Atom kimi - një ... Model i atomit. struktura e atomit

Mendime për natyrën e rrethinë filloi të vizitojë njerëzimin gjatë para kulm të qytetërimit modern. Së pari, njerëzit kanë spekuluar në lidhje me ekzistencën e një fuqi më të lartë, të cilat, ata besonin, paracaktuar të gjithë qenien. Por shumë shpejt, filozofët dhe priftërinjtë filluan të mendojnë për faktin e asaj që, në fakt, është shumë e strukturën e ekzistencës. Teoritë janë vendosur, por në një perspektivë historike u bë dominante atomike.

Çfarë është atom në kimi? Kjo, si dhe të gjitha çështjet e lidhura ne do të diskutojmë në këtë artikull. Ne shpresojmë se në atë që ju do të gjeni përgjigje për të gjitha pyetjet tuaja.

Themeluesi i teorisë atomike

Ku kimi parë mësimi fillon? Struktura e një atom - është theme kryesor. Ju mund të mbani mend se fjala "atom" është përkthyer nga gjuha greke si "të pandashme". Tani, shumë historianë besojnë se i pari propozoi teori, e cila tha se disa nga grimcave të vogla që përbëjnë çdo gjë që ekziston, Democritus. Ai jetoi në shekullin e pestë para Krishtit.

Fat të keq, i këtij mendimtari të shquar praktikisht asgjë nuk është e njohur. Ajo nuk na ka arritur ndonjë burim të shkruar të atyre kohërave. Dhe për shkak se idetë e dijetarëve më të mëdhenj të kohës së tij, ne duhet të mësojmë vetëm nga veprat e Aristotelit, Platonit dhe mendimtarëve të tjerë grekë.

Pra, tema jonë - "Struktura e atomit." Në kimi, jo të gjithë kishin vlerësime të larta, por shumë mos harroni se të gjitha konkluzionet e shkencëtarëve të lashtë janë ndërtuar vetëm në konkluzione. Democritus nuk ishte përjashtim.

Si unë arsyetuar Democritus?

Logjika e tij ishte shumë e thjeshtë, por në të njëjtën kohë të shkëlqyer. Paramendoni se ju keni thikë të mprehta në botë. Ju merrni një mollë, për shembull, dhe pastaj të fillojë për të prerë atë: dy gjysmave në lagjet, të ndarë ato përsëri ... Me një fjalë, herët apo vonë ju do të merrni një feta varfër të trashësi që vazhdojnë për të ndarë ato tashmë do të jetë e pamundur. Këtu ajo do të jetë atom pandashme. Në kimi, ky pohim është konsideruar e vërtetë pothuajse deri në fund të shekullit të 19-të.

Nga Democritus të ideve moderne

Duhet të theksohet se nga konceptet e lashta greke e mikrokozmos mbetur vetëm një fjalë "atom". Tani çdo nxënëse e di se bota rreth nesh është e përbërë nga shumë më themelore dhe gjobat. Përveç kësaj, nga perspektiva e shkencës moderne, teoria e Democritus ishte asgjë më shumë se një llogaritje thjesht hipotetike, jo i mbështetur nga absolutisht asnjë dëshmi. Megjithatë, në atë kohë nuk kishte asnjë mikroskopëve elektronike, në mënyrë që të provojë atë me mjete të tjera në mendimtari nuk do të kishte ndodhur.

Dyshimi i parë që Democritus në fakt është e drejtë atje në Kimistë. Ata shpejt zbuloi se shumë prej substancave të thyer poshtë në komponentë të thjeshtë gjatë reagimit. Përveç kësaj, ajo solli regularities rënda kimike të këtyre proceseve. Pra, ata vënë re se ai merr tetë pjesë në masë të oksigjenit dhe një për ujë - hidrogjenit (ligji Avogadro-së).

Në Mesjetë, çdo doktrinë materialist, duke përfshirë teorinë e Democritus, shpërndarjes dhe zhvillimit nuk mund të marrë në të gjitha. Dhe vetëm në shekullin e XVIII, shkencëtarët janë kthyer edhe një herë në teorinë atomike. Nga koha kimisti Lavoisier, tonë të madh M. V. Lomonosov dhe të talentuar English fizikan D. Dalton (të cilat ne do të diskutojmë veç e veç), kanë demonstruar bindshëm për kolegët e tyre realitetin e atomeve. Duhet theksuar se edhe në teorinë shkolluar shekullit të 18 atomike për një kohë të gjatë shumë mendjet shquar të asaj kohe konsiderohet seriozisht.

