Atomu kimika - a ... Mudell ta 'l-atomu. istruttura tal-atomu

Ħsibijiet dwar in-natura ta 'l-inħawi bdew iżuru umanità twil qabel l-heyday taċ-ċiviltà moderna. L-ewwel, in-nies spekula dwar l-eżistenza ta 'xi qawwa ogħla, li, huma emmnu, predeterminat l kollu jkun. Iżda pretty hekk, filosofi u saċerdoti bdew jaħsbu dwar il-fatt ta 'dak, fil-fatt, hija l-drapp ħafna ta' eżistenza. Teoriji ġew stabbiliti, iżda f'perspettiva storika issir dominanti atomika.

X'inhu l-atomu fil-kimika? Dan, kif ukoll suġġetti relatati kollha aħna se tiddiskuti f'dan l-artikolu. Nittamaw li fiha inti ser issib tweġibiet għall-mistoqsijiet kollha tiegħek.

Il-fundatur tat-teorija atomika

Meta l-lezzjoni ewwel kimika jibda? L-istruttura ta 'atomu - hija t-tema prinċipali. Inti tista 'tiftakar li l-kelma "atomu" huwa tradott mill-lingwa Griega bħala "indiviżibbli". Issa, ħafna storiċi jemmnu li l-ewwel proposta l-teorija, li qal xi wħud mill-partiċelli żgħar li jiffurmaw dak kollu li jeżisti, Democritus. Għex fil-ħames seklu QK.

Sfortunatament, il-ta 'dan ħassieb pendenti xejn prattikament hija magħrufa. Hija ma laħaqx magħna kwalunkwe sors bil-miktub tal dawk il-ħinijiet. U minħabba l-akbar akkademiċi ta 'ħin tiegħu, ideat, għandna nitgħallmu biss mill-xogħlijiet ta' Aristotli, Plato u ħassieba Grieg oħra.

Allura tema tagħna - "L-istruttura tal-atomu." Fil-kimika, mhux kollha kellhom klassifikazzjonijiet għolja, iżda tiftakar ħafna li l-konklużjonijiet tal-xjenzati qedem kienu mibnija biss fuq inferenzi. Democritus ma kienx l-eċċezzjoni.

Kif motivata Democritus?

loġika tiegħu kienet sempliċi ħafna, iżda fl-istess ħin brillanti. Immaġina li inti għandek l-sikkina aktar għolja fid-dinja. Tieħu tuffieħa, per eżempju, u mbagħad tibda taqtgħu: żewġ nofsijiet fi kwarti, jaqsmuhom darb'oħra ... Fi ftit kliem, illum jew għada inti se tikseb flieli miżeru ta 'ħxuna li jkomplu jaqsmuhom se diġà jkun impossibbli. Hawnhekk se jkun atomu indiviżibbli. Fil-kimika, din l-affermazzjoni hija kkunsidrata veru kważi sal-aħħar tas-seklu 19.

Mill Democritus ideat moderni

Għandu jiġi nnutat li mill-kunċetti Grieg antik tal-mikrokożmu baqa kelma waħda biss "atomu". Issa kull schoolchild jaf li d-dinja madwarna hija magħmula minn ħafna aktar fundamentali u multi. Barra minn hekk, mill-perspettiva tax-xjenza moderna, il-teorija ta 'Democritus kienet xejn aktar minn komputazzjoni purament ipotetika, mhumiex sostnuti minn assolutament ebda prova. Madankollu, f'dawk il-jiem kien hemm ebda mikroskopji elettron, u għalhekk jipprova dan b'mezzi oħra fil-ħassieb ma kien ġara.

L-ewwel suspett li Democritus huwa attwalment hemm dritt fuq il-kimiċi. Huma malajr skoprew li ħafna mis-sustanzi jkissru fil-komponenti sempliċi matul ir-reazzjoni. Barra minn hekk, hija ressqet regolaritajiet kimiċi severi ta 'dawn il-proċessi. Għalhekk, huma ndunat li dan jieħu tmien frazzjoni tal-massa ta 'ossiġenu u wieħed għall-ilma - idroġenu (liġi Avogadro s).

