tankar om vilken typ av omgivningen började besöka mänskligheten långt innan glansdagar den moderna civilisationen.För det första har människor spekulerat om att det finns vissa högre kraft, som de trodde alla att förutbestämt.Men ganska snart, filosofer och präster började fundera på det faktum att det som i själva verket är själva strukturen i tillvaron.Teorier har ställts in, men i ett historiskt perspektiv har blivit dominerande atom.
Vad är atomen i kemi?Detta, liksom alla relaterade ämnen kommer att diskuteras i den här artikeln.Vi hoppas att det hittar du svar på alla dina frågor.
grundare av atomteori
Hur man startar den första lektionen i kemi?Strukturen hos atomen - är huvudtemat.Du kanske kommer ihåg att ordet "atom" är översatt från grekiska som "odelbara".Nu, många historiker tror att det först föreslogs teorin, vissa talar om de små partiklar som utgör allt, Demokritos.Han bodde i femte århundradet före Kristus.
tyvärr denna enastående tänkare nästan ingenting är känt.Har inte nått oss ingen skriftlig källan till dessa tider.Och på grund av idéer de största lärda i hans tid, måste vi bara lära av skrifter av Aristoteles, Platon och andra grekiska tänkare.
Så vårt tema - ". Strukturen i atomen"I kemi, inte alla hade höga betyg, men många kom ihåg att alla resultaten av de gamla lärda byggdes enbart på slutsatser.Demokritos var inget undantag.
Hur motiverat Demokritos?
Hans logik var mycket enkelt, men på samma geni.Tänk dig att du har den skarpaste kniven i världen.Du tar ett äpple, till exempel, och sedan börja klippa det: på de två halvorna i kvarts, dela dem igen ... Med ett ord, förr eller senare kommer du att få en mager tjocklek av skivorna, så vad de har att dela kommer att vara omöjligt.Här är odelbar atom.I kemi, är detta påstående anses sant nästan fram till slutet av 19th century.
Från Democritus till moderna koncept
bör noteras att från de gamla grekiska idéer om microlevde bara ett ord "atom".Nu varje skolbarn vet att världen omkring oss består av mycket mer grundläggande och fina partiklar.Dessutom ur modern vetenskap, teorin om Demokritos var ingenting annat än en rent hypotetisk beräkning stöds inte av någon som helst bevisning.Men i dessa dagar fanns det inga elektronmikroskop, så att bevisa sin sak på andra sätt från tänkaren inte skulle ha hänt.
första misstankarna om att Demokritos faktiskt rätt där på apotek.De upptäckte snabbt att många ämnen i samband med reaktionerna brytas ned till enklare komponenter.Dessutom förde den svåra kemiska regelbunden av dessa processer.Så, märkte de att vatten som krävs för åtta massfraktionen av syre och en - väte (Avogadros lag).
Under medeltiden, någon materialistisk lära, inklusive teorin om Demokritos, distribution och utveckling kunde inte få alls.Och bara i sjuttonhundratalet, har forskare återigen tillbaka till atomteorin.Vid tiden kemisten Lavoisier, vår stora Lomonosov och begåvade engelska fysikern D. Dalton (som vi kommer att diskutera separat), övertygande visat till sina kollegor verklighet atomer.Det bör understrykas att även i upplysta 18th century atomteorin under en lång tid många framstående sinnen från den tiden allvarligt övervägas.
Vad det än var, men även de stora vetenskapsmän har ännu inte lagt fram teorier om strukturen för atom, eftersom han ansågs vara en och odelbar partikel, grunden för allt.
Tyvärr, kemiska experiment kunde inte klart visa verkligheten i omvandlingsatomerna i vissa ämnen i andra.Ändå grundläggande vetenskap i studien av strukturen i atomer var just kemi.Atomer och molekyler har studerats under en lång tid, en lysande rysk vetenskapsman, utan vilka det är omöjligt att föreställa sig den moderna vetenskapen.