Çfarëdo ishte, por edhe këta shkencëtarë të mëdhenj nuk e kanë vënë ende përpara teorinë e strukturës së atomit, pasi ai ishte konsideruar si një dhe grimcë e pandashme, bazën e çdo gjëje.

Për fat të keq, eksperimente kimike nuk mund të provojë në mënyrë të qartë realitetin e konvertimit të disa atomeve në substanca të tjera. Megjithatë, shkenca themelore në studimin e strukturës së atomeve ishte pikërisht kimi. Atomeve dhe molekulave janë studiuar për një kohë të gjatë, një shkëlqyer shkencëtarë rusë, pa të cilat është e pamundur të imagjinohet shkencën moderne.

Doktrina D. I. Mendeleeva

Një rol të madh në zhvillimin e doktrinës atomike luajtur D. I. Mendeleev, i cili në vitin 1869 ka krijuar sistemin e tij të shkëlqyer periodik. Një teori është paraqitur në komunitetin shkencor, i cili jo vetëm që nuk e refuzoj, por supozime të arsyeshme të plotësojë të gjitha materialistët. Tashmë në shekullin e 19, shkencëtarët ishin në gjendje për të provuar ekzistencën e elektroneve. Të gjitha këto gjetje udhëhequr mendjet më të mirë të shekullit të 20 për të studiuar seriozisht atom. Në kimi këtë herë u shënua edhe nga shumë zbulime.

Por doktrina e Mendelejev është e vlefshme jo vetëm për këto. Është ende e paqartë saktësisht se si të formuar atomet e elementeve të ndryshme kimike. Por, shkencëtari i madh rus ishte në gjendje për të provuar përfundimisht se ata janë të gjithë, pa përjashtim, janë të lidhura ngushtë me njëra-tjetrën.

hapja Dalton

Por për të të jetë në gjendje për të interpretuar të dhënat e shumta ndryshëm vetëm mund Dzhon Dalton, emri i të cilit është shtypur përgjithmonë në zbulimin e vetë ligjit. Në mënyrë tipike, shkencëtarët kanë studiuar vetëm sjelljen e gazeve, por gama e interesave ka qenë shumë më të gjerë. Në 1808 ai filloi botimin punën e tij të re themelore.

Ajo Daltons supozuar se secili element kimik korrespondon tek një atom specifik. Por shkencëtari, si Democritus shumë shekuj para tij, ende besonin se ata janë plotësisht të pandashme. Në projektet e shumta të saj vizatimet skematike, në të cilin atomet e përfaqësuar në formën e sferave të thjeshta. Kjo ide, e cila filloi më shumë se 2.500 vjet më parë, zgjati pothuajse deri në ditët e sotme! Megjithatë, vetëm relativisht kohët e fundit ajo ka qenë e zbuluar strukturën me të vërtetë të thellë e atomit. Kimi (Grade 9 në veçanti) edhe sot udhëhiqet kryesisht nga idetë që janë shprehur për herë të parë në shekullin e 18.

Vërtetim eksperimental të pjesëtueshmëri të atomeve

Megjithatë, pothuajse të gjitha shkencëtarët besonin se atomi deri në fund të shekullit të 19 - kufiri përtej të cilit nuk ka asgjë. Ata mendonin se baza e gjithë krijimit është pikërisht ajo. Kjo u lehtësua nga një shumëllojshmëri të eksperimenteve: Çfarëdo mund të thuhet, por ajo që ndryshon është vetëm molekula, ndërsa norma me atomet e substancës nuk ka ndodhur absolutisht asgjë që nuk mund të shpjegohet thjesht kimi. Struktura e atome karboni, për shembull, mbetet plotësisht i pandryshuar edhe në gjendje të ndryshme allotropic.

Me pak fjalë, për një kohë të gjatë, nuk kishte absolutisht asnjë të dhëna eksperimentale se të paktën në mënyrë indirekte ka konfirmuar dyshimet e disa shkencëtarëve se ka disa grimca më themelore. Vetëm në 19 shekull (jo më pak në sajë të përvojës së Curies) është treguar se në bazë të caktuar kushtet e atomeve e një element mund të transformohet në tjetrin. Këto zbulime formojnë bazën e ideve moderne për botën rreth nesh.

Rrush të thatë dhe puddings

Në 1897, Xhorxh. Thomson, Anglisht fizikan, ajo u gjet se në çdo atom ka një sasi të caktuar të grimcave të ngarkuara negativisht, të cilën ai gjithashtu i quajtur "elektronet". Tashmë në vitin 1904, shkencëtari krijoi modelin e parë atomike, i cili është i njohur më mirë nën emërtimin "llokum buding". Emri është mjaft saktësi reflekton thelbin. Bazuar në teorinë e atomit në kimi Thomson-së - kjo është një "anije", me të shpërndara në mënyrë uniforme në të ngarkuar dhe elektroneve.

