Ატომის და მოლეკულის განსაზღვრა. ატომის განმარტება 1932 წლამდე

ანტიკურ პერიოდიდან მე -18 საუკუნეში მეცნიერება დომინირებდა იმ აზრზე, რომ ატომი არის ნაწილაკი, რომელიც არ უნდა იყოს გაყოფილი. ინგლისელმა მეცნიერმა, ასევე ნატურალისტმა დ. დალტონმა ატომს განსაზღვრა ქიმიური ელემენტის ყველაზე პატარა ნაწილი. MV Lomonosov მისი ატომური მოლეკულური თეორია შეძლო განსაზღვროს ატომი და მოლეკულა. ის დარწმუნებული იყო, რომ მოლეკულები "კორპუსებს" უწოდებდნენ "ელემენტებს" - ატომებს და მუდმივად მოძრაობენ.

DI მენდელეევი მიიჩნევს, რომ ამ სუბუტიდან, რომელიც ქმნის მატერიალურ სამყაროში, შეინარჩუნებს ყველა თავის ქონებას მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ იგი არ არის გამიჯნული. ამ სტატიაში ჩვენ განისაზღვრება ატომი, როგორც მიკრორალის ობიექტი და შეისწავლის მის თვისებებს.

ატომის სტრუქტურის თეორიის ფონზე

მე -19 საუკუნეში, ატომთა განუყოფელობის შესახებ განცხადება ზოგადად იქნა მიღებული. მეცნიერთა უმრავლესობა მიიჩნევდა, რომ ერთი ქიმიური ელემენტის ნაწილაკები ვერც ერთ გარემოში ვერ გადაიქცევიან სხვა ელემენტის ატომებში. ეს წარმოდგენები ემყარება საფუძველს, რომლის მიხედვითაც 1932 წლამდე ატომის განსაზღვრა დაფუძნდა. მე -19 საუკუნის დასასრულს, მეცნიერებაში ფუნდამენტური აღმოჩენები გაკეთდა ამ თვალსაზრისით. უპირველეს ყოვლისა, 1897 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა, ჯ. თომსმა აღმოაჩინა ელექტრონი. ამ ფაქტმა რადიკალურად შეცვალა მეცნიერების იდეები ქიმიური ელემენტის შემადგენელ ნაწილში განუყოფელობაზე.

როგორ დაამტკიცოს, რომ ატომი გართულებულია

ელექტრონული აღმოჩენის წინც კი, მეცნიერები ერთხმად შეთანხმდნენ, რომ ატომებს არ აქვთ ბრალი. შემდეგ დადგინდა, რომ ელექტრონები ადვილად მოპოვებული ნებისმიერი ქიმიური ელემენტისგან. ისინი შეიძლება ნახშირბადში აღმოჩნდნენ, ისინი ელექტროენერგიის გადამზიდავ არიან და ისინი რენტგენის რადიაციის დროს ნივთიერებებს ათავისუფლებენ.

მაგრამ თუ ელექტრონები ყველა ატომებში შედის გამონაკლისის გარეშე და უარყოფითად არის დამონტაჟებული, მაშინ ჯერ კიდევ არსებობს ნაწილაკები ატომში, რომლებიც აუცილებლად დადებითი ბრალდებაა, წინააღმდეგ შემთხვევაში ატომები ელექტრონულად არ იქნება ნეიტრალური. ატომის სტრუქტურის ამოხსნა დაეხმარა ასეთ ფიზიკურ ფენომენს რადიოაქტიურობით. მას მიეცა სწორი განსაზღვრა ფიზიკაში ატომში და შემდეგ ქიმიაში.

უხილავი სხივები

ფრანგი ფიზიკოსი ა. ბეჯერელი პირველად წარმოაჩენს ემისიის ფენომენს გარკვეულ ქიმიურ ელემენტებს, ვიზუალურად უხილავ სხივებს. ისინი იზიანებენ ჰაერს, ნივთიერებების გაღებას, ფოტოფირფიტების ფხვნილის გაჩენას. მოგვიანებით Curie წყვილი და ე Rutherford აღმოაჩინა, რომ რადიოაქტიური ნივთიერებები გარდაიქმნება ატომებში სხვა ქიმიური ელემენტები (მაგალითად, ურანის ნეპტუნიუმის).

