Atom kemio - a ... modelo de la atomo. strukturo de la atomo

Pensoj pri la naturo de la medio komencis viziti homaro longe antaŭ la apogeo de la moderna civilizacio. Unue, homoj konjektis pri la ekzisto de iu pli alta potenco, kiu, ili kredis, antaŭdeterminita la tuta estaĵo. Sed baldaŭ, filozofoj kaj pastroj komencis pensi pri la fakto de kio, fakte, estas la tre ŝtofo de ekzisto. Teorioj estis metita, sed en historia perspektivo iĝis dominanta atoma.

Kio estas la atomon en kemio? Ĉi tio, tiel kiel ĉiuj rilataj aferoj ni diskutos en ĉi tiu artikolo. Ni esperas, ke en ĝi vi trovos respondojn al ĉiuj viaj demandoj.

La fondinto de la atoma teorio

Kie la unua kemio leciono komenciĝas? La strukturo de atomo - estas la ĉefa temo. Vi eble memoras, ke la vorto "atomo" estas tradukitaj el la greka lingvo kiel "nedividebla". Nun, multaj historiistoj kredas ke la unua proponis la teorion, kiu diris kelkaj el la etaj partikloj kiuj konsistigas ĉio ekzistas, Demócrito. Li vivis en la kvina jarcento antaŭ Kristo.

Bedaŭrinde, la de ĉi tiu elstara pensulo preskaŭ nenio scias. Ĝi ne alvenis al ni skribitan fonton de tiuj tempoj. Kaj pro la plej grandaj kleruloj de sia tempo, ideoj, ni devas lerni nur de la verkoj de Aristotelo, Platono kaj aliaj grekaj pensuloj.

Do nia temo - "La strukturo de la atomo." En kemio, ne ĉiuj havis altajn rangigojn, sed multaj memoras ke ĉiuj konkludoj de la antikva sciencistoj estis konstruitaj sole sur induktojn. Demokrito ne estis la escepto.

Kiel mi rezonis Demokrito?

Lia logiko estis tre simpla, sed samtempe brila. Imagu ke vi havas la plej akra tranĉilo en la mondo. Vi prenu pomon, ekzemple, kaj poste komencas tranĉi ĝin: du duonoj en kvaronoj, dividi ilin ... Unuvorte, pli aŭ malpli frue vi ricevos magraj tranĉaĵoj de espesor kiu daŭre dividi ilin jam estos neebla. Tie estos nedividebla atomo. En kemio, ĉi tiu aserto estas konsiderata vera preskaŭ al la fino de la 19-a jarcento.

El Demokrito al modernaj ideoj

Ni notu, ke de la antikva greka konceptoj de la mikrokosmo restis nur unu vorto "atomo". Nun ĉiu schoolchild scias, ke la mondo ĉirkaŭ ni konsistas el multe pli fundamenta kaj monpunojn. Krome, de la perspektivo de la moderna scienco, la teorio de Demócrito estis nenio pli ol simple nur hipotético kalkulado, ne subtenata de nenia atesto. Tamen, en tiu tempo ne ekzistis elektronikaj mikroskopoj, do pruvi ĝin per aliaj rimedoj en la pensulo ne estus okazinta.

La unua suspekto ke Demokrito fakte ĝuste tie en la ĥemiistoj. Ili rapide malkovris ke multaj el la substancoj rompi malsupren en simpla komponantojn dum la reago. Krome, ĝi alportis severan kemiaj regulecoj de ĉi tiuj procezoj. Do, oni rimarkis, ke ĝi prenas ok maso frakcio de oksigeno kaj unu por akvo - hidrogeno (Avogadro leĝo).

En la mezepoko, ajna materiisma doktrino, inkluzive de la teorio de Demócrito, dissendo kaj evoluo ne sukcesis ajn. Kaj nur en la jarcento jarcento, sciencistoj refoje revenis al la atoma teorio. Kiam la kemiisto Lavoisier, nia granda M. V. Lomonosov kaj talenta angla fizikisto D. Dalton (kiu ni diskutos aparte), jam konvinke pruvis sian kolegoj la realo de atomoj. Ĝi devus esti emfazita ke eĉ en la klera 18-a jarcento atoma teorio dum longa tempo multaj elstaraj mensoj de tiu tempo serioze konsiderata.

Kio ajn ĝi estis, sed eĉ tiuj grandaj sciencistoj ankoraŭ ne proponis la teorion de la strukturo de la atomo, kiel li estis konsiderita unu kaj nedividebla ero, la bazo de ĉio.