Vini re se ky model ka qenë në qarkullim edhe në shekullin e 20-të. Më vonë doli se ajo ishte absolutisht e gabuar. Megjithatë, kjo ishte përpjekja e parë e vetëdijshme njeriut (dhe në baza shkencore) për të rikrijuar mikrokozmos përreth, duke ofruar një model të atomit, mjaft të thjeshtë dhe të qartë.

eksperimente Curie

Besohet se çifti, Pierre dhe Mariya Kyuri hedhur themelet për fizikën atomike. Sigurisht, kontributi i këtyre njerëzve të gjeniut, në fakt sakrifikuar shëndetin dhe jetën e tij, nuk mund të nënvlerësohet, por përvojat e tyre ishin shumë më themelore. Pothuajse njëkohësisht me Rutherford ata provuar se atom - është shumë më komplekse dhe struktura heterogjene. Fenomeni i radioaktivitetit, të cilat ata hulumtuar, kjo është në lidhje me të dhe të flasin.

Në fillim të 1898, Maria publikoi artikullin e parë kushtuar rrezatimit. Së shpejti Mary dhe Per Kyuri kanë treguar se një përzierje e komponimeve klor të uraniumit dhe radium kanë filluar të shfaqen substanca të tjera, ekzistenca e të cilave ai dyshonte kimi zyrtare. Struktura e një atomi ka filluar që të eksplorojë me zell.

Qasja "Planetary"

Përfundimisht Rutherford vendosur të bëjë metalike rëndë atom Bombardim α-grimca (helium jonizues plotësisht). Një shkencëtar sapo sugjeroi që elektronet të lehta nuk janë në gjendje për të ndryshuar trajektoren e levizjes së grimcave. Prandaj, shpërndarja mund të shkaktojë vetëm disa komponente më të rënda që mund të përmbahen në bërthamën e atomit. Menjëherë, ne vërejmë se Rutherford origjinal nuk pretendojnë për të ndryshuar "buding" teori. Ky model i atomit është konsideruar i patëmetë.

Prandaj rezulton se pothuajse të gjithë grimcat pa probleme kaluar nëpër një shtresë e hollë e argjendi, nuk është befasuar. Kjo është vetëm ajo shumë shpejt u bë e qartë se disa nga atomet e heliumit u shtrembëruar vetëm 30 °. Kjo nuk ishte ajo që do të thotë në atë kohë kimi. Perberja sipas atomin Thomson supozuar shpërndarjen uniforme e elektronesh. Por kjo është e qartë në kundërshtim me dukuritë e vërejtura.

Ajo është shumë e rrallë, por disa grimca fluturoi në një kënd, edhe 180 °. Rutherford ishte në konfuzioni të thellë. Pas të gjitha, ajo e kundërshtoi ashpër "buding", një akuzë e cila ishte menduar të jetë (sipas teorisë Thomson) të shpërndara në mënyrë të barabartë. Rrjedhimisht, vendet e pabarabartë e ngarkuar që mund të sprapsin helium jonizues, kanë munguar.

Çfarë përfundime vijnë Rutherford?

Këto rrethana bëri shkencëtarët të mendojnë se atomi është më së shumti bosh dhe vetëm qendra të përqëndrohet disa arsimin me një pagesë pozitive - kernel. Dhe aty ishte modeli planetar i atomit, i cili postulates në vijim:

• Siç e kemi thënë tashmë, ajo është e vendosur në pjesën qendrore të bërthamës, dhe vëllimin e saj (në lidhje me madhësinë e atomit vetë) është i papërfillshëm.
• Pothuajse të gjithë e masës atomike, si dhe të gjitha ngarkuar pozitive gjenden në bërthamë.
• Elektronet rrotullohen rreth tij. Është e rëndësishme se numri i tyre është i barabartë me ngarkuar pozitive.

teoria paradokse

Të gjithë do të jetë mirë, por modeli i atomit nuk shpjegojnë elasticitetin e tyre të pabesueshme. Ajo duhet të mbahet mend se elektronet lëvizin në orbitat me përshpejtim të madh. Nga të gjitha ligjet e Elektrodinamika një objekt kalimin e kohës, duhet të humbasin ngarkuar e saj. Nëse marrim parasysh postulatet e Njutonit dhe Maxwell, elektronet në përgjithësi duhet të shkërmoqet në thelbin, si breshër në terren.

