Atoom chemie - een ... Model van het atoom. van het atoom

Gedachten over de aard van de omgeving begonnen om de mensheid te bezoeken lang voordat de hoogtijdagen van de moderne beschaving. Ten eerste hebben mensen gespeculeerd over het bestaan van een hogere macht, die zij geloofden, vooraf het hele wezen. Maar al snel, filosofen en priesters begon na te denken over het feit van wat, in feite, is de structuur van het bestaan. Theorieën zijn ingesteld, maar in een historisch perspectief dominant werd atomaire.

Wat is het atoom in de chemie? Dit, alsmede alle aanverwante onderwerpen zullen we bespreken in dit artikel. We hopen dat in het zal u antwoorden op al uw vragen te vinden.

De grondlegger van de atoomtheorie

Wanneer de eerste scheikunde les begint? De structuur van een atoom - het hoofdthema. Je herinnert je misschien dat het woord "atoom" is vertaald uit het Grieks als "ondeelbaar". Nu, vele historici geloven dat het voor het eerst voorgesteld de theorie, die enkele van de minuscule deeltjes die deel uitmaken van alles wat bestaat, Democritus gezegd. Hij leefde in de vijfde eeuw voor Christus.

Helaas is het gegeven van een belangrijk denker vrijwel niets bekend. Het heeft ons geen schriftelijke bron van die tijd bereikt. En omdat van de grootste geleerden van zijn tijd, ideeën, hebben we alleen leren van de werken van Aristoteles, Plato en andere Griekse denkers.

Dus onze thema - "De structuur van het atoom." In de chemie, niet allemaal had hoge ratings, maar velen vergeten dat alle conclusies van de oude wetenschappers werden gebouwd uitsluitend op gevolgtrekkingen. Democritus was niet de uitzondering.

Zoals ik gemotiveerd Democritus?

Zijn logica was heel simpel, maar tegelijkertijd briljant. Stel je voor dat je de scherpste mes in de wereld. Je neemt een appel, bijvoorbeeld, en dan beginnen te snijden: twee helften in vieren, weer verdeel ze ... In een woord, vroeg of laat zult u een schamele plakjes dikte die blijven om ze te verdelen zal al onmogelijk zijn te krijgen. Hier zal het ondeelbare atoom. In de chemie, is deze bewering waar is als bijna aan het einde van de 19e eeuw.

Van Democritus naar moderne ideeën

Opgemerkt dient te worden dat van de oude Griekse begrippen van de microkosmos bleef slechts één woord "atoom". Nu elke schoolkind weet dat de wereld om ons heen van veel fundamenteler en boetes is opgebouwd. Bovendien, vanuit het perspectief van de moderne wetenschap, de theorie van Democritus was niets meer dan een louter hypothetische berekening, niet ondersteund door absoluut geen bewijs. Echter, in die dagen was er geen elektronenmicroscopen, dus bewijzen op een andere manier aan de denker niet zou zijn gebeurd.

De eerste vermoeden dat Democritus is eigenlijk recht er bij de apotheek. Ze ontdekten al snel dat veel van de stoffen te breken in eenvoudigere componenten tijdens de reactie. Bovendien bracht ernstige chemische regelmatigheden van deze processen. Dus, zagen ze dat het duurt acht massa fractie van zuurstof en één voor water - waterstof (Avogadro's law).

In de Middeleeuwen, kon geen materialistische leer, met inbegrip van de theorie van Democritus, distributie en ontwikkeling helemaal niet krijgen. En alleen in de XVIII eeuw, hebben wetenschappers weer terug naar de atoomtheorie. Tegen de tijd dat de chemicus Lavoisier, onze grote M. V. Lomonosov en getalenteerde Engels natuurkundige D. Dalton (die we afzonderlijk zullen bespreken), hebben overtuigend aangetoond aan hun collega's de realiteit van atomen. Benadrukt moet worden dat zelfs in de verlichte 18e eeuw atoomtheorie voor een lange tijd vele opmerkelijke geest van die tijd serieus overwogen.

Wat het ook was, maar zelfs deze grote wetenschappers hebben nog niet naar voren de theorie van de structuur van het atoom te zetten, omdat hij werd beschouwd als één en ondeelbaar deeltje, de basis van alles.

