Bepaling van atomen en moleculen. Definitie van een atoom tot 1932

Uitgaande van de oude periode tot het midden van de 18e eeuw werd de wetenschap gedomineerd door het idee dat het atoom - een deeltje van de materie die niet kan worden gedeeld. Engels wetenschapper naturalistische en D. Dalton gaf een definitie van het atoom het kleinste deel van een chemisch element. MV Lomonosov in de atomaire en moleculaire doctrine kon een definitie van het atoom en molecule verkregen. Hij was ervan overtuigd dat het molecuul, die hij "bloedlichaampjes", samengesteld uit "elementen" - atomen - en zijn constant in beweging.

D. I. Mendelejev gelooft dat dit subunit stoffen die deel uitmaken van de materiële wereld, behoudt al zijn eigenschappen alleen als het niet onderworpen is aan verdeeldheid. In dit artikel, definiëren we een object zoals een microkosmos van het atoom en de eigenschappen bestuderen.

Achtergrond van de theorie van de atoomstructuur

In de 19e eeuw, wordt algemeen erkend als de verklaring over de ondeelbaarheid van het atoom. De meeste onderzoekers aangenomen dat de deeltjes van één chemisch element onder alle omstandigheden niet kan worden omgezet in atomen van andere elementen. Deze ideeën zijn de basis waarop de definitie van een atoom berustte tot 1932. In de late 19e eeuw in de wetenschap zijn gemaakt fundamentele ontdekkingen die dit standpunt veranderd. In de eerste plaats, in 1897 de Britse natuurkundige J. J. Thomson had het electron ontdekt. Dit feit wordt fundamenteel veranderd ideeën wetenschappers over ondeelbaar onderdeel van het chemische element.

Hoe om te bewijzen dat het atoom complexe structuur

Nog voor de ontdekking van het elektron , wetenschappers unaniem over eens dat de atomen hebben geen kosten. Vervolgens bleek dat elektronen gemakkelijk worden onderscheiden van elke gewenste chemische element. Ze kunnen worden gevonden in een vlam, ze drager van elektrische stroom, ze stoffen bij röntgenstraling.

Maar als de elektronen van alle zonder uitzondering, en negatief geladen atomen, dus in een atoom zijn er sommige deeltjes die zeker een positieve lading hebben, anders atomen niet elektrisch neutraal zijn. Om u te helpen ontrafelen van de structuur van het atoom heeft geholpen een natuurkundig verschijnsel als radioactiviteit. Het gaf de correcte definitie van het atoom in de natuurkunde, en chemie.

De onzichtbare stralen

Franse natuurkundige A. Becquerel als eerste het fenomeen van uitstoot van atomen van bepaalde chemische elementen visueel onzichtbare stralen te beschrijven. Ze ioniseren van de lucht door het materiaal heen, waardoor zwart worden van fotografische platen. Later, de Curies en Rutherford vond dat radioactieve stoffen worden omgezet in atomen van andere chemische elementen (zoals uranium - neptunium).

Radioactieve straling ongelijkmatige samenstelling: alfadeeltjes, bètadeeltjes, gammastralen. Dus het verschijnsel van radioactiviteit bleek dat het periodiek systeem der elementen deeltjes een complexe structuur. Dit feit veroorzaakt de wijzigingen in de definitie van het atoom. Wat deeltjes is een atoom, gegeven door Rutherford verkregen nieuwe wetenschappelijke feiten? Het antwoord op deze vraag is het voorgestelde geleerde nucleaire model van het atoom, volgens welke rond de positief geladen kern elektronen bewegen.

