Penderfynu ar atomau a moleciwlau. Diffiniad o atom tan 1932

Gan ddechrau o'r cyfnod hynafol i ganol y 18fed ganrif, gwyddoniaeth ei ddominyddu gan y syniad bod yr atom - gronyn o fater na ellir eu rhannu. gwyddonydd a'r naturiaethwr Saesneg, a D. Dalton rhoddodd diffiniad yr atom fel y rhan leiaf o elfen gemegol. MV Lomonosov yn ei athrawiaeth atomig a moleciwlaidd yn gallu rhoi diffiniad yr atom a'r moleciwl. Oedd yn argyhoeddedig bod y moleciwl, mae ef o'r enw "corpuscles", a gyfansoddwyd o "elfennau" - atomau - ac yn symud yn gyson.

Credai D. I. Mendeleev fod is-uned hon sylweddau sy'n rhan o'r byd materol, yn cadw ei holl eiddo dim ond os nad yw'n ddarostyngedig i is-adran. Yn yr erthygl hon, rydym yn diffinio gwrthrych fel microcosm yr atom, ac yn astudio ei eiddo.

Cefndir y theori adeiledd atomig

Yn y 19eg ganrif, mae'n cael ei gydnabod yn eang fel y datganiad ar y modd gwahanu yr atom. Mae'r rhan fwyaf o wyddonwyr yn credu na all y gronynnau o un elfen gemegol o dan unrhyw amgylchiadau yn cael eu trawsnewid yn atomau o elfennau eraill. Y syniadau hyn yn sail ar gyfer seiliwyd y diffiniad o atom tan 1932. Yn niwedd y 19eg ganrif mewn gwyddoniaeth wedi cael eu gwneud darganfyddiadau sylfaenol a newidiodd y farn hon. Yn gyntaf oll, yn 1897 y ffisegydd Prydeinig J. J. Thomson wedi darganfod yr electron. Mae'r ffaith hon yn cael ei newid syniadau gwyddonwyr 'yn sylfaenol am ran anwahanadwy o'r elfen gemegol.

Sut i brofi bod y strwythur cymhleth atom

Hyd yn oed cyn y darganfyddiad yr electron , mae gwyddonwyr yn unfrydol yn cytuno bod yr atomau yn cael unrhyw dâl. Yna, gwelwyd bod electronau yn hawdd gwahaniaethu rhwng unrhyw elfen gemegol a ddymunir. Gellir eu gweld yn fflam, maent yn gludwyr o cerrynt trydan, maent yn rhyddhau sylweddau yn ystod ymbelydredd pelydr-x.

Ond os yw'r electronau yn rhan o gyd heb eithriad, ac atomau gwefr negatif, a thrwy hynny, mewn atom mae rhai gronynnau sydd yn sicr o gael gwefr bositif, fel arall ni fyddai atomau yn niwtral yn drydanol. Er mwyn helpu i ddatrys y strwythur yr atom wedi helpu yn ffenomen ffisegol fel ymbelydredd. Rhoddodd y diffiniad cywir yr atom mewn ffiseg, ac yna cemeg.

Mae'r pelydrau anweledig

ffisegydd Ffrangeg A. Becquerel oedd y cyntaf i ddisgrifio y ffenomen o allyrru atomau rhai elfennau cemegol, yn weledol pelydrau anweledig. Maent ionize y tocyn awyr drwy'r deunydd, gan achosi blackening o blatiau ffotograffig. Yn ddiweddarach, mae'r Curies a Rutherford fod sylweddau ymbelydrol yn cael eu trawsnewid i mewn i atomau o elfennau eraill cemegol (megis wraniwm - neptwniwm).