Sigurisht, një gjë e tillë po ndodh në realitet. Çdo atom jo vetëm mjaft rezistent, por mund të ketë kohë mjaft të pakufizuar, ku nuk ka rrezatim nuk do të shkojnë larg. Kjo mospërputhje shpjegohet me faktin se në Microworld ne jemi duke u përpjekur për të aplikuar ligje që janë të vlefshme vetëm në lidhje me mekanikën klasike. Ata doli të atomike-shkallë fenomene nuk janë të aplikueshme në të gjitha. Dhe për shkak se struktura e atomit (kimi, klasa 11) autorëve të teksteve përpiqen të shpjegojnë sa më shumë të jetë e mundur me fjalë të thjeshta.

Doktrina e Bohr-it

fizikant danez Niels Bohr ka qenë provuar se në mikrokozmos nuk mund të jetë subjekt i të njëjtave ligje, dispozitat e të cilat janë të vlefshme për objektet makroskopike. Kjo ishte ideja e tij se mikrokozmos i "udhëhequr" vetëm nga ligjet kuantike. Sigurisht, atëherë nuk ka pasur vetë teoria kuantike, por Bor në fakt filloi paraardhës të saj, duke shprehur mendimet e tyre në formën e tri postulateve që "shpëtoi" atomin, ai do të vritet në mënyrë të pashmangshme, në qoftë se ai "ka jetuar", sipas teorisë Rutherford së. Është kjo teori Dane ishte baza e të gjitha mekanikës kuantike.

postulatet Bohr

• E para nga këto lexon ndonjë sistem atomike mund të jetë vetëm në shtete të caktuara atomike, dhe për secilën prej tyre një vlerë të caktuar karakteristike të energjisë (E). Nëse gjendja stacionare e atomit (të qetë), atëherë lëshojnë ajo nuk mund të.
• Postulat i dytë thotë se emetimi i energjisë së dritës ndodh vetëm në rast të kalimit nga një shtet me më shumë energji në një më të moderuar. Prandaj, energjia lëshuar është e barabartë me diferencën e vlerave në mes të dy shteteve stacionare.

Niels Bohr model i atomit

shkencëtar sugjeruar në vitin 1913 nga teoria semiclassical. Vlen të përmendet se në themel të saj ai vuri modelin planetare e Radhërfordi, i cili pak para se ai e përshkroi atomin e substancës. Ne tashmë kemi thënë se llogaritjet klasike mekanikë kundërshtim Rutherford: në bazë të saj, ishte supozuar se me kalimin e kohës elektron ishte i sigurt që të bien në sipërfaqen e atomit.

Në mënyrë që të "marrë rreth" këtë kontradiktë, shkencëtari ka prezantuar një pranim të veçantë. Thelbin e saj qëndron në faktin se rrezaton energji (e cila është dashur të çojë në rënien e tyre), elektronet vetëm mund të lëvizin në çdo orbitë të caktuar. Kur lëviz si trajektoret e tyre të tjera atomet e pretenduara kimike mbetet në një gjendje pasive. Sipas teorisë Bohr, orbitat e tilla janë ato lëvizje sasiore pikë e cila ishte e barabartë me konstante Planck 's.

Teoria kuantike e strukturës atomike

Siç e kemi thënë, deri më sot, në rrjedhën e teorisë kuantike e strukturës atomike. Kimi vitet e fundit udhëhiqet vetëm nga ajo. Ajo është e bazuar në katër aksiomat themelore.

1. Së pari, dualiteti (natyra korpuskular-valë) e vetë elektronike. Ta themi thjesht, grimcë sillet dhe si objekt material (a corpuscle), dhe si një valë. Si grimcë ka një pagesë të veçantë dhe në masë. Aftësia e elektroneve në shpërbërje të përbashkët me valët klasike. Kjo gjatësi njëjtën valë (λ) dhe shpejtësia grimcë (v) mund të lidhen me njëri-tjetrin duke special de Broglie lidhje: λ = h / mv. Siç mund mend, m - në masë të elektroneve.

2. koordinatat dhe shpejtësitë e grimcave për të matur me saktësi absolute është absolutisht e pamundur. Llojin e caktuar më saktë të koordinuar, aq më i madh pasiguria në shpejtësinë. Si, megjithatë, dhe anasjelltas. Ky fenomen quhet Heisenberg pasiguri, e cila mund të shprehet me relacionin e mëposhtme: Δx ∙ ∙ m Δv> Z / 2. Delta X (Δh) shprehur pozicion pasiguri koordinatat ne hapesire. Rrjedhimisht, delta V (Δv) përfaqëson gabime shpejtësi të lartë.