Helaas kon chemische experimenten niet duidelijk bewijs van de realiteit van de omzetting van een aantal atomen in andere stoffen. Toch is de fundamentele wetenschap in het bestuderen van de structuur van atomen was precies chemie. Atomen en moleculen zijn bestudeerd voor een lange tijd, een briljante Russische wetenschappers, zonder welke het onmogelijk is voor te stellen de moderne wetenschap.

De leer D.I. Mendeleeva

Een grote rol in de ontwikkeling van de atomaire doctrine gespeeld D. I. Mendelejev, die in 1869 gemaakt zijn briljante periodiek systeem. Een theorie is voorgelegd aan de wetenschappelijke gemeenschap, die niet alleen niet af te wijzen, maar redelijke aannames te vullen alle materialisten. Al in de 19e eeuw, de wetenschappers in staat waren om het bestaan van elektronen te bewijzen. Al deze bevindingen leidden de knapste koppen van de 20e eeuw serieus bestuderen het atoom. In de chemie is dit keer ook gekenmerkt door een groot aantal ontdekkingen.

Maar de leer van Mendelejev is waardevol niet alleen voor deze. Het is nog onduidelijk hoe de vorm atomen van verschillende chemische elementen. Maar de grote Russische wetenschapper was in staat om overtuigend te bewijzen dat ze zijn allemaal, zonder uitzondering, zijn nauw verwant aan elkaar.

opening Dalton

Maar om in staat zijn om de vele ongelijksoortige data kon alleen Dzhon Dalton, waarvan de naam is voor altijd ingeprent in de ontdekking van de wet zelf te interpreteren. Typisch, hebben wetenschappers alleen het gedrag van gassen onderzocht, maar het bereik van de belangen was veel breder. In 1808 begon hij met de publicatie van zijn nieuwe fundamentele werk.

Het Daltons aangenomen dat elke chemisch element overeen met een specifiek atoom. Maar de wetenschapper, als Democritus vele eeuwen vóór hem, nog steeds van mening dat ze volledig onafscheidelijk. In vele ontwerpen schematische tekeningen, waarin de atomen weergegeven in de vorm van eenvoudige pellets. Dit idee, dat meer dan 2500 jaar geleden is ontstaan, duurde bijna tot aan de dag van vandaag! Echter, pas vrij recent is ontdekt echt diep structuur van het atoom. Chemie (Grade 9 in het bijzonder) zelfs vandaag de dag is grotendeels geleid door de ideeën die voor het eerst werden geuit in de 18e eeuw.

Experimentele bevestiging van de deelbaarheid van atomen

Echter, bijna alle wetenschappers geloofd dat het atoom tot aan het einde van de 19e eeuw - de limiet waarboven niets. Ze dachten dat de basis van de hele schepping is het precies. Dit werd mogelijk gemaakt door een verscheidenheid van experimenten: wat men mag zeggen, maar wat verandert, is alleen het molecuul, terwijl de snelheid met de atomen van de stof niet absoluut niets dat niet kon worden verklaard gewoon chemie voorkwamen. De structuur koolstofatomen, bijvoorbeeld blijft volledig onveranderd, zelfs in verschillende allotrope toestanden.

Kortom, voor een lange tijd, was er absoluut geen experimentele gegevens dat ten minste indirect bevestigd vermoedens van sommige wetenschappers dat er een aantal meer fundamentele deeltjes. Slechts in de 19e eeuw (mede dankzij de ervaring van de Curie) werd aangetoond dat onder bepaalde omstandigheden de atomen van een element kan worden omgezet in de andere. Deze ontdekkingen vormen de basis van de moderne ideeën over de wereld om ons heen.

Rozijnen en pudding

In 1897, George. Thomson, Engels natuurkundige, bleek dat in een atoom is er een zekere mate van negatief geladen deeltjes, die hij ook "elektronen" genoemd. Reeds in 1904, de wetenschapper creëerde de eerste atoom-model, die beter onder de aanduiding "plum pudding" bekend is. De naam is vrij nauwkeurig weerspiegelt de essentie. Gebaseerd op de theorie van het atoom in de chemie Thomson - het een "vat" met daarin gelijkmatig verdeelde lading en elektronen.