ymbelydredd ymbelydrol yn nonuniform mewn cyfansoddiad: gronynnau alffa, gronynnau beta, pelydrau gama. Felly, y ffenomen o ymbelydredd profi bod y tabl cyfnodol o ronynnau elfennau strwythur cymhleth. Mae'r ffaith hon yn achosi i'r newidiadau a wnaed i'r diffiniad yr atom. Beth gronynnau yn atom, gan Rutherford cael ffeithiau gwyddonol newydd? Yr ateb i'r cwestiwn hwn oedd y model niwclear ysgolhaig arfaethedig yr atom, yn ôl pa amgylch y niwclews electronau yn bositif-cyhuddo yn symud.

model gwrthddywediadau Rutherford

Mae damcaniaeth y gwyddonydd, er gwaethaf ei chymeriad rhagorol, ni allai diffinio'r atom yn wrthrychol. Mae ei ganfyddiadau yn groes i gyfreithiau sylfaenol thermodynameg, yn ôl pa holl electronau cylchdroi'r niwclysau yn colli eu ynni a, gan y gallai fod, yn hwyr neu'n hwyrach yn rhaid i syrthio arno. Atom yn yr achos hwn ei ddinistrio. Mae hyn mewn gwirionedd nid yw'r achos, gan fod y cemegau a gronynnau o ble maent yn cael eu gwneud, yn bodoli o ran natur am amser hir. Anesboniadwy atom penderfyniad o'r fath yn seiliedig ar y ddamcaniaeth o Rutherford, yn ogystal â'r ffenomen sy'n digwydd wrth basio sylweddau syml poeth drwy diffreithiant gratin. Ar ôl sbectra atomig a ffurfiwyd ar yr un pryd yn cael siâp llinol. Mae hyn yn gwrthdaro â'r model Rutherford yr atom, yn ôl y byddai'r sbectrwm rhaid i fod yn un barhaus. Yn ôl y cysyniadau o mecaneg cwantwm, nid yw electronau sy'n bresennol yn y niwclews yn cael eu nodweddu fel gwrthrychau pwynt, yn ogystal â chael y ffurf y cwmwl electron.

Mae'r rhan fwyaf o'i ddwysedd mewn locws penodol o le o gwmpas y niwclews, ac yn cael ei ystyried i fod y lleoliad gronyn ar adeg benodol. Yn ogystal, gwelwyd bod yr atom, electronau wedi'u trefnu mewn haenau. Gall nifer o haenau yn cael ei benderfynu trwy wybod rhif y cyfnod y mae'r elfen yn y Cyfnodol D. I. System Mendeleeva. Er enghraifft, yr atom ffosfforws yn cynnwys 15 o electronau ac mae ganddo dri lefelau egni. Yr enw ar y dangosydd, sy'n pennu nifer o lefelau egni yn cael ei brif rhif cwantwm.

Cafodd ei sefydlu yn arbrofol bod lefel egni electronau, a leolir agosaf at y craidd, yn cael yr egni isaf. Mae pob gragen ynni yn cael ei rhannu'n is-lefel, ac maent, yn eu tro, ar orbitalau. Mae electronau yn cael eu lleoli ar wahanol orbitalau yr un cymylau ffurflen (ni, p, d, f).

Yn seiliedig ar yr uchod, mae'n dilyn na all y siâp y cwmwl electron fod yn fympwyol. Mae'n benderfynol llym yn ôl y orbital rhif cwantwm. Rydym yn ychwanegu hefyd bod cyflwr y electron i'r gronynnol hefyd yn cael ei bennu gan ddau werth - magnetig a sbin rhifau cwantwm. Mae'r cyntaf yn seiliedig ar yr hafaliad Schrödinger a nodweddu cyfeiriadedd gofodol y cwmwl electron ar sail y tri-dimensionality ein byd. Yr ail ddangosydd - y nifer o sbin arno pennu cylchdro y electron o amgylch ei hechelin neu wrth-glocwedd.

