تعیین اتم ها و مولکول. تعریف یک اتم تا سال 1932

شروع از دوره باستان تا اواسط قرن 18، علم با این تصور میانهی میدان بود که اتم - یک ذره که نمی تواند تقسیم شود. دانشمند انگلیسی و طبیعت، و D. دالتون تعریفی از اتم به عنوان کوچکترین بخشی از یک عنصر شیمیایی است. MV لومونوسوف در دکترین اتمی و مولکولی خود قادر به ارائه یک تعریف از اتم و مولکول بود. او متقاعد شده بود که مولکول، که او به نام "گلبول"، متشکل از "عناصر" - اتم - و در حرکت ثابت هستند.

D. I. مندلیف معتقد بودند که این مواد زیر واحد که جهان مادی را تشکیل می دهند، حفظ تمام خواص آن تنها اگر به تقسیم نمی شود. در این مقاله، یک شی به عنوان یک جهان کوچک از اتم را تعریف می کنیم، و مطالعه خواص آن است.

سابقه و هدف از نظریه ساختار اتمی

در قرن 19، آن است که به طور گسترده ای به عنوان بیانیه ای در ناپذیر بودن اتم شناخته شده است. بیشتر دانشمندان بر این باور بودند که این ذرات از یک عنصر شیمیایی است تحت هیچ شرایطی می تواند به اتم از عناصر دیگر تبدیل شود. این ایده ها تا بر مبنای آن تعریف یک اتم تا سال 1932 بر اساس شد. در اواخر قرن 19 در علم اکتشافات اساسی که این دیدگاه را تغییر داده اند ساخته شده است. اول از همه، در سال 1897 فیزیکدان بریتانیایی جوزف جان تامسون الکترون کشف کرده بود. این واقعیت است که اساسا ایده دانشمندان درباره بخشی تفکیک ناپذیر از عنصر شیمیایی تغییر کرده است.

چگونه ثابت کنیم که اتم ساختار پیچیده

حتی قبل از کشف الکترون ، دانشمندان به اتفاق آرا توافق دارند که اتم بدون پرداخت هزینه. سپس، آن است که الکترون ها به راحتی از هر عنصر شیمیایی مورد نظر مشخص شده است. آنها را می توان در یک شعله بر داشت، آنها حامل جریان الکتریکی هستند، آنها مواد در طول تابش اشعه X را آزاد کند.

اما اگر الکترون بخشی از همه بدون استثنا، و اتم با بار منفی، در نتیجه، در یک اتم برخی از ذرات که مطمئن شوید که یک بار مثبت وجود دارد، در غیر این صورت اتم نخواهد الکتریکی خنثی. برای کمک به باز کردن ساختار اتم یک پدیده فیزیکی به عنوان رادیواکتیویته کمک کرده است. این تعریف صحیح اتم را در فیزیک، و پس از آن شیمی داد.

اشعه نامرئی

فرانسه فیزیکدان A. بکرل اولین بار به توصیف پدیده انتشار اتم بعضی از عناصر شیمیایی، بصری اشعه نامرئی بود. آنها یونیزه پاس هوا از طریق مواد، باعث لکه های سیاه صفحات عکاسی. پس از آن، کوری و رادرفورد نشان داد که مواد رادیو اکتیو به اتم سایر عوامل شیمیایی (مانند اورانیوم - نپتون) تبدیل شده است.

ذرات آلفا، بتا، اشعه گاما: اشعه غیر یکنواخت در ترکیب است. بنابراین، پدیده رادیواکتیویته ثابت کرد که جدول تناوبی عناصر ذرات دارای یک ساختار پیچیده است. این واقعیت باعث تغییرات ایجاد شده در تعریف اتم. چه ذرات است یک اتم، داده شده توسط رادرفورد به دست آمده حقایق علمی جدید؟ با توجه به که در اطراف الکترون هسته با بار مثبت حرکت می کند، پاسخ به این سوال پیشنهاد مدل محقق هسته ای اتم بود.