რადიოაქტიური გამოსხივება ჰეტეროგენულია შემადგენლობით: ალფა ნაწილაკები, ბეტა ნაწილაკები, გამა სხივები. ამდენად, რადიოაქტივობის ფენომენი დაადასტურა, რომ პერიოდული ცხრილის ელემენტების ნაწილაკები კომპლექსურ სტრუქტურას წარმოადგენენ. ეს ფაქტი იყო ატომის განმარტებაში შესული ცვლილებების მიზეზი. რა ნაწილაკები ატომს აერთიანებს რატერფორდის ახალი სამეცნიერო ფაქტის გათვალისწინებით? ამ კითხვაზე პასუხი იყო მეცნიერის მიერ შემოთავაზებული ატომის ბირთვული მოდელი, რომლის მიხედვითაც, დადებითი დაფარული ბირთვების ირგვლივ ელექტრონები მოძრაობენ.

რუთერფორდის მოდელირების წინააღმდეგობები

მეცნიერის თეორია, მიუხედავად მისი გამოჩენილი ხასიათი, ვერ ობიექტურად განსაზღვრავს ატომს. მისი დასკვნები ეწინააღმდეგებოდა თერმოდინამიკის ფუნდამენტურ კანონებს, რომლის მიხედვითაც ყველა ელექტრონი, რომელიც ბირთვის გარშემო ბრუნავს ენერგიას, დაკარგავს ენერგიას, თუმცა ადრე თუ გვიან ისინი უნდა დაეცემა მასზე. ამ შემთხვევაში ატომი განადგურებულია. სინამდვილეში ეს არ მოხდება, რადგან ქიმიური ელემენტები და ნაწილაკები, რომელთაგან შედგება ისინი ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში ბუნებაში. რუთერფორდის თეორიის საფუძველზე ატომის ეს განსაზღვრება აუხსნელია, როგორც ეს ფენომენია, როდესაც ხდება ინკანდესენტური ნივთიერებები, რომლებიც გამოყოფენ დიფრაქციული გრაციას. ყოველივე ამის შემდეგ, შედეგად ატომური სპექტრი აქვს ხაზოვანი ფორმა. ეს ეწინააღმდეგებოდა რუთერფორდის მოდელის ატომს, რომლის მიხედვითაც სპექტრი უწყვეტი იქნებოდა. კვანტური მექანიკის კონცეფციების მიხედვით, ამჟამად ელექტრონები ახასიათებს ბირთვში არა როგორც ობიექტურ ობიექტად, არამედ ელექტრონავ ღრუბლის სახით.

მისი ყველაზე დიდი სიმკვრივე ბირთვის გარშემო სივრცის გარკვეულ ლოკალურ სივრცეში მიჩნეულია დროის მოცემულ მომენტში ნაწილაკების მდებარეობა. აღმოჩნდა, რომ ატომში ელექტრონები ფენიანია. ფენის რაოდენობა შეიძლება განისაზღვროს იმ პერიოდისთვის, რომლის დროსაც ელემენტს განლაგებულია DI მენდელეევის პერიოდული ცხრილი. მაგალითად, ფოსფორის ატომი შეიცავს 15 ელექტრონს და აქვს 3 ენერგეტიკული დონე. ინდიკატორი, რომელიც განსაზღვრავს ენერგიის დონის რაოდენობას, უწოდებენ ძირითად კვანტურ რიცხვს.

ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ ბირთვთან ახლოს მდებარე ენერგეტიკულ ელექტრონებს აქვს ყველაზე დაბალი ენერგია. თითოეული ენერგეტიკული კონვერტი დაყოფილია ზედაპირებზე და, თავის მხრივ, ორბიტაზე. სხვადასხვა ორბიტაზე მდებარე ელექტრონები იმავე ღრუბლის ფორმას (s, p, d, f) აქვთ.

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ესაა ელექტრონულ ღრუბლის ფორმა არ შეიძლება იყოს თვითნებური. იგი მკაცრად განსაზღვრავს ორბიტალური კვანტური რაოდენობის მიხედვით. ჩვენ ასევე დავამატეთ, რომ მაკროპართქოში ელექტრონიკის მდგომარეობა განისაზღვრება ორი დამატებითი ღირებულებით - მაგნიტური და სპინის კვანტური ნომრები. პირველი ეფუძნება Schrodinger- ის განტოლებას და ახასიათებს ელექტრონული ღრუბლის სივრცულ ორიენტაციას ჩვენი სამყაროს სამგანზომილებიანობაზე. მეორე პარამეტრი არის spin ნომერი, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრონების როლს მისი ღერძის გასწვრივ ან წინააღმდეგობის საწინააღმდეგოდ.