Bedaŭrinde, kemiaj eksperimentoj povis klare pruvas la realon de la konvertiĝo de iuj atomoj en aliajn substancojn. Tamen la fundamenta scienco en studi la strukturo de atomoj estis precize kemio. Atomoj kaj molekuloj estis studitaj dum longa tempo, brila rusa sciencistoj, sen kiuj estas neeble imagi la moderna scienco.

La doktrino D. I. Mendeleeva

Grandega rolon en la evoluo de la atoma doktrino ludis D. I. Mendelejev, kiu en 1869 kreis sian brilan perioda sistemo. Teorio estis prezentita al la scienca komunumo, kiu ne nur ne malakceptas, sed racia supozoj kompletigi ĉiuj materiistoj. Jam en la 19-a jarcento, sciencistoj povis pruvi la ekziston de elektronoj. Ĉiuj ĉi tiuj trovoj kondukis la plej bonaj mensoj de la 20-a jarcento por serioze studi la atomo. En kemio tiu tempo ankaŭ estis markita per multaj malkovroj.

Sed la doktrino de Mendelejev estas valoraj ne nur al tiuj. Ankoraŭ neklara precize kiel la formo atomoj de malsamaj kemiaj elementoj. Sed la granda rusa sciencisto povis pruvi definitive, ke ili estas ĉiuj senescepte estas proksime rilatitaj al unu la alian.

malfermo Dalton

Sed por povi interpreti la multoblajn pafas datumoj povis nur Dzhon Dalton, kies nomo estas por ĉiam enstampiĝas en la malkovro de la leĝo mem. Tipe, sciencistoj studis nur la konduto de gasoj, sed la gamo de interesoj estis multe pli larĝa. En 1808 li komencis eldoni lia nova fundamenta laboro.

Ĝi Daltons supozis ke ĉiu kemia elemento respondas al specifa atomo. Sed la sciencisto, kiel Demokrito multaj jarcentoj antaŭ li, ankoraŭ kredis, ke ili estas tute nedisigeblaj. En liaj multaj malnetoj _diagrammatic_ desegnoj, en kiu la atomoj reprezentitaj en la formo de simpla buletojn. Tiu ideo, kiu originis pli ol 2.500 jaroj, daŭris preskaŭ ĝis la nuna tago! Tamen, nur relative ĵus estis malkovritaj vere profunda strukturo de la atomo. Kemio (Grade 9 precipe) eĉ hodiaŭ estas plejparte gvidita de la ideoj, kiuj unuaj voĉaj en la 18-a jarcento.

Eksperimentaj konfirmo de la divideblo de atomoj

Tamen, preskaŭ ĉiuj sciencistoj kredis ke la atomo ĝis la fino de la 19-a jarcento - la limo trans kiu estas nenio. Ili pensis, ke la bazo de la tuta kreo estas ĝuste tio. Tiu estis havigita de diversaj eksperimentoj: kion ajn oni povas diri, sed kion ŝanĝas nur la molekulo, dum la rapideco kun la atomoj de la substanco ne okazis absolute nenio, kio ne povus esti klarigita simple kemio. La strukturo de atomoj de karbono, ekzemple, restas tute neŝanĝita eĉ en malsamaj alotrópicas ŝtatoj.

Mallonge, dum longa tempo, estis absolute neniu eksperimenta datumoj kiuj almenaŭ malrekte konfirmis suspektojn de iuj sciencistoj, ke estas kelkaj pli fundamentaj partikloj. Nur en la 19-a jarcento (ne laste danke al la sperto de la Curies) estis montrite ke sub certaj kondiĉoj la atomoj de unu elemento povas esti transformita en la alia. Ĉi tiuj malkovroj formi la bazon de moderna ideojn pri la mondo ĉirkaŭ ni.

Sekvinberoj kaj pudingoj

En 1897, George. Thomson, angla fizikisto, oni trovis, ke en iu atomo estas iom da negative ŝargitaj partikloj, kiujn li ankaŭ nomis "elektronoj". Jam en 1904, la sciencisto kreis la unuan atoman modelon, kiu estas pli bone konata sub la nomado "pruno pudingo". La nomo estas tute precize reflektas la esenco. Laŭ Thomson teorio de la atomo en kemio - ĝi estas "vazo" kun unuforme distribuita en ĝi zorge kaj elektronoj.