3. Në kundërshtim me të gjitha besimin parë popullor, elektronet nuk kalojnë përmes një orbitat e përcaktuara në mënyrë rigoroze si trenat në binarët. Teoria kuantike thotë se një elektron mund të jetë në çdo pikë në hapësirë, por probabiliteti i kësaj është e ndryshme për çdo segment.

Se një pjesë e hapësirës direkt rreth bërthamës atomike në të cilën ky probabilitet është maksimale, quhet syrit. Struktura moderne kimi nga predha elektronike të atomeve të studimeve nga kjo pikëpamje. Natyrisht, shkollat janë mësuar shpërndarjen e saktë të elektroneve nëpër nivele, por, ka shumë të ngjarë, në të vërtetë, ata ndryshojnë krejt ndryshe.

4. bërthamë përfshin një atom të nucleons (protoneve dhe neutroneve). Numri serial i elementit në tabelën periodike tregon numrin e protoneve në bërthamën e saj, dhe shuma e protoneve dhe neutroneve është e barabartë me masën atomike. Ja se si për të shpjeguar strukturën e atomit bërthamë kiminë e sotme.

Themeluesit e mekanikës kuantike

Shënim shkencëtarët që e bëri kontributin më të madh në zhvillimin e këtij sektori të rëndësishëm: fizikanti francez Louis de Broglie, Heisenberg gjermane, austriake, Schrodinger, anglez Dirakut. Të gjithë këta njerëz më vonë u nderua me Çmimin Nobel.

Sa i përket në këtë plan u kimi? Struktura kimike e atomit, shumica e atyre viteve u konsiderua mjaft e thjeshtë: shumë vetëm në vitin 1947 në fund të njohur realitetin e ekzistencës së grimcave elementare.

disa konkluzione

Në përgjithësi, kur ju krijoni një teori kuantike nuk ishte pa Matematikanë, si të gjitha këto procese mund të llogaritet vetëm me përdorimin e llogaritjeve komplekse. Por vështirësia kryesore nuk është pika. Proceset që janë përshkruar në këtë teori, në dispozicion jo vetëm për shqisat tona, pavarësisht nga të gjithë teknologjinë moderne shkencore, por edhe imagjinatës.

Asnjë njeri, madje disa nuk mund të imagjinohet proceset në mikrokozmos, pasi ata nuk e pëlqen të gjitha fenomenet që vërejmë në gjithësi. Vetëm mendoni: zbulimet e fundit japin arsye të supozohet se kuarket, neutrinot dhe grimcat e tjera themelore ekzistojnë në nëntë-dimension (!). Si një person që jeton në një hapësirë tre-dimensionale, mund edhe përafërsisht përshkruajnë sjelljen e tyre?

Në këtë moment, ne mund të mbështetemi vetëm në matematikë dhe fuqinë e kompjuterëve moderne, e cila, ndoshta, do të përdoren për simulim mikro-botërore. Në mënyrë të konsiderueshme ndihmon dhe kimi: atomike Struktura me siguri do të rishikohet, pasi kohët e fundit shkencëtarët që punojnë në këtë fushë, njoftoi zbulimin e një lloji të ri të lidhje kimike.

Koncepti modern i strukturës së atomit

Në qoftë se ju lexoni me kujdes të gjitha të mësipërme, ju ndoshta vetë do të jetë në gjendje të thonë se çfarë sotme pamje të strukturës së atomeve materies. Por ne do të shpjegojmë: ajo është modifikuar disi teorinë e Rutherford, plotësohet porosive të paçmuar të Niels Bohr. Ta themi thjesht, sot konsiderohet se elektronet lëvizin në një kaotike, shtigjet venitën rreth bërthamës, e cila është e përbërë nga neutroneve dhe protoneve. Se një pjesë e hapësirës rreth tij, në të cilën elektron është më e mundshme dukuri quhet orbital.

Ndërsa kjo nuk është e mundur të thuhet saktësisht se si do të ndryshojë të kuptuarit tonë të strukturës atomike në të ardhmen. Çdo ditë, shkencëtarët janë duke punuar në penetrimin në misteret e mikrokozmos: LHC (Large Hadron Collider), Çmimin Nobel në fizikë - e gjithë kjo është rezultat i të dhënave të anketës.

Por edhe tani ne nuk mund ta imagjinojmë dhe foto e përafërt të asaj që ende fshihen atomet. Është e qartë vetëm se atomi vetë në shkallë të mikrokozmos - një ndërtesë të madhe apartament, në të cilën ne shqyrtuar përveç katin e parë, dhe madje edhe atëherë jo