ნეიტრონის აღმოჩენა

1932 წელს დ.ჩადვიკის მიერ ჩატარებული მუშაობის წყალობით მადლობა ქიმიისა და ფიზიკის ატომის ახალი დეფინიცია. თავის ექსპერიმენტებში მეცნიერმა დაამტკიცა, რომ პოლონიუმის გაყოფა ქმნის რადიაციას, რომელიც გამოწვეულია ნაწილაკებით, რომლებსაც არ აქვთ ბრალი, 1.008665 მასა. ახალი ელემენტარული ნაწილაკი ნეიტრონს უწოდებდა. მისი აღმოჩენა და შესწავლა მის საკუთრებაში შესვლის საშუალებას მისცა საბჭოთა მეცნიერებმა ვ. გაპონმა და დ. ივანენკომ ახალი პროტონების და ნეიტრონების შემცველი ატომური ბირთვების სტრუქტურის ახალი თეორიის შექმნა.

ახალი თეორიის მიხედვით, მატერიის ატომის განმარტება შემდეგი ფორმა იყო: ეს არის ქიმიური ელემენტის სტრუქტურული ერთეული, რომელიც შედგება ბირთვი, რომელიც შეიცავს პროტონებს და ნეიტრონებს და ირგვლივ მოძრავი ელექტრონებით. ბირთვში დადებითი ნაწილაკების რაოდენობა ყოველთვის თანაბარია პერიოდულ სისტემაში ქიმიური ელემენტის რიგითი რიცხვი.

მოგვიანებით, პროფესორმა ა. ჟანოვმა თავის ექსპერიმენტებში დაადასტურა, რომ მძიმე კოსმოსური გამოსხივების გავლენის ქვეშ ატომური ბირთვები პროტონებსა და ნეიტრონებს იყოფა. გარდა ამისა, დადასტურდა, რომ ამ ელემენტებს შორის ელემენტარული ნაწილაკები ბირთვში ენერგეტიკული ინტენსიურია. ისინი ძალიან მოკლე მანძილზე მუშაობენ (10 ^-23 სმ-ის ბრძანების) და ბირთვულებს უწოდებენ. როგორც უკვე ითქვა, MV Lomonosov- მა შეძლო ატომური და მოლეკულის განსაზღვრა მეცნიერულ ფაქტებზე დაყრდნობით.

დღეისათვის ფართოდ აღიარებულია შემდეგი მოდელი: ატომი შედგება ბირთვიდან და ელექტრონებით მოძრაობს მკაცრად განსაზღვრული ტრაექტორიით - ორბიტალები. ელექტრონების ერთდროულად მანიფესტი თვისებები და ნაწილაკები და ტალღები, ანუ, აქვს ორმაგი ბუნება. თითქმის ყველა მასა კონცენტრირებულია ატომის ბირთვში. იგი შედგება ბირთვული ძალების მიერ პროტონებისა და ნეიტრონებისგან.

შესაძლებელია ატომის წონა

გამოდის, რომ თითოეული ატომის მასა აქვს. მაგალითად, მას აქვს 1,67x10 ^-24 გ-ის წყალბადის შემცველობა, თუმცა ძნელი წარმოსადგენია, რამდენად მცირეა ეს მნიშვნელობა. ასეთი ობიექტის წონის პოვნა არ არის ბალანსი, მაგრამ ოსილატორი, რომელიც არის ნახშირბადის ნანოთი. ატომის და მოლეკულის წონის გამოთვლა, უფრო მოსახერხებელია შედარებით მასა. ის გვიჩვენებს, თუ რამდენჯერ მეტია მოლეკულის ან ატომის წონა ნახშირბადის ატომის 1/12-ზე მეტია, რაც 1.66x10 ^-27 კგ. ფარდობითი ატომური მასები მითითებულია ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში და არ აქვთ განზომილება.

მეცნიერებმა კარგად იციან, რომ ქიმიური ელემენტის ატომური მასა მთელი მისი იზოტოპების მასის ნომრების საშუალო ღირებულებაა. გამოდის, რომ ბუნებაში ერთ ქიმიურ ელემენტებს შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული მასები. ასეთი სტრუქტურული ნაწილაკების ბირთვი იგივეა.

მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ იზოტოპები განსხვავდება ბირთვში ნეიტრონების რიცხვში და უჯრედების ბრალდებით იგივეა. მაგალითად, ქლორის ატომის მასა 35 შეიცავს 18 ნეიტრონს და 17 პროტონს და 37-20 ნეიტრონს და 17 პროტონს. ბევრი ქიმიური ელემენტია იზოტოპების ნარევები. მაგალითად, მარტივი ნივთიერებები, როგორიცაა კალიუმი, არგონი და ჟანგბადი შეიცავს 3 სხვადასხვა იზოტოპების ატომებს.

