La química Àtom - 1 ... Model de l'àtom. estructura de l'àtom

Pensaments sobre la naturalesa dels voltants van començar a visitar la humanitat molt abans que l'apogeu de la civilització moderna. En primer lloc, la gent ha especulat sobre l'existència d'un poder superior, que, creien, per defecte tot l'ésser. Però molt aviat, filòsofs i sacerdots van començar a pensar en el fet que, de fet, és l'estructura mateixa de l'existència. Les teories s'han establert, però en una perspectiva històrica es va convertir en dominant atòmica.

Quin és l'àtom en la química? Això, igual que tots els temes relacionats discutirem en aquest article. Esperem que en ella trobarà respostes a totes les seves preguntes.

El fundador de la teoria atòmica

On comença la primera lliçó de la química? L'estructura d'un àtom de - és el tema principal. Potser recordi que la paraula "àtom" es tradueix del grec com "indivisible". Ara, molts historiadors creuen que la va proposar per primera vegada la teoria, que va dir que algunes de les diminutes partícules que componen tot el que existeix, Demòcrit. Ell va viure al segle V abans de Crist.

Per desgràcia, la d'aquest destacat pensador pràcticament no se sap res. No ens ha arribat cap font escrita d'aquells temps. I a causa dels majors erudits del seu temps, idees, hem d'aprendre només de les obres d'Aristòtil, Plató i altres pensadors grecs.

Així que el nostre tema - "L'estructura de l'àtom." En química, no tots tenien alts índexs d'audiència, però molts recorden que totes les conclusions dels científics antics van ser construïts exclusivament d'inferències. Demòcrit no va ser l'excepció.

Com raoni Demòcrit?

La seva lògica era molt simple, però al mateix temps brillant. Imagini que té el ganivet més afilat al món. Es pren una poma, per exemple, i després començar a tallar: dues meitats a quarts, dividir-los de nou ... En una paraula, tard o d'hora obtindrà un magre rodanxes de gruix que segueixen dividint ells ja serà impossible. Aquí serà àtom indivisible. En química, aquesta afirmació es considera veritable gairebé fins al final del segle 19.

De Demòcrit a les idees modernes

Cal assenyalar que a partir dels antics conceptes grecs del microcosmos es va mantenir només una paraula "àtom". Ara tot escolar sap que el món que ens envolta està compost per molt més fonamental i multes. A més, des del punt de vista de la ciència moderna, la teoria de Demòcrit no era més que un càlcul purament hipotètic, no recolzada per cap evidència. No obstant això, en aquells dies no hi havia microscopis electrònics, així ho demostren per altres mitjans en el pensador no hauria succeït.

La primera sospita que Demòcrit és en realitat allà mateix a les farmàcies. Ells van descobrir ràpidament que moltes de les substàncies que es descomponen en components més simples durant la reacció. A més, va portar greus regularitats químiques d'aquests processos. Així, es van adonar que es triga vuit fracció de massa d'oxigen i un per a l'aigua - d'hidrogen (la llei d'Avogadro).

A l'edat mitjana, cap doctrina materialista, incloent la teoria de Demòcrit, la distribució i el desenvolupament no podia aconseguir en absolut. I només en el segle XVIII, els científics han tornat un cop més a la teoria atòmica. En el moment en el químic Lavoisier, el nostre gran M. V. Lomonosov i amb talent físic Anglès D. Dalton (que anem a discutir per separat), han demostrat de manera convincent als seus col·legues de la realitat dels àtoms. S'ha de fer èmfasi que, fins i tot en la teoria atòmica del segle 18 il·luminat durant molt de temps moltes ments excel·lents d'aquest moment considerats seriosament.

Fos el que fos, però fins i tot aquests grans científics encara no han presentat la teoria de l'estructura de l'àtom, ja que va ser considerada com una partícula indivisible i, la base de tot.

Per desgràcia, els experiments químics no van poder demostrar clarament la realitat de la conversió d'alguns àtoms en altres substàncies. No obstant això, la ciència fonamental en l'estudi de l'estructura dels àtoms va ser precisament la química. Els àtoms i les molècules s'han estudiat durant molt de temps, un brillant científics russos, sense el qual és impossible imaginar la ciència moderna.

La doctrina D. I. Mendeleeva

Un paper molt important en el desenvolupament de la doctrina atòmica va jugar D. I. Mendeleiev, que el 1869 va crear el seu sistema periòdic brillant. Una teoria s'ha presentat a la comunitat científica, que no només no va rebutjar, però suposicions raonables complementar tots els materialistes. Ja en el segle 19, els científics van ser capaços de demostrar l'existència d'electrons. Totes aquestes troballes van portar als millors ments del segle 20 a estudiar seriosament l'àtom. En química en aquesta ocasió també va estar marcat per una gran quantitat de descobriments.