Notu ke ĉi tiu modelo estis en cirkulado eĉ en la 20-a jarcento. Poste evidentiĝis, ke ĝi estas absolute erara. Tamen, ĝi estis la unua konscia provo homo (kaj sur scienca bazo) por rekrei la ĉirkaŭa mikrokosmo, proponante modelo de la atomo, sufiĉe simpla kaj klara.

eksperimentoj Curie

Oni kredas ke la paro, Pierre kaj Mariya Kyuri fondis por la atoma fiziko. Kompreneble, la kontribuo de tiuj geniuloj, fakte oferis sian sanon kaj vivon, ne povas esti subtaksita, sed iliaj spertoj multe pli fundamentaj. Preskaŭ samtempe kun Rutherford ili pruvis ke atomo - estas multe pli kompleksa kaj heterogena strukturo. La fenomeno de radioaktiveco, kiun ili esploris, jen pri ĝi kaj parolado.

Komence de 1898, Maria eldonis la unua artikolo dediĉita al radiado. Baldaŭ Maria kaj Po Kyuri montris, ke miksaĵo de Clorado kombinaĵoj de uranio kaj radiumo komencas aperi aliajn substancojn, la ekzisto de kiu li dubis la oficiala kemio. La strukturo de atomo poste komencis esplori seriozas.

"Planeda" alproksimiĝo

Fine Rutherford decidis fari peza metalo atomon bombardo α-partikloj (tute jonigita heliumo). Sciencisto iam proponis, ke la lumo elektronoj ne povas ŝanĝi la trajektorion de partikla moviĝo. Laŭe, la dispersión povas kaŭzi nur kelkaj pli pezaj komponantojn kiu povas esti enhavita en la kerno de la atomo. Tuj, ni rimarku ke la originala Rutherford ne pretendas ŝanĝi la "pudingo" teorion. Tiu modelo de la atomo estis konsiderita senmanka.

Sekve rezultos ke preskaŭ ĉiuj eroj sen problemoj trapasis maldika tavolo de arĝento, ĝi ne estas surprizita. Tio simple baldaŭ evidentiĝis, ke kelkaj el la atomoj de heliumo estis deviigita nur 30 °. Ne estis kion diri tiutempe kemio. Konsisto laŭ Thomson atomon supozis unuforma dissendo de la elektronoj. Sed tio estas klare kontraŭa al la observitaj fenomenoj.

Estas ekstreme malofta, sed iuj partikloj flugis en angulo, eĉ 180 °. Rutherford estis en la plej profunda perplekson. Ja ĝi akre kontraŭdiris la "pudingo", akuzo kiu estis supozita esti (laŭ Thomson teorio) egale distribuita. Sekve, la malebena ŝargita retejoj kiuj povis repeler la jonigitaj heliumo, forestis.

Kio konkludoj venas Rutherford?

Ĉi tiuj cirkonstancoj instigis sciencistojn opinii la atomo estas plejparte malplena kaj nur la centro enfokusigi iun edukon kun pozitiva ŝarĝo - la kerno. Kaj estis la planeda modelo de la atomo, kiu postula la jenaj:

• Kiel ni jam diris, ĝi situas en la centra parto de la kerno, kaj ĝia volumeno (relativa al la grandeco de la atomo mem) estas bagatela.
• Virtuale ĉiuj de la atoma maso, tiel kiel ĉiuj la pozitiva ŝarĝo troviĝas en la kerno.
• Elektronoj rondiras ĉirkaŭ ĝi. Gravas, ke ilia nombro estas egala al la pozitiva ŝarĝo.

paradoksoj teorio

Ĉio estus bona, sed la modelo de la atomo ne klarigas ilian nekredeblan fortikecon. Oni devas memori ke la elektronoj movas en orbitoj kun granda akcelo. Por la leĝoj de elektromagnetismo objekton super tempo, ne perdu lian postenon. Se ni konsideras la postulatoj de Neŭtono kaj Maxwell, la elektronoj ĝenerale devus diseriĝos la kernon, kiel hajlo sur la teron.

Kompreneble, ne tia afero okazas en realo. Ajna atomon ne nur tute imuna, sed povas esti tute senlima tempo, en kiu neniu radiado ne malaperos. Tiu diferenco estas klarigita per la fakto ke la micromundo ni provas apliki leĝojn kiuj validas nur en respekto de klasika mekaniko. Ili montriĝis atoma-skalaj fenomenoj ne aplikebla ajn. Kaj ĉar la strukturo de la atomo (Kemio, Grade 11) lernolibro aŭtoroj provas klarigi kiel eble en simplaj vortoj.

