Determinación dos átomos e moléculas. Definición dun átomo ata 1932

Desde o período antigo para o medio do século 18, a ciencia foi dominado pola noción de que o átomo - unha partícula de materia que non pode ser dividido. Inglés científico e naturalista, e D. Dalton deu unha definición do átomo como a menor parte dun elemento químico. MV Lomonosov na súa doutrina atómica e molecular era capaz de dar unha definición do átomo e molécula. Estaba convencido de que a molécula, o que chamou de "corpúsculos", composto por "elementos" - átomos - e están en constante movemento.

D. I. Mendeleev cría que este substancias subunidades que conforman o mundo material, mantén todas as súas propiedades só se non está suxeita a división. Neste artigo, que definen un obxecto como un microcosmos do átomo, e estudar as súas propiedades.

Fondo da teoría da estrutura atómica

O século 19, é amplamente recoñecida como a declaración sobre a indivisibilidade do átomo. A maioría dos científicos cren que as partículas dun elemento químico baixo ningunha circunstancia non se pode converter en átomos doutros elementos. Estas ideas foron a base sobre a que foi baseada a definición dun átomo ata 1932. Ao final do século 19 na ciencia se fixeron achados fundamentais que cambiaron esa visión. En primeiro lugar, en 1897, o físico británico Joseph John Thomson descubriu o electrón. Este feito é fundamentalmente cambiou as ideas dos científicos sobre parte indivisible do elemento.

Como probar que a estrutura complexa átomo

Mesmo antes da descuberta do electrón , os científicos coinciden unanimemente que os átomos non teñen carga. Logo verificouse que os electróns son facilmente distinguidos desde calquera elemento que desexe. Poden ser atopados nunha chama, son portadores de corrente eléctrica, eles liberan substancias durante a radiación de raios x.

Pero se os electróns son parte de todos, sen excepción, e átomos cargados negativamente, así, nun átomo existen algunhas partículas que son a certeza de ter unha carga positiva, se non, os átomos non sería electricamente neutro. Para axudar a revelar a estrutura do átomo axudou un fenómeno físico como radioactividade. Deu a definición correcta do átomo en física, e despois química.

Os raios invisibles

Francés físico A. Becquerel foi o primeiro en describir o fenómeno de emisión de átomos de certos elementos químicos, visualmente raios invisibles. Eles ionizar o aire pase a través do material, facendo que o enegrecimento de chapas fotográficas. Máis tarde, os Curie e Rutherford descubriron que substancias radioactivas son transformados en átomos doutros elementos químicos (como o uranio - neptúnio).

radiación radioactiva é non uniforme en composición: partículas alfa, partulas beta, raios gama. Así, o fenómeno de radioactividade amosa que a táboa periódica dos elementos partículas teñen unha estrutura complexa. Este feito fixo que os cambios feitos na definición do átomo. Que partículas é un átomo, dada polo Rutherford obtivo novos feitos científicos? A resposta a esta cuestión foi o modelo proposto estudante nuclear do átomo, segundo a cal os electróns en torno ao núcleo de carga positiva mover.

modelo contradicións Rutherford

A teoría do científico, a pesar do seu carácter excepcional, non podía definir obxectivamente o átomo. Os seus resultados foron contrarios ás leis fundamentais da termodinámica, segundo a cal todo electróns que orbitan os núcleos perden a súa enerxía e, como pode ser, máis cedo ou máis tarde terá que caer sobre el. Atom neste caso destruído. Iso non é realmente o caso, xa que os produtos químicos e partículas de que están feitas, existe na natureza por un longo tempo. Inexplicabelmente átomo tal determinación con base na teoría de Rutherford, así como o fenómeno que se produce cando pasa substancias simples quentes a través dunha rede de difracción. Tras espectros atómica formados á vez ter unha forma lineal. Este conflito co modelo de Rutherford do átomo, segundo o cal o espectro tería que ser continuado. Segundo os conceptos da mecánica cuántica, electróns presentes no núcleo non se caracterizan como obxectos puntuais, así como coa forma da nube de electróns.

A maior parte da súa densidade dun determinado lugar de espazo en torno ao núcleo, e é considerada como a localización dunha partícula nun momento dado. Ademais, verificouse que o átomo, os electróns son dispostos en capas. O número de capas pode ser determinada polo coñecemento do número do período en que o elemento en D. I. Sistema Mendeleeva Periódica. Por exemplo, o átomo de fósforo contén 15 electróns e ten tres niveis de enerxía. O indicador, que determina o número de niveis de enerxía chámase o número cuántico principal.