مدل تناقضات رادرفورد

تئوری دانشمند، با وجود شخصیت های برجسته آن، نمی تواند عینی اتم را تعریف کنیم. یافته های او خلاف قوانین بنیادی ترمودینامیک بود، که بر طبق آن همه از الکترون ها در مدار هسته انرژی خود را از دست داده و آن را به عنوان ممکن است، دیر یا زود باید در او سقوط. اتم در این مورد از بین برد. این است که در واقع چنین نیست، از مواد شیمیایی و ذرات از آنها ساخته شده است، در طبیعت برای یک مدت طولانی وجود داشته باشد. بدون توضیح اتم تعیین چنین در نظریه رادرفورد، و همچنین به عنوان پدیده ای که رخ می دهد در هنگام عبور مواد ساده گرم از طریق یک توری پراش است. پس از طیفهای اتمی تشکیل در همان زمان یک شکل خطی. این در تضاد با مدل رادرفورد اتم، که بر طبق آن طیف را باید به طور مداوم. با توجه به مفاهیم مکانیک کوانتومی، الکترون در هسته به عنوان اشیاء نقطه به عنوان داشتن به شکل ابر الکترونی مشخص نمی شود.

بسیاری از چگالی آن در یک مکان خاص از فضای اطراف هسته، و در نظر گرفته می شود محل یک ذره در یک زمان معین. همچنین، مشخص شد که اتم، الکترون ها در لایه های مرتب شده اند. تعداد لایه ها را می توان با دانستن تعداد دوره مشخص که در آن عنصر در دوره D. I. سیستم Mendeleeva. به عنوان مثال، اتم فسفر شامل 15 الکترون دارای سه سطح انرژی و. شاخص، که تعیین تعداد سطوح انرژی عدد کوانتومی اصلی نامیده می شود.

این تجربی تاسیس شد که سطح انرژی الکترون، واقع نزدیک به هسته، دارای کمترین انرژی است. هر پوسته انرژی را به زیر سطح تقسیم شده، و آنها، به نوبه خود، در اوربیتال. الکترون ها در اوربیتال های مختلف قرار گرفته اند ابرها همان شکل (S، P، D، F).

بر اساس موارد فوق، نتیجه می شود که به شکل ابر الکترونی نمی تواند خودسرانه است. این است که به شدت با توجه به مداری تعیین عدد کوانتومی. ما نیز اضافه کنم که دولت از الکترون به ذرات نیز توسط دو مقدار مشخص - مغناطیسی و عدد کوانتومی اسپین. اولین بار است که در معادله شرودینگر و بر اساس مشخصه جهت گیری فضایی از ابر الکترونی بر اساس سه بعدی از جهان ما. شاخص دوم - تعداد چرخش در آن تعیین چرخش الکترون به دور محور خود و یا حرکت عقربه های ساعت.

کشف نوترون

از طریق کار D. چادویک، آنها را در سال 1932 برگزار شد، آن یک تعریف جدید از اتم را در شیمی و فیزیک داده شد. در آزمایش های علمی خود او ثابت کرد که در برش رخ می دهد تابش پلونیوم ناشی از ذرات بدون بار، جرم 1.008665. یک ذره بنیادی اولیه جدید نوترون نامگذاری شد. کشف و مطالعه خواص آن او به دانشمندان اجازه شوروی V. گاپون و Ivanenko ایجاد یک نظریه جدید از ساختار هسته اتم، شامل پروتون و نوترون.

با توجه به نظریه های جدید، تعیین مواد داشت اتم زیر به صورت یک واحد ساختاری از عنصر شیمیایی، متشکل از یک هسته حاوی پروتون، نوترون و الکترون در حال حرکت در اطراف آن. تعداد ذرات مثبت هسته است که همیشه به عدد ترتیبی، عنصر شیمیایی است در سیستم تناوبی برابر است.

بعد استاد ژدانف در آزمایش های خود تایید کرد که تحت تاثیر تابش سخت کیهانی، هسته اتم نوترون ها و پروتون تقسیم می شود. علاوه بر این، آن ثابت شده است که نیروهای برگزاری این ذرات بنیادی در هسته، آن را بسیار انرژی فشرده است. آنها در فواصل بسیار کوتاه (از سفارش از 10 ^-23 سانتی متر)، به نام هسته ای عمل می کنند. همانطور که قبلا ذکر شد، توسط MV لومونوسوف قادر به ارائه یک تعریف اتم و مولکول بر اساس حقایق علمی شناخته شده به او بود.

در حال حاضر به رسمیت شناخته شده در نظر گرفتن مدل های زیر است: اتم از یک هسته و الکترون حرکت در اطراف آن را در یک مسیر کاملا تعریف شده - اوربیتال. الکترون در همان زمان نشان از خواص هر دو ذرات و امواج، است که، یک طبیعت دوگانه است. هسته یک اتم متمرکز تقریبا همه جرم آن است. این از پروتون و نوترون در ارتباط با نیروهای هسته ای تشکیل شده است.