Bohr doktrino

Dana fizikisto Niels Bohr estis pruvita ke en la mikrokosmo ne povas esti subjekto al la samaj leĝoj, la dispozicioj de kiuj estas valida por makroskopa objektoj. Estis lia ideo, ke la mikrokosmo de "gvidis" nur por kvantuma leĝojn. Kompreneble, tiam ne ekzistis kvantuma teorio mem, sed Bor fakte komencis sian prapatron, esprimantaj iliajn pensojn en la formo de tri postulatoj ke "savita" la atomo, ĝi neeviteble mortigita, se li "vivis" laŭ Rutherford teorion. Ĝi estas tiu teorio dano estis la bazo de ĉiuj kvantummekaniko.

Bohr postulatoj

• La unua de ĉi tiuj legas ajna atoma sistemo povas esti nur en specifaj atoma ŝtatoj, kaj por ĉiu el ili certan karakteriza valoro de la energio (E). Se senmova stato de la atomo (trankvile), tiam elsendi ĝin ne povas.
• La dua postulato diras ke la emisión de lumo energio okazas nur en kazo de transiro de stato kun pli da energio laŭ pli modera. Laŭe, la energio liberigita egalas la diferencon de valoroj inter du senmovaj ŝtatoj.

Niels Bohr modelo de la atomo

sciencisto sugestis en 1913 fare de la semiclásicos teorion. Estas de elstari ke en lia fondo li metis planeda modelo de Rutherford, kiu baldaŭ antaŭ ol li priskribis la atomon de substanco. Ni jam diris, ke la klasika mekaniko kalkuloj Rutherford kontraŭe: surbaze de ĝi, ĝi supozis ke kun la tempo la elektrono certis fali sur la surfaco de la atomo.

Por "ĉirkaŭiri" ĉi kontraŭdiro, la sciencisto enkondukis specialan konfeso. Lia esenco estas en tio, ke radian energion (kiu laŭsupoze kondukas al ilia falo), elektronoj povas nur movi en ajna aparta orbito. Al la movi kiel siaj aliaj trajektorioj supozata kemiaj atomoj restas en pasiva stato. Laŭ Bohr teorio, tiaj orbitoj estas tiuj kvanta punkto movado kiu estis egala al la konstanta de Planck.

La kvantuma teorio de atoma strukturo

Kiel ni diris, ĝis nun, en la kurso de la kvantuma teorio de atoma strukturo. Kemio lastaj jaroj gvidis nur de ŝi. Ĝi estas bazita sur kvar fundamentaj aksiomoj.

1. Unue, la dualidad (corpuscular-ondo naturo) de la elektrono mem. Simple dirite, la ero kondutas kaj kiel la materialon objekto (a korpusklo), kaj kiel ondo. Kiel la partiklo havas specifan zorge kaj maso. La kapablo de la elektronoj por la difrakto komunan kun klasikaj ondoj. Tiu sama Ondolongo (λ) kaj partikla rapido (v) povas esti ligita al unu la alian per specialaj de Broglie rilato: λ = h / mv. Kiel vi eble konjektas, m - la maso de la elektrono.

2. koordinatoj kaj rapidoj de la eroj por mezuri kun absoluta precizeco estas absolute neebla. La pli precize difinita koordinato, la pli granda la necerteco en la rapido. Kiel, tamen, kaj inverse. Tiu fenomeno estas nomita Heisenberg necerteco, kiu povas esti esprimita per la sekva rilato: Δx ∙ m ∙ Δv> ž / 2. Delta X (Δh) esprimis necertecon pozicio koordinatoj en la spaco. Laŭe, delto V (Δv) reprezentas la rapidon eraron.

3. Kontraŭe al ĉiuj antaŭe populara kredo, la elektronoj ne pasas tra strikte difinitaj orbitoj kiel trajnoj sur reloj. Kvantuma teorio diras ke elektrono povas esti en ajna punkto en spaco, sed la probablo de tio estas malsama por ĉiu segmento.

Tiu parto de la spaco rekte ĉirkaŭ la atomkerno en kiu ĉi tiu probablo estas maksimuma, estas nomita la orbital. Moderna kemio strukturon de la elektrono ŝeloj de atomoj de studoj de tiu vidpunkto. Kompreneble, lernejoj instruas la ĝusta distribuo de la elektronoj tra la niveloj, sed, plej verŝajne, en realeco, ili diferencas tute malsame.

