האטומים בכימיה - ... דגם של האטום.

על טבעה של הסביבה החלו לבקר אנושות הרבה לפני השיא של ציביליזציה מודרנית.ראשית, אנשים העריכו על קיומם של כמה כוח גבוה יותר, שבו הם האמינו לכל שנקבעו מראש.אבל די מהר, פילוסופים ואנשי דת התחילו לחשוב על העובדה של מה, למעשה, הוא במרקם מאוד של קיום.התיאוריות נקבעו, אבל בפרספקטיבה היסטורית הפכו אטומי דומיננטי.

מהו אטום בכימיה?זה, כמו גם את כל הנושאים הקשורים יידון במאמר זה.אנו מקווים כי בזה תוכל למצוא את התשובות לכל השאלות שלך.מייסד

של התאוריה האטומית

איך להתחיל את השיעור הראשון של כימיה?המבנה האטום - הוא הנושא המרכזי.אתה אולי זוכר שהמילה "האטום" מתורגמת מיוונית כמו "לחלוקה".עכשיו, היסטוריונים רבים סבורים כי הראשון שהוצעו התאוריה, כמה דיבורים על החלקיקים הזעירים המרכיבים את כל הדברים, דמוקריטוס.הוא חי במאה החמישית לפני הספירה.

למרבה הצער, כמעט שום דבר לא ידוע הוגה זה יוצא מן הכלל.לא הגיע לנו שום מקור בכתב של זמנים ההם.ובגלל הרעיונות של החוקרים הגדולים של זמנו, אנחנו צריכים רק ללמוד מכתביו של אריסטו, אפלטון והוגי דעות יווניים אחרות.

אז הנושא שלנו - ". המבנה האטום"בכימיה, לא כל מה שהיה דירוגים גבוהים, אבל רבים זוכרים שכל הממצאים של החוקרים העתיקים נבנו אך ורק על מסקנות.דמוקריטוס לא היה יוצא דופן.

איך מנומק דמוקריטוס?

ההיגיון שלו היה מאוד פשוט, אבל באותו הגאון.תארו לעצמכם שיש לך הסכין החד ביותר בעולם.אתה לוקח תפוח, למשל, ולאחר מכן להתחיל לחתוך אותו: על שני החצאים לרבעים, לחלק אותם שוב ... במילה אחת, במוקדם או במאוחר תקבל עובי דל של פרוסות, אז מה שהם צריכים לחלוק יהיה בלתי אפשריים.הנה הוא אטום לחלוקה.בכימיה, קביעה זו נחשבת אמיתית כמעט עד סוף המאה ה -19.

מדמוקריטוס למושגים המודרניים

יש לציין כי מהרעיונות יווניים העתיקים על Microworld שרד רק מילה אחת "אטום".עכשיו כל תלמיד יודע שהעולם סביבנו מורכב מהרבה יותר יסודית ועדין חלקיקים.בנוסף, מנקודת המבט של המדע מודרני, התאוריה של דמוקריטוס הייתה לא יותר מאשר חישוב גרידא היפותטי אינו נתמכת על ידי שום ראיות.עם זאת, בימים ההם לא היו מיקרוסקופי אלקטרונים, כך להוכיח את טענותיהם בדרכים אחרות מההוגה לא היה קורה.חשדות

הראשונים שדמוקריטוס למעשה ממש שם בכימאים.הם גילו במהירות כי חומרים רבים במהלך התגובות להתפרק למרכיבים פשוטים יותר.בנוסף, הוא הביא סדירויות כימיות חמורות של תהליכים אלה.אז, הם שמו לב שנדרשו המים לחלק מסת שמונה של חמצן ואחד - מימן (חוק אבוגדרו).

בימי ביניים, כל דוקטרינה חומרית, כולל את התאוריה של דמוקריטוס, הפצה ופיתוח לא יכול לקבל בכל.ורק במאה שמונה העשרה, מדענים חזרו שוב לתאוריה האטומית.עד שהכימאי לבואזיה, Lomonosov הגדול שלנו והפיזיקאי אנגלי מוכשר ד דלתון (שנדונונו בנפרד), הוכיח בצורה משכנעת לעמיתיהם את המציאות של אטומים.יודגש כי גם בתאוריה האטומית המאה ה -18 הנאורה במשך זמן רב הרבה מוחות בולטים של אותה התקופה נחשבים ברצינות.