Fil-Medju Evu, kull duttrina materjalist, jinkludi t-teorija ta 'Democritus, id-distribuzzjoni u l-iżvilupp ma setgħux jiksbu fil-livelli kollha. U biss fis-seklu XVIII, xjentisti darb'oħra lura għall-teorija atomika. Sa żmien l-ispiżjar Lavoisier, tagħna kbira M. V. Lomonosov u ta 'talent fiżiċista Ingliż D. Dalton (li aħna se jiddiskutu separatament), ikunu turix b'mod konvinċenti lill-kollegi tagħhom l-realtà ta' atomi. Għandu jiġi enfasizzat li anke fis-seklu 18 teorija atomika infurmata għal żmien twil ħafna imħuħ pendenti ta 'dak iż-żmien kkunsidrata serjament.

Kwalunkwe kien, iżda anke dawn xjentisti kbira għadhom ma ressqu l-teorija ta 'l-istruttura tal-atomu, kif kien meqjus wieħed u partiċelli indiviżibbli, il-bażi ta' kollox.

Sfortunatament, esperimenti kimiċi ma jistgħux jixhdu b'mod ċar ir-realtà tal-konverżjoni ta 'xi atomi fi sustanzi oħra. Madankollu l-fundamentali xjenza fl-istudju tal-istruttura ta 'atomi setgħet b'mod preċiż kimika. Atomi u molekoli ġew studjati għal żmien twil, ta 'xjentisti Russi brillanti, li mingħajrhom huwa impossibbli li wieħed jimmaġina l-xjenza moderna.

-Duttrina D. I. Mendeleeva

A enormi rwol fl-iżvilupp tal-atomika duttrina lagħbu D. I. Mendeleev, li fl-1869 ħolqot tiegħu brillanti perjodika tas-sistema. A teorija ġie ppreżentat lill-komunità xjentifika, li mhux biss ma ċaħditx, iżda suppożizzjonijiet raġonevoli jikkumplimentaw materialists kollha. Diġà fis-seklu 19, xjenzati kienu kapaċi jippruvaw l-eżistenza ta 'elettroni. Kollha dawn is-sejbiet wasslu lill-aqwa mħuħ tas-seklu 20 biex tistudja serjament l-atomu. Fil-kimika din id-darba kienet ikkaratterizzata wkoll minn ħafna skoperti.

Iżda l-duttrina ta 'Mendeleyev jiġifieri siewja mhux biss għal dawn. Għadu mhux ċar eżattament kif l-forma atomi ta 'elementi kimiċi differenti. Iżda l-xjenzat Russu kbira kienet f'pożizzjoni li tipprova b'mod konklużiv li dawn huma kollha, mingħajr eċċezzjoni, huma relatati mill-qrib ma 'xulxin.

ftuħ Dalton

Iżda biex ikunu jistgħu jinterpretaw id-dejta differenti multipli tista biss Dzhon DALTON, li ismu huwa dejjem stampat fl-iskoperta tal-liġi nnifisha. Tipikament, ix-xjentisti studjaw biss l-imġiba ta 'gassijiet, iżda l-firxa ta' interessi li kienet ferm usa. Fl-1808 huwa beda pubblikazzjoni xogħol fundamentali ġdid tiegħu.

Hija Daltons preżunt li kull element kimiku tikkorrispondi ma 'atomu speċifiku. Iżda l-xjenzat, kif Democritus ħafna sekli qabel lilu, xorta jemmnu li huma kompletament inseparabbli. F'ħafna abbozzi tagħha tpinġijiet dijagramattika, li fiha l-atomi rappreżentata fil-forma ta 'gerbub sempliċi. Din l-idea, li oriġinaw aktar minn 2,500 sena ilu, dam kważi sal-lum! Madankollu, huwa biss relattivament reċentement ġie skopert verament fil-fond istruttura tal-atomu. Kimika (Grad 9 b'mod partikolari) anke llum huwa prinċipalment ggwidata mill-ideat li kienu l-ewwel esprimew fis-seklu 18..

konferma sperimentali tal-divisibility ta 'atomi

Madankollu, kważi kollha xjentisti jemmnu li l-atomu sa l-aħħar tas-seklu 19 - il-limitu li lil hinn minnu m'hemm xejn. Huma ħasbu li l-bażi tal-ħolqien huwa eżattament dan. Dan ġie ffaċilitat minn varjetà ta 'esperimenti: kwalunkwe wieħed jista' jgħid, iżda liema bidliet hija biss il-molekula, filwaqt li l-atomi infushom b'sustanzi li mhumiex ġara xejn, li ma kienx ikun kapaċi jispjegaw fil-kimika sempliċi. L-istruttura tal-atomi tal-karbonju, per eżempju, jibqa kompletament mhux mibdula anke fi Stati allotropic differenti.

