Xác định các nguyên tử và phân tử. Định nghĩa của một nguyên tử cho đến 1932

Bắt đầu từ giai đoạn cổ đại đến giữa thế kỷ 18, khoa học đã được chi phối bởi các quan điểm cho rằng các nguyên tử - một hạt của vật chất mà không thể được chia. nhà khoa học Anh và tự nhiên học, và D. Dalton đã đưa ra một định nghĩa của nguyên tử là phần nhỏ nhất của một nguyên tố hóa học. MV Lomonosov trong học thuyết nguyên tử và phân tử của nó đã có thể đưa ra một định nghĩa của các nguyên tử và phân tử. Ông đã thuyết phục rằng phân tử, mà ông gọi là "corpuscles", bao gồm "yếu tố" - nguyên tử - và đang chuyển động liên tục.

D. I. Mendeleev tin rằng tiểu đơn vị này chất tạo nên thế giới vật chất, giữ lại tất cả thuộc tính của nó chỉ khi nó không là tùy thuộc vào sự phân chia. Trong bài viết này, chúng tôi xác định một đối tượng như một mô hình thu nhỏ của nguyên tử, và nghiên cứu tính chất của nó.

Bối cảnh của lý thuyết về cấu trúc nguyên tử

Trong thế kỷ 19, nó được công nhận rộng rãi như các tuyên bố trên không thể chia của nguyên tử. Hầu hết các nhà khoa học tin rằng các hạt của một nguyên tố hóa học trong mọi trường hợp không thể được chuyển đổi thành các nguyên tử của các nguyên tố khác. Những ý tưởng này là nền tảng mà trên đó được dựa trên các định nghĩa của một nguyên tử cho đến năm 1932. Vào cuối thế kỷ 19 trong khoa học đã được thực hiện những khám phá cơ bản làm thay đổi quan điểm này. Trước hết, vào năm 1897 nhà vật lý người Anh Joseph John Thomson đã khám phá ra electron. Thực tế này được thay đổi về cơ bản những ý tưởng khoa học về một phần bất khả phân của nguyên tố hóa học.

Làm thế nào để chứng minh rằng các cấu trúc phức tạp nguyên tử

Ngay cả trước khi phát hiện ra các electron , các nhà khoa học nhất trí đồng ý rằng các nguyên tử không có phí. Sau đó, người ta phát hiện ra rằng các electron có thể dễ dàng phân biệt với bất kỳ nguyên tố hóa học mong muốn. Chúng có thể được tìm thấy trong một ngọn lửa, họ là những người mang dòng điện, chúng giải phóng các chất trong bức xạ x-ray.

Nhưng nếu các electron là một phần của tất cả mà không có ngoại lệ, và nguyên tử mang điện tích âm, do đó, trong một nguyên tử có một số hạt mà chắc chắn sẽ có một điện tích dương, nếu không nguyên tử sẽ không được trung hòa về điện. Để giúp làm sáng tỏ cấu trúc của nguyên tử đã giúp một hiện tượng vật lý như phóng xạ. Nó đã định nghĩa chính xác của các nguyên tử trong vật lý, hóa học và sau đó.

Các tia vô hình

Pháp nhà vật lý A. Becquerel là người đầu tiên mô tả các hiện tượng khí thải của các nguyên tử của một số nguyên tố hóa học, trực quan tia vô hình. Họ ion hóa đèo khí qua vật liệu, gây ra làm đen của tấm ảnh. Sau đó, curie và Rutherford phát hiện ra rằng các chất phóng xạ được chuyển thành các nguyên tử của các nguyên tố khác hóa học (như uranium - neptunium).

bức xạ phóng xạ là không đồng dạng trong thành phần: hạt alpha, hạt beta, tia gamma. Như vậy, hiện tượng phóng xạ chứng minh rằng bảng tuần hoàn các nguyên tố hạt có một cấu trúc phức tạp. Thực tế này gây ra những thay đổi thực hiện cho các định nghĩa của các nguyên tử. Có gì hạt là một nguyên tử, được đưa ra bởi Rutherford lấy sự kiện khoa học mới? Câu trả lời cho câu hỏi này là mô hình học giả hạt nhân đề nghị của nguyên tử, theo đó xung quanh các electron hạt nhân tích điện dương di chuyển.