Estableceuse experimentalmente que o nivel de enerxía de electróns, situado máis próximo ao núcleo, ten a enerxía máis baixa. Cada shell de enerxía divídese en sub-niveis, e, á súa vez, sobre os orbitais. Os electróns son localizados en diferentes orbitais teñen os mesmos forman as nubes (s, p, d, f).

Con base no anterior, conclúese que a forma da nube de electróns non pode ser arbitraria. É expresamente determinada segundo a orbital número cuántico. Tamén engadir que o estado do electrón para as partículas tamén está determinado por dous valores - magnético eo número cuántico de spin. A primeira está baseada na ecuación de Schrödinger e caracteriza a orientación espacial da nube de electróns en función da tridimensionalidade do noso mundo. O segundo indicador - o número de rotación sobre el determinar a rotación do electrón ao redor do seu eixe ou anti-horario.

O descubrimento do neutrón

A través do traballo de D. Chadwick, realizou-los en 1932, foi dada unha nova definición do átomo en química e física. Nos seus experimentos científicos, el probou que en escote ocorre radiación polonio causado polas partículas sen carga, a masa 1,008665. Unha nova partícula elemental foi nomeado o neutrón. O seu descubrimento e estudo das súas propiedades permitiu que os científicos soviéticos V. Gapon e Ivanenko crear unha nova teoría da estrutura do núcleo atómico, contendo protóns e neutróns.

Segundo a nova teoría, determinando a sustancia tiña a seguinte átomo de formar unha unidade estrutural do elemento, que consta dun núcleo que contén protóns, neutróns e electróns que se desprazan en torno a el. O número de partículas positivas no núcleo é sempre igual ao número ordinal do elemento no sistema periódico.

Posteriormente Profesor Zhdanov nos seus experimentos confirmaron que baixo a influencia da radiación cósmica duro, núcleos atómicos son divididos en protóns e neutróns. Ademais, quedou probado que as forzas que manteñen estas partículas elementais no núcleo, é moi intensiva de enerxía. Eles actúan en distancias moi curtas (da orde de 10 ^-23 cm), chamado nucleares. Como mencionado anteriormente, por MV Lomonosov foi capaz de dar unha definición do átomo e da molécula en base a feitos científicos coñecidos por el.

Actualmente recoñecido considere o seguinte modelo: átomo consiste nun núcleo e electróns movéndose en torno a el nun camiños estrictamente definidas - orbitais. Electróns, á vez exhiben as propiedades de ambas partículas e das ondas, é dicir, ten unha natureza dobre. O núcleo dun átomo é concentrada case toda a súa masa. Consiste de protóns e neutróns asociadas ás forzas nucleares.

Se é posible pesar átomo

Acontece que cada átomo ten masa. Por exemplo, é de hidróxeno 1,67h10 ^-24 foi mesmo difícil imaxinar o pequeno este valor. Para atopar o peso do obxecto, non empregue as escalas eo oscilador, que é un nanotubos de carbono. Para calcular o peso do átomo e molécula máis cantidade conveniente é o peso relativo. Amosa as veces o peso dunha molécula ou dun átomo de máis que 1/12 do átomo de carbono, que é 1,66h10 ^-27 kg. masas atómicas relativas son presentados na táboa periódica dos elementos químicos, e que eles non teñen ningunha dimensión.

Os científicos saben moi ben que o peso atómico dun elemento químico - é o número de masa media de isótopos. Parece, na natureza dunha unidade dun elemento químico pode masas diferentes. Así, as cargas dos núcleos de partícula tal estrutural mesmos.

Os científicos descubriron que os isótopos difiren no número de neutróns no núcleo e núcleos cargalos idénticos. Por exemplo, un átomo de cloro, cunha masa de 35 contiña 18 neutróns e 17 protóns, e cunha masa de 37 - 20 protóns e 17 neutróns. Moitos elementos químicos son mesturas de isótopos. Por exemplo, as substancias simples, como potasio, argon, osíxeno contido nos seus átomos de composición que representa tres isótopo diferente.

Determinación de atomicidade

Ten varias interpretacións. Considero o que se entende por este termo en química. Os átomos dun elemento químico pode, polo menos momentaneamente existen illadamente, non tende a formar partículas máis complexas - moléculas, a continuación, dicimos que estas sustancias teñen unha estrutura atómica. Por exemplo, en varias fases da reacción de cloración do metano. É amplamente utilizado en química orgánica sintética para os principais derivados de halóxeno: diclorometano, tetracloruro de carbono. -Se separar as moléculas de cloro para átomos que posúen unha elevada reactividade. Eles destruír conexións sigma na molécula de metano, que proporciona unha reacción de substitución da cadea.

