.

D. I. Mendeleev věřil, že tento subjednotkové látky, které tvoří hmotný svět, zachovává všechny své vlastnosti jen v případě, že není předmětem rozdělení. V tomto článku, definujeme objekt jako mikrokosmu atomu, a studium jeho vlastnosti.

Dosavadní teorie atomové struktury

V 19. století, to je široce uznáván jako prohlášení o nedělitelnosti atomu. Většina vědců věří, že částice jednoho chemického prvku za žádných okolností nemůže být přeměněna na atomy jiných prvků. Tyto úvahy jsou základem, na kterém byla založena definici atomu až do roku 1932. Na konci 19. století ve vědě byly provedeny zásadní objevy, které změnily tento názor. Za prvé, v roce 1897 britský fyzik J. J. Thomson objevil elektron. Tato skutečnost se zásadně změnila představy vědců o nedělitelnou součást chemického prvku.

Jak dokázat, že složité struktury atomu

Ještě před objevem elektronu , vědci jednomyslně shodují, že atomy nemají náboj. Potom bylo zjištěno, že elektrony se snadno odlišena od požadovaného chemického prvku. Ty lze nalézt v plameni, které jsou nositeli elektrického proudu, které uvolňují látky během rentgenového záření.

Avšak v případě, že elektrony jsou součástí všech bez výjimky, a negativně nabité atomy, tak, v atomu existují některé částice, které jsou jisti, že mají kladný náboj, jinak atomy by nebyly elektricky neutrální. Aby objasnění struktury atomu pomohla fyzikální jev jako radioaktivita. To dalo správné definice atomu ve fyzice a pak chemie.

Neviditelné paprsky

Francouzský fyzik A. Becquerel byl první, kdo popsal fenomén emise atomů některých chemických prvků, vizuálně neviditelné paprsky. Jsou ionizaci vzduchu přes materiál, což způsobuje černání fotografické desky. Později Curieových a Rutherford zjištěno, že radioaktivní látky se přemění na atomy jiných chemických prvků (jako je například uran - neptunium).

Radioaktivní záření je nestejnoměrný ve složení: částic alfa, beta částic, záření gama. To znamená, že jev radioaktivity prokázáno, že periodické tabulky prvků částic má složitou strukturu. Tato skutečnost způsobilo změny provedené v definici atomu. Jaký částic je atom, daný Rutherford získat nové vědecké fakty? Odpověď na tuto otázku byl navrhovaný odborník nukleární model atomu, podle kterého po kladně nabité jádro elektrony se pohybují.

Rozpory Rutherford modelu

Teorie vědce, přes jeho vynikající charakter, nemohl objektivně definovat atom. Její závěry byly v rozporu se základními zákony termodynamiky, podle níž jsou všechny elektrony obíhající kolem jádra ztrácejí svou energii, jak to může být dříve či později muset padnout na něj. Atom v tomto případě zničila. Je to vlastně není ten případ, protože chemické látky a částice, ze kterého jsou vyrobeny, existují v přírodě po dlouhou dobu. Nevysvětlitelně atom takové určení založené na teorii Rutherford, stejně jako jev, který se vyskytuje při průchodu horkých jednoduché látky přes difrakční mřížka. Po atomová spektra vytvořené současně mají lineární tvar. Tato střetával s modelem Rutherford atomu, podle kterého spektra by měl být nepřetržitý. Podle pojetí kvantové mechaniky, elektrony přítomné v jádře nejsou charakterizovány jako bodové předmětů, jakož i ve tvaru elektronového oblaku.

Většina jeho hustotě v určitém lokusu prostoru kolem jádra, a je považován za místo, kde se částice v daném čase. Také bylo zjištěno, že atom, elektrony jsou uspořádány ve vrstvách. Počet vrstev se může stanovit tím, že zná číslo období, ve kterém je prvek v periodické D. I. Mendeleeva systému. Například, atom fosforu obsahuje 15 elektronů a má tři úrovně energie. Indikátor, který určuje počet energetických hladin se nazývá hlavní kvantové číslo.

Bylo zjištěno experimentálně, že úroveň energie elektronů, který se nachází nejblíže k jádru, mají nejnižší energii. Každá energie plášť je rozdělen do nižší úrovně, a oni na oplátku, na orbitalů. Elektrony jsou umístěny na různých orbitalů mají stejný tvar mraky (s, p, d, f).