mô hình mâu thuẫn Rutherford

Lý thuyết của các nhà khoa học, mặc dù nhân vật nổi bật của nó, có thể không khách quan xác định nguyên tử. phát hiện cô là trái với pháp luật cơ bản của nhiệt động lực học, theo đó tất cả các electron quay xung quanh hạt nhân mất năng lượng của họ và, vì nó có thể được, sớm hay muộn phải rơi vào hắn. Atom trong trường hợp này bị phá hủy. Đây là thực tế không phải như vậy, vì các hóa chất và các hạt từ đó họ được thực hiện, tồn tại trong tự nhiên trong một thời gian dài. Không hiểu sao nguyên tử quyết tâm như vậy dựa trên lý thuyết của Rutherford, cũng như hiện tượng xảy ra khi đi qua các chất đơn giản nóng thông qua một nhiễu xạ. Sau khi phổ nguyên tử được hình thành cùng một lúc có một hình dạng tuyến tính. Đây mâu thuẫn với mô hình Rutherford của nguyên tử, theo đó phổ sẽ phải liên tục. Theo khái niệm của cơ học lượng tử, các electron có mặt trong hạt nhân không được mô tả như là đối tượng điểm cũng như có hình thức của đám mây electron.

Hầu hết các mật độ của nó trong một locus nhất định của không gian xung quanh hạt nhân, và được coi là vị trí của một hạt tại một thời điểm nhất định. Ngoài ra, người ta phát hiện ra rằng các nguyên tử, các electron được sắp xếp theo lớp. Số lượng các lớp có thể được xác định bằng cách biết số lượng các kỳ kế toán mà các phần tử trong kỳ D. Hệ thống Mendeleeva I.. Ví dụ, các nguyên tử phốt pho chứa 15 electron và có ba mức năng lượng. Chỉ số, mà quyết định số lượng các mức năng lượng được gọi là số lượng tử chính.

Nó được thành lập thí điểm rằng mức độ năng lượng của electron, nằm gần nhất với cốt lõi, có năng lượng thấp nhất. Mỗi vỏ năng lượng được chia thành các cấp độ, và họ, đến lượt nó, trên quỹ đạo. Electron nằm ở quỹ đạo khác nhau có những đám mây hình thức tương tự (s, p, d, f).

Dựa trên quy định trên, ta suy ra rằng hình dạng của đám mây electron không thể tùy tiện. Nó được xác định theo đúng quỹ đạo số lượng tử. Chúng tôi cũng nói thêm rằng tình trạng của electron đến hạt cũng được xác định bởi hai giá trị - từ và số lượng tử spin. Việc đầu tiên là dựa trên phương trình Schrodinger và đặc trưng cho định hướng không gian của các đám mây electron trên cơ sở ba chiều của thế giới chúng ta. Chỉ số thứ hai - số lượng spin trên nó xác định chuyển động quay của electron xung quanh trục của nó hoặc ngược chiều kim đồng hồ.

Việc khám phá ra neutron

Thông qua công việc của D. Chadwick, tổ chức họ vào năm 1932, nó đã được đưa ra một định nghĩa mới của nguyên tử trong hóa học và vật lý. Trong các thí nghiệm khoa học của mình, ông đã chứng minh rằng trong sự phân tách xảy ra bức xạ polonium do các hạt không có phí, khối lượng 1,008665. Một hạt cơ bản mới được đặt tên là neutron. phát hiện và nghiên cứu về tính chất của nó cô cho phép các nhà khoa học Liên Xô V. Gapon và Ivanenko tạo ra một lý thuyết mới về cấu trúc của các hạt nhân nguyên tử, có chứa các proton và neutron.

Theo lý thuyết mới, xác định chất có nguyên tử sau đây tạo thành một đơn vị cấu trúc của nguyên tố hóa học, bao gồm một lõi chứa proton, neutron và electron chuyển động xung quanh nó. Số lượng các hạt tích cực trong nhân luôn bằng với số thứ tự của nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn.

Sau đó Giáo sư Zhdanov trong các thí nghiệm của ông xác nhận rằng dưới ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ cứng, hạt nhân nguyên tử được chia thành các proton và neutron. Bên cạnh đó, nó đã được chứng minh rằng các lực lượng nắm giữ các hạt cơ bản trong nhân, nó là vô cùng nhiều năng lượng. Họ hành động dựa trên khoảng cách rất ngắn (trong thứ tự của 10 ^-23 cm), được gọi là hạt nhân. Như đã đề cập trước đó, bởi MV Lomonosov đã có thể đưa ra một định nghĩa của các nguyên tử và phân tử trên cơ sở các sự kiện khoa học nổi tiếng với anh.

Hiện nay công nhận xem xét các mô hình sau: nguyên tử bao gồm một hạt nhân và electron chuyển động xung quanh nó trong một con đường đúng quy định - quỹ đạo. Electron đồng thời thể hiện các tính chất của cả hạt và sóng, có nghĩa là, có một bản chất kép. Hạt nhân của một nguyên tử tập trung hầu hết khối lượng của nó. Nó bao gồm các proton và neutron kết hợp với các lực lượng hạt nhân.