Läran Mendelejev
stor roll i utvecklingen av atom läran spelade Mendelejev, som år 1869 skapade hans lysande periodiska systemet.För första gången det vetenskapliga samfundet representerades av en teori som inte bara avvisas, men också rimligt komplement alla antaganden om material.Redan på 19-talet, kunde forskarna att bevisa förekomsten av elektroner.Dessa fynd ledde de bästa hjärnorna av 20-talet att på allvar studera atomen.I kemi här gången, var det också präglats av ett flertal öppningar.
Men läran om periodiska värdefulla inte bara det.Det är fortfarande oklart exakt hur atomer bildas av olika grundämnen.Men den store ryske vetenskapsmannen kunde bevisa slutgiltigt att de alla, utan undantag, är nära besläktade med varandra.
Öppning Dalton
Men för att kunna tolka de många olikartade uppgifter kunde bara John Dalton, vars namn är för evigt avtryck på den öppna sin egen lag.Typiskt, bara en vetenskapsman undersökt beteendet hos gaser, men olika intressen han var mycket bredare.År 1808 började han publicera sin nya grundläggande arbete.
Det Dalton föreslog att varje kemiskt grundämne har en specifik atom.Men forskare, liksom Democritus många århundraden före honom, trodde fortfarande att de är helt oskiljaktiga.I dess många utkast schematiska ritningarna, i vilka atomer presenteras i form av enkla pelletar.Denna idé har sitt ursprung mer än 2500 år sedan, varade nästan fram till i dag!Dock endast relativt nyligen har man upptäckt verkligen djupstruktur atomen.Kemi (årskurs 9 i synnerhet) även i dag till stor del styrs av de idéer som först framförts i 18th century.
Experimentell bekräftelse på delbarhet atomer
emellertid, fram till slutet av 19-talet nästan alla forskare trodde att atomen - den gräns bortom vilken det inte finns något.De trodde att grunden för hela skapelsen är precis det.Detta underlättades av en mängd olika experiment: hur som helst, men ändrar bara molekylen, medan andelen med atomerna i materialet inte skedde absolut ingenting som inte kunde förklaras helt enkelt kemi.Strukturen för kolatomer, till exempel, förblir helt oförändrad även i olika allotropa stater.
Kort sagt, under en lång tid fanns det absolut inga experimentella data som ens indirekt bekräftade misstankar om vissa forskare att det finns några mer grundläggande partiklar.Endast i den 19: e-talet (inte minst tack vare den erfarenhet Curies) visade det sig att på vissa villkor atomerna i ett element kan omvandlas till den andra.Dessa fynd utgjorde grunden för moderna idéer om världen omkring oss.
russin och puddingar
1897, George. Thomson, engelsk fysiker, konstaterades det att en atom har en viss mängd av negativt laddade partiklar, som han kallade "elektroniska".Redan år 1904, vetenskapsmannen skapade den första atommodell, som i högre grad är känd under beteckningen "plumpudding".Namnet är ganska exakt återspeglar essensen.Enligt Thomsons teori, atomen i kemi - är ett "fartyg" med jämnt fördelad däri laddning och elektroner.
Observera att denna modell var i omlopp även i 20-talet.Senare visade det sig att det var helt fel.Ändå var det den första avsiktligt försök att människor (och på vetenskaplig grund) för att återskapa den omgivande mikrokosmos, som erbjuder en modell av atomen, ganska enkel och tydlig.
experiment Curie
Man tror att paret Pierre och Marie Curie markerade början på atomfysik.Naturligtvis bidraget från dessa män av snille, faktiskt offrade sin hälsa och liv kan inte underskattas, men deras erfarenheter var långt mer grundläggande.Nästan samtidigt med Rutherford de visat att en atom - är mycket mer komplex och heterogen struktur.Fenomenet av radioaktivitet undersökte de det och talade om det.
I början av 1898 publicerade Marie den första artikeln ägnas för strålning.Snart Marie och Pierre Curie har visat att en blandning av klorider av uran och radium börjar växa fram andra ämnen, som tvivlade förekomsten av den officiella kemi.Strukturen hos atomen har sedan dess börjat utforska på allvar.