Fil-qosor, għal żmien twil, ma kien hemm assolutament l-ebda data esperimentali li kkonfermat mill-inqas indirettament suspetti ta 'xi xjentisti li hemm xi frak aktar fundamentali. Biss fis-seklu 19 (mhux l-inqas grazzi għall-esperjenza tal-curies) ikun ġie muri li taħt ċerti kondizzjonijiet l-atomi ta 'element wieħed tista' tiġi ttrasformata-oħra. Dawn l-iskoperti jiffurmaw il-bażi ta 'ideat moderni dwar id-dinja madwarna.

Żbib u pudini

Fl-1897, George. Thomson, fiżiċista Ingliż, instab li fi kwalunkwe atomu hemm ċertu ammont ta 'partiċelli ċċarġjati negattiv, li hu sejjaħ ukoll "elettroni". Diġà fl-1904, il-xjenzat ħolqot l-ewwel atomiku mudell, li jiġifieri aħjar magħrufa taħt l-isem "għanbaqar pudina". L-isem huwa jirrifletti pjuttost b'mod preċiż l-essenza. Ibbażat fuq it-teorija Thomson 'l-atomu fil-kimika - hija "bastiment" ma ħlas u elettroni mqassma b'mod uniformi fih.

Innota li dan il-mudell kien fiċ-ċirkolazzjoni anke fis-seklu 20. Aktar tard rriżulta li kien assolutament ħażin. Still, kien l-ewwel tentattiv konxja għall-bniedem (u fuq bażi xjentifika) jirrikreaw l mikrokożmu tal-madwar, li joffru mudell ta 'l-atomu, pjuttost sempliċi u ċara.

esperimenti Curie

Huwa maħsub li l-koppja, Pierre u Mariya Kyuri s-sisien għall-fiżika atomika. Naturalment, il-kontribuzzjoni ta 'dawn l-irġiel ta' ġenju, fil-fatt sagrifikati saħħa tiegħu u l-ħajja, ma tistax tiġi sottovalutata, imma l-esperjenzi tagħhom kienu ferm aktar fundamentali. Kważi simultanjament bil Rutherford huma ppruvat li atomu - hija ferm aktar kumplessa u l-istruttura eteroġeni. Il-fenomenu tar-radjuattività, li huma esplorati, li dwar dan u jitkellmu.

Fil-bidu ta '1898 Maria ippubblika l-ewwel artiklu ddedikat għar-radjazzjoni. Ftit Marija u Per Kyuri wrew li taħlita ta 'komposti klorinati ta' l-uranju u radjum qed jibdew jidhru sustanzi oħra, l-eżistenza tiegħu huwa ddubitat l-kimika uffiċjali. L-istruttura ta 'atomu minn dakinhar beda biex jesploraw bis-serjetà.

approċċ "Planetarja"

Finalment Rutherford iddeċidiet li tagħmel metall tqil b'bumbardament atomu α-partiċelli (elju kompletament dejonizzat). A xjentist ladarba suġġerit li d-dawl elettroni huma ta jkunux jistgħu bidla-trajettorja tal-partiċelli mozzjoni. Għaldaqstant, id-dispersjoni jista 'jikkawża biss xi komponenti itqal li jistgħu jkunu jinsabu fil-nukleu tal-atomu. Immedjatament, aħna ninnotaw li l Rutherford oriġinali ma allegatx li jibdlu l- "pudina" teorija. Dan il-mudell 'l-atomu kien ikkunsidrat impekkabbli.

Għalhekk jirriżulta li kważi kollha l-partiċelli mingħajr problemi għaddew minn saff irqiq ta 'fidda, mhuwiex sorpriż. Li jinsab biss malajr deher ċar li wħud mill-atomi elju kienu mxellef biss 30 °. Ma kienx dak li jingħad f'dak kimika ħin. Kompożizzjoni skond atomu Thomson jassumi distribuzzjoni uniformi tal-elettroni. Iżda din hija manifestament oppost għall-fenomeni osservati.