آیا ممکن است به وزن اتم

به نظر می رسد که هر اتم دارای جرم. به عنوان مثال، از هیدروژن 1،67h10 ^-24 است حتی به سختی قابل تصور چقدر کوچک این مقدار است. برای پیدا کردن وزن شیء، از فلس، و نوسان ساز است، که یک استفاده نمی نانولوله های کربنی. برای محاسبه وزن اتم و مولکول مقدار راحت تر وزن نسبی است. این چند بار وزن یک مولکول یا اتم بیش از 1/12 از اتم کربن است که 1،66h10 ^-27 کیلوگرم نشان می دهد. جرم اتمی نسبی در جدول تناوبی عناصر شیمیایی داده می شود، و آنها هیچ بعد.

به طور متوسط عدد جرمی ایزوتوپ است - دانشمندان خوبی آگاه است که وزن اتمی یک عنصر شیمیایی است. به نظر می رسد، در طبیعت از یک واحد از یک عنصر شیمیایی ممکن است توده مختلف داشته باشد. بنابر این اتهامات از هسته از ذرات ساختاری است.

دانشمندان دریافته اند که ایزوتوپهای در تعداد نوترون در هسته و هسته متفاوت شارژ آنها یکسان است. برای مثال، یک اتم کلر، داشتن یک جرم 35 شامل 18 نوترون و 17 پروتون و با توده ای از 37-20 پروتون و 17 نوترون. بسیاری از عناصر شیمیایی مخلوط ایزوتوپ می باشد. به عنوان مثال، مواد ساده مانند پتاسیم، آرگون، اکسیژن موجود در اتم ترکیب آن به نمایندگی 3 ایزوتوپ های مختلف است.

تعیین ظرفیت اتمی

این چندین تفسیر. در نظر بگیرید چه توسط این مدت در شیمی بود. اگر اتم های یک عنصر شیمیایی حداقل لحظه ای می تواند در انزوا وجود داشته باشد، تمایل به شکل ذرات پیچیده تر - مولکول ها، پس ما می گویند که چنین مواد دارند، ساختار اتمی است. به عنوان مثال، چند مرحله واکنش کلر از متان است. دی کلرومتان، تتراکلرید کربن: این است که به طور گسترده ای در شیمی آلی مصنوعی برای مشتقات هالوژن عمده استفاده می شود. این است که به مولکول کلر به اتمهای دارای واکنش پذیری بالا تقسیم می شود. آنها پیوند سیگما را از بین ببرد در مولکول متان، ارائه یک واکنش جانشینی زنجیره ای.

مثال دیگری از یک فرایند شیمیایی داشتن اهمیت زیادی در صنعت - استفاده از پراکسید هیدروژن به عنوان یک عامل ضد عفونی کننده و سفید. تعیین اکسیژن اتمی به عنوان یک محصول رخ پراکسید هیدروژن در هر دو سلول زندگی می کنند رخ می دهد (توسط آنزیم کاتالاز) و در آزمایشگاه است. اکسیژن اتمی باکتری ها، قارچ و اسپور آنها: کیفی توسط خواص آنتی اکسیدانی بالا و توانایی خود را برای از بین بردن عوامل بیماری زا تعیین می شود.

چگونه پوشش هسته ای

ما قبلا پیدا شده است که واحد ساختاری از یک عنصر شیمیایی دارای ساختار پیچیده. حدود ذرات هسته با بار مثبت از فراغت از تحصیل الکترون های منفی. جایزه نوبل نیلز بور، بر اساس نظریه کوانتومی نور، ایجاد یک آموزش، که در آن خصوصیات و شناسایی اتم عبارتند از: الکترون در حال حرکت به دور هسته تنها در مسیر ثابت خاص در این مورد انرژی ساطع نمی. بور، دانشمندان نشان داده اند که ذرات از MicroWorld است، که شامل اتم ها و مولکول از قوانین برای بدن بزرگ معتبر اطاعت نمی - اشیاء دنیا.

ساختار پوسته های الکترونی ذرات شده است در مقالات در دانشمندان فیزیک کوانتوم مانند Hund وجود، پائولی Klechkovskii مطالعه قرار گرفت. از آنجا که معلوم شد که الکترون را حرکت چرخشی به دور هسته است پر هرج و مرج نیست، اما در مسیرهای ثابت است. پائولی پیدا شده است که در یک سطح انرژی واحد در هر یک از اوربیتال S خود، ص، D، F در سلول های الکترونیکی ممکن است بیش از دو ذرات با بار منفی از ارزش چرخش مخالف + ½ و - ½.