Merk op dat dit model in omloop was, zelfs in de 20e eeuw. Later bleek dat het was absoluut verkeerd. Toch was het de eerste bewuste poging om de mens (en op een wetenschappelijke basis) naar de omliggende microkosmos herscheppen, het aanbieden van een model van het atoom, heel simpel en duidelijk.

experimenten Curie

Gemeend wordt dat het koppel, Pierre en Mariya Kyuri de basis gelegd voor de atoomfysica. Natuurlijk, de bijdrage van deze mannen van genie, in feite offerde zijn gezondheid en het leven, kan niet worden onderschat, maar hun ervaringen waren veel fundamenteler. Vrijwel gelijktijdig met Rutherford aangetoond dat ze voorstelt - veel complexer en heterogene structuur. Het verschijnsel van radioactiviteit, die zij onderzocht, dat is het zo'n beetje en praten.

Aan het begin van 1898 publiceerde Maria het eerste artikel gewijd aan straling. Binnenkort Mary en Per Kyuri hebben aangetoond dat een mengsel van gechloreerde verbindingen van uranium en radium beginnen om andere stoffen, het bestaan waarvan hij twijfelde aan de officiële chemie verschijnen. De structuur van een atoom is sindsdien begonnen te verkennen in ernst.

"Planetaire" -benadering

Rutherford uiteindelijk besloten heavy metal atoombombardement α-deeltjes (volledig geïoniseerd helium) maken. Een wetenschapper eens gesuggereerd dat het licht elektronen niet in staat de baan van deeltjesbeweging veranderen. Dienovereenkomstig kan de dispersie slechts enkele zwaardere componenten die aanwezig zijn in de kern van het atoom veroorzaken. Onmiddellijk, merken we op dat de oorspronkelijke Rutherford niet beweren dat ze de "pudding" theorie te veranderen. Dit model van het atoom werd beschouwd als onberispelijk.

Daarom leiden dat vrijwel alle deeltjes probleemloos door een dunne laag zilver, is niet verrast. Dat is gewoon het werd al snel duidelijk dat een deel van de helium atomen werden afgebogen slechts 30 °. Het was niet wat te zeggen op dat moment chemie. Samenstelling volgens Thomson atoom veronderstelde gelijkmatige verdeling van de elektronen. Maar dit is duidelijk in strijd met de waargenomen verschijnselen.

Het is uiterst zeldzaam, maar sommige deeltjes gevlogen onder een hoek, zelfs 180 °. Rutherford was in de diepste verbijstering. Immers, het scherp tegengesproken de "pudding", een belasting die werd verondersteld te zijn (volgens Thomson theorie) gelijkmatig verdeeld. Bijgevolg is de ongelijke geladen plaatsen dat de geïoniseerde helium kon afweren, waren afwezig.

Welke conclusies komen Rutherford?

Deze omstandigheden gevraagd wetenschappers om te denken dat het atoom is meestal leeg en alleen de middelste scherpstelpunt enkele opleiding met een positieve lading - de kernel. En er was de planetaire model van het atoom, die de volgende postuleert:

• Zoals reeds gezegd, is gelegen in het centrale deel van de kern, en het volume (in verhouding tot de afmeting van het atoom zelf) verwaarloosbaar.
• Vrijwel alle van de atoommassa, alsmede de positieve lading worden aangetroffen in de kern.
• Elektronen rond het. Het is belangrijk dat hun aantal is gelijk aan de positieve lading.

paradoxen theorie

Alle zou goed zijn, maar het model van het atoom niet hun ongelooflijke veerkracht uit te leggen. Men mag niet vergeten dat de elektronen bewegen in banen met een grote versnelling. Door alle wetten van de elektrodynamica een object in de tijd, moet zijn lading verliezen. Als we rekening houden met de postulaten van Newton en Maxwell, moeten de elektronen in het algemeen afbrokkelen tot de kern, net als hagel op de grond.

Natuurlijk is niet zoiets gebeurt in de werkelijkheid. Elke atoom niet alleen goed bestand, maar er kunnen heel onbeperkt zijn, waarbij geen straling zal niet verdwijnen. Dit verschil wordt verklaard door het feit dat voor de microwereld proberen we wetten die alleen geldig zijn in verband met de klassieke mechanica toe te passen. Het bleken atomaire schaal verschijnselen geheel niet van toepassing. En omdat de structuur van het atoom (Chemie, Grade 11) leerboek auteurs proberen om zo veel mogelijk in eenvoudige woorden uit te leggen.