Cho dù đó là có thể cân nhắc nguyên tử

Nó chỉ ra rằng mỗi nguyên tử có khối lượng. Ví dụ, nó là của Hydrogen 1,67h10 ^-24 thậm chí còn khó để tưởng tượng nhỏ như thế nào giá trị này. Để tìm trọng lượng của đối tượng, không sử dụng cân và bộ dao động, mà là một ống nano carbon. Để tính toán trọng lượng của nguyên tử và phân tử hơn số lượng thuận tiện là trọng lượng tương đối. Nó cho thấy bao nhiêu lần so với trọng lượng của một phân tử hay nguyên tử hơn 1/12 của nguyên tử carbon, đó là 1,66h10 ^-27 kg. khối lượng nguyên tử tương đối được đưa ra trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, và họ không có kích thước.

Các nhà khoa học đều biết rằng trọng lượng nguyên tử của một nguyên tố hóa học - là số khối lượng trung bình của các đồng vị. Nó xuất hiện, trong bản chất của một đơn vị của một nguyên tố hóa học có thể có khối lượng khác nhau. Như vậy những chi phí của các hạt nhân của hạt cấu trúc như vậy tương tự.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các đồng vị khác nhau về số nơtron trong hạt nhân và hạt nhân tính họ giống hệt nhau. Ví dụ, một nguyên tử clo, có một khối lượng 35 chứa 18 nơtron và 17 proton, và với một khối lượng 37-20 proton và 17 nơtron. Nhiều nguyên tố hóa học là hỗn hợp các chất đồng vị. Ví dụ, các chất đơn giản như kali, argon, oxy chứa trong các nguyên tử thành phần của nó đại diện cho 3 đồng vị khác nhau.

Xác định số nguyên tử

Nó có nhiều cách hiểu. Xem xét những gì có nghĩa là thuật ngữ này trong hóa học. Nếu các nguyên tử của một nguyên tố hóa học ít nhất trong giây lát có thể tồn tại độc lập, không có xu hướng hình thành các hạt phức tạp hơn - phân tử, sau đó chúng ta nói rằng những chất này có cấu trúc nguyên tử. Ví dụ, phản ứng clo nhiều giai đoạn của mêtan. Nó được sử dụng rộng rãi trong hóa học hữu cơ tổng hợp cho các dẫn xuất halogen chính: dichloromethane, carbon tetrachloride. Nó được chia phân tử clo với các nguyên tử có khả năng phản ứng cao. Họ phá hủy liên kết sigma trong phân tử metan, cung cấp một chuỗi phản ứng thế.

Một ví dụ về một quá trình hóa học có tầm quan trọng lớn trong ngành công nghiệp - việc sử dụng hydro peroxide như một chất khử trùng và tẩy trắng đại lý. Xác định oxy nguyên tử như một sản phẩm phân cắt của hydrogen peroxide xảy ra ở cả các tế bào sống (bởi enzyme catalase), và trong phòng thí nghiệm. oxy nguyên tử chất lượng xác định bởi đặc tính chống oxy hóa cao và khả năng của mình để tiêu diệt các tác nhân gây bệnh: Vi khuẩn, nấm và bào tử của họ.

Làm thế nào phong bì hạt nhân

Chúng tôi đã từng phát hiện ra rằng các đơn vị cấu trúc của một nguyên tố hóa học có cấu trúc phức tạp. Xung quanh các hạt nhân tích điện dương xoay electron tiêu cực. Các giải Nobel Niels Bohr, dựa trên lý thuyết lượng tử của ánh sáng, tạo ra một tác giảng dạy, trong đó mô tả và xác định các nguyên tử như sau: electron chuyển động xung quanh hạt nhân duy nhất tại đường dẫn cố định nào đó trong trường hợp này không phát ra năng lượng. Bohr, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng các hạt về thế giới vi, trong đó bao gồm các nguyên tử và phân tử không tuân thủ luật pháp hợp lệ cho cơ quan lớn - đối tượng vĩ mô.