Outro exemplo dun proceso químico que ten gran importancia na industria - a utilización de peróxido de hidróxeno como axente desinfectante e de branqueo. Determinación de osíxeno atómico como un produto de clivagem de peróxido de hidróxeno ocorre en ambas as células vivas (pola encima catalase), e no laboratorio. O osíxeno atómico cualitativamente determinado polas súas elevadas propiedades antioxidantes ea súa capacidade para destruír patógenos: bacterias, fungos e os seus esporas.

Como o sobre nuclear

Atopáronse se anteriormente que a unidade estrutural dun elemento químico ten unha estrutura complexa. Arredor das partículas de núcleo con carga positiva xiran electróns negativos. O Premio Nobel Niels Bohr, con base na teoría cuántica da luz, creado un ensino, na cal a caracterización e identificación de átomos son como segue: electróns se desprazan en torno ao núcleo só en determinados percorridos fixos neste caso non irradian enerxía. Bohr, os científicos demostraron que as partículas do microcosmos, que inclúen átomos e moléculas non obedecen as leis válidas para grandes corpos - obxectos macrocosmos.

A estrutura das capas electrónicas de partículas foi estudado en artigos sobre científicas de física cuántica, como Hund, Pauli Klechkovskii. Desde que se fixo coñecido que os electróns fan o movemento de rotación en torno ao núcleo non é caótico, pero en certos camiños fixos. Pauli descubriu que dentro dun único nivel de enerxía en cada unha das súas orbitais s, p, d, f en células electrónicas pode ser non máis de dúas partículas cargadas negativamente de valor de rotación oposto + ½ e - ½.

regra de Hund explicou como cubrir orbitais de electróns co mesmo nivel de enerxía.

aufbau principio, tamén chamada regra n + l, explicar como orbitais cheos multielectron átomos (elementos 5, 6, 7 ciclos). Todas as regularidades anterior serviu de base teórica de elementos químicos creados por Dmitriem Mendeleevym.

grao de oxidación

É un concepto fundamental en química e describe o estado dun átomo nunha molécula. A moderna definición do grao de oxidación dos átomos é como segue: a carga é acondicionado átomos na molécula, que é calculado a partir dos conceptos que unha molécula contén só a composición iónica.

A oxidación pode ser expresada por un número enteiro ou un número fraccionai, a valores positivos, negativos ou cero. Na maior parte dos átomos de elementos químicos teñen varios estados de oxidación. Por exemplo, o nitróxeno é -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Pero tal elemento, como flúor, en todos os seus compostos ten só un estado de oxidación igual a -1. Se aparece unha substancia simple, o seu estado de oxidación cero. Este cantidades químicos convenientes a empregar para a clasificación das sustancias e para describir as súas propiedades. Na maioría dos casos, o grao de oxidación da química utilizada na creación de reaccións ecuacións redox.

As propiedades dos átomos

Grazas aos descubrimentos da física cuántica, a definición moderna do átomo, que está baseado na teoría de Ivanenko e Gapon E, completada cos seguintes feitos científicos. A estrutura dun núcleo atómico non cambia durante as reaccións químicas. O cambio afecta só os orbitais de electróns estacionarios. A súa estrutura pode ser atribuída a unha serie de propiedades físicas e químicas das sustancias. Se o electrón deixa unha órbita estacionaria e prosegue para orbital cunha enerxía máis elevada, tales átomo é chamado animado.

Débese notar que os electróns non pode ser un longo tempo sobre estes orbitales non-core. Retornando á súa órbita estacionaria, o electrón emite o cuanto de enerxía. O estudo de tales características das unidades estructurais de elementos químicos como afinidade electrónica, Electronegatividade, enerxía de ionización, permitiu aos científicos non só para establecer o átomo como un microcosmos partícula fundamental, pero tamén permitiu-lles para explicar a capacidade de átomos para formar un estado molecular estable e enerxeticamente máis favorable da materia, unha posible consecuencia a creación de calquera tipo de conexións químicas estables: iónicas, covalentes polar e apolar, dadoraceitador (como especies de enlace covalente) e m etallicheskoy. Este último determina as propiedades físicas e químicas máis importantes de metais.

Estableceuse experimentalmente que o tamaño dun átomo pode variar. Todo dependerá da molécula na que está incluído. Mediante raios X de difracción de análise pode calcular a distancia entre átomos dun composto químico, así como aprender raio unidade de elemento estrutural. Posuír patróns de cambio de raios dos átomos contidos no período ou ao grupo de elementos químicos, é posible prever as súas propiedades físicas e químicas. Por exemplo, en períodos co aumento do núcleo atómico cobrar a súa diminución raios ( "átomo de compresión"), e, polo tanto, debilitar as propiedades dos compostos metálicos, non metálicos e amplificado.

Así, o coñecemento da estrutura do átomo pode determinar con precisión as propiedades físicas e químicas de todos os elementos incluídos no sistema periódico dos elementos.