Bohr's doctrine

Deense fysicus Niels Bohr is bewezen dat in de microkosmos niet onderworpen aan dezelfde wetten kunnen zijn, waarvan de bepalingen gelden voor macroscopische objecten. Het was zijn idee dat de microkosmos van "geleid" alleen door quantum wetten. Natuurlijk, dan was er geen kwantum theorie zelf, maar Bor begon eigenlijk al haar voorvader, het uiten van hun gedachten in de vorm van drie stellingen die "gered" het atoom, het zou onvermijdelijk gedood, als hij "geleefd" volgens de theorie van Rutherford. Het is deze theorie Dane was de basis van de kwantummechanica.

postulaten Bohr's

• De eerste van deze leest elk atoom kan alleen in bepaalde atomaire toestanden, en elk daarvan een bepaalde karakteristieke waarde van de energie (E). Als stationaire toestand van het atoom (stille), dan kan het uitstoten niet.
• De tweede postulaat zegt dat de emissie van lichtenergie treedt alleen op bij de overgang van een toestand meer energie in een gematigder. Dienovereenkomstig is deze energie is gelijk aan het verschil in waarde tussen twee stationaire toestanden.

Niels Bohr model van het atoom

wetenschapper gesuggereerd in 1913 door de semi-klassieke theorie. Het is opmerkelijk dat in de oprichting legde hij planetaire model van Rutherford, die kort voordat hij beschreef de atoom van stof. We hebben al gezegd dat de klassieke mechanica berekeningen Rutherford Integendeel: op basis van het, werd ervan uitgegaan dat met de tijd het elektron was er zeker van te vallen op het oppervlak van het atoom.

Met het oog op "get around" deze tegenstrijdigheid heeft de wetenschapper een speciale toelating geïntroduceerd. De essentie ligt in het feit dat de energie (die moest leiden tot hun ondergang) uitstralen, elektronen kan alleen bewegen in een bepaalde baan. Bij het verplaatsen wanneer de overige trajecten vermeende chemische atomen blijven in een passieve toestand. Volgens de theorie van Bohr dergelijke banen zijn die kwantitatief beweging die gelijk is aan constante van Planck is.

De quantumtheorie van atoomstructuur

Zoals we hebben gezegd, tot op heden, in de loop van de kwantumtheorie van de atomaire structuur. Chemistry afgelopen jaren enkel op in haar. Het is gebaseerd op vier fundamentele axioma's.

1. Ten eerste, de dualiteit (corpusculaire golfkarakter) van het elektron zelf. Simpel gezegd, het deeltje gedraagt en hoe het materiële object (a lichaampje), en als een golf. Aangezien het deeltje een specifieke lading en massa. Het vermogen van de elektronen de diffractie gemeen met klassieke golven. Deze zelfde golflengte (λ) en deeltjessnelheid (v) worden met elkaar verbonden door bijzondere de Broglie relatie: λ = h / mv. Zoals je kunt raden, M - de massa van het elektron.

2. coördinaten en snelheden van de deeltjes te meten met absolute precisie is absoluut onmogelijk. Hoe nauwkeurig bepaalde coördinaten, hoe groter de onzekerheid in de snelheid. Als, echter, en vice versa. Dit verschijnsel heet Heisenberg onzekerheid, die door de volgende relatie kan worden uitgedrukt: Ax ∙ m ∙ Av> z / 2. Delta X (Ah) uitgedrukt onzekerheid positiecoördinaten in de ruimte. Dienovereenkomstig delta V (Av) de snelheidsfout.

3. In tegenstelling tot alle eerder wat vaak wordt gedacht, zijn de elektronen niet door een strikt omschreven banen als treinen op rails passeren. Kwantum theorie zegt dat een elektron kan in elk punt in de ruimte, maar de kans hierop verschilt per segment.

Het gedeelte van de ruimte direct rondom de atoomkern waarin deze kans maximaal is, wordt de orbitale. Moderne chemie structuur van de elektronen van de atomen van studies uit dit oogpunt. Natuurlijk zijn de scholen onderwezen in de juiste verdeling van de elektronen door de levels, maar, het meest waarschijnlijk, in werkelijkheid heel anders verschillen ze.