Però la doctrina de Mendeleiev és valuós no només a ells. Encara no està clar exactament com els àtoms de forma de diferents elements químics. No obstant això, el gran científic rus va ser capaç de demostrar de manera concloent que tots ells són, sense excepció, estan estretament relacionats entre si.

obertura Dalton

Però per ser capaç d'interpretar les múltiples dades dispars només es podia Dzhon Dalton, el nom està imprès per sempre en el descobriment de la pròpia llei. En general, els científics han estudiat només el comportament dels gasos, però la gamma d'interessos que era molt més ampli. En 1808 va començar a publicar el seu nou treball fonamental.

It Daltons suposa que cada element químic correspon a un àtom específic. Però el científic, com Demòcrit molts segles abans que ell, encara creu que són totalment inseparables. En els seus molts esborranys dibuixos esquemàtics, en els quals els àtoms representats en la forma de grànuls simples. Aquesta idea, que es va originar fa més de 2.500 anys, es va perllongar gairebé fins al dia d'avui! No obstant això, només recentment s'ha descobert realment profunda estructura de l'àtom. Química (Grau 9 en particular) encara avui dia és guiat en gran mesura per les idees que es van expressar per primera vegada al segle 18.

La confirmació experimental de la divisibilitat d'àtoms

No obstant això, gairebé tots els científics creien que l'àtom fins al final del segle 19 - el límit més enllà del qual no hi ha res. Van pensar que la base de tota la creació és exactament la mateixa. Això va ser facilitat per una varietat d'experiments: el que es pot dir, però el que canvia és només la molècula, mentre que la taxa amb els àtoms de la substància no va passar absolutament res que no pogués ser explicat simplement la química. L'estructura dels àtoms de carboni, per exemple, roman completament inalterada fins i tot en diferents estats al·lotròpiques.

En resum, durant molt de temps, no hi havia absolutament cap dada experimental que almenys indirectament, va confirmar les sospites d'alguns científics que hi ha algunes partícules més fonamentals. Només en el segle 19 (entre altres coses gràcies a l'experiència dels Curie) es va demostrar que sota certes condicions els àtoms d'un element pot ser transformat en l'altre. Aquests descobriments formen la base de les idees modernes sobre el món que ens envolta.

Passes i budines

En 1897, George. Thomson, físic anglès, es va trobar que en qualsevol àtom hi ha una certa quantitat de partícules amb càrrega negativa, que ell també anomenats "electrons". Ja en 1904, el científic va crear el primer model atòmic, que és més conegut sota la denominació "púding de pruna". El nom es reflecteix amb força exactitud l'essència. Basat en la teoria de l'àtom en la química de Thomson - és un "recipient" amb uniformement distribuïda en la mateixa càrrega i electrons.

Recordeu que aquest model estava en circulació, fins i tot al segle 20. Més tard es va descobrir que era absolutament equivocat. Tot i així, va ser el primer intent conscient per a l'home (i sobre una base científica) per recrear el microcosmos circumdant, oferint un model de l'àtom, bastant simple i clar.

experiments Curie

Es creu que la parella, Pierre i Mariya Kyuri va establir les bases de la física atòmica. Per descomptat, la contribució d'aquests homes de geni, de fet, va sacrificar la seva salut i la vida, no pot ser subestimada, però les seves experiències eren molt més fonamental. Gairebé simultàniament amb Rutherford van provar que àtom - és molt més complex i estructura heterogènia. El fenomen de la radioactivitat, que van explorar, això és tot i parlar.

A principis de 1898 Maria va publicar el primer article dedicat a la radiació. Aviat Maria i per Kyuri han demostrat que una barreja de compostos clorats d'urani i ràdio estan començant a aparèixer altres substàncies, l'existència dubtava de la química oficial. L'estructura d'un àtom des de llavors ha començat a explorar seriosament.

enfocament "planetari"

Finalment Rutherford va decidir fer de metalls pesants bombardeig d'àtoms a-partícules (heli completament ionitzat). Un científic va suggerir una vegada que els electrons de llum no són capaços de canviar la trajectòria de moviment de les partícules. En conseqüència, la dispersió pot causar només alguns components més pesats que poden estar continguts en el nucli de l'àtom. Immediatament, s'observa que l'original, Rutherford no pretenia canviar la teoria "pudding". Aquest model de l'àtom es va considerar impecable.

Per tant el resultat que gairebé totes les partícules sense problemes van passar a través d'una fina capa de plata, no és sorprès. Això és només aviat es va fer evident que alguns dels àtoms d'heli van ser desviats a 30 °. No era el que vol dir que la química en el temps. Composició d'acord amb àtom de Thomson suposa una distribució uniforme dels electrons. Però això és clarament contrari als fenòmens observats.