מה שזה לא היה, אבל גם המדענים הגדולים עדיין לא הועלו תאוריות על המבנה האטום, שכן הוא נחשב לאחד וחלקיקים לחלוקה, הבסיס של הכל.

למרבה הצער, ניסויים כימיים לא ברור להוכיח את המציאות של אטומים השינוי של כמה חומרים לאחרים.עם זאת, המדע הבסיסי במחקר של המבנה של אטומים היה דווקא כימיה.אטומים ומולקולות נחקרו במשך זמן רב, מדען רוסי מבריק, שבלעדיו אי אפשר לדמיין מדע מודרני.התפקיד ענק

דוקטרינת מנדלייב

בפיתוח של הדוקטרינה הגרעינית שיחק מנדלייב, שנוצר בשינה 1869 המערכת התקופתית המבריקה שלו.בפעם הראשונה בקהילה המדעית הייתה מיוצגת על ידי תאוריה שלא דחה רק, אלא גם משלים סביר כל ההנחות של מטריאליסטים.כבר במאה ה -19, מדענים הצליחו להוכיח את קיומם של אלקטרונים.ממצאים אלה הובילו את המוחות הטובים ביותר של המאה ה -20 כדי ללמוד את האטום ברצינות.בכימיה זה זמן, זה היה גם בסימן ריבוי של פתחים.

אבל הדוקטרינה של תקופתי יקר לא רק ש.עדיין לא ברור בדיוק איך האטומים נוצרים של יסודות כימיים שונים.אבל המדען הרוסי הגדול היה מסוגל להוכיח באופן חד משמעי כי הם כולם, ללא יוצא מן הכלל, קשור באופן הדוק זה לזה.פתיחת

דלתון

אבל כדי להיות מסוגל לפרש את הנתונים השונים המרובים יכול רק ג'ון דלטון, ששמו מוטבע לנצח בחוק עצמו הפתוח.בדרך כלל, רק מדען חקר את ההתנהגות של גזים, אבל מגוון של אינטרסים שהוא היה הרבה יותר רחב.בשנת 1808 הוא החל לפרסם את העבודה הבסיסית החדשה שלו.

זה דלתון הציע שלכל יסוד כימי אטום ספציפי.אבל מדענים, כמו מאות רבות דמוקריטוס לפניו, עדיין האמינו שהם בלתי נפרדים לחלוטין.בטיוטות רבות שלה ציורים שתרשים, שבו האטומים מוצגים בצורה של כדורים פשוטים.רעיון זה מקורו לפני יותר מ -2,500 שנים, נמשך כמעט עד ימינו!עם זאת, רק יחסית לאחרונה זה כבר גילה מבנה באמת עמוק של האטום.כימיה (כיתה 9 בפרט) גם היום מונחה בעיקר על ידי הרעיונות שהושמעו לראשונה במאה ה -18.אישור

הניסויי של ההתחלקות של אטומים

עם זאת, עד לסוף המאה ה -19 כמעט כל המדענים האמינו כי האטום - הגבול שמעבר לו אין שום דבר.הם חשבו שהבסיס לכל היצירה הוא בדיוק זה.זו התאפשרה על ידי מגוון רחב של ניסויים: בכל מקרה, אך משנה רק את המולקולה, ואילו השיעור עם האטומים של החומר לא התרחש שום דבר שלא ניתן להסביר בפשטות כימיה.המבנה של אטומי פחמן, למשל, נשאר ללא שינוי לחלוטין אפילו במדינות allotropic שונות.