Tegenstrijdigheden Rutherford model

De theorie van de wetenschapper, ondanks zijn uitstekende karakter, kon niet objectief te definiëren het atoom. Haar bevindingen waren in strijd met de fundamentele wetten van de thermodynamica, volgens welke alle van de elektronen een baan om de kernen verliezen hun energie en, als het kan, vroeg of laat vallen op hem. Atoom in dat geval vernield. Dit is echter niet het geval, omdat de chemische stoffen en deeltjes waaruit ze zijn gemaakt, komen in de natuur voor een lange tijd. Onverklaarbaar atoom zoals is uitgegaan van de theorie van Rutherford, alsmede het verschijnsel dat optreedt bij het passeren hete enkelvoudige stoffen door een diffractierooster. Na atoomspectra gevormd tegelijkertijd een lineaire vorm. Dit in strijd met de Rutherford model van het atoom, volgens welke het spectrum zou moeten continu zijn. Volgens de concepten van de quantum mechanica, worden elektronen in de kern niet gekarakteriseerd als puntobjecten heeft tevens de vorm van de elektronenwolk.

De meeste van de dichtheid in een bepaalde locus ruimte rondom de kern, en wordt beschouwd als de locatie van een deeltje op een bepaald tijdstip. Ook bleek dat het atoom, elektronen in lagen. Het aantal lagen kan worden bepaald door het kennen van het aantal van de periode waarin het element in het periodiek D.I. Mendeleeva System. Bijvoorbeeld het fosforatoom bevat 15 elektronen en heeft drie energieniveaus. De indicator die het aantal energieniveaus bepalend is het hoofdquantumgetal genoemd.

Experimenteel werd vastgesteld dat het energieniveau van elektronen, het dichtst bij de kern, de laagste energie. Elke energieabsorberende reservoir is onderverdeeld in subniveaus en zij op hun beurt, op de orbitalen. Elektronen zich op verschillende orbitalen dezelfde vorm wolken (s, p, d, f).

Op basis van het bovenstaande volgt dat de vorm van de elektronenwolk niet willekeurig kan zijn. Het is strikt bepaald volgens de orbitale kwantumgetal. We voegen ook dat de toestand van het elektron aan de deeltjes ook wordt bepaald door twee waarden - magnetische en spin quantum getallen. De eerste is gebaseerd op de Schrodingervergelijking en kenmerkt de ruimtelijke oriëntatie van de elektronenwolk op basis van de driedimensionaliteit van onze wereld. De tweede indicator - het aantal draai aan vast rotatie van het elektron rond zijn as of linksom.

De ontdekking van het neutron

Door het werk van D. Chadwick, hield ze in 1932 kreeg het een nieuwe definitie van het atoom in de scheikunde en natuurkunde. In de wetenschappelijke experimenten bewees dat de splitsing polonium straling veroorzaakt door de deeltjes zonder lading, massa 1,008665. Een nieuw elementair deeltje werd uitgeroepen tot de neutron. Haar ontdekking en studie van de eigenschappen ervan kon de Sovjet-wetenschappers V. Gapon en Ivanenko een nieuwe theorie van de structuur van de atoomkern, waarin protonen en neutronen.

Volgens de nieuwe theorie, bepalen de stof had de volgende atoom een structuureenheid met de chemisch element, bestaande uit een kern met protonen, neutronen en elektronen bewegen eromheen. Het aantal positieve deeltjes in de kern is altijd gelijk aan het volgnummer van de chemische elementen in het periodiek systeem.

Later Professor Zjdanov in zijn experimenten bevestigden dat onder invloed van harde kosmische straling, atoomkernen worden gesplitst in protonen en neutronen. Bovendien is bewezen dat de krachten die deze elementaire deeltjes in de kern, is zeer energie-intensief. Ze werken op zeer korte afstanden (van de orde van 10 ^-23 cm), de zogenaamde nucleaire. Zoals eerder vermeld, door MV Lomonosov kon een definitie van het atoom en molecuul op basis van wetenschappelijke gegevens bekende hem.

Momenteel erkend beschouwen het volgende model: atoom bestaat uit een kern en elektronen bewegen in een strikt gedefinieerde paden - orbitalen. Elektronen tegelijkertijd vertonen eigenschappen van zowel de deeltjes en golven, dat wil zeggen een tweeledig karakter. De kern van een atoom geconcentreerd vrijwel alle massa. Het bestaat uit protonen en neutronen in verband met nucleaire strijdkrachten.

