gedachten over de aard van de omgeving begonnen om de mensheid te bezoeken lang voordat de hoogtijdagen van de moderne beschaving.Ten eerste hebben gespeculeerd over het bestaan van een hogere kracht, die volgens hen allemaal vooraf worden vastgesteld.Maar al snel, filosofen en geestelijken begon na te denken over het feit van wat, in feite, is het weefsel van het bestaan.Theorieën zijn ingesteld, maar in historisch perspectief is dominant atomaire geworden.
Wat is het atoom in de chemie?Deze, en alle verwante onderwerpen zullen in dit artikel worden besproken.We hopen dat het zal u de antwoorden op al uw vragen te vinden.
grondlegger van de atoomtheorie
Hoe de eerste les van de chemie te beginnen?De structuur van het atoom - is het belangrijkste thema.Je zou kunnen herinneren dat het woord "atoom" is vertaald uit het Grieks als 'ondeelbaar. "Nu, vele historici geloven dat het eerste voorstel van de theorie, sommige praten over de minuscule deeltjes die deel uitmaken van alle dingen, Democritus.Hij leefde in de vijfde eeuw voor Christus.
helaas, deze uitstekende denker vrijwel niets bekend is.Heeft ons niet bereikt, geen geschreven bron van die tijd.En omdat van de ideeën van de grootste geleerden van zijn tijd, we moeten alleen leren uit de geschriften van Aristoteles, Plato en andere Griekse denkers.
Dus onze thema - ". De structuur van het atoom"In de chemie, niet had alle hoge ratings, maar velen vergeten dat alle bevindingen van de oude geleerden werden gebouwd uitsluitend op gevolgtrekkingen.Democritus was geen uitzondering.
Hoe gemotiveerd Democritus?
Zijn logica was zeer eenvoudig, maar tegelijkertijd geniaal.Stel je voor dat je de scherpste mes in de wereld.Je neemt een appel, bijvoorbeeld, en dan beginnen te snijden: op de twee helften in vieren, verdeel ze weer ... In een woord, vroeg of laat krijg je een schamele dikte van de plakken, dan wat ze te delen zal onmogelijk zijn.Hier is ondeelbaar atoom.In de chemie, is deze bewering waar is als bijna tot het einde van de 19e eeuw.
Van Democritus aan moderne concepten
moet worden opgemerkt dat uit de oude Griekse ideeën over de microwereld overleefde slechts één woord "atoom".Nu elk schoolkind weet dat de wereld om ons heen is opgebouwd uit veel fundamenteler en fijne deeltjes.Daarnaast, vanuit het perspectief van de moderne wetenschap, de theorie van Democritus was niets meer dan een louter hypothetische berekening wordt niet ondersteund door absoluut geen bewijs.Echter, in die tijd waren er geen elektronenmicroscopen, dus om hun zaak te bewijzen in andere opzichten van de denker niet zou zijn gebeurd.
eerste vermoedens dat Democritus daadwerkelijk daar aan de chemici.Al snel ontdekt dat veel stoffen in de loop van de reactie af te breken tot eenvoudigere bestanddelen.Bovendien bracht ernstige chemische wetmatigheden van deze processen.Dus, ze merkte dat het water nodig voor de acht massa fractie van zuurstof en één - waterstof (Avogadro wet).
In de Middeleeuwen, elke materialistische leer, met inbegrip van de theorie van Democritus, distributie en ontwikkeling helemaal niet kon krijgen.En alleen in de achttiende eeuw, hebben wetenschappers weer terug naar de atoomtheorie.Tegen de tijd dat de chemicus Lavoisier, onze grote Lomonosov en getalenteerde Engels natuurkundige D. Dalton (die we apart zullen bespreken), heeft overtuigend aangetoond aan hun collega's de realiteit van atomen.Het moet worden benadrukt dat zelfs in de verlichte 18e eeuw atoomtheorie voor een lange tijd vele uitstekende geest van die tijd serieus overwogen.
Wat het ook was, maar zelfs de grote wetenschappers hebben nog niet naar voren gebracht theorieën over de structuur van het atoom, omdat hij werd beschouwd als één en ondeelbaar deeltje, de basis van alles.
Helaas, chemische experimenten kon niet duidelijk bewijzen dat de realiteit van de transformatie atomen van een aantal stoffen in anderen.Maar de fundamentele wetenschap in de studie van de structuur van atomen juist chemie.Atomen en moleculen bestudeerd lang, een briljante Russische wetenschapper, zonder welke het onmogelijk is voor te stellen moderne wetenschap.
