Bir atomun ve bir molekülün tanımı. Atomun 1932'ye kadar tanımı

Antik dönemden 18. yüzyılın ortalarına kadar bilim bir atomun parçalanamayan maddenin bir parçacığı olduğu fikrine hakimdi. İngiliz bilim adamı ve tabiatçı D. Dalton, atomu kimyasal elementin en küçük parçası olarak tanımladı. MV Lomonosov atom-moleküler teorisinde atomu ve molekülü tanımlayabildi. O "yuvarlar" olarak adlandırdığı moleküllerin "elementler" - atomlardan oluştuğundan emindi ve sürekli hareket halindeydi.

DI Mendeleyev, maddi dünyayı oluşturan maddelerin bu alt birliğinin yalnızca mülkiyetlerini ayrılmaya tabi tutulmazsa muhafaza ettiğine inanıyordu. Bu makalede atomu mikroworld'un bir nesnesi olarak tanımlayacağız ve özelliklerini inceleyeceğiz.

Atom yapısı teorisinin arka planı

19. yüzyılda, atomun bölünmezliği ifadesi genel olarak kabul edildi. Çoğu bilim insanı, tek bir kimyasal element parçacıklarının başka bir elementin atomuna dönüştüğüne inanmadı. Bu tasvirler, atom tanımının 1932'ye kadar dayandığı temel olarak kullanılmıştır. 19. yüzyılın sonunda, bu bakış açısını değiştiren bilimde temel keşifler yapıldı. Her şeyden önce, 1897'de İngiliz fizikçi D. J. Thomson bir elektron keşfetti. Bu gerçek, bir kimyasal elementin kurucu parçasının bölünmezliği hakkında bilim adamlarının fikirlerini radikal bir biçimde değiştirdi.

Bir atomun karmaşık olduğunu nasıl ispatlayabilirim?

Elektronun keşfinden önce bile , bilim insanları oybirliğiyle atomların yük olmadığını kabul ettiler. Daha sonra, elektronların herhangi bir kimyasal elementten kolaylıkla çıkarıldığı tespit edildi. Bir alev içinde bulunabilirler, bir elektrik akımı taşıyıcısıdırlar, X ışını ışınımı sırasında maddeler tarafından serbest bırakılırlar.

Fakat eğer elektronlar istisnasız tüm atomlara dahil edilirse ve negatif yüklü ise, atomda mutlaka pozitif bir yüke sahip bazı parçacıklar vardır, aksi halde atomlar elektriksel olarak nötr olmayacaktır. Atomun yapısını çözmeye yardım etmek, radyoaktivite gibi böylesine fiziksel bir fenomen tarafından yardımcı oldu. Fizikte ve sonra kimyada bir atomun doğru tanımını verdi.

Görünmez ışınlar

Fransız fizikçi A. Becquerel, önce belirli kimyasal elementlerin, görsel olarak görünmez ışınların emisyon emisyonunu tanımladı. Havayı iyonize ederler, maddeleri geçerler, fotoğraf plakalarının kararmasına neden olurlar. Daha sonra Curie çifti ve E. Rutherford , radyoaktif maddelerin diğer kimyasal elementlerin atomlarına dönüştürüldüğünü (örneğin, uratonikten neptunyum) buldular.

Radyoaktif ışınım, bileşimde heterojentir: alfa parçacıkları, beta parçacıkları, gama ışınları. Böylece, radyoaktiflik fenomeni, periyodik tablonun elemanlarının parçacıklarının karmaşık bir yapıya sahip olduğunu doğruladı. Bu gerçek, atom tanımına getirilen değişikliklerin sebebiydi. Atom, Rutherford'un yeni bilimsel gerçekleri dikkate alınarak hangi parçacıkları içerir? Bu sorunun cevabı, pozitif yüklü çekirdeğin etrafındaki elektronların döndürdüğü bilim adamının önerdiği atomun nükleer modeli idi.

Rutherford modelinin çelişkileri

Bilim adamının teorisi, olağanüstü karakterine rağmen atomu objektif olarak tanımlayamadı. Elde ettiği sonuçlar termodinamiğin temel kanunlarına aykırıydı, buna göre çekirdeğin çevresinde dönen tüm elektronlar enerjilerini kaybediyorlardı, ancak er ya da geç bunun üzerine düşmeliydiler. Bu durumda atom yok edildi. Aslında gerçekleşmez, çünkü oluştukları kimyasal elementler ve parçacıklar çok uzun süredir doğada bulunurlar. Rutherford'un teorisine dayalı bir atomun bu tanımı açıklanamaz ve akkor olan basit maddeler bir kırınım ızgarasını geçtiğinde ortaya çıkıyor. Sonuçta ortaya çıkan atomik spektrumların doğrusal bir biçimi vardır. Bu, spektrumun sürekli olması gerektiği atomun Rutherford modeliyle çelişiyordu. Kuantum mekaniği kavramlarına göre, günümüzde elektronlar, çekirdekte nokta nesneler olarak değil, bir elektron bulutunun şekli olarak karakterize edilmektedir.

Çekirdek çevresindeki belli bir mekan yörüngesindeki en büyük yoğunluğu, belirli bir an içindeki parçacık konumu olarak kabul edilir. Atomda elektronların katmanlı olduğu da keşfedildi. Katman sayısı DI Mendeleyev periyodik tablodaki elemanın bulunduğu periyot sayısını bilmek suretiyle belirlenebilir. Örneğin, bir fosfor atomu 15 elektron içerir ve 3 enerji seviyesine sahiptir. Enerji seviyelerinin sayısını belirleyen gösterge, ana kuantum sayısı olarak adlandırılır.

Çekirdeğe en yakın enerji seviyesinin elektronlarının en düşük enerjiye sahip olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir. Her enerji zarfı alt seviyelere bölünür ve bunlar sırayla orbitaller içine girerler. Farklı orbitallerde bulunan elektronlar aynı bulut şekline (s, p, d, f) sahiptir.

Yukarıdakilerden hareketle, elektron bulutunun şekli keyfi olamaz. Orbital kuantum numarasına göre kesin olarak tanımlanmıştır . Ayrıca, bir makropartikül içindeki bir elektronun durumunun iki değer - manyetik ve spin kuantum sayısı - tarafından belirlendiğini de ekliyoruz. Birincisi Schrödinger denklemine dayanıyor ve dünyamızın üç boyutluluğuna dayanan elektron bulutunun mekânsal yönelimini karakterize ediyor. İkinci parametre spin sayısıdır, elektronun ekseni boyunca veya saatin ters yönünde döndüğünü belirler.

Bir nötronun keşfi

1932'de kendisi tarafından yürütülen D. Chadwick'in çalışması sayesinde, atomun kimyada ve fizikte yeni bir tanımı verildi. Yaptığı deneylerde bilim adamı, polonyumun bölünmesinin 1.008665 kütlesi ile yüklü olmayan parçacıkların neden olduğu radyasyon ürettiğini kanıtladı. Yeni bir temel parçacığa bir nötron adı verildi. Sovyet bilim adamları V. Gapon ve D. Ivanenko, özelliklerini keşfedip inceleyerek, protonları ve nötronları içeren bir atom çekirdeği yapısı için yeni bir teori yaratmalarını sağladı.

Yeni teoriye göre, maddenin atomun tanımı şu şekildedir: bir kimyasal elementin yapısal bir birimi olup, protonları ve nötronları içeren bir çekirdeği ve bunun etrafında hareket eden elektronları içerir. Çekirdeğin içindeki pozitif parçacıkların sayısı daima periyodik sistemdeki kimyasal elementin atom numarasına eşittir.

Daha sonra Prof. A. Zhdanov deneylerindeki sert kozmik radyasyonun etkisi altında atom çekirdeğinin protonlara ve nötronlara ayrıldığını doğruladı. Buna ek olarak, çekirdekte bu temel parçacıkları tutan kuvvetlerin son derece enerji yoğun olduğu kanıtlandı. Çok kısa mesafelerde (10 ^-23 cm sırasıyla) çalışırlar ve buna nükleer olanlar denir. Daha önce de söylediği gibi, MV Lomonosov atomu ve molekülü bilinen bilimsel gerçeklere dayanarak tanımlamayı başardı.

Şu anda, aşağıdaki model yaygın olarak bilinmektedir: atom, çekirdek ve elektronlar etrafında sıkı şekilde tanımlanmış yörüngeler boyunca hareket ederek oluşur - orbitaller. Elektronlar eşzamanlı olarak özellikleri ve parçacıkları ve dalgaları, yani ikili bir nitelik taşırlar. Kitlesinin neredeyse tamamı atomun çekirdeğinde yoğunlaşmaktadır. Nükleer kuvvetlerle bağlı olan protonlar ve nötronlardan oluşur.

Bir atomu tartmak mümkün mü

Her atomun bir kütlesi varmış gibi görünüyor. Örneğin, 1,67x10 ^-24 g bir hidrojen içeriğine sahiptir. Bu değerin ne kadar küçük olduğunu hayal etmek bile zordur. Böyle bir nesnenin ağırlığını bulmak için bir denge kullanılmaz, bir karbon nanotüp olan bir osilatör kullanılır . Bir atomun ve bir molekülün ağırlığını hesaplamak için göreli kütle daha elverişlidir. Bir molekülün veya atomun ağırlığının karbon atomunun 1 / 12'sinden kaç katı olduğunu gösterir; bu 1.66x10 ^-27 kg'dır. Bağıl atomik kütleler, kimyasal elementlerin periyodik sisteminde belirtilir ve boyutları yoktur.

Bilim adamları, bir kimyasal elementin atomik kütlesinin, tüm izotoplarının kütle sayılarının ortalama değeri olduğunu iyi biliyorlar. Doğada, bir kimyasal elementin birimleri farklı kütlelere sahip olabilmektedir. Bu yapısal parçacıkların çekirdeklerinin yükleri aynıdır.

Bilim adamları, çekirdeğin içindeki nötron sayısındaki izotopların farklı olduğunu ve atomların çekirdeğindeki yükün aynı olduğunu tespit ettiler. Örneğin, 35 kütlesi olan bir klor atomu, 18 nötron ve 17 proton içerir ve 37-20 nütri kütlesi ve 17 proton içerir. Pek çok kimyasal element, izotop karışımlarıdır. Örneğin, potasyum, argon ve oksijen gibi basit maddeler, 3 farklı izotopu temsil eden atomları içerir.

Atomicity tanımı

Birkaç yorumu vardır. Kimyada bu terimle neyin kastedildiğini düşünün. Bir kimyasal elementin atomları, daha karmaşık bir parçacık - bir molekül oluşturmaya çalışmaksızın ayrı ayrı var olmak için en azından kısa bir süre bulabilirse, bu tür maddelerin atomik bir yapıya sahip olduğunu söylüyorlar. Örneğin, metan klorlama reaksiyonu. En önemli halojen içeren türevleri üretmek için organik sentez kimyasında yaygın şekilde kullanılır: diklorometan, karbon tetraklorür. İçinde klor molekülleri yüksek reaktiviteye sahip atomlara ayrılırlar. Metan molekülündeki sigma bağlarını yok ederek ikame zinciri reaksiyonu sağlarlar.

Sektörde büyük önem taşıyan bir kimyasal sürecin bir başka örneği dezenfektan ve ağartma maddesi olarak hidrojen peroksit kullanılmasıdır. Hidrojen peroksit bölünmesinin bir ürünü olan atomik oksijenin tayini hem canlı hücrelerde (katalaz enziminin etkisi altında) hem de laboratuvar koşullarında gerçekleşir. Atomik oksijen, patojenik maddeleri yok etme kabiliyetinin yanı sıra, yüksek antioksidan özellikleriyle nitel olarak belirlenir: bakteri, mantar ve sporları.

Atom kabuğu nasıl

Daha önce, bir kimyasal elementin yapısal biriminin karmaşık bir yapıya sahip olduğunu daha önce açıklığa kavuşturduk. Pozitif yüklü çekirdek çevresinde negatif parçacıklar elektronları döndürüyor. Nobel Ödülü sahibi olan Niels Bohr, ışık kuantum teorisine dayanarak, bir atomun karakterizasyonu ve tanımının aşağıdaki formda olduğu kendi öğretisini yarattı: elektronlar çekirdeğin etrafında, yalnızca belirli sabit yörüngeler boyunca, enerji yaymadan hareket eder. Bohr'un öğretisi, atomların ve moleküllerin ait olduğu mikroworld parçacıklarının, büyük bedenler-makrokozmodaki nesneler için geçerli yasalara uymadığını kanıtladı.

Parçacıkların elektron kabuklarının yapısı, Hund, Pauli, Klechkovsky gibi bilim insanlarının kuantum fiziği üzerine makalelerde incelendi. Böylece, elektronların, çekirdeğin etrafında, kaotik değil, belirli istikrarlı yörüngeler üzerinde dönme hareketleri yaptığı biliniyordu. Pauli, elektronik hücrelerdeki s, p, d, f yörüngelerinin her birinde bir enerji seviyesinde zıt spin + 1 ve -1 ile en fazla iki negatif yüklü parçacık olabileceğini tespit etti.

Hund'un kuralı, aynı seviyedeki enerji yörüngelerinin elektronlarla nasıl dolduğunu açıkladı.

K + / 1 kuralı olarak da adlandırılan Klechkovsky yönetimi, birçok elektron atomunun (5, 6, 7 periyodun elemanları) dolaşımının yörüngelerinin nasıl dolduğunu açıkladı. Yukarıdaki tüm yasalar, Dmitriy Mendeleyev'in yarattığı kimyasal elementlerin sistemi için teorik bir temel oluşturmuştur.

Oksidasyon derecesi

Kimyada temel bir kavramdır ve bir molekül içindeki bir atomun durumunu karakterize eder. Atomların oksidasyon derecesinin modern tanımı şu şekildedir: bir molekül içindeki bir atomun koşullu bir yükü olup, bir molekülün sadece bir iyonik bileşime sahip olduğu düşüncesinden hesaplanmaktadır.

Oksitlenme derecesi, pozitif, negatif veya sıfır değerli, bir bütün veya kesirli sayı olarak ifade edilebilir. Çoğu zaman, kimyasal elementlerin atomları birkaç derece oksidasyona sahiptir. Örneğin azot içinde bu -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5'tir. Fakat, tüm bileşiklerinin içindeki florür gibi kimyasal bir element, -1 dereceye kadar sadece bir derece oksidasyona sahiptir. Eğer basit bir madde ile temsil edilirse, o zaman oksidasyon derecesi sıfırdır. Bu kimyasal değer, maddelerin sınıflandırılması ve özelliklerinin tanımlanması için kullanışlıdır. Çoğu zaman, bir atomun oksidasyon derecesi, oksitlenme-indirgeme reaksiyonlarının denklemlerini oluştururken kimyada kullanılır.

Atomların özellikleri

Kuantum fiziğinin keşifleri sayesinde D. Ivanenko ve E. Gapon'un teorisine dayanan atomun modern tanımı aşağıdaki bilimsel gerçeklerle tamamlanmaktadır. Atom çekirdeğinin yapısı kimyasal reaksiyonlar sırasında değişmez. Sadece durağan elektronik orbitaller değişebilir. Yapısı, maddelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bir çoğunu açıklayabilir. Bir elektron sabit bir yörüngeden ayrılır ve daha yüksek bir enerji indeksi ile bir yörüngeye giderse, böyle bir atom heyecanlı olarak adlandırılır.

Elektronlar, uzun zamandır olağandışı olan bu orbitallerin üzerinde kalamazlar. Elektron sabit orbita dönünce bir enerji kuantumu üretir. Elektron afinitesi, elektronegatiflik, iyonizasyon enerjisi gibi kimyasal elementlerin yapısal birimlerinin bu gibi özelliklerinin incelenmesi, atomu mikroworld'un en önemli parçacığı olarak tanımlamaya izin vermedi, aynı zamanda atomların, maddenin enerjik ve enerjik olarak daha elverişli bir moleküler halini oluşturma kabiliyetini açıklamasına izin verdi. Farklı istikrarlı kimyasal bağ oluşturma: iyonik, kovalent polar ve nonpolar, donör-alıcı (bir çeşit kovalent bağ olarak) ve m etallicheskoy. İkincisi, tüm metallerin en önemli fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler.

Deneysel olarak, bir atomun boyutunun değişebileceği saptanmıştır. Her şey hangi molekülün girdiğine bağlıdır. X-ışını analizi sayesinde bir kimyasal bileşik içindeki atomlar arasındaki mesafeyi hesaplamak ve elemanın yapısal biriminin yarıçapını belirlemek mümkündür. Döneme giren atomların yarıçaplarında veya bir grup kimyasal elementte değişim yasalarını elinde bulundurarak, fiziksel ve kimyasal özelliklerini öngörebilir. Örneğin, atom çekirdeğinin yükünde bir artış ile dönemlerde, yarıçapları azalır ("atom sıkıştırma"), bu nedenle bileşiklerin metalik özellikleri zayıflar ve metalik olmayan özellikler güçlenir.

Böylece, atomun yapısı hakkında bilgi Mendeleev'in periyodik sistemini oluşturan tüm elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini doğru bir şekilde belirlemeyi mümkün kılar.