בקיצור, במשך זמן רב לא היה שום נתונים ניסיוניים שאפילו בעקיפין אישרו את חשדם של כמה מדענים שיש כמה חלקיקים יסודיים יותר.רק במאה ה -19 (לא תודה לפחות לניסיון קירי) זה היה מראה כי בתנאים מסוימים אטומים של יסוד אחד יכול להפוך לאחרים.ממצאים אלו היוו את הבסיס לרעיונות מודרניים על העולם סביבנו.צימוקים

וקינוחים

בשנת 1897, ג'ורג '. תומסון, פיזיקאי אנגלי, נמצאו כי יש כל אטום כמות מסוימת של חלקיקים טעונים שלילי, שבו קראה "אלקטרוני".כבר בשנת 1904, המדען יצר את המודל האטומי הראשון, אשר טוב יותר ידוע תחת הייעוד "פודינג שזיפים".שם הוא די משקף במדויק את המהות.על פי התאוריה של תומסון, האטום בכימיה - הוא "כלי" עם תשלום ואלקטרונים מפוזרים באופן אחיד בו.

שים לב שדגם זה היה במחזור אפילו במאה ה -20.מאוחר יותר התברר שזה היה נכון לחלוטין.ובכל זאת, זה היה הניסיון המכוון הראשון לאדם (ועל בסיס מדעי) כדי לשחזר את המיקרוקוסמוס שמסביב, המציע מודל של האטום, די פשוט וברור.ניסויי

קירי

הוא האמין כי בני הזוג פייר ומארי קירי סימנו את תחילתה של פיסיקה אטומית.כמובן, את תרומתם של אנשים אלה גאון, בעצם הקריבה את לא יכולים לזלזל הבריאות והחיים שלהם, אבל החוויות שלהם היו הרבה יותר בסיסי.כמעט בו זמנית עם רתרפורד הם הוכיחו שאטום - הוא הרבה יותר מורכב ומבנה הטרוגני.תופעת הרדיואקטיביות, הם חקרו אותו ודיברו על זה.

בתחילת 1898 מארי פרסמה את המאמר הראשון שמוקדש לקרינה.בקרוב, מארי ופירית קירי הראו כי תערובת של כלורידים של אורניום ורדיום מתחילה לצוץ חומרים אחרים, שהטילו ספק בקיומה של הכימיה הרשמית.המבנה האטום החל מאז לחקור ברצינות.

«פלנטריים" גישת

לבסוף החליט לעשות רתרפורד מופגז אטומים של מתכות כבדות-חלקיקי α (הליום מיונן באופן מלא).המדען הציע מייד שאור אלקטרונים לא יכולים להיות מסוגלים לשנות את המסלול של החלקיקים.בהתאם לכך, עלול לגרום לפיזור רק חלק מרכיבים כבדים שעשויות להיות כלול בגרעין של האטום.מייד, נציין, כי רתרפורד המקורי לא טען לשנות את התאוריה של "הפודינג".מודל זה של האטום נחשב ללא דופי.

לגרום לכן שכמעט כל החלקיקים ללא בעיות התקיימו בשכבה דקה של כסף, הוא לא היה מופתע.זה בדיוק עניין עד מהרה התברר כי חלק מאטומי הליום היה מוסח רק 30 מעלות.זה לא היה מה שהם אמרו בכימית הזמן.ההרכב של האטום על ידי תומסון הניח התפלגות אחידה של אלקטרונים.אבל זה ברור בניגוד לתופעות שנצפו.

הנדיר ביותר, אבל כמה חלקיקים טסו בזווית, אפילו 180 מעלות.רתרפורד היה במבוכה עמוקה.הוא סתר באופן חד "הפודינג", תשלום שהיה אמור להיות (לפי התאוריה של תומסון) מופץ באופן שווה.לכן, בצורה לא אחידה טעון אתרים שלהדוף הליום המיונן, נעדר.

מה מסקנות הגיע לרתרפורד?