4. De kern omvat een atoom van kerndeeltjes (protonen en neutronen). Het serienummer van het element in de periodieke tabel geeft het aantal protonen in de kern, en de som van protonen en neutronen is gelijk aan de atoommassa. Hier ziet u hoe de structuur van de atoomkern chemie van vandaag uit te leggen.

De oprichters van de kwantummechanica

Let op de wetenschappers die de grootste bijdrage aan de ontwikkeling van deze belangrijke sector gemaakt: de Franse natuurkundige Louis de Broglie, Heisenberg Duitse, Oostenrijkse, Schrödinger, de Engelsman Dirac. Al deze mensen werden later bekroond met de Nobelprijs.

Voor zover in dit plan ging chemie? Chemische structuur van het atoom, de meeste van die jaren werd beschouwd als eenvoudig genoeg: veel alleen in 1947 eindelijk de realiteit van het bestaan van elementaire deeltjes herkend.

enkele conclusies

Over het algemeen, wanneer u een kwantumtheorie was niet zonder wiskundigen, als al deze processen alleen kunnen worden berekend met behulp van complexe berekeningen. Maar het grootste probleem is niet het punt. De processen die worden beschreven door deze theorie, niet alleen beschikbaar voor onze zintuigen, in weerwil van alle moderne wetenschappelijke technologie, maar ook de verbeelding.

Niemand, zelfs sommige kan me niet voorstellen processen in microkosmos, omdat ze niet willen alle verschijnselen die we waarnemen in de macrokosmos. Denk maar aan: de laatste ontdekkingen reden om aan te nemen dat de quarks, neutrino's en andere fundamentele deeltjes bestaan in de negen-dimensie te geven (!). Als een persoon in een drie-dimensionale ruimte wonen, kunnen hun gedrag zelfs niet bij benadering te beschrijven?

Op dit moment kunnen we alleen maar vertrouwen op de wiskunde en de kracht van moderne computers, die, misschien, zal worden gebruikt voor micro-wereld simulatie. Aanzienlijk helpt en scheikunde: atomaire structuur zal zeker worden herzien, nadat onlangs wetenschappers die werkzaam zijn op dit gebied, meldde de ontdekking van een nieuw type chemische binding.

Het moderne concept van de structuur van het atoom

Als je goed al het bovenstaande leest, zal je waarschijnlijk zelf in staat zijn om huidige wensen van de foto van de structuur van materie atomen zeggen. Maar we zullen uitleggen: het is iets gewijzigde theorie van Rutherford, aangevuld met waardevolle voorschriften van Niels Bohr. Simpel gezegd, vandaag wordt ervan uitgegaan dat de elektronen bewegen in een chaotische, vage paden rond de kern, die is opgebouwd uit neutronen en protonen. Het gedeelte van de ruimte eromheen, waarbij het elektron meest waarschijnlijke optreden wordt orbitale genoemd.

Hoewel het niet mogelijk is om precies te zeggen hoe zal ons begrip van de atomaire structuur in de toekomst te veranderen. Elke dag, zijn wetenschappers die werken aan de penetratie in de geheimen van de microkosmos: de LHC (Large Hadron Collider), de Nobelprijs voor de natuurkunde - dit alles is het resultaat van enquêtegegevens.

Maar zelfs nu kunnen we niet voorstellen en benadering een beeld van wat er nog te verbergen atomen. Duidelijk is alleen dat het atoom zich op de schaal van de microkosmos - een groot appartementencomplex, waarin we, behalve de eerste verdieping niet volledig onderzocht, en dan nog. Bijna elk jaar zijn er berichten over de mogelijkheid van het openen van meer en meer nieuwe elementaire deeltjes. Wanneer het proces van de studie van atomen volledig zal worden afgewerkt, zal niet verbinden zich ertoe om vandaag te voorspellen.

Het volstaat om te zeggen dat onze opvattingen van hen begon te veranderen alleen in 1947, toen de zogenaamde V-deeltjes werden ontdekt. Voorafgaand aan deze, mensen alleen maar iets verdiept de theorie waarop de 19e eeuw was gebaseerd chemie. Structuur van het atoom - een fascinerende puzzel oplossen van die bezet de knapste koppen van de mensheid.