«Planetary" -metoden
slutligen beslutat att göra Rutherford bombarderade atomer av tungmetaller a-partiklar (fullt joniserad helium).Forskaren föreslog genast att lätta elektroner inte kan ha möjlighet att ändra banan för partiklarna.Följaktligen kan dispersionen orsaka endast vissa tyngre komponenter som kan ingå i kärnan hos atomen.Omedelbart noterar vi att den ursprungliga Rutherford inte anspråk på att ändra teorin om "pudding".Denna modell av atomen ansågs oklanderligt.
Därför resulterar att nästan alla partiklar utan problem skedde genom ett tunt skikt av silver, han var inte förvånad.Det är bara det stod snart klart att vissa av de heliumatomer böjs bara 30 °.Det var inte vad de sade då kemi.Kompositionen enligt atomen med Thomson antages likformig fördelning av elektroner.Men detta är helt klart strider mot de observerade fenomen.
extremt sällsynta, men vissa partiklar flög i en vinkel, även 180 °.Rutherford var i djup förvirring.Det är skarpt motsäger "pudding", en avgift som skulle vara (enligt Thomsons teori) fördelas jämnt.Därför ojämnt laddade platser som skulle stöta bort den joniserade helium, var frånvarande.
Vilka slutsatser kom till Rutherford?
Dessa omständigheter föranledde forskarna att tro att atomen är nästan tom och endast centrum fokusera viss utbildning med en positiv laddning - kärnan.Så det fanns planet modell av atomen, vilket förutsätter följande:
- Som vi redan har sagt, i den centrala delen av kärnan ligger, och dess volym (i förhållande till storleken på atomen själv) är försumbar.
- Nästan alla atommassa, liksom all den positiva laddningen finns i kärnan.
- elektroner kretsar kring honom.Det är viktigt att deras antal är lika med den positiva laddningen.
paradoxer teori
Allt var bra, men modellen av atomen inte förklara deras otroliga motståndskraft.Man bör komma ihåg att elektronerna rör sig i banor med stor acceleration.Med alla lagar elektro ett objekt över tid, skulle förlora sin laddning.Om du tar hänsyn till postulat Newton och Maxwell har elektronerna alla rasa till kärnan, som hagel på marken.
Naturligtvis i verkligheten händer ingenting.Varje atom är inte bara helt resistenta, men kan vara ganska obestämd tid, utan strålning från den ställs inte.Avvikelsen förklaras av det faktum att till mikrovärld vi försöker tillämpa de lagar som är giltiga endast för den klassiska mekaniken.De, som det visade sig, till företeelser atomnivå gäller inte alls.Och på grund av atomen (kemi, graderar 11) lärobok författare försöka förklara så mycket som möjligt i enkla ord.
Läran
Bohr, danske fysikern Niels Bohr har visat att i mikrokosmos inte kan omfattas av samma lagar som gäller för makroskopiska objekt.Det var hans idé att mikrokosmos av "styrd" enbart av kvant lagar.Naturligtvis, så fanns det ingen kvantmekaniska teorin själv, men Bohr blev faktiskt sin förfader, uttrycka sina tankar i form av tre postulat som "räddade" atom bunden att dödas om han "levde" i enlighet med teorin om Rutherford.Det är denna teori Dane blev grunden för kvantmekaniken alla.
Bohrs postulat
- första man läser någon atom systemet kan placeras endast i särskilda kärnvapenstater, och var och en av dem kännetecknas av ett bestämt värde av energi (E).Om det stationära tillståndet hos atomen (tyst), då det inte kan utstråla.