Na základě výše uvedeného vyplývá, že tvar elektronového oblaku nemůže být libovolná. To je přesně stanovena v závislosti na orbitální kvantové číslo. Přidáme také, že stav elektronu na částice je také určena dvěma hodnotami - magnetické a rotační kvantové číslo. První z nich je založen na Schrödingerova rovnice a charakterizuje prostorovou orientaci elektronu mrak na základě trojrozměrností našeho světa. Druhý indikátor - počet rotace na to určit rotaci elektronu kolem své osy, nebo proti směru hodinových ručiček.

Objev neutronu

Přes práci D. Chadwick, držel je v roce 1932, to bylo dáno novou definici atomu v chemii a fyzice. Ve svých vědeckých experimentů dokázal, že ke štěpení dochází polonia záření způsobené částic, které nemají náboj, hmotnost 1.008665. Nový elementární částice byl jmenován neutron. Její objev a studium jeho vlastností umožnil sovětští vědci V. Gapon a Ivanenko vytvořit novou teorii o struktuře atomového jádra, který obsahuje protony a neutrony.

Podle nové teorie, stanovení obsahu měla následující atom tvoří konstrukční jednotku chemický prvek, který se skládá z jádra obsahujícího protony, neutrony a elektrony pohybující se kolem něj. Počet pozitivních částeček v jádře, je vždy rovna pořadového čísla chemického prvku v periodické soustavy.

Později profesor Ždanov ve svých experimentů potvrdily, že pod vlivem tvrdého kosmického záření, atomová jádra jsou rozděleny do protonů a neutronů. Kromě toho bylo prokázáno, že se silami, které drží tyto elementární částice v jádře, je velmi energeticky náročné. Jednají na velmi krátké vzdálenosti (v řádu 10 ^-23 cm), volal nukleární. Jak již bylo zmíněno, MV Lomonosov byla schopna poskytnout definici atomu a molekuly na základě vědeckých poznatků jemu známých.

V současné době uznává uvažovat následující model: atom skládá z jádra a elektrony pohybující se kolem něj v přesně vymezeném cest - orbitaly. Elektrony zároveň vykazují vlastnosti jak částice a vlny, to znamená, že mají dvojí povahu. Jádro atomu se koncentruje téměř všechny jeho hmotnost. To se skládá z protonů a neutronů spojené s jadernými silami.

Zda je možné vážit atom

Ukazuje se, že každý atom má hmotnost. Například, to je z vodíku 1,67h10 ^-24 bylo dokonce obtížné si představit, jak malá tato hodnota. Chcete-li zjistit hmotnost objektu, nepoužívejte váha a oscilátor, který je na bázi uhlíkových nanotrubiček. Pro výpočet hmotnosti atomu a molekulou pohodlnější množství, je relativní hmotnosti. To ukazuje, kolikrát hmotnosti molekuly nebo atomu větší než 1/12 atomu uhlíku, který je 1,66h10 ^-27 kg. Relativní atomové hmotnosti jsou uvedeny v periodické tabulce chemických prvků, a nemají rozměr.

Vědci jsou si dobře vědomi toho, že atomová hmotnost chemického prvku - je průměrná hmotnost počet izotopů. Zdá se, ve formě jedné jednotky chemický prvek může mít různé hmotnosti. Tak náboje z jader takového konstrukčního částice stejné.

Vědci zjistili, že izotopy se liší v počtu neutronů v jádře a jádra nabíjení je identický. Například, atom chloru, o hmotnosti 35 obsahoval 18 neutronů a 17 protonů, a o hmotnosti 37 - 20 protonů a 17 neutronů. Mnoho chemické prvky jsou směsi izotopů. Například, jednoduché látky, jako je draslík, argon, kyslík obsažený v jeho atomů složení představující 3 různé izotop.

Stanovení atomicity

To má několik výkladů. Podívejme se, co se rozumí pod pojmem tohoto termínu v chemii. Pokud atomy chemický prvek může alespoň chvíli existovat v izolaci, nemá tendenci vytvářet složitější částice - molekul, pak můžeme říci, že tyto látky mají atomovou strukturu. Například, vícestupňové chlorační reakce methanu. To je široce používán v organické syntetické chemii pro hlavní halogenderivátů: dichlormethan, tetrachlormethan. Je rozdělena molekuly chlóru na atomy, které mají vysokou reaktivitu. Ničí sigma vazby v molekule methan, poskytující substituční řetězovou reakci.

Další příklad chemického procesu, který má velký význam v průmyslu - použití peroxidu vodíku jako dezinfekční a bělicí činidlo. Stanovení atomárního kyslíku jako produkt štěpení peroxidu vodíku se vyskytuje jak v živých buňkách (pomocí enzymu katalázy), a v laboratoři. Atomový kyslík kvalitativně určena jeho vysokou antioxidační vlastnosti a jejich schopnost zničit patogenní agens: bakterie, houby a jejich spory.