Of is het mogelijk om atoom wegen

Het blijkt dat elk atoom massa. Bijvoorbeeld, is het van waterstof 1,67h10 ^-24 was zelfs moeilijk voor te stellen hoe klein deze waarde. Om het gewicht van het object te vinden, niet de schalen en de oscillator, die een gebruik koolstofnanobuisjes. Om het gewicht van het atoom en molecuul handiger hoeveelheid berekent het relatieve gewicht. Het geeft aan hoeveel maal het gewicht van een molecuul of een atoom meer dan 1/12 van het koolstofatoom, dat 1,66h10 ^-27 kg. Relatieve atoommassa's zijn in het periodiek systeem der chemische elementen, en ze hebben geen dimensie.

Wetenschappers weten heel goed dat het atoomgewicht van een chemisch element - is de gemiddelde massa aantal isotopen. Het blijkt, in de vorm van een eenheid van een chemisch element kunnen verschillende massa's. Dus de kosten van de kernen van dergelijke structurele deeltje gelijk.

Wetenschappers hebben ontdekt dat de isotopen verschillend aantal neutronen in de kern en kernen laad ze identiek. Bijvoorbeeld, een chlooratoom, met een massa 35 bevatte 18 neutronen en 17 protonen en met een gewicht van 37-20 protonen en 17 neutronen. Veel chemische elementen isotopensamenstelling. Bijvoorbeeld enkelvoudige stoffen zoals kalium, argon, zuurstof in de samenstelling bevat die 3 verschillende isotoop.

Bepaling van atomiciteit

Het heeft verschillende interpretaties. Bedenk wat wordt bedoeld met deze term in de chemie. Indien de atomen van een chemisch element althans tijdelijk op zichzelf kan staan, niet de neiging om meer complexe deeltjes - moleculen, dan zeggen we dat dergelijke stoffen een atoomstructuur. Bijvoorbeeld meertraps chloreringsreactie methaan. Het wordt veel gebruikt in de organische synthesechemie voor de grote halogeenderivaten: dichloormethaan, koolstoftetrachloride. Het is verdeeld chloormoleculen atomen met een hoge reactiviteit. Ze vernietigen sigma-binding in het molecuul methaan, die een keten substitutiereactie.

Een ander voorbeeld van een chemische werkwijze met groot belang in de industrie - het gebruik van waterstofperoxide als desinfecterende en bleekmiddel. Bepaling van atomaire zuurstof als splitsingsproduct van waterstofperoxide plaatsvindt in zowel de levende cellen (door het enzym catalase) en in het laboratorium. Atomaire zuurstof kwalitatief bepaald door zijn hoge antioxiderende eigenschappen en hun vermogen om ziekteverwekkers te vernietigen: Bacteriën, schimmels en hun sporen.

Hoe de nucleaire envelop

We hebben eerder gevonden dat de structurele eenheid van een chemisch element een complexe structuur. Rond de positief geladen kerndeeltjes draaien negatieve elektronen. De Nobelprijs Niels Bohr, gebaseerd op kwantumtheorie licht, creëerde een leer, waarbij de karakterisering en identificatie van atomen zijn: bewegende elektronen rond de kern alleen op bepaalde vaste paden in dit geval geen energie uitstralen. Bohr wetenschappers hebben aangetoond dat de deeltjes van de microworld, die atomen en moleculen niet de wetten geldig voor grote volume omvatten - objecten macrocosm.

De structuur van het elektron schelpen van fijn stof is onderzocht in kranten over kwantumfysica wetenschappers zoals Hund, Pauli Klechkovskii. Aangezien bekend werd dat de elektronen maakt de draaibeweging rond de kern niet chaotisch, maar bepaalde vaste paden. Pauli gevonden die binnen één energieniveau aan elk van zijn orbitalen s, p, d, f elektronisch cellen kunnen ten hoogste twee negatief geladen deeltjes van tegengestelde rotatie waarde + ½ en - ½.