Huwa estremament rari, iżda xi partikoli tellgħu f'angolu, anke 180 °. Rutherford kien fil-perplexity fonda. Wara kollox, huwa f'daqqa kontradetta l- "pudina", tariffa li suppost kellha tkun (skond it-teorija Thomson) distribwit b'mod uniformi. Konsegwentement, is-siti mitluba irregolari li jista jirripellaw l elju dejonizzat, kienu assenti.

X'konklużjonijiet jiġu Rutherford?

Dawn iċ-ċirkostanzi imħeġġa xjentisti biex jaħsbu li l-atomu huwa l-aktar vojta u biss l-ċentru jiffoka xi edukazzjoni bil-ħlas pożittiv - l-għadma. U hemm setgħet b'mod l planetarju mudell tal-atomu, li teħtieġ ir dan li ġej:

• Kif aħna diġà qal, li jinsab fil-parti ċentrali tal-qalba, u l-volum tagħha (relattiv għad-daqs tal-atomu innifsu) huwa negliġibbli.
• Kważi kollha tal-massa atomika, kif ukoll kull ħlas pożittivi jinstabu fil-nukleu.
• Elettroni jduru madwaru. Huwa importanti li n-numru tagħhom huwa ugwali għall-imposta pożittiv.

teorija paradossi

Kollha ikun tajjeb, iżda l-mudell tal-atomu ma tispjegax ir-reżistenza inkredibbli tagħhom. Għandu jiġi mfakkar li l-elettroni jimxi fl orbiti ma kbira aċċelerazzjoni. Bil-liġijiet kollha ta electrodynamics 'oġġett matul iż-żmien, għandhom jitilfu ħlas tagħha. Jekk aħna jieħdu in kunsiderazzjoni l-dogma ta 'Newton u Maxwell, l-elettroni b'mod ġenerali għandhom crumble għall-qalba, bħall silġ fuq l-art.

Naturalment, l-ebda ħaġa bħal din ma jiġri fir-realtà. Kull atomu mhux biss pjuttost reżistenti, iżda jista 'jkun hemm żmien pjuttost illimitat, li fih l-ebda radjazzjoni ma jmorrux lil hinn. Din id-diskrepanza hija spjegata mill-fatt li l-MicroWorld aħna qed jippruvaw japplikaw liġijiet li huma validi biss fir-rigward tal-mekkanika klassika. Huma irriżultaw li fuq skala atomika fenomeni mhumiex applikabbli fil-livelli kollha. U minħabba l-istruttura tal-atomu (Kimika, Grad 11) awturi textbook jippruvaw jispjegaw kemm jista 'jkun fi kliem sempliċi.

-Duttrina Bora

fiżiċista Daniża Niels Bohr ġie ppruvat li fil-mikrokożmu ma jistgħux ikunu suġġetti għall-istess liġijiet, id-dispożizzjonijiet tiegħu huma validi għal oġġetti makroskopiċi. Kien idea tiegħu li l-mikrokożmu ta ' "ggwidati" biss mil-liġijiet kwantum. Naturalment, allura kien hemm ebda teorija tal-kwantum innifsu, iżda Bor attwalment beda antenat tagħha, jesprimu l-ħsibijiet tagħhom fil-forma ta 'tliet teħtieġ ir li "salvati" l-atomu, ikun inevitabbilment maqtula, jekk hu "għex" skond teorija Rutherford. Huwa din it-teorija Dane kienet il-bażi tal-mekkanika kollha kwantistika.

teħtieġ ir Bohr

• L-ewwel minn dawn jaqra kwalunkwe sistema atomika jista 'jkun biss fl-istati atomika speċifiċi, u għal kull wieħed minnhom ċertu valur karatteristiku tal-enerġija (E). Jekk istat stazzjonarji 'l-atomu (kwieta), allura jarmu ma jistax.
• It-tieni postulate jgħid li l-emissjoni ta 'enerġija tad-dawl sseħħ biss fil-każ ta' tranżizzjoni minn stat b'aktar enerġija b'mod aktar moderat. Għaldaqstant, l-enerġija rilaxxat huwa ugwali għad-differenza tal-valuri bejn żewġ stati stazzjonarji.

mudell Niels Bohr 'l-atomu

xjentist suġġerit fl-1913 mill-teorija semiclassical. Huwa jinnota li fil-fondazzjoni tagħha huwa stabbilit mudell planetarju tal Rutherford, li ftit qabel huwa ddeskriva l-atomu ta 'sustanza. Aħna diġà qal li l-kalkoli mechanics klassiku jmorru kontra Rutherford: fuq il-bażi ta 'dan, wieħed assuma li maż-żmien l-elettron kien ċert li jaqa' fuq il-wiċċ tal-atomu.