حکومت Hund وجود را توضیح داد که چگونه برای پر کردن اربیتال های الکترونی با سطح انرژی است.

اصل آفبا، همچنین حکومت به نام N + L، توضیح دهید که چگونه اوربیتال پر multielectron اتم (عناصر 5، 6، 7 چرخه). همه از نظم و قاعده در بالا به عنوان مبنای نظری از عناصر شیمیایی ایجاد شده توسط Dmitriem Mendeleevym خدمت کرده است.

درجه اکسیداسیون

این یک مفهوم اساسی در شیمی است و در یک مولکول را توصیف وضعیت یک اتم است. تعریف مدرن از درجه اکسیداسیون اتم به شرح زیر است: اتهام اتم در مولکول، که محاسبه بر مفاهیم که یک مولکول تنها تشکیل شده از یون بر اساس شرطی است.

اکسیداسیون را می توان با یک عدد صحیح یا یک عدد کسری، یک ارزش های مثبت، منفی و یا صفر بیان شده است. در اغلب اتم از عناصر شیمیایی چند حالت اکسیداسیون. به عنوان مثال، نیتروژن -3، -2، 0، 1، 2، 3، 4، 5 است. اما چنین یک عنصر، مانند فلوئور، در تمام ترکیبات آن دارای تنها یک حالت اکسیداسیون به -1 برابر است. اگر آن را یک ماده ساده، حالت اکسیداسیون آن صفر است. این مقادیر شیمیایی مناسب برای استفاده برای طبقه بندی مواد و برای توصیف خواص آنها. در اغلب موارد، درجه اکسیداسیون مواد شیمیایی مورد استفاده در راه اندازی واکنش معادلات اکسیداسیون و کاهش.

خواص اتم

با تشکر از اکتشافات فیزیک کوانتوم، تعریف مدرن از اتم، است که در نظریه Ivanenko و گاپون E، تکمیل شده توسط حقایق علمی زیر است. ساختار یک هسته اتمی است که در طول واکنش های شیمیایی تغییر نکرده است. تغییر تنها اربیتال های الکترونی ثابت تاثیر می گذارد. ساختار آنها را می توان به بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نسبت داد. اگر الکترون برگ یک مدار ثابت و درآمد حاصل را به مداری با انرژی مانند اتم بالاتر است هیجان زده به نام.

لازم به ذکر است که الکترون می تواند مدت زمان طولانی در این اوربیتال غیر هسته ای است. بازگشت به مدار ثابت آن، الکترون کوانتومی انرژی ساطع می کند. در این مطالعه از جمله ویژگی های واحدهای ساختاری عناصر شیمیایی به عنوان الکترون خواهی، الکترونگاتیوی، انرژی یونیزاسیون، اجازه داده است دانشمندان نه تنها به تعریف اتم به عنوان یک عالم صغیر ذرات ضروری است، اما همچنین به آنها اجازه توضیح توانایی اتم برای تشکیل یک دولت مولکولی پایدار و انرژی مطلوب تر از ماده، در نتیجه ممکن است از ایجاد هر نوع اوراق قرضه شیمیایی پایدار: یونی، پیوند کووالانسی قطبی و apolar، دهنده، پذیرنده (به عنوان گونه پیوند کووالانسی) و m etallicheskoy. دومی خواص فیزیکی و شیمیایی مهم ترین فلزات تعیین می کند.

این تجربی تاسیس شد که به اندازه یک اتم می تواند متفاوت باشد. همه بر روی مولکول که در آن گنجانده شده است بستگی دارد. از طریق X-تجزیه و تحلیل اشعه می تواند فاصله بین اتم ها در یک ترکیب شیمیایی محاسبه، و همچنین یادگیری شعاع واحد عنصر ساختاری. داشتن الگوهای تغییر شعاع اتم های موجود در دوره یا گروهی از عناصر شیمیایی، ممکن است برای پیش بینی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها. برای مثال، در دوره با افزایش هسته اتمی شارژ کاهش شعاع آنها ( "اتم فشرده سازی")، و در نتیجه خواص فلزی از ترکیبات تضعیف، و غیر فلزی تقویت شده.

بنابراین، آگاهی از ساختار اتم می تواند با دقت در خواص فیزیکی و شیمیایی همه عناصر موجود در سیستم تناوبی عناصر تعیین می کند.