Mae darganfod y niwtron

Drwy waith D. Chadwick, a gynhelir yn eu yn 1932, yr oedd yn rhoi diffiniad newydd yr atom mewn cemeg a ffiseg. Yn eu harbrofion gwyddonol profodd fod yn y holltiad digwydd ymbelydredd Poloniwm a achosir gan y gronynnau heb unrhyw dâl, y màs 1.008665. Mae gronyn elfennol newydd enwyd y niwtron. Mae ei ddarganfod ac astudio ei eiddo yn caniatáu i'r gwyddonwyr Sofietaidd V. Gapon a Ivanenko creu damcaniaeth newydd o strwythur y niwclews atomig, sy'n cynnwys protonau a niwtronau.

Yn ôl y ddamcaniaeth newydd, penderfynu ar y sylwedd oedd gan yr atom canlynol yn ffurfio uned strwythurol yr elfen gemegol, sy'n cynnwys craidd sy'n cynnwys protonau, niwtronau ac electronau symud o gwmpas iddo. Mae nifer y gronynnau positif yn y niwclews bob amser yn hafal i nifer trefnolyn yr elfen gemegol yn y system cyfnodol.

Yn ddiweddarach cadarnhaodd yr Athro Zhdanov yn ei arbrofion fod o dan ddylanwad ymbelydredd cosmig caled, niwclysau atomig yn cael eu rhannu yn protonau a niwtronau. Yn ogystal, mae wedi ei brofi bod y grymoedd sy'n dal gronynnau elfennol hyn yn y cnewyllyn, mae'n hynod o ynni-ddwys. Maent yn gweithredu ar bellteroedd byr iawn (o drefn 10 ^-23 cm), a elwir niwclear. Fel y soniwyd yn gynharach, gan MV Lomonosov yn gallu rhoi diffiniad yr atom a'r moleciwl ar sail ffeithiau gwyddonol hysbys iddo.

Ar hyn o bryd cydnabyddedig yn ystyried y model canlynol: atom yn cynnwys niwclews ac electronau symud o gwmpas mewn llwybrau diffiniedig yn llym - orbitalau. Electronau ar yr un pryd yn arddangos priodweddau y gronynnau a'r tonnau, hynny yw, mae natur ddeuol. Mae'r niwclews atom wedi'i ganoli bron ei holl torfol. Mae'n cynnwys protonau a niwtronau sy'n gysylltiedig â grymoedd niwclear.

P'un a yw'n bosibl i bwyso a mesur atom

Mae'n ymddangos bod gan bob atom torfol. Er enghraifft, mae o Hydrogen 1,67h10 ^-24 oedd hyd yn oed yn anodd dychmygu pa mor fach y gwerth hwn. I ddod o hyd i'r pwysau'r gwrthrych, peidiwch â defnyddio'r graddfeydd, a'r osgiliadur, sydd yn nanotube carbon. I gyfrifo'r pwysau yr atom a'r moleciwl mwy o faint cyfleus yw'r pwysau cymharol. Mae'n dangos faint o weithiau pwysau moleciwl neu atom yn fwy na 1/12 yr atom carbon, sef 1,66h10 ^-27 kg. masau atomig cymharol yn cael eu rhoi yn y tabl cyfnodol o elfennau cemegol, ac nid oes ganddynt unrhyw ddimensiwn.

Mae gwyddonwyr yn ymwybodol iawn bod y pwysau atomig elfen gemegol - yw'r rhif màs cyfartalog o isotopau. Mae'n ymddangos, yn natur un uned o elfen gemegol gall fod yn wahanol llu. Felly y taliadau y niwclysau o gronyn strwythurol mor un fath.

Mae gwyddonwyr wedi darganfod bod yr isotopau yn gwahaniaethu o ran nifer y niwtronau yn y niwclews a niwclysau codi tâl arnynt union yr un fath. Er enghraifft, mae atom clorin, cael màs 35 cynnwys 18 o niwtronau ac 17 protonau, a gyda màs o 37-20 proton a niwtron 17. Mae llawer o elfennau cemegol yn gymysgeddau o isotopau. Er enghraifft, sylweddau syml megis potasiwm, argon, ocsigen a gynhwysir yn ei atomau gyfansoddiad yn cynrychioli 3 isotop gwahanol.