Sabiex "tikseb madwar" din il-kontradizzjoni, il-xjenzat introduċa ammissjoni speċjali. Essenza tiegħu tinsab fil-fatt li radiate enerġija (li għandu jwassal għal downfall tagħhom), elettroni jistgħu biss jiċċaqilqu fi kwalunkwe orbita partikolari. Meta jiċċaqalqu kif trajettorji oħra tagħhom atomi kimiċi allegati jibqgħu fi stat passiv. Skond teorija Bohr 'dawk orbiti huma dawk kwantitattivi moviment punt li kien ugwali għal kostanti Planck.

It-teorija tal-kwantum tal-istruttura atomika

Kif għandna qal, sal-lum, fil-kors tal-teorija tal-kwantum tal-istruttura atomika. Kimika aħħar snin iggwidata biss mill tagħha. Hija bbażata fuq erba 'axioms fundamentali.

1. L-ewwel, il-duwalità (natura korpuskulari-mewġa) ta 'l-elettron innifsu. Fi kliem sempliċi, il-partiċelli iġib ruħu u kif l-oġġett materjal (a corpuscle), u bħala mewġa. Peress li l-partiċelli għandu ħlas speċifiku u massa. Il-kapaċità ta 'l-elettroni għall-diffrazzjoni in komuni ma' mewġ klassiku. It-tul tal-mewġa innifsu (λ) u partiċelli veloċità (v) jistgħu jiġu konnessi ma 'xulxin bi speċjali de rigward Broglie: λ = h / mv. Kif inti tista raden, m - il-massa ta 'l-elettron.

2. koordinati u veloċitajiet tal-partiċelli li jkejlu bi preċiżjoni assoluta huwa assolutament impossibbli. Il determinata b'mod aktar preċiż jikkoordina, l-akbar l-inċertezza fil-veloċità. Billi, madankollu, u viċi versa. Dan il-fenomenu jissejjaħ inċertezza Heisenberg, li jista 'jiġi espress billi r-relazzjoni li ġejja: Δx ∙ m ∙ † v> þ / 2. Delta X (Δh) esprima l-pożizzjoni inċertezza koordinati fl-ispazju. Għaldaqstant, delta V († v) jirrappreżenta l-iżball veloċità.

3. Kuntrarjament għal kulħadd twemmin qabel popolari, l-elettroni ma jgħaddu permezz ta 'orbiti ddefiniti b'mod strett bħala ferroviji fuq binarji. Quantum teorija tgħid li elettron jistgħu jkunu fi kwalunkwe punt fl-ispazju, iżda l-probabbiltà ta 'dan jiġifieri differenti għal kull segment.

Dik il-parti mill-ispazju direttament madwar l-nukleu atomiku li fiha din il-probabbiltà hija massimu, huwa msejjaħ il-orbitali. istruttura kimika moderna ta 'l-qxur elettron tal atomi ta' studji minn dan il-lat. Naturalment, l-iskejjel jiġu mgħallma l-korretta distribuzzjoni tal-elettroni permezz tal-livelli, iżda, x'aktarx, fir-realtà, dawn huma differenti pjuttost differenti.

4. Il-qalba jinkludi atomu ta nucleons (protoni u newtroni). In-numru tas-serje tal-element fit-tabella perjodika tindika n-numru ta 'protoni fil-nukleu tagħha, u s-somma ta' protoni u newtroni hija ugwali għall-massa atomika. Hawn kif tispjega l-istruttura tal-nukleu ta 'kimika atomu tal-lum.

Il-fundaturi tal-mekkanika kwantistika

Innota l-xjentisti li għamlu l-akbar kontribut għall-iżvilupp ta 'dan is-settur importanti: l-fiżiċista Franċiż Louis de Broglie, Heisenberg Ġermaniż, Awstrijakk, Schrödinger, il Dirac Ingliż. Kollha ta 'dawn in-nies kienu aktar tard mogħtija l-Premju Nobel.