Doctrine Mendelejev
grote rol in de ontwikkeling van de atomaire doctrine gespeeld Mendelejev, die in 1869 gemaakt zijn briljante periodiek systeem.Voor het eerst werd de wetenschap vertegenwoordigd door een theorie die niet alleen afgewezen, maar ook redelijk complement alle hypothesen van de materialisten.Reeds in de 19 eeuw wetenschappers kunnen aantonen van elektronen te bewijzen.Deze bevindingen leidden de knapste koppen van de 20e eeuw serieus bestuderen het atoom.In de chemie die tijd werd ook gekenmerkt door een veelvoud van openingen.
Maar de leer van de periodieke waardevol, niet alleen dat.Het is nog onduidelijk hoe atomen worden gevormd van verschillende chemische elementen.Maar de grote Russische wetenschapper was in staat om overtuigend te bewijzen dat ze allemaal, zonder uitzondering, zijn nauw met elkaar verbonden.
Opening Dalton
Maar in staat zijn om de vele ongelijksoortige gegevens alleen kon John Dalton, wiens naam is voor altijd gegrift in de open zijn eigen recht uit te leggen.Gewoonlijk slechts een wetenschapper onderzocht het gedrag van gassen, maar het bereik van belang veel groter was hij.In 1808 begon hij met de publicatie van zijn nieuwe fundamentele werk.
Het Dalton gesuggereerd dat elk chemisch element heeft een specifieke atoom.Maar wetenschappers, net als Democritus vele eeuwen vóór hem, nog steeds geloofde dat ze volledig onafscheidelijk.In vele ontwerpen schematische tekeningen, waarin atomen worden in de vorm van eenvoudige pellets.Dit idee is ontstaan meer dan 2500 jaar geleden, duurde bijna tot aan de dag van vandaag!Echter, slechts relatief recent is ontdekt werkelijk dieptestructuur van het atoom.Chemie (Grade 9 in het bijzonder) ook vandaag wordt grotendeels geleid door de ideeën die voor het eerst werden geuit in de 18e eeuw.
Experimentele bevestiging van de deelbaarheid van atomen
echter tot het einde van de 19e eeuw bijna alle wetenschappers geloofd dat het atoom - de limiet waarboven niets.Ze dachten dat de basis van de hele schepping is het precies.Dit werd vergemakkelijkt door diverse experimenten: toch maar verandert alleen het molecuul, terwijl de snelheid van de atomen van het materiaal niet optreden absoluut niets wat niet kon worden verklaard gewoon chemie.De structuur koolstofatomen, bijvoorbeeld blijft volledig ongewijzigd, zelfs in verschillende allotropic toestanden.
Kortom, voor een lange tijd was er absoluut geen experimentele gegevens dat zelfs indirect bevestigde de vermoedens van sommige wetenschappers dat er een aantal meer fundamentele deeltjes.Pas in de 19e eeuw (niet in het minst dankzij de ervaring Curies) werd aangetoond dat onder bepaalde voorwaarden de atomen van een element kan worden omgezet in de andere.Deze bevindingen vormden de basis van de moderne ideeën over de wereld om ons heen.
Rozijnen en pudding
In 1897, George. Thomson, Engels natuurkundige, bleek dat elk atoom heeft een bepaalde hoeveelheid van de negatief geladen deeltjes, die hij noemde de "elektronische".Reeds in 1904, de wetenschapper creëerde de eerste atoom-model, die beter bekend is onder de aanduiding "plum pudding".De naam is vrij nauwkeurig weerspiegelt de essentie.Volgens Thomson's theorie, het atoom in de chemie - is een "vat" met daarin gelijkmatig verdeelde lading en elektronen.
Merk op dat dit model in omloop zijn, zelfs in de 20e eeuw.Later bleek dat het was absoluut verkeerd.Toch was het de eerste opzettelijke poging om de mens (en op een wetenschappelijke basis) naar de omliggende microkosmos opnieuw, het aanbieden van een model van het atoom, heel simpel en duidelijk.
experimenten Curie
Er wordt aangenomen dat het paar Pierre en Marie Curie markeerde het begin van de atoomfysica.Natuurlijk, de bijdrage van deze mannen van genie, in feite opgeofferd hun gezondheid en het leven kan niet worden onderschat, maar hun ervaringen waren veel fundamenteler.Vrijwel gelijktijdig met Rutherford bewees ze dat een atoom - is veel complexer en heterogene structuur.Het fenomeen van de radioactiviteit, ze onderzocht het en sprak over het.