És extremadament rar, però algunes partícules va volar en un angle, fins i tot 180 °. Rutherford era a la perplexitat més profund. Després de tot, a tothom contradiu el "pudding", una càrrega que se suposa que és (segons la teoria de Thomson) uniformement distribuïda. En conseqüència, els llocs carregats irregulars que podrien repel·lir l'heli ionitzat, estaven absents.

Quines conclusions arribat Rutherford?

Aquestes circumstàncies van portar als científics a pensar que l'àtom és gairebé buit i només el centre se centren algun tipus d'educació amb una càrrega positiva - el nucli. I hi havia el model planetari de l'àtom, que postula el següent:

• Com ja hem dit, es troba en la part central del nucli, i el seu volum (en relació amb la mida de l'àtom de si mateix) és insignificant.
• Pràcticament la totalitat de la massa atòmica, així com tota la càrrega positiva es troben en el nucli.
• Els electrons giren al voltant d'ell. És important que el seu nombre és igual a la càrrega positiva.

La teoria paradoxes

Tot estaria bé, però el model de l'àtom no explica la seva increïble capacitat de recuperació. Cal recordar que els electrons es mouen en òrbites amb gran acceleració. Segons totes les lleis de l'electrodinàmica un objecte a través del temps, haurien de perdre la seva càrrega. Si tenim en compte els postulats de Newton i Maxwell, els electrons en general han esmicolar fins a la medul·la, com calamarsa sobre la terra.

Per descomptat, no hi ha tal cosa succeeix en la realitat. Qualsevol àtom no només bastant resistent, però pot ser bastant il·limitada, en què cap radiació no desapareixerà. Aquesta discrepància s'explica pel fet que per al micromón que estem tractant d'aplicar les lleis que són vàlides únicament respecte de la mecànica clàssica. Van resultar a escala atòmica fenòmens no són aplicables a tots. I pel fet que l'estructura de l'àtom (Química, Grau 11) autors de textos tracten d'explicar el més possible en paraules senzilles.

doctrina de Bohr

físic danès Niels Bohr ha demostrat que en el microcosmos no pot estar subjecte a les mateixes lleis, les disposicions són vàlides per als objectes macroscòpics. Va ser la seva idea que el microcosmos de "guiat" únicament per les lleis quàntiques. Per descomptat, llavors no hi havia una teoria quàntica sí, però Bor realitat va començar el seu antecessor, expressant els seus pensaments en forma de tres postulats que "va salvar" l'àtom, seria inevitablement mort, si ell "vivia" segons la teoria de Rutherford. Es Dane aquesta teoria va ser la base de totes la mecànica quàntica.

postulats de Bohr

• El primer d'ells llegeix qualsevol sistema atòmic pot ser només en estats atòmics específics, i per a cada un d'ells un cert valor característic de l'energia (E). Si l'estat estacionari de l'àtom (tranquil), a continuació, emet no pot.
• El segon postulat diu que l'emissió d'energia de la llum es produeix només en el cas de transició d'un estat amb més energia en un més moderat. Per tant, l'energia alliberada és igual a la diferència dels valors entre dos estats estacionaris.

model Niels Bohr de l'àtom

científic va suggerir en 1913 per la teoria semiclásica. És de destacar que en la seva fundació va posar model planetari de Rutherford, que poc abans que va descriure l'àtom de substància. Ja hem dit que els càlculs de mecànica clàssica contràries Rutherford: sobre la base de la mateixa, es va assumir que amb el temps l'electró estava segur de caure en la superfície de l'àtom.

Per tal de "moure" aquesta contradicció, el científic ha introduït una admissió especial. La seva essència rau en el fet que irradien energia (que se suposava anava a conduir a la seva caiguda), els electrons només poden moure en qualsevol òrbita particular. Quan es mou com les seves trajectòries altres supòsits àtoms químics romanen en un estat passiu. Segons la teoria de Bohr, com òrbites són aquells moviment punt quantitatiu que era igual a la constant de Planck.

La teoria quàntica de l'estructura atòmica

Com hem dit, fins a la data, en el curs de la teoria quàntica de l'estructura atòmica. Química últims anys guiats únicament per ella. Es basa en quatre axiomes fonamentals.

1. En primer lloc, la dualitat (naturalesa d'ona corpuscular) del propi electró. En poques paraules, la partícula es comporta i com l'objecte material (un corpuscle), i com una ona. A mesura que la partícula té una càrrega i la massa específica. La capacitat dels electrons a la difracció en comú amb ones clàssiques. Aquesta mateixa longitud d'ona (λ) i velocitat de la partícula (V) poden estar units entre si per especial de Broglie relació: λ = h / mv. Com es pot endevinar, M - la massa de l'electró.