נסיבות אלה תתבקש מדענים לחשוב שהאטום הוא כמעט ריק ורק במרכז להתמקד כמה חינוך עם מטען חיובי - הליבה.אז היה המודל פלנטריים של האטום, אשר מניח את הפעולות הבאות:

• כפי שכבר אמרו, בחלק המרכזי של הקרנל נמצא, ואת נפחו (יחסית לגודל של אטום עצמו) הוא זניח.
• כמעט כל המסה האטומית, כמו גם את כל המטען החיובי נמצא בגרעין.האלקטרונים
• סובבים סביבו.חשוב שמספרם שווה למטען החיובי.תיאורית
הפרדוקסים

הכל היה טוב, אבל המודל של האטום אינו מסביר את העמידות המדהימה שלהם.יש לזכור כי האלקטרונים לנוע במסלולים עם ההאצה גדולה.לפי כל חוקי האלקטרודינמיקה אובייקט לאורך זמן, צריך לאבד את המטען שלה.אם אתה לוקח בחשבון את עקרונות היסוד של ניוטון ומקסוול, האלקטרונים שכל להתפורר לליבה, כמו ברד על הקרקע.

כמובן, במציאות, שום דבר לא קורה.כל אטום הוא לא רק עמיד למדי, אבל יכול להיות די ללא הגבלת זמן, ללא קרינה מזה לא ילך.פער זה מוסבר על ידי העובדה כי לעולם הקטן שאנו מנסים להחיל את החוקים, שהם תקפים רק לגבי מכניקה קלסית.הם, כפי שהתבררו, לתופעות של קנה המידה האטומית אינם חלים בכל.ומחברים ספר לימוד בגלל האטום (כימיה, 11 כיתה) מנסים להסביר עד כמה שניתן במילים פשוטות.

דוקטרינת

בוהר, פיזיקאי דני נילס בוהר הוכיח כי במיקרוקוסמוס לא יכול להיות כפוף לאותם חוקים, תקנות שתקפות לאובייקטים מקרוסקופיים.זה היה הרעיון שלו שמיקרוקוסמוס של "המודרך" אך ורק על ידי חוקי קוונטים.כמובן, אז לא הייתה תורת קוונטים עצמו, אבל בוהר למעשה הפך אבותיו, להביע את מחשבותיו בצורה של שלושה עקרונות היסוד ש" הציל "אטום חייב להיהרג אם הוא" חי ", על פי התאוריה של רתרפורד.זה תאוריה זו דיין הפך לבסיס של מכניקת קוונטים כל.ההנחות הראשונה

• של

  והר קורא כל מערכת אטומית יכולה להיות ממוקמת רק במדינות גרעיניות ספציפיות, וכל אחד מהם מאופיין בערך מוחלט של אנרגיה (E).אם המדינה הנייחת של האטום (שקט), אז זה לא יכול להקרין.ההנחה השנייה

• עולה כי הפליטה של ​​אנרגיית אור מתרחשת רק כאשר מעבר מאנרגיה גבוהה יותר במתון יותר.בהתאם לכך, האנרגיה שמשתחררת היא שווה ערך ההבדל בין שתי מדינות נייחות.

מודל אטומי של נילס בוהר

מדען התאוריה קלאסית-למחצה זה הציע בשנת 1913.ראוי לציין כי ביסודו הוא הניח מודל פלנטריים של רתרפורד, שזמן קצר לפני שהוא תאר את האטום של חומר.יש לנו כבר אמר כי בניגוד לרתרפורד חישובי מכניקה הקלאסי: על בסיס זה, הונח כי עם זמן האלקטרון היה בטוח ליפול על פני השטח של האטום.

ל" עוקף "את הסתירה הזאת, המדען הציג הודאה מיוחדת.מהותו נעוצה בעובדה שלהקרין אנרגיה (שהיה להוביל לנפילתם) אלקטרונים יכולים לנוע רק במסלולים מסוימים כל.בתנועה של הנתיבים האחרים אטומים כימיים לכאורה להישאר במצב פסיבי.על פי התאוריה של בוהר מסלולים כאלה הם אלה תנועת נקודה הכמותי שהיה שווה לקבוע של פלאנק.

תורת קוונטים של מבנה האטומי

כפי שאמרנו, היום בקורס של תורת הקוואנטים של מבנה אטומי.השנים האחרונות כימיה מודרכת אך ורק על ידי אותה.הוא מבוסס על ארבעה אקסיומות בסיסיות.