Cấu trúc của vỏ electron của các hạt đã được nghiên cứu trong giấy tờ về các nhà khoa học vật lý lượng tử như Hund, Pauli Klechkovskii. Kể từ khi nó bắt đầu được gọi là các electron làm cho chuyển động quay xung quanh hạt nhân không phải là hỗn loạn, nhưng trên con đường cố định nào đó. Pauli phát hiện ra rằng trong vòng một mức năng lượng duy nhất tại mỗi quỹ đạo của nó, p, d, f trong các tế bào điện tử có thể không quá hai hạt tích điện âm của giá trị spin ngược + ½ và - ½.

quy tắc Hund giải thích làm thế nào để điền vào quỹ đạo electron với mức năng lượng tương tự.

nguyên tắc Aufbau, hay còn gọi là quy tắc n + l, giải thích cách quỹ đạo điền multielectron nguyên tử (nguyên tố 5, 6, 7 chu kỳ). Tất cả các qui luật trên phục vụ như là cơ sở lý luận của nguyên tố hóa học được tạo ra bởi Dmitriem Mendeleevym.

mức độ oxy hóa

Nó là một khái niệm cơ bản trong hóa học và mô tả tình trạng của một nguyên tử trong một phân tử. Định nghĩa hiện đại của mức độ của quá trình oxy hóa của các nguyên tử như sau: điện tích được lạnh nguyên tử trong phân tử, được tính toán dựa trên các khái niệm rằng một phân tử chỉ có thành phần ion.

Quá trình oxy hóa có thể được thể hiện bằng một số nguyên hoặc một số phân đoạn, một giá trị tích cực, tiêu cực hay không. Trong hầu hết các nguyên tử của nguyên tố hóa học có một vài trạng thái ôxi hóa. Ví dụ, nitơ là -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Nhưng như một yếu tố, chẳng hạn như flo, trong tất cả các hợp chất của nó chỉ có một trạng thái ôxi hóa bằng -1. Nếu nó được trình bày một chất đơn giản, trạng thái ôxi hóa của nó bằng không. Đây lượng hóa học thuận tiện để sử dụng cho việc phân loại chất và để mô tả tính chất của chúng. Trong hầu hết các trường hợp, mức độ oxy hóa của chất hóa học sử dụng trong việc thiết lập các phản ứng oxi hóa khử phương trình.

Các tính chất của các nguyên tử

Nhờ có những khám phá về vật lý lượng tử, định nghĩa hiện đại của nguyên tử, mà là dựa trên lý thuyết Ivanenko và Gapon E, bổ sung bởi các sự kiện khoa học sau. Cấu trúc của một hạt nhân nguyên tử không được thay đổi trong quá trình phản ứng hóa học. Sự thay đổi chỉ ảnh hưởng đến quỹ đạo electron tĩnh. cấu trúc của chúng có thể là do rất nhiều tính chất vật lý và hóa học của các chất. Nếu electron để lại một quỹ đạo cố định và tiền thu được để quỹ đạo bằng một nguyên tử như vậy năng lượng cao hơn được gọi là vui mừng.

Cần lưu ý rằng các electron không thể là một thời gian dài trên những quỹ đạo không cốt lõi. Quay trở lại với quỹ đạo cố định của nó, electron phát ra các lượng tử năng lượng. Nghiên cứu về đặc điểm như vậy của các đơn vị cấu trúc của nguyên tố hóa học như ái lực điện tử, điện âm, năng lượng ion hóa, đã cho phép các nhà khoa học không chỉ để xác định nguyên tử như một mô hình thu nhỏ hạt cơ bản, mà còn cho phép họ giải thích khả năng của các nguyên tử để tạo thành một trạng thái phân tử ổn định và hăng hái thuận lợi hơn của vật chất, hậu quả có thể xảy ra tạo ra bất kỳ loại liên kết hóa học ổn định: ion, cộng hóa trị phân cực và apolar, tài chấp nhận (như loài cộng hóa trị liên kết) và m etallicheskoy. Sau đó xác định tính chất vật lý và hóa học quan trọng nhất của kim loại.

Nó được thành lập thực nghiệm rằng kích thước của một nguyên tử có thể khác nhau. Tất cả sẽ phụ thuộc vào các phân tử, trong đó nó được bao gồm. Qua chụp X-quang phân tích nhiễu xạ có thể tính toán khoảng cách giữa các nguyên tử trong một hợp chất hóa học, cũng như học hỏi bán kính đơn vị yếu tố cấu trúc. Sở hữu mô hình của sự thay đổi của bán kính của các nguyên tử chứa trong giai đoạn hoặc nhóm các nguyên tố hóa học, người ta có thể dự đoán tính chất vật lý và hóa học của chúng. Ví dụ, trong các giai đoạn với sự gia tăng hạt nhân nguyên tử tính giảm bán kính của họ ( "nguyên tử nén"), và do đó làm suy yếu các thuộc tính kim loại của các hợp chất và phi kim loại khuếch đại.

Do đó, kiến thức về cấu trúc của nguyên tử có thể xác định chính xác tính chất vật lý và hóa học của tất cả các yếu tố có trong hệ thống tuần hoàn nguyên tố.