Jak nukleární obálku

Nedávno jsme zjistili, že strukturní jednotka chemický prvek má složitou strukturu. Kolem kladně nabité částice nucleus točí negativní elektrony. Nobelova cena Niels Bohr, založené na kvantové teorie světla, vytvořil učení, přičemž charakterizace a identifikace atomů, jsou následující: elektrony pohybující se kolem jádra jen v určitých pevných drah v tomto případě nevyzařují energii. Bohr, vědci prokázali, že částice mikrosvěta, které zahrnují atomy a molekuly neřídí zákony platné pro velké orgány - objekty makrokosmu.

Struktura elektronových vrstev z částic byl zkoumán v rámci prací o kvantové fyzice vědců, jako Hund, Pauli Klechkovskii. Vzhledem k tomu, vyšlo najevo, že elektrony, aby rotační pohyb kolem jádra není chaotické, ale na některých pevných cestách. Pauli zjištěno, že v rámci jedné úrovně energie na každém z jeho orbitaly s, p, d, f v elektronických buněk může být ne více než dvě negativně nabité částice opačné hodnoty rotaci +? A - jednu polovinu.

Hund pravidlo vysvětleno, jak zaplnit elektronových orbitalů se stejnou úrovní energie.

Aufbau princip, nazývaný také pravidlo n + l, vysvětlit, jak plněné orbitaly multielectron atomy (prvky 5, 6, 7 cyklů). Všechny výše uvedené pravidelností sloužil jako teoretický základ chemických prvků vytvořených Dmitriem Mendeleevym.

stupeň oxidace

Jedná se o základní koncept v chemii a popisuje stav atomu v molekule. Moderní definice stupně oxidace atomů je následující: poplatek je podmíněna atomy v molekule, která je vypočítána na základě koncepce, že molekula má pouze iontové složení.

Oxidace může být vyjádřen jako celé číslo nebo frakční číslo, pozitivní, negativní nebo nulové hodnoty. Ve většině atomů chemických prvků má několik oxidačních stavů. Například atom dusíku je -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Avšak takový prvek, jako je fluor, ve všech jejích sloučenin, má pouze jeden oxidační stav rovnající se 1. V případě, že je uveden jednoduchý látku, jeho oxidačním stupni nula. Tato chemikálie množství vhodné použít pro klasifikaci látek a k popisu jejich vlastnosti. Ve většině případů je stupeň oxidace v chemii používané při nastavování rovnice redox reakce.

Vlastnosti atomů

Díky objevy kvantové fyziky, moderní definici atomu, který je založen na teorii Ivanenko a Gapon E, doplněné těmito vědeckými fakty. Struktura atomového jádra se nemění v průběhu chemických reakcí. Změna ovlivní pouze stacionární elektronové orbitaly. Jejich konstrukce lze přičíst mnoha fyzikálních a chemických vlastností látek. V případě, že elektron opustí stacionární dráhu a výtěžek okružní s vyšší energetickou takového atomu se nazývá vzrušení.

Je třeba poznamenat, že elektrony nemohou být dlouho v následujících vedlejších orbitalů. Vrátíme-li se jeho stacionární oběžné dráze, elektron vyzařuje kvantum energie. Studium těchto charakteristik strukturních jednotek chemických prvků, jako elektronová afinita, elektronegativita, ionizační energie, umožnilo vědcům nejen definovat atom, který je základním mikrosvěta částic, ale také jim umožnilo vysvětlit schopnost atomů k vytvoření stabilní a energeticky příznivější molekulární skupenství, možný důsledek vytvářet jakýkoli typ stabilních chemických vazeb: iontovou, kovalentní-polárních a nepolárních, donor-akceptorové (jako kovalentních vazebných druhů) a m etallicheskoy. Ta určuje nejdůležitější fyzikální a chemické vlastnosti kovů.

Experimentálně bylo zjištěno, že velikost atomu může měnit. Vše závisí na molekulu, ve které je obsažen. Prostřednictvím X-ray difrakční analýza může vypočítat vzdálenost mezi atomy v chemické sloučenině, stejně jako naučit poloměr konstrukční jednotku prvek. Vlastnící vzory změny poloměrů atomů obsažených v období nebo skupiny chemických prvků, je možné předvídat jejich fyzikální a chemické vlastnosti. Například, v obdobích s rostoucí atomového jádra nabít svůj pokles poloměry ( „komprese atom“), a tedy zhoršení vlastností kovových sloučenin, a nekovových zesílen.

Tak, znalost struktury atomu může přesně určit, fyzikální a chemické vlastnosti všech prvků obsažených v periodické soustavy prvků.