1. ראשית, הדואליות (טבע גל-חלקיק) של האלקטרון.במילים פשוטות, הוא מתנהג חלקיקים זה, וכמו חפץ גשמי (גופיף), וכמו גל.כיש לו מטען חלקיק מסוים והמוני.היכולת של האלקטרונים לעקיפה במשותף עם גלים קלאסיים.אורכו של הגל עצמו (λ) ומהירות החלקיקים (נ) יכול להיות מחובר אחד לשני על ידי ביחס רולי דה המיוחדת: λ = H / MV.כפי שאפשר לנחש, מ - מסה של האלקטרון.2. קואורדינטות

ומהירויות של החלקיקים למדוד בדייקנות מוחלטת בלתי אפשריות לחלוטין.לקבוע בצורה מדויקת יותר את הקואורדינטות, יותר אי-הוודאות במהירות.כ, לעומת זאת, ולהיפך.תופעה זו נקראת אי הוודאות של הייזנברג אשר יכול לבוא לידי ביטוי במשוואה הבאה: Δx ∙ מ '∙ Δv & gt;ћ / 2.דלתא X (x △) מבטא את חוסר הוודאות של מצב הקואורדינטות בחלל.בהתאם לכך, V הדלתא (Δv) מציג את השגיאה במהירות.

בניגוד לאמונה רווח 3. קודמת, האלקטרונים אינם עוברים דרך המסלולים המוגדרים בקפדנות, כמו רכבת על מסילה.תורת קוונטים אומרת שאלקטרון יכול להיות בכל מקום בחלל, אבל ההסתברות לכך היא שונה לכל מגזר.

חלק זה של השטח ישירות סביב גרעין האטום שבהסתברות הוא אורביטלים מרביים, שנקראו.מבנה מודרני כימיה של פגזי אלקטרונים של אטומי מחקרים מנקודת מבט זו.כמובן, בתי הספר מלמדים את החלוקה הנכונה של האלקטרונים דרך הרמות, אבל, ככל הנראה, במציאות הם שונים בצורה שונה לגמרי.

4. גרעין אטום מורכב מהנוקלאונים (פרוטונים וניטרונים).המספר הסידורי של היסוד בטבלה המחזורית מציין את מספר הפרוטונים בגרעין שלה, והסכום של פרוטונים וניטרונים שווה למסה האטומית.זה מסביר את המבנה של גרעין האטום של כימיה מודרנית.מייסדי

של מכניקת קוונטי

לב המדענים שביצעו את התרומה הגדולה ביותר להתפתחותו של מגזר חשוב זה: הפיזיקאי הצרפתי לואי דה ברולי, הייזנברג הגרמני, אוסטרי, שרדינגר, דיראק האנגלי.כל האנשים האלה מאוחר יותר זכו בפרס הנובל.

כמה רחוק בתכנית זו הלכה כימיה?המבנה האטום, רוב הכימאים שנים אלה האמינו די פשוט: רבים רק בשנת 1947 זיהה את המציאות של קיומם של חלקיקים יסודיים סוף סוף.

מסקנות חלק

בדרך כלל, כאשר אתה יוצר תורת קוונטים לא הייתה ללא מתמטיקאים, שכן כל תהליכים אלה ניתן לחשב רק באמצעות חישובים מורכבים.אבל הקושי העיקרי הוא לא הנקודה.תהליכים אלה, אשר מתוארים על ידי תאוריה זו, זמינים לא רק לחושים שלנו, לכל הטכנולוגיה המודרנית המדעית, אלא גם דמיון.

אף אחד אפילו לא יכול לדמיין כ התהליכים במיקרוקוסמוס, כפי שהם לא אהבו את כל התופעות שאנו רואים במקרוקוסמוס.רק יחשוב: התגליות האחרונות נותנת סיבה להניח שהקוורקים, נויטרינו וחלקיקי יסוד אחרים קיימים בממד תשעה (!).