- andra postulat antyder att emissionen av ljusenergi inträffar endast när en övergång från en högre energi i en mer måttlig.Följaktligen är lika med skillnadsvärdet mellan två stationära tillstånd den energi som frigörs.
atommodell av Niels Bohr
Denna semiclassical teori forskare föreslog 1913.Det är anmärkningsvärt att han i sin stiftelse som planet modell av Rutherford, som strax innan han beskrev atomen av materia.Vi har redan sagt att i motsats till den klassiska mekaniken beräkningar Rutherford: på grundval av det, antogs det att med tiden elektronen var säker på att falla på ytan av atomen.
till "bypass" denna motsättning, har forskare infört en särskild antagning.Dess väsen ligger i det faktum att utstråla energi (som skulle leda till deras undergång) elektroner kan endast rör sig i några särskilda banor.Vid förflyttning av de andra vägarna påstådda kemiska atomer kvar i ett passivt tillstånd.Enligt Bohrs teori sådana banor är de kvantitativa punkt rörelse som var lika med Plancks konstant.
kvantmekaniska teorin för atomstruktur
Som vi har sagt, i dag i samband med den kvantmekaniska teorin för atomstruktur.Kemi senaste åren styrs enbart av henne.Den bygger på fyra grundläggande axiom.
1. Först dualiteten (våg-partikel natur) av elektronen.Enkelt uttryckt, det beter sig denna partikel, och som ett materiellt objekt (blodkropp), och som en våg.Eftersom det har en specifik partikel laddning och massa.Förmågan hos elektroner till diffraktion gemensamt med klassiska vågor.Längden av vågen själv (λ) och partikelhastigheten (v) kan anslutas till varandra genom ett särskilt de Broglie förhållande: λ = h / mv.Som du kan gissa, m - massa elektronen.
2. koordinater och hastigheter hos partiklarna att mäta med absolut precision är absolut omöjligt.Ju mer exakt bestämma koordinaterna, desto större osäkerhet i hastighet.Såsom emellertid och vice versa.Detta fenomen kallas Heisenberg osäkerhet som kan uttryckas som följande ekvation: Ax ∙ m ∙ AV & gt;ћ / 2.Delta X (A x) uttrycker osäkerheten i positionskoordinater i rymden.Följaktligen delta V (AV) visar hastighetsfelet.
3. I motsats till tidigare många tror, inte elektronerna inte passera genom strikt definierade banor, som ett tåg på räls.Kvantteorin säger att en elektron kan vara var som helst i rummet, men sannolikheten för detta är olika för varje segment.
Den del av utrymmet direkt runt atomkärnan där sannolikheten är maximal, kallade orbitaler.Modern kemi struktur elektronskal av atomer studier från denna synpunkt.Naturligtvis är skolorna undervisas korrekt fördelning av elektroner genom nivåerna, men uppenbarligen de i verkligheten skiljer sig helt annorlunda.
4. Kärnan i en atom består av nukleoner (protoner och neutroner).Serienumret av elementet i det periodiska systemet anger antalet protoner i kärnan, och summan av protoner och neutroner är lika med atommassa.Det förklarar strukturen i atomkärnan av modern kemi.
grundarna av kvantmekaniken
noterar forskarna som gjorde det största bidraget till utvecklingen av denna viktiga sektor: den franske fysikern Louis de Broglie, Heisenberg tyska, österrikiska, Schrödingers, engelsmannen Dirac.Alla dessa människor senare Nobelpriset.
Hur långt i denna plan gick kemi?Strukturen för atom, de flesta av dessa år kemister trodde enkelt nog: många endast 1947 äntligen insett verkligheten om existensen av elementarpartiklar.
Några slutsatser
allmänhet, när du skapar en kvantteorin har inte varit utan matematiker, eftersom alla dessa processer endast kan beräknas med hjälp av komplexa beräkningar.Men det största problemet är inte poängen.De processer som beskrivs av denna teori, som inte bara våra sinnen, för all modern vetenskaplig teknik, men också fantasi.
Ingen ens tillnärmelsevis inte kan föreställa sig processerna i mikrokosmos, eftersom de inte gillar alla de fenomen som vi observerar i makrokosmos.Tänk bara: de senaste upptäckterna ger anledning att anta att kvarkarna, neutriner och andra fundamentala partiklar finns i nio Dimension (!).