2. coordenades i velocitats de les partícules a mesurar amb una precisió absoluta és absolutament impossible. El determinar amb més precisió de coordenades, més gran és la incertesa de la velocitat. Com, però, i viceversa. Aquest fenomen es diu Heisenberg incertesa, que es pot expressar per la següent relació :? X ∙ m ∙? V> Z / 2. Delta X (? H) va expressar posició incertesa coordenades en l'espai. D'acord amb això, delta V (? V) representa l'error de velocitat.

3. En contra de totes les creences que abans eren populars, els electrons no passen a través d'unes òrbites estrictament definits com els trens sobre rails. La teoria quàntica diu que un electró pot estar en qualsevol punt en l'espai, però la probabilitat que això és diferent per a cada segment.

Aquesta part de l'espai directament al voltant del nucli atòmic en què aquesta probabilitat és màxima, es denomina orbital. estructura química moderna de les capes d'electrons dels àtoms dels estudis des d'aquest punt de vista. Per descomptat, les escoles se'ls ensenya la correcta distribució dels electrons a través dels nivells, però, molt probablement, en la realitat, difereixen de manera molt diferent.

4. El nucli inclou un àtom de nucleons (protons i neutrons). El nombre de sèrie de l'element en la taula periòdica indica el nombre de protons en el seu nucli, i la suma de protons i neutrons és igual a la massa atòmica. Així és com per explicar l'estructura del nucli de l'àtom de la química en l'actualitat.

Els fundadors de la mecànica quàntica

Recordeu els científics que van fer la major contribució al desenvolupament d'aquest important sector: el físic francès Louis de Broglie, Heisenberg Alemanya, Àustria, Schrödinger, l'anglès Dirac. Totes aquestes persones van ser guardonats amb el Premi Nobel tarda.

Pel que en aquest pla va ser la química? Estructura química de l'àtom, la major part d'aquests anys es va considerar bastant simple: molts només en 1947 finalment va reconèixer la realitat de l'existència de partícules elementals.

algunes conclusions

En general, quan es crea una teoria quàntica no va estar exempt dels matemàtics, ja que tots aquests processos es pot calcular només amb l'ús de càlculs complexos. Però la dificultat principal no és el punt. Els processos que es descriuen per aquesta teoria, disponibles no només per als nostres sentits, tot i tota la tecnologia científica moderna, sinó també la imaginació.

Cap home, fins i tot alguns no pot imaginar processos en el microcosmos, ja que no els va agradar a tots els fenòmens que observem en el macrocosmos. Només cal pensar que els últims descobriments donen raons per suposar l'existència dels quarks, neutrins i altres partícules fonamentals de la dimensió de nou (!). Com una persona que viu en un espai tridimensional, pot ni tan sols aproximadament descriure el seu comportament?

De moment, només podem confiar en les matemàtiques i la potència dels ordinadors moderns, que, potser, seran utilitzades per a la simulació de micro-món. De manera significativa ajuda i la química: estructura atòmica sens dubte serà revisada, després Recentment, els científics que treballen en aquest camp, ha informat el descobriment d'un nou tipus d'enllaç químic.

El concepte modern de l'estructura de l'àtom

Si es llegeix detingudament tot l'anterior, és probable que sí serà capaç de dir el que l'actual quadre de l'estructura dels àtoms de la matèria. Però anem a explicar: es va modificar una mica la teoria de Rutherford, complementat per preceptes inestimables de Niels Bohr. En poques paraules, en l'actualitat es considera que els electrons es mouen en uns camins caòtics, borrosa al voltant del nucli, que es compon de neutrons i protons. Aquesta part de l'espai al seu voltant, en la qual és més probable l'ocurrència d'electrons es diu orbital.

Si bé no és possible dir exactament com canviarà la nostra comprensió de l'estructura atòmica en el futur. Cada dia, els científics estan treballant en la penetració en els misteris del microcosmos: l'LHC (Large Hadron Collider), el Premi Nobel de Física - tot això és el resultat de dades de l'enquesta.

Però fins i tot ara no podem imaginar i una imatge aproximada del que encara amagar àtoms. Està clar que l'única àtom mateix en l'escala del microcosmos - un gran edifici d'apartaments, en el qual es van examinar, excepte el primer pis, i fins i tot llavors no completament. Gairebé tots els anys hi ha informes sobre la possibilitat d'obrir més i més noves partícules elementals. Quan es va acabar completament el procés de l'estudi dels àtoms, no es durà a terme per predir una avui.

Només cal dir que les nostres concepcions d'ells van començar a canviar només el 1947, quan es van descobrir els anomenats V-partícules. Abans d'això, les persones aprofundeixen només lleugerament la teoria en la qual el segle 19 es va basar la química. Estructura del Àtom - un fascinant resolució de puzles dels quals va ocupar les millors ments de la humanitat.