Begin 1898 publiceerde Marie eerste artikel over straling.Snel, Marie en Pierre Curie hebben aangetoond dat een mengsel van chloriden van uranium en radium beginnen om andere stoffen, die het bestaan van de officiële chemie twijfelde ontstaan.De structuur van het atoom is sindsdien begonnen te verkennen in ernst.
«Planetaire" benadering
uiteindelijk besloten om Rutherford gebombardeerd atomen van zware metalen α-deeltjes (volledig geïoniseerd helium).De geleerde onmiddellijk suggereerde dat licht elektronen niet in staat aan de baan van de deeltjes te veranderen.Dienovereenkomstig kan de dispersie slechts enkele zwaardere bestanddelen die kunnen worden opgenomen in de kern van het atoom veroorzaken.Onmiddellijk, merken we op dat de oorspronkelijke Rutherford niet beweren dat de theorie van de "pudding" veranderen.Dit model van het atoom werd onberispelijk beschouwd.
Daarom leiden dat bijna alle deeltjes zonder problemen vond plaats door middel van een dunne laag van zilver, was hij 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 ze zei op het moment chemie.De samenstelling van het atoom door Thomson veronderstelde uniforme verdeling van elektronen.Maar dit is duidelijk in strijd met de waargenomen verschijnselen.
uiterst zeldzaam, maar sommige deeltjes gevlogen onder een hoek, zelfs 180 °.Rutherford was in diepe verslagenheid.Het is scherp tegengesproken de "pudding", een heffing die werd verondersteld te zijn (volgens Thomson's theorie) wordt gelijkmatig verdeeld.Daarom ongelijk gebracht sites die de geïoniseerde helium zou afstoten, waren afwezig.
Welke conclusies kwam naar Rutherford?
Deze omstandigheden gevraagd wetenschappers denken dat het atoom bijna leeg is en slechts het centrum richten wat onderwijs met een positieve lading - de kernel.Er was dus de planetaire model van het atoom, dat de volgende postuleert:
- Zoals reeds gezegd, in het centrale gedeelte van de kern bevindt, en het volume (in verhouding tot de omvang van het atoom zelf) verwaarloosbaar.
- Bijna alle atoommassa, evenals de positieve lading worden gevonden in de kern.
- elektronen draaien rond hem.Het is belangrijk dat het aantal gelijk is aan de positieve lading.
Paradoxen theorie
Alles was goed, maar het model van het atoom heeft hun ongelooflijke veerkracht niet verklaren.Zij eraan herinnerd dat de elektronen bewegen in banen met een grote versnelling.Door alle wetten van de elektrodynamica een object in de tijd, zou zijn lading verliezen.Als je rekening houdt met de postulaten van Newton en Maxwell, hebben de elektronen al afbrokkelen tot de kern, net als hagel op de grond.
Natuurlijk, in werkelijkheid, gebeurt er niets.Ieder atoom is niet alleen goed bestand, maar kan vrij onbeperkt zijn, zonder straling van zal niet.Dit verschil wordt verklaard door het feit dat aan de microwereld we proberen om de wetten, die alleen geldig zijn ten aanzien van de klassieke mechanica van toepassing.Zij, zoals later bleek, om de verschijnselen van de atomaire schaal niet helemaal van toepassing.En vanwege het atoom (Chemistry, Grade 11) leerboek auteurs proberen in eenvoudige woorden zoveel mogelijk uit te leggen.
Doctrine
Bohr, Deense fysicus Niels Bohr is bewezen dat in de microkosmos niet kan worden onderworpen aan dezelfde wetten, regels die gelden voor macroscopische objecten zijn.Het was zijn idee dat de microkosmos van "geleid" uitsluitend door kwantum wetten.Natuurlijk, dan was er geen kwantumtheorie zelf, maar Bohr werd eigenlijk zijn voorvader, het uiten van zijn gedachten in de vorm van drie stellingen die "gered" is gebonden te worden gedood als hij "leefde", aldus de theorie van Rutherford.Het is deze theorie Deen werd de basis van de kwantummechanica allemaal.
Bohr postulaten
- eerste leest elk atomair systeem kan enkel op specifieke kernwapenstaten, en elk daarvan wordt gekenmerkt door een bepaalde waarde van de energie (E).Indien de stationaire toestand van het atoom (rustig), dan kan het niet uitstralen.