Penderfynu atomicity

Mae ganddi nifer o ddehongliadau. Ystyriwch yr hyn a olygir gan y term hwn mewn cemeg. Os gall y atomau o elfen gemegol yn bodoli o leiaf am ennyd ben ei hun, nid yw'n tueddu i ffurfio gronynnau mwy cymhleth - moleciwlau, yna rydym yn dweud bod sylweddau o'r fath yn cael adeiledd atomig. Er enghraifft, aml-gam adwaith clorineiddio o fethan. Mae'n cael ei defnyddio'n eang mewn cemeg synthetig organig ar gyfer y prif deilliadau halogen: DICHLOROMETHANE, tetraclorid carbon. Mae'n cael ei rannu moleciwlau clorin i atomau cael adweithedd uchel. Maent yn dinistrio bondiau sigma yn y moleciwl methan, gan ddarparu adwaith amnewid cadwyn.

Enghraifft arall o broses gemegol sydd yn bwysig iawn yn y diwydiant - y defnydd o hydrogen perocsid fel asiant diheintydd a cannu. Penderfynu ocsigen atomig fel cynnyrch holltiad hydrogen perocsid yn digwydd yn y celloedd byw (gan yr ensym catalase), ac yn y labordy. ocsigen atomig a benderfynir yn ansoddol gan ei eiddo gwrthocsidydd uchel ac mae eu gallu i ddinistrio asiantau pathogenig: bacteria, ffyngau a'u sborau.

Sut yr amlen niwclear

Rydym wedi dod o hyd yn flaenorol bod yr uned strwythurol elfen gemegol ganddo strwythur cymhleth. O amgylch y gronynnau cnewyllyn cadarnhaol-cyhuddo yn troi electronau negatif. Gwobr Nobel Niels Bohr, yn seiliedig ar ddamcaniaeth cwantwm o olau, creu addysgu, yn yr hon y cymeriadu ac adnabod atomau fel a ganlyn: electronau symud o gwmpas y niwclews yn unig ar lwybrau sefydlog penodol yn yr achos hwn nid ydynt yn ymestyn ynni. Bohr, mae gwyddonwyr wedi dangos bod y gronynnau y microworld, sy'n cynnwys atomau a moleciwlau nid ydynt yn ufuddhau i'r deddfau dilys ar gyfer cyrff mawr - gwrthrychau macrocosm.

Mae strwythur y cregyn electron gronynnau wedi cael ei astudio mewn papurau ar wyddonwyr ffiseg cwantwm fel Hund, Pauli Klechkovskii. Ers daeth yn hysbys bod yr electronau yn gwneud nid y cynnig cylchdro o amgylch y niwclews yn ddi-drefn, ond ar lwybrau penodedig penodol. Canfu Pauli y gall o fewn lefel egni un ym mhob un o'i orbitalau s, p, d, f mewn celloedd electronig fod yn fwy na dau gronynnau gwefr negatif o gyferbyn werth sbin + ½ a - ½.

Esboniodd rheol Hund yn sut i lenwi orbitalau electron gyda'r un lefel egni.

Egwyddor Aufbau, a elwir hefyd yn y rheol n + l, eglurwch sut orbitalau llenwi multielectron atomau (elfennau 5, 6, 7 cylchoedd). Mae pob un o'r uchod yn regularities gwasanaethu fel sylfaen ddamcaniaethol elfennau cemegol a grëwyd gan Dmitriem Mendeleevym.

gradd ocsideiddio

Mae'n gysyniad sylfaenol mewn cemeg ac yn disgrifio cyflwr atom mewn moleciwl. Mae'r diffiniad modern o'r radd o ocsideiddio yr atomau fel a ganlyn: y tâl yn cael ei gyflyru atomau yn y moleciwl, sydd yn cael ei gyfrifo yn seiliedig ar y cysyniadau sydd moleciwl wedi dim ond cyfansoddiad ïonig.