4. La kerna inkludas atomo de nukleonoj (protonoj kaj neŭtronoj). La seria numero de la elemento en la perioda tabelo indikas la nombron de protonoj en lia kerno, kaj la sumo de protonoj kaj neŭtronoj estas egala al la atoma maso. Jen kiel por klarigi la strukturo de la atomo kerno kemio de hodiaŭ.

La fondintoj de kvantuma mekaniko

Notu la scienculoj kiuj faris la plej grandan kontribuon al la disvolviĝo de ĉi tiu grava sektoro: la franca fizikisto Louis de Broglie, Heisenberg germana, aŭstra, Schrödinger, la anglo Dirac. Ĉiuj de ĉi tiuj homoj estis poste ricevis la Premion Nobel.

Ĝis en ĉi tiu plano eniris kemio? Kemia strukturo de la atomo, la plej multaj el tiuj jaroj estis konsiderita sufiĉe simpla: multaj nur en 1947 fine rekonis la realeco de la ekzisto de elementaj partikloj.

kelkaj konkludoj

Ĝenerale, kiam oni kreas kvantuma teorio ne estis sen matematikistoj, kiel ĉiu de ĉi tiuj procezoj povas esti kalkulita nur per la uzo de kompleksaj kalkuloj. Sed la ĉefa malfacilaĵo ne estas la punkto. La procezoj kiuj priskribis tiun teorion, haveblaj ne nur al niaj sensoj, malgraŭ ĉiuj modernaj sciencaj teknologio, sed ankaŭ imagon.

Neniu, eĉ iuj povas imagi procezoj en mikrokosmo, kiel ili ne ŝatis ĉiuj fenomenoj kiujn ni observas en la makrokosmo. Imagu: la lastaj malkovroj donas kialon por supozi ke la kvarkoj, neŭtrinoj kaj aliaj fundamentaj partikloj ekzistas en la naŭ-dimensio (!). Kiel persono vivas en tridimensia spaco, eĉ povas proksimume priskribi ilian konduton?

Nuntempe, ni povas nur fidi la matematiko kaj la potenco de modernaj komputiloj, kiuj, eble, estos uzata por mikro-mondo simulación. Signife helpas kaj kemio: atoma strukturo certe esti reviziita, post nelonge sciencistoj laboras en ĉi tiu kampo, raportis la malkovro de nova tipo de kemia ligo.

La moderna koncepto de la strukturo de la atomo

Se vi zorge legis ĉiujn el tiuj ĉi, Vi probable mem povos diri kion hodiaŭa bildon pri la strukturo de afero atomoj. Sed ni klarigos: ĝi iom modifita teorio de Rutherford, kompletigita per netaksebla admonoj de Niels Bohr. Simple metita, hodiaŭ oni konsideras, ke la elektronoj movas en ĥaosa, neklara padojn ĉirkaŭ la kerno, kiu konsistas el neŭtronoj kaj protonoj. Tiu parto de la spaco ĉirkaŭ ĝi, en kiu la elektrono estas plej verŝajne okazaĵo estas nomita orbital.

Dum ne eblas diri precize kiel ŝanĝos nian komprenon de la atoma strukturo en la estonteco. Ĉiutage, sciencistoj laboras pri la penetrado en la misterojn de la mikrokosmo: la LHC (Large Hadron Collider), la Nobel-premion en fiziko - ĉiuj ĉi estas la rezulto de enketo datumoj.

Sed eĉ nun ni ne povas imagi kaj proksimuma bildo de kio ankoraŭ kaŝas atomoj. Estas klare nur ke la atomo mem sur la skalo de la mikrokosmo - grandega apartamento konstruaĵo, en kiu ni ekzamenis krom la unua etaĝo, kaj eĉ tiam ne tute. Preskaŭ ĉiujare estas informoj pri la ebleco de malfermo pli kaj pli novaj elementaj partikloj. Kiam la procezo de la studo de atomoj estos tute finita, ne entrepreni antaŭdiri unu hodiaŭ.

Sufiĉas diri, ke niaj konceptoj pri ili komencis ŝanĝiĝi nur en 1947, kiam la tiel nomata V-partikloj estis malkovritaj. Antaŭ tio, homoj nur iomete profundiĝis la teorion sur kiu la 19-a jarcento estis bazita kemio. Strukturo de la Atom - fascina enigmon solvanta de kiuj okupis la plej bonaj mensoj de la homaro.