Hund's regel uitgelegd hoe je elektronorbitalen vullen met dezelfde energie-niveau.

Aufbau principe, ook wel de regel n + l, uitleggen hoe vol orbitalen multielectron atomen (elementen 5, 6, 7 cycli). Alle bovengenoemde wetmatigheden diende als de theoretische basis van chemische elementen die door Dmitriem Mendeleevym.

oxidatiegraad

Het is een fundamenteel concept in de chemie en beschrijft de toestand van een atoom in een molecuul. De moderne definitie van de mate van oxidatie van de atomen is als volgt: de lading geconditioneerd atomen in het molecuul, die berekend is gebaseerd op het concept dat een molecuul alleen de ionische samenstelling.

De oxidatie kan worden uitgedrukt door een getal of een gebroken getal, positief, negatief of nul waarden. In de meeste atomen van chemische elementen hebben verscheidene oxidatietoestanden. Bijvoorbeeld stikstof -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Doch dergelijk element, zoals fluor, in al zijn verbindingen slechts één oxidatietoestand gelijk aan -1. Wanneer de indiening een enkelvoudige substantie, de oxidatietoestand nul. Deze chemische hoeveelheden gemakkelijk te gebruiken voor de indeling van stoffen en hun eigenschappen te beschrijven. In de meeste gevallen, de oxidatiegraad van de chemie gebruikt bij het opzetten vergelijkingen redoxreacties.

De eigenschappen van atomen

Met dank aan de ontdekkingen van de kwantumfysica, de moderne definitie van het atoom, die is gebaseerd op de theorie Ivanenko en Gapon E, aangevuld met de volgende wetenschappelijke feiten. De structuur van een atoomkern wordt tijdens de chemische reactie niet veranderd. De wijziging heeft alleen invloed op de stationaire elektron orbitalen. Hun structuur kan worden toegeschreven aan een veel fysieke en chemische eigenschappen van stoffen. Als de elektronen verlaat een vaste baan en overgaat tot orbitale met een hogere energie zoals atoom heet opgewonden.

Opgemerkt wordt dat de elektronen niet lang in de volgende niet-essentiële orbitalen kan zijn. Terugkeert naar zijn stationaire baan, de elektronen emitteert het kwantum van energie. Het bestuderen van dergelijke eigenschappen van de structuureenheden chemische elementen elektronenaffiniteit, elektronegativiteit, ionisatie-energie heeft toegestaan onderzoekers niet alleen aan het atoom als essentiële deeltje microkosmos definiëren, maar konden zij het vermogen van atomen om een stabiele en energetisch gunstiger moleculaire toestand van materie vormen, een mogelijk gevolg van verklaren maken van elk type stabiele chemische bindingen: ionisch, covalent-polaire en apolaire, donor-acceptor (zoals covalente binding species) en m etallicheskoy. Deze laatste bepaalt de belangrijkste fysische en chemische eigenschappen van metalen.

Er werd experimenteel vastgesteld dat de grootte van een atoom kan variëren. Alles zal afhangen van het molecuul waarin het wordt opgenomen. Via röntgendiffractie-analyse van de afstand tussen atomen kan berekenen een chemische verbinding, alsmede leren straal structurele eenheid van afdrukelementen. Het bezitten veranderingspatronen radii van de atomen in de periode of de groep chemische elementen, is het mogelijk om de fysische en chemische eigenschappen te voorspellen. Bijvoorbeeld in perioden met toenemende atoomkernen laden hun stralen afname ( "compression atom") en daarom verzwakking van de metallische eigenschappen van de verbindingen en niet-metalen versterkt.

Aldus kennis van de structuur van het atoom nauwkeurig de fysische en chemische eigenschappen van alle elementen in het periodiek systeem der elementen bepalen.