ატომურიზმის განსაზღვრა

მას აქვს რამდენიმე ინტერპრეტაცია. განვიხილოთ რას ნიშნავს ეს ტერმინი ქიმიაში. თუ ქიმიური ელემენტის ატომებს შეუძლია ცალკე არსებობის მოკლე დროში, უფრო რთული ნაწილაკების შექმნის გარეშე - მოლეკულა, მაშინ ამბობენ, რომ ასეთი ნივთიერებები ატომური სტრუქტურაა. მაგალითად, მეტანის ქლორინის მრავალფუნქციური რეაქცია. იგი ფართოდ გამოიყენება ორგანული სინთეზის ქიმიაში, რათა წარმოადგინოს ყველაზე მნიშვნელოვანი ჰალოგენური შემცველი წარმოებულები: დიქლორომეთინი, ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი. მასში ქლორი მოლეკულები გაყოფილია ატომებში, რომლებსაც აქვთ მაღალი რეაქტიულობა. ისინი გაანადგურებენ სიგნალის ობლიგაციებს მეთანის მოლეკულაში, რომელიც უზრუნველყოფს ჩანაცვლების ჯაჭვურ რეაქციას.

ინდუსტრიაში დიდი მნიშვნელობის ქიმიური პროცესის კიდევ ერთი მაგალითია წყალბადის პეროქსიდის გამოყენება როგორც სადეზინფექციო და გაუფერულება აგენტი. ატომური ჟანგბადის განსაზღვრა, როგორც წყალბადის პეროქსიდის გაჟონვის შედეგად, ცოცხალ უჯრედებში (კატალიზა ფერმენტის მოქმედებით) და ლაბორატორიულ პირობებში. ატომური ჟანგბადი ხარისხობრივად განისაზღვრება მისი მაღალი ანტიოქსიდანტური თვისებებით, ასევე პათოგენური აგენტების განადგურების უნარით: ბაქტერიები, სოკოები და მათი სპორები.

როგორ არის ატომური ჭურვი

ადრე უკვე განვმარტეთ, რომ ქიმიური ელემენტის სტრუქტურულ ერთეულს კომპლექსური სტრუქტურა აქვს. დაახლოებით დადებითი ბირთვების ირგვლივ უარყოფითი ნაწილაკები rotating ელექტრონები. ნობელის პრემიის ლაურეატი ნილს ბოჰერი, სინათლის კვანტური თეორიის საფუძველზე, საკუთარი დოქტრინა შექმნა, რომელშიც ატომის დახასიათება და განსაზღვრა აქვს შემდეგი ფორმით: ელექტრონები გადაადგილდებიან ბირთვზე მხოლოდ გარკვეულ სტაციონარულ ტრაექციებზე, ენერგიის გარეშე. ბოჰარის სწავლებამ დაადასტურა, რომ მიკრორალის ნაწილაკები, რომელთა ატომები და მოლეკულები არიან, არ ემორჩილებიან კანონებს, რომლებიც მოქმედებს მაკროკომის ობიექტებზე.

ნაწილაკების ელექტრონული ჭურვითა სტრუქტურა შეისწავლეს ისეთი მეცნიერების კვანტური ფიზიკის შესახებ, როგორიცაა ჰუნდი, პოლი, კლეჩკოვსკი. ამიტომაც ცნობილი გახდა, რომ ელექტრონები ახდენენ ბირთვებზე მოძრაობის მოძრაობებს, რომლებიც არ არიან ქაოტურად, არამედ გარკვეულ სტაციონარულ ტრაექციებზე. პოლმა დაადგინა, რომ ელექტროენერგეტიკული უჯრედებში ერთ-ერთმა ენერგეტიკულმა დონის ელექტრონულ დონეზე, p, d, f ზე მეტი არ უნდა იყოს ორი უარყოფითი ბრალი ნაწილაკები საპირისპირო spin + 1 და -1.

Hund- ის წესი განმარტავს, თუ როგორ ორბიტავს იგივე დონის ენერგიით ელექტრონებით სწორად.

Klechkovsky წესი, ასევე მოუწოდა წესი n + 1, განმარტა, თუ როგორ ორბიტალები of მრავალი ელექტრონული ატომების (ელემენტები 5, 6, 7 პერიოდები) ივსება. ზემოაღნიშნული კანონები თეორიული საფუძველია დიმიტრი მენდელეევის მიერ შექმნილი ქიმიური ელემენტების სისტემისათვის.