Gall y ocsideiddio gael ei fynegi gan cyfanrif neu nifer ffracsiynol, mae gwerthoedd cadarnhaol, negyddol neu sero. Yn y rhan fwyaf o atomau elfennau cemegol yn cael nifer o wladwriaethau ocsideiddio. Er enghraifft, nitrogen yw -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Ond elfen o'r fath, fel fflworin, ym mhob un o'i gyfansoddion dim ond un cyflwr ocsidiad cyfartal i -1. Os caiff ei gyflwyno sylwedd syml, ei gyflwr ocsidiad sero. Mae hyn yn symiau cemegol gyfleus i'w defnyddio ar gyfer dosbarthu sylweddau ac i ddisgrifio eu priodweddau. Yn y rhan fwyaf o achosion, y graddau ocsideiddio y cemeg a ddefnyddir yn sefydlu adweithiau rhydocs hafaliadau.

Mae priodweddau atomau

Diolch i darganfyddiadau ffiseg cwantwm, y diffiniad modern yr atom, sy'n seiliedig ar y ddamcaniaeth Ivanenko a Gapon E, a ategir gan y ffeithiau gwyddonol canlynol. Nid yw strwythur o niwclews atomig yn cael ei newid yn ystod yr adweithiau cemegol. Mae'r newid yn effeithio dim ond y orbitalau electron llonydd. Gellir eu strwythur yn cael ei briodoli i lawer o briodweddau ffisegol a chemegol sylweddau. Os yw'r electron yn gadael orbit llonydd ac yn symud ymlaen i orbital â atom fath o ynni uwch a elwir yn gyffrous.

Dylid nodi na all yr electronau yn amser hir ar y orbitalau di-graidd. Dychwelyd at ei orbit llonydd, yr electron yn allyrru cwantwm o ynni. Mae astudiaeth o nodweddion megis yr unedau strwythurol o elfennau cemegol fel affinedd electron, electronegatifedd, ynni ionization, wedi caniatáu i wyddonwyr, nid yn unig i ddiffinio atom fel microcosm gronynnau hanfodol, ond hefyd yn eu galluogi i egluro gallu'r atomau i ffurfio gwladwriaeth moleciwlaidd sefydlog ac egnïol yn fwy ffafriol o fater, yn ganlyniad posibl o gan greu unrhyw fath o fondiau cemegol sefydlog: ïonig, cofalent-polar a apolar, rhoddwr-acceptor (fel rhywogaeth bondio cofalent) ac m etallicheskoy. Mae'r olaf yn penderfynu priodweddau ffisegol a chemegol pwysicaf o fetelau.

Cafodd ei sefydlu yn arbrofol y gall maint atom yn amrywio. Bydd yr holl dibynnu ar y moleciwl y mae'n cael ei gynnwys. Drwy pelydr-X Gall dadansoddiad diffreithio gyfrifo'r pellter rhwng atomau mewn cyfansoddyn cemegol, yn ogystal â dysgu radiws uned elfen strwythurol. Bod yn berchen ar batrymau o newid o radiws o atomau a gynhwysir yn y cyfnod neu y grŵp o elfennau cemegol, mae'n bosibl rhagweld eu priodweddau ffisegol a chemegol. Er enghraifft, mewn cyfnodau gyda mwy niwclews atomig yn codi eu gostyngiad radii ( "atom cywasgu"), ac felly yn gwanhau priodweddau metelig y cyfansoddion, a nonmetallic chwyddo.

Felly, gall gwybodaeth o strwythur yr atom penderfynu gywir priodweddau ffisegol a chemegol holl elfennau a gynhwysir yn y system cyfnodol o elfennau.