Safejn f'dan il-pjan marru kimika? istruttura kimika tas-atomu, ħafna dawn is-snin kien meqjus biżżejjed sempliċi: ħafna biss fl-1947 finalment rikonoxxut ir-realtà tal-eżistenza ta 'partiċelli elementari.

xi konklużjonijiet

Ġeneralment, meta inti toħloq teorija kwantistika ma kienx mingħajr matematiċi, bħala kollha ta 'dawn il-proċessi jistgħu jkunu kkalkulati biss bl-użu ta' kalkoli kumplessi. Iżda d-diffikultà ewlenija mhuwiex il-punt. Il-proċessi li huma deskritti permezz ta din it-teorija, disponibbli mhux biss għall-sensi tagħna, minkejja l-teknoloġija xjentifika moderna, iżda wkoll immaġinazzjoni.

Ebda bniedem, anki xi bott mhux jimmaġina proċessi mikrokożmu, peress li ma bħall l-fenomeni li aħna josservaw fil-macrocosm. Aħsbu ftit: l-iskoperti aħħar jagħtu raġuni biex wieħed jassumi li l-Quarks, neutrinos u partiċelli fundamentali oħra jeżistu fil-disa 'dimensjoni (!). Bħala persuna li tgħix fi spazju tridimensjonali, jistgħu b'mod approssimattiv jiddeskrivu l-imġiba tagħhom?

Fil-mument, nistgħu biss jiddependu fuq il-matematika u l-qawwa tal-kompjuters moderni, li, forsi, se jintużaw għall simulazzjoni mikro-dinja. B'mod sinifikanti jgħin u l-kimika: atomika istruttura ċertament se jiġu riveduti, wara riċentement xjentisti li jaħdmu f'dan il-qasam, rrappurtati l-iskoperta ta 'tip ġdid ta' bond kimiċi.

Il-kunċett modern ta 'l-istruttura tal-atomu

Jekk inti taqra b'attenzjoni dak kollu li ntqal, inti probabilment nfushom se tkun tista 'tgħid liema lum stampa ta' l-istruttura atomika ta 'sustanzi. Iżda aħna se jispjegaw: huwa kemmxejn teorija ta 'Rutherford modifikati, supplimentati preċetti imprezzabbli ta Niels Bohr. Fi kliem sempliċi, illum huwa meqjus li l-elettroni jimxu fi kaotika, mogħdijiet mċajpra madwar l-nukleu, li huwa magħmul minn newtroni u protoni. Dik il-parti tal-ispazju madwaru, li fiha l-elettron huwa aktar probabbli okkorrenza tissejjaħ orbitali.

Filwaqt li mhuwiex possibbli li jingħad eżattament kif se jinbidlu fehim tagħna tal-istruttura atomika fil-futur. Kull jum, xjentisti qed jaħdmu fuq il-penetrazzjoni fis-misteri tal-mikrokożmu: l LHC (Kbar Hadron Collider), il-Premju Nobel fil-fiżika - dan kollu huwa r-riżultat ta 'data tas-servej.

Iżda anke issa ma nistgħux nimmaġinaw u stampa approssimattiva ta 'dak li għad jaħbu atomi. Huwa ċar biss li l-atomu ruħha fuq l-iskala tal-mikrokożmu - bini appartament enormi, li aħna eżaminajna minbarra l-ewwel sular, u anki hemmhekk mhux kompletament. Kważi kull sena hemm rapporti dwar il-possibbiltà tal-ftuħ aktar u aktar partiċelli elementari ġodda. Meta l-proċess tal-istudju ta 'atomi se jkun lest għal kollox, illum mhux se jintrabtu li jbassru wieħed.

Biżżejjed ngħid li l-kunċetti tagħna ta 'minnhom bdiet tinbidel biss fl-1947 meta l-hekk imsejħa V-partiċelli ġew skoperti. Qabel dan, in-nies biss ftit aktar profonda l-teorija li fuqha l-seklu 19 kienet ibbażata kimika. Struttura tal-Atom - a puzzle jissolvew affaxxinanti li minnhom okkupati-aqwa mħuħ 'l-umanità.