- tweede postulaat suggereert dat de emissie van licht-energie treedt alleen op wanneer een overgang van een hogere energie in een meer gematigd.Dienovereenkomstig is deze energie is gelijk aan de verschilwaarde tussen twee stationaire toestanden.
atoom model van Niels Bohr
Deze semi-klassieke theorie wetenschapper in 1913 voorgesteld.Het is opmerkelijk dat hij in zijn fundering planetaire model van Rutherford, die kort voordat hij beschreef het atoom materie.We hebben reeds gezegd dat in tegenstelling tot klassieke mechanica berekeningen Rutherford: op basis daarvan, werd aangenomen dat de tijd was het elektron dat op het oppervlak van het atoom vallen.
naar "bypass" deze tegenstelling, heeft de wetenschapper een speciale toelating geïntroduceerd.De essentie ligt in het feit dat energie uitstralen (dat zou leiden tot hun ondergang) elektronen slechts bewegen in een bepaalde banen.Bij verplaatsing van de andere wegen blijven vermeende chemische atomen in een passieve toestand.Volgens de theorie van Bohr dergelijke banen zijn die kwantitatief beweging die gelijk is aan een constante van Planck was.
kwantumtheorie van atomaire structuur
Zoals we hebben gezegd, vandaag in de loop van de kwantumtheorie van de atomaire structuur.Chemie afgelopen jaren geleid alleen door haar.Het is gebaseerd op vier fundamentele axioma's.
1. Ten eerste, de dualiteit (golf-deeltje karakter) van het elektron.Simpel gezegd, het gedrag van dit deeltje, en als een materieel object (lichaampje), en als een golf.Als het een specifiek deeltje lading en massa.Het vermogen van de elektronen om de diffractie gemeen met klassieke golven.De lengte van de golf zelf (λ) en de snelheid deeltje (v) kunnen met elkaar worden verbonden door speciale Broglie relatie: λ = h / mv.Zoals je kunt raden, ben - de massa van het elektron.
2. coördinaten en snelheden van de deeltjes te meten met absolute precisie is absoluut onmogelijk.Hoe nauwkeurig bepalen van de coördinaten, hoe groter de onzekerheid in de snelheid.Als, echter, en vice versa.Dit verschijnsel wordt het Heisenberg onzekerheid die kan worden uitgedrukt als de volgende vergelijking genoemd: Ax ∙ m ∙ Av & gt;ћ / 2.Delta X (△ x) drukt de onzekerheid van de positie coördinaten in de ruimte.Dienovereenkomstig, de delta V (Av) geeft de snelheid fout.
3. In tegenstelling tot eerdere populair geloof, zijn de elektronen niet door de strikt omschreven banen, als een trein op rails.Quantum theorie zegt dat een elektron overal in de ruimte kunnen zijn, maar de kans is verschillend voor elk segment.
Het gedeelte van de ruimte direct rondom de atoomkernen waarin de waarschijnlijkheid maximaal is, genoemd orbitalen.Moderne chemie structuur van elektronenschillen van atomen onderzoeken vanuit dit oogpunt.Uiteraard worden de scholen onderwezen de juiste verdeling van de elektronen door de levels, maar blijkbaar in werkelijkheid verschillen heel anders.
4. De kern van een atoom bestaat uit nucleonen (protonen en neutronen).Het serienummer van het element in het periodiek systeem geeft het aantal protonen in de kern, en de som van protonen en neutronen is gelijk aan de atoommassa.Dat verklaart de structuur van de atoomkern van de moderne scheikunde.
oprichters van de kwantummechanica
mee de wetenschappers die de grootste bijdrage aan de ontwikkeling van deze belangrijke sector gemaakt: de Franse natuurkundige Louis de Broglie, Heisenberg de Duitse, Oostenrijkse, Schrödinger, de Engelsman Dirac.Al deze mensen werden later de Nobelprijs.
Hoe ver in dit plan ging chemie?De structuur van het atoom, de meeste van die jaren chemici geloofde eenvoudig genoeg: veel alleen in 1947 eindelijk erkend de realiteit van het bestaan van elementaire deeltjes.
Enkele conclusies
algemeen, wanneer u maakt een kwantum theorie is niet zonder wiskundigen, omdat al deze processen alleen kunnen worden berekend met behulp van complexe berekeningen.Maar het grootste probleem is niet het punt.Deze processen, die worden beschreven door deze theorie, niet alleen beschikbaar voor onze zintuigen, voor alle moderne wetenschappelijke technologie, maar ook de verbeelding.
Niemand, zelfs bij benadering niet kan voorstellen dat de processen in de microkosmos, als ze niet willen alle verschijnselen die we waarnemen in de macrokosmos.Denk maar aan: de laatste ontdekkingen geven aanleiding te veronderstellen dat de quarks, neutrino's en andere fundamentele deeltjes bestaan in de negen Dimension (!).