ჟანგვის ხარისხი

ეს არის ფუნდამენტური კონცეფცია ქიმიაში და ასახავს ატომის მდგომარეობას მოლეკულაში. ატომის ჟანგვის ხარისხის თანამედროვე განსაზღვრება ასეთია: ეს არის ატომის პირობითი მუხტი მოლეკულაში, რომელიც გამოითვლება იმ მოტივით, რომ მოლეკულას მხოლოდ იონური შემადგენლობა გააჩნია.

ჟანგვის ხარისხი შეიძლება გამოხატავდეს მთლიანად ან ფრაქციულ რაოდენობას, დადებითი, უარყოფითი ან ნულოვანი მნიშვნელობის მქონე. ხშირად, ქიმიური ელემენტების ატომები რამდენიმე დონის დაჟანგვის. მაგალითად, აზოტში ეს არის -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. მაგრამ ასეთი ქიმიური ელემენტი, როგორც ფტორს, ყველა ნაერთს აქვს მხოლოდ ერთი ხარისხის ჟანგვის, ტოლია -1. თუ ეს არის მარტივი ნივთიერება, მაშინ მისი ოქსიდების ხარისხი ნულოვანია. ეს ქიმიური ღირებულება მოსახერხებელია ნივთიერებების კლასიფიკაციისა და მათი თვისებების აღსაწერად. ხშირად, ატომების ჟანგვის ხარისხი გამოიყენება ქიმიაში, როდესაც იჟღავნებს ჟანგვის შემცირების რეაქციების განტოლებას.

ატომების თვისებები

კვანტური ფიზიკის აღმოჩენების წყალობით, ატომის თანამედროვე განსაზღვრება დ. ივანენკოს თეორიისა და ე. გეპონის თეორიის მიხედვით, შეავსებს შემდეგ სამეცნიერო ფაქტებს. ატომური ბირთვების სტრუქტურა არ იცვლება ქიმიური რეაქციების დროს. მხოლოდ სტაციონარული ელექტრონული ორბიტალები შეიცვლება. მათი სტრუქტურა შეიძლება ნივთიერებების ბევრი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების ახსნას. თუ ელექტრონები ტოვებს სტაციონარულ ორბიტაზე და მიდის ორბიტალზე უფრო მაღალი ენერგეტიკის ინდექსით, ასეთი ატომის ეშინია.

უნდა აღინიშნოს, რომ ელექტრონებს არ შეუძლიათ ამ ორბიტაზე ყოფნა, რაც დიდი ხნის განმავლობაში მათთვის უჩვეულოა. მისი სტაციონარული ორბიტაზე დაბრუნებისას, ელექტრონი ამოიღებს ენერგიას. ქიმიური ელემენტების სტრუქტურული ერთეულების სტრუქტურული ერთეულების შესწავლა, როგორც ელექტრონულ affinity, electronegativity, ionization ენერგეტიკის მეცნიერებს, არ აძლევდნენ არა მხოლოდ ატომს, როგორც მიკრობულობის უმნიშვნელოვანესი ნაწილაკის განსაზღვრას, არამედ მათ აძლევდნენ ატომების უნარს, რათა შექმნან სტაბილური და ენერგიულად უფრო ხელსაყრელი მოლეკულური მდგომარეობა, სტაბილური ქიმიური ბონდის სხვადასხვა სახეობების შექმნა: იონური, კოვალენტურ-პოლარული და არაპოლარული, დონორ-მიმღები (როგორც ერთგვარი კოვალენტური ბონდის) და მეტალიკი. ეს უკანასკნელი განსაზღვრავს ყველა ლითონის ყველაზე მნიშვნელოვან ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს.

ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ ატომის ზომები განსხვავდება. ყველაფერი დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რომელი მოლეკულა შემოდის. რენტგენის ანალიზის წყალობით, შესაძლებელია ქიმიური ნაერთის დროს ატომებს შორის დაშორება, ასევე ელემენტის სტრუქტურული ერთეულის რადიუსის განსაზღვრა. პერიოდის ან ქიმიურ ელემენტთა ჯგუფში შესვლისას ატომების რადიაციის ვარიაციის განსხვავება შეიძლება, მათ შეუძლიათ ფიზიკური და ქიმიური თვისებების პროგნოზირება. მაგალითად, ატომების ბირთვში, მათი რადიის შემცირება ("ატომური შეკუმშვის") გაზრდის პერიოდებში, ამდენად, ამცირებს ნაერთების მეტალის თვისებებს და არამომგებიანი თვისებების გაძლიერებას.

ამდენად, ატომის სტრუქტურის ცოდნა საშუალებას იძლევა ზუსტად განისაზღვროს მენდელეევის პერიოდული სისტემის ყველა ელემენტის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები.