اتم شیمی - یک ... مدل اتم. ساختار اتم

افکار در مورد ماهیت محیط اطراف شروع به بازدید از انسانیت طولانی قبل از اوج تمدن مدرن است. نخست، مردم در مورد وجود برخی از قدرت بالاتر، که، به باور آنها این باورند، از پیش تعیین شده بر تمام وجود انسان. اما خیلی زود، فیلسوفان و کشیش شروع به در مورد این واقعیت از آنچه، در واقع، پارچه بسیار از وجود است فکر می کنم. نظریه تعیین شده است، اما در یک چشم انداز تاریخی غالب اتمی شد.

اتم است در شیمی؟ این، و همچنین تمام موضوعات مرتبط ما در این مقاله بحث خواهد شد. ما امیدواریم که که در آن شما خواهد پاسخ به تمام سوالات خود را پیدا کنید.

بنیانگذار نظریه اتمی

که در آن درس شیمی اول آغاز می شود؟ ساختار یک اتم - موضوع اصلی است. شما ممکن است به یاد داشته باشید که کلمه "اتم" از زبان یونانی به عنوان "تفکیک" ترجمه شده است. در حال حاضر، بسیاری از مورخان بر این باورند که برای اولین بار از این نظریه، که گفت: برخی از ذرات کوچک است که چیزی که وجود دارد، دموکریت را تشکیل می دهند ارائه شده است. او در قرن پنجم قبل از میلاد زندگی می کردند.

متاسفانه، این متفکر برجسته عملا هیچ چیز شناخته شده است. این به ما هر منبع نوشته شده از آن زمان رسیده است. و چون از بزرگترین دانشمندان زمان، ایده های خود را، ما باید یاد بگیریم فقط از آثار ارسطو، افلاطون و دیگر متفکران یونانی.

بنابراین موضوع ما - "ساختار اتم." در شیمی، همه رأی بالا بود، اما بسیاری از به یاد داشته باشید که همه نتیجه گیری از دانشمندان باستان تنها بر استنتاج ساخته شد. دموکریت بود استثناء است.

همانطور که من دموکریت استدلال؟

منطق او بسیار ساده در عین حال درخشان بود، اما. تصور کنید که شما بیشترین چاقو در جهان است. شما را به یک سیب، برای مثال، و سپس شروع به آن را قطع: دو نیمه به چهارم، دوباره آنها را تقسیم ... در یک کلام، دیر یا زود شما یک برش ناچیزی از ضخامت است که در ادامه به آنها تقسیم خواهد حال حاضر غیر ممکن است دریافت کنید. در اینجا از آن خواهد شد اتم قابل تقسیم. در شیمی، این ادعا درست است تقریبا به پایان قرن 19 محسوب می شود.

از دموکریت به ایده های مدرن

لازم به ذکر است که از مفاهیم یونان باستان از عالم صغیر تنها یک کلمه "اتم" باقی مانده است. در حال حاضر هر دانش آموز می داند که جهان اطراف ما ساخته شده است تا از بسیار اساسی و جریمه بیشتر است. علاوه بر این، از منظر علم مدرن، نظریه دموکریت چیزی بیش از یک محاسبه کاملا فرضی، توسط قطعا شواهد پشتیبانی نمی بود. با این حال، در آن روز بود هیچ میکروسکوپ های الکترونی وجود دارد، بنابراین اثبات آن به وسیله های دیگر در متفکر می اتفاق نمی افتاد.

اولین سوء ظن است که دموکریت است که در واقع سمت راست وجود دارد در داروخانه ها. آنها به سرعت کشف کردند که بسیاری از مواد را به مؤلفه ساده تر در طول واکنش. علاوه بر این، قواعد شیمیایی شدید از این فرآیندها به ارمغان آورد. بنابراین، آنها متوجه که طول می کشد هشت کسر جرمی اکسیژن و یک آب - هیدروژن (قانون آووگادرو).

در قرون وسطی، هر نظریه ماتریالیستی، از جمله نظریه دموکریت، توزیع و توسعه نمی تواند در همه. و تنها در قرن هجدهم، دانشمندان یک بار دیگر به نظریه اتمی بازگشت. در آن زمان Lavoisier شیمیدان، ما بزرگ M. V. لومونوسوف و با استعداد فیزیکدان انگلیسی D. دالتون (که ما به طور جداگانه بحث خواهد شد)، ادعای قانع کننده به همکاران خود را نشان داده واقعیت اتم. باید تاکید کرد که حتی در نظریه اتمی قرن 18 روشن برای یک مدت طولانی بسیاری از ذهن برجسته آن زمان به طور جدی در نظر گرفته.

هر چه بود، اما حتی این دانشمندان بزرگ هنوز قرار داده نشده رو به جلو تئوری ساختار اتم، به عنوان او و ذرات تقسیم ناپذیر، اساس همه چیز در نظر گرفته شد.

متاسفانه، آزمایش های شیمیایی نمی تواند به وضوح واقعیت از تبدیل از برخی از اتم ها به سایر مواد، اثبات کند. با این حال، علوم پایه در مطالعه ساختار اتم دقیقا شیمی بود. اتم ها و مولکول برای یک مدت طولانی، درخشان دانشمندان روسی، بدون آن غیر ممکن است تصور کنید که علم مدرن پرداخته شده است.

دکترین D. I. Mendeleeva

نقش بزرگی در توسعه دکترین اتمی بازی D. I. مندلیف، که در سال 1869 ایجاد سیستم تناوبی درخشان خود را. یک نظریه شده است به جامعه علمی، که نه تنها رد نمی ارائه شده است، اما مفروضات معقول تکمیل تمام ماتریالیست. حال حاضر در قرن 19، دانشمندان قادر به اثبات وجود الکترون بود. تمام این یافته ها منجر بهترین ذهن در قرن 20 به طور جدی اتم مطالعه است. در شیمی این زمان نیز توسط بسیاری از اکتشافات مشخص شده بود.

اما نظریه Mendeleyev نه تنها به این ارزشمند است. این است که هنوز مشخص نیست که دقیقا چگونه اتمهای عناصر شیمیایی مختلف. اما دانشمند بزرگ روسی قادر به اثبات قطعی که همه آنها بود، بدون استثنا، از نزدیک به یکدیگر مرتبط هستند.

افتتاح دالتون

اما قادر به تفسیر اطلاعات نابرابر چند تنها می تواند Dzhon دالتون، که نام را برای همیشه در کشف قانون خود حک شده است. به طور معمول، دانشمندان تنها رفتار گازها را مطالعه کرده اند، اما طیف وسیعی از منافع آن بسیار گسترده تر بود. در سال 1808 او شروع به انتشار کار اساسی جدید خود را.

این دالتون فرض کرد که هر یک از عناصر شیمیایی مربوط به یک اتم خاص. اما دانشمند، به عنوان بسیاری از قرن دموکریت قبل از او، هنوز هم معتقد بودند که آنها به طور کامل جدا نشدنی هستند. در پیش نویس های بسیاری از آن نقاشی نموداری، که در آن اتم نشان داده شده در شکل گلوله ساده است. این ایده، که بیش از 2500 سال پیش، تقریبا تا به امروز به طول انجامید! با این حال، تنها نسبتا به تازگی آن را دارای ساختار واقعا عمیق اتم کشف شده است. شیمی (درجه 9 به طور خاص) حتی امروز تا حدود زیادی از ایده هایی که اولین بار در قرن 18 ابراز شد هدایت می شود.

تایید تجربی از تقسیم اتم

با این حال، تقریبا همه دانشمندان معتقد بودند که اتم تا پایان قرن 19 - حد که فراتر از آن هیچ چیز وجود دارد. آنها فکر می کردند که اساس همه ایجاد شده است که دقیقا آن. این انواع آزمایش های تسهیل شد: هر کس را می گویند، اما چه تغییراتی تنها مولکول است، در حالی که این میزان با اتم از ماده مطلقا هیچ چیز است که می تواند به سادگی نمی توان توضیح داد شیمی رخ نمی دهد. ساختار اتم های کربن، برای مثال، باقی می ماند حتی در کشورهای مختلف چند شکلی کاملا بدون تغییر.

به طور خلاصه، برای یک مدت طولانی، بود کاملا بدون داده های تجربی که حداقل به طور غیر مستقیم از سوء ظن برخی از دانشمندان که برخی از ذرات بنیادی تر وجود دارد تایید وجود دارد. تنها در قرن 19 (دست کم به لطف تجربه کوری نمی) نشان داده شد که تحت شرایط خاصی اتم های یک عنصر را می توان به دیگر تبدیل شده است. این کشفیات اساس ایده های مدرن در مورد جهان اطراف ما را تشکیل دهند.

کشمش و پودینگ

در سال 1897، جورج. تامسون، فیزیکدان انگلیسی، مشخص شد که در هر اتم است یک مقدار مشخصی از ذرات با بار منفی، که او نیز به نام "الکترون" وجود دارد. در حال حاضر در سال 1904، دانشمند اولین مدل اتمی، که بهتر است تحت عنوان "پودینگ آلو" شناخته شده ایجاد شده است. این نام کاملا دقیق نشان دهنده جوهر. بر اساس نظریه تامسون اتم در شیمی - آن را به یک "کشتی" با بار الکترون و یکنواخت در آن توزیع شده است.

توجه داشته باشید که این مدل در گردش خون حتی در قرن 20 بود. بعد معلوم شد که آن را کاملا اشتباه بود. با این حال، این اولین تلاش آگاهانه برای انسان (و بر مبنای علمی) برای از نو خلق عالم صغیر اطراف آن، ارائه یک مدل از اتم، کاملا ساده و روشن بود.

آزمایش کوری

اعتقاد بر این است که زن و شوهر، پیر و ماریا Kyuri پایه و اساس فیزیک اتمی گذاشته شد. البته، سهم این اشخاص نابغه، در واقع قربانی سلامتی و زندگی خود، نمی توان دست کم می شود، اما تجربیات خود را دور اساسی تر بود. تقریبا به طور همزمان با رادرفورد ثابت کردند که اتم - بسیار پیچیده تر و ساختار ناهمگن. پدیده رادیواکتیویته، که آنها به کاوش، که در مورد آن و بحث است.

در آغاز 1898 ماریا اولین مقاله اختصاص داده شده به تابش منتشر شده است. به زودی مریم و پستها در طول Kyuri نشان داده اند که مخلوطی از ترکیبات کلر اورانیوم و رادیوم شروع به نظر می رسد مواد دیگر، که وجود آن او شک شیمی رسمی. ساختار یک اتم از آن زمان شروع به کشف به صورت جدی.

رویکرد "سیاره ای"

در نهایت رادرفورد تصمیم گرفتیم تا فلزات سنگین اتم بمباران α-ذرات (هلیم کاملا یونیزه). یک دانشمند یک بار پیشنهاد کرد که الکترون نور قادر به تغییر مسیر حرکت ذره است. بر این اساس، پراکندگی ممکن است تنها برخی از اجزای سنگین تر است که ممکن است در هسته اتم شامل شود. بلافاصله، ما توجه داشته باشید که رادرفورد اصلی ادعا نکرد برای تغییر "پودینگ" تئوری. این مدل از اتم بی عیب و نقص در نظر گرفته شد.

بنابراین نتیجه که تقریبا تمام ذرات بدون مشکل تصویب از طریق یک لایه نازک از نقره، آن است که به جای تعجب نیست. که فقط آن را به زودی مشخص شد که برخی از اتم های هلیم فقط 30 درجه منحرف شد. این چیزی بود که می گویند در که شیمی نیست. ترکیب با توجه به اتم تامسون توزیع یکنواخت از الکترون به عهده گرفت. اما این است که به وضوح به پدیده های مشاهده شده برعکس.

این بسیار نادر است، اما برخی از ذرات در یک زاویه، حتی 180 درجه پرواز کرد. رادرفورد در عمیق ترین سرگشتگی بود. پس از همه، آن را به شدت مغایر با "پودینگ"، اتهامی که قرار بود (با توجه به نظریه تامسون) به طور مساوی توزیع شده است. در نتیجه، سایت های شارژ ناهموار است که می تواند هلیوم یونیزه دفع، وجود نداشت.

چه نتیجه گیری رادرفورد آمده است؟

این شرایط دانشمندان را وادار به فکر می کنم که اتم بیشتر خالی است و تنها مرکز تمرکز برخی از آموزش و پرورش با بار مثبت - هسته است. و در آنجا بود که مدل های سیاره ای از اتم، که ادعا موارد زیر است:

• همانطور که قبلا هم گفتم، آن است که در بخش مرکزی از هسته قرار گرفته است، و حجم آن (نسبت به اندازه خود اتم) ناچیز است.
• تقریبا تمام جرم اتمی، و همچنین تمام بار مثبت در هسته یافت می شود.
• الکترون در اطراف آن میچرخد. مهم این است که تعداد آنها به بار مثبت برابر است.

تئوری پارادوکس

همه خوب خواهد بود، اما مدل های اتم می کند انعطاف پذیری باور نکردنی خود را توضیح دهد. باید به خاطر که الکترونها در مدار با شتاب زیاد حرکت می کند. توسط تمام قوانین الکترودینامیک یک شی در طول زمان، باید شارژ خود را از دست بدهند. اگر ما را به حساب اصول نیوتن و ماکسول، الکترونها به طور کلی باید به هسته فرو ریختن، مثل تگرگ بر روی زمین.

البته، چنین چیزی در واقعیت اتفاق می افتد. هر اتم نه تنها کاملا مقاوم در برابر، اما ممکن است زمان کاملا نامحدود وجود دارد، در جایی که هیچ تابش نمی خواهد برود. این تفاوت توسط این واقعیت است که به MicroWorld است ما در حال تلاش برای اعمال قوانینی که تنها در رابطه با مکانیک کلاسیک معتبر هستند توضیح داد. آنها به مقیاس اتمی معلوم پدیده ها قابل اجرا نیست در همه. و از آنجایی که ساختار اتم (شیمی، کلاس 11) نویسندگان کتاب درسی سعی کنید برای توضیح آنجا که ممکن است در کلمات ساده است.

دکترین بور

فیزیکدان دانمارکی، نیلز بور ثابت شده است که در عالم صغیر نمی تواند موضوع را به همان قوانین، مقررات که برای اشیاء ماکروسکوپی معتبر هستند. این ایده خود را که در عالم صغیر از "هدایت" تنها با قوانین کوانتومی بود. البته، پس از آن بود هیچ نظریه کوانتومی خود وجود دارد، اما Bor در واقع شروع جد او، بیان افکار خود را در قالب سه ادعا که "نجات" اتم، به ناچار کشته، اگر او "زندگی می کردند" با توجه به نظریه رادرفورد. این است که به این نظریه مرد دانمارکی اساس همه مکانیک کوانتومی بود.

اصول موضوعه بور

• اولین بار از این می خواند هر سیستم اتمی می تواند تنها در حالت اتمی خاص، و برای هر یک از آنها مقدار مشخصه خاصی از انرژی (E). اگر دولت مانای اتم (آرام)، سپس منتشر می کنند نمی تواند.
• این اصل موضوعه دوم می گوید که انتشار انرژی نور تنها در صورت انتقال از یک حالت با انرژی بیشتر در یک میانه رو تر رخ می دهد. بر این اساس، انرژی آزاد شده به تفاوت ارزش های بین دو کشور ثابت برابر است.

مدل نیلز بور اتم

دانشمند در سال 1913 توسط نظریه semiclassical پیشنهاد شده است. قابل توجه است که در پایه و اساس آن او مدل سیارهای رادرفورد، که مدت کوتاهی قبل از او اتم از ماده توصیف گذاشته شد. ما در حال حاضر گفت که محاسبات مکانیک کلاسیک خلاف رادرفورد: بر اساس آن، آن را در نظر گرفته شد که با گذشت زمان الکترون مطمئن شوید که به روی سطح اتم سقوط بود.

به منظور "دریافت در اطراف" این تناقض، دانشمند به معرفی یک پذیرش خاص است. ذات آن نهفته است در این واقعیت است که تابش انرژی (که قرار بود منجر به سقوط آنها)، الکترون تنها می تواند در هر مدار خاص حرکت می کند. هنگامی که در حال حرکت به عنوان مدار دیگر خود اتم های شیمیایی ادعایی در حالت منفعل بماند. با توجه به نظریه بور، مانند مدارها از نظر کسانی که جنبش نقطه های کمی که به ثابت پلانک برابر بود.

نظریه کوانتومی ساختار اتمی

همانطور که ما گفته اند، تا به امروز، در این دوره از نظریه کوانتومی ساختار اتمی است. شیمی سال های اخیر تنها با او هدایت می شود. این است که در چهار اصل موضوعه اساسی استوار است.

1. اول، دوگانگی (ماهیت گلبول موج) از الکترون است. به عبارت ساده، ذرات رفتار و چگونه جسم مادی (گلبول)، و به عنوان یک موج. همانطور که ذرات دارای بار و جرم خاص است. توانایی الکترون به پراش در مشترک با امواج کلاسیک. این همان طول موج (λ) و سرعت ذرات (V) ممکن است به یکدیگر توسط ویژه دوبروی رابطه مرتبط: λ = H / میلی ولت بود. همانطور که شما ممکن است حدس بزنید، M - جرم الکترون میباشد.

2. مختصات و سرعت ذرات به اندازه گیری با دقت مطلق کاملا غیر ممکن است. با دقت بیشتری تعیین مختصات، بیشتر عدم قطعیت در سرعت. به عنوان، با این حال، و بالعکس. این پدیده به نام هایزنبرگ عدم قطعیت، که می تواند توسط رابطه ی زیر بیان می شود: Δx ∙ ∙ متر Δv> Z / 2 است. دلتا X (Δh) بیان موقعیت عدم اطمینان مختصات در فضا است. بر این اساس، دلتا V (Δv) نشان دهنده خطای سرعت.

3. بر خلاف تمام باور قبلا محبوب، الکترونها را از طریق یک مدار به شدت تعریف به عنوان قطار بر روی ریل عبور نمی کند. نظریه کوانتوم می گوید که یک الکترون می تواند در هر نقطه از فضا است، اما احتمال این برای هر بخش متفاوت است.

که بخشی از فضای طور مستقیم در اطراف هسته اتم که در آن این احتمال حداکثر است است، مداری نامیده می شود. ساختار شیمی مدرن از پوسته الکترونی اتم از مطالعات از این نقطه نظر. البته، مدارس توزیع صحیح از الکترون را از طریق سطوح آموخته است، اما، به احتمال زیاد، در واقع، آنها کاملا متفاوت متفاوت است.

4. هسته شامل یک اتم از ذرات هستهای (پروتونها و نوترونها). شماره سریال از این عنصر در جدول تناوبی نشان دهنده تعداد پروتون های هسته دارد، و مجموع پروتون و نوترون به جرم اتمی برابر است. در اینجا نحوه توضیح ساختار شیمیایی اتم هسته امروز.

بنیانگذاران مکانیک کوانتومی

توجه داشته باشید که دانشمندان که ساخته شده که بزرگترین کمک به توسعه این بخش مهم: فیزیکدان فرانسوی لویی دوبروی، هایزنبرگ آلمان، اتریش، شرودینگر، انگلیسی دیراک. همه این افراد بعد جایزه نوبل شدند.

تا آنجا که به در این طرح مواد شیمیایی رفت؟ ساختار شیمیایی از اتم، بسیاری از کسانی که سال به اندازه کافی ساده در نظر گرفته شد: بسیاری تنها در 1947 در نهایت حقیقت وجود ذرات بنیادی شناخته شده است.

برخی از نتایج

به طور کلی، زمانی که شما ایجاد یک نظریه کوانتومی بود بدون ریاضیدانان نیست، به عنوان تمامی این فرآیندها را می توان تنها با استفاده از محاسبات پیچیده محاسبه می شود. اما مشکل اصلی این است که نقطه نیست. فرآیندهای که توسط این تئوری توضیح داده شد، در دسترس نه تنها به حواس ما، به رغم تمام این فن آوری علمی مدرن، بلکه تخیل است.

هیچ مردی، حتی برخی از می تواند فرآیندهای در عالم صغیر تصور نیست، به عنوان آنها تمام پدیده های است که ما در دنیا مشاهده را دوست ندارم. فقط فکر کنید: آخرین اکتشافات را دلیلی برای فرض کنیم که کوارکها، نوترینو و دیگر ذرات بنیادی در نه بعد وجود داشته باشد (!). به عنوان یک فرد در یک فضای سه بعدی زندگی می کنند، حتی به طور تقریبی می توانید رفتار خود را توصیف می کنید؟

در حال حاضر، ما فقط می توانیم در ریاضی و قدرت کامپیوتر های مدرن، که، شاید، خواهد شد برای شبیه سازی میکرو جهان استفاده می شود تکیه می کنند. به طور قابل ملاحظه کمک می کند و مواد شیمیایی: اتمی ساختار قطعا تجدید نظر خواهد شد، پس از به تازگی دانشمندان در حال کار در این زمینه، گزارش کشف نوع جدیدی از پیوند شیمیایی.

مفهوم مدرن از ساختار اتم

اگر شما با دقت تمام موارد بالا بخوانید، احتمالا خود قادر خواهد بود به آنچه امروز تصویری از ساختار اتم ماده باشد. اما ما توضیح دهید که: آن است که تا حدودی نظریه رادرفورد اصلاح، تکمیل شده توسط احکام ارزشمند از نیلز بور. به عبارت ساده، امروز آن است که در نظر گرفته است که الکترون در یک هرج و مرج، مسیر تاری به دور هسته، است که از نوترون ها و پروتون ساخته شده است. که بخشی از فضای اطراف آن، که در آن الکترون است به احتمال زیاد وقوع است مداری نامیده می شود.

در حالی که ممکن نیست که می گویند که دقیقا چگونه درک ما از ساختار اتمی در آینده تغییر خواهد کرد. هر روز، دانشمندان در حال کار بر روی نفوذ به اسرار عالم صغیر: در LHC (برخورد دهنده بزرگ هادرونی)، جایزه نوبل در فیزیک - همه این نتیجه داده های نظر سنجی است.

اما حتی در حال حاضر ما نمی توانیم تصور و تصویر تقریبی از آنچه که پنهان اتم. روشن است که اتم ها در مقیاس عالم صغیر - یک آپارتمان بزرگ، که در آن ما به جز طبقه اول مورد بررسی قرار، و حتی پس از به طور کامل است. تقریبا در هر سال گزارش هایی امکان باز کردن بیشتر و بیشتر ذرات بنیادی جدید وجود دارد. وقتی که این فرایند از مطالعه از اتم به طور کامل به پایان رسید، نمی خواهد انجام برای پیش بینی یک امروز.

کافی است بگوییم که مفاهیم ما از آنها شروع به تغییر تنها در سال 1947 زمانی که به اصطلاح V-ذرات کشف شده است. پیش از این، مردم فقط کمی عمیق تر نظریه که در آن قرن 19 شیمی بود. ساختار اتم - یک حل پازل جذاب که اشغال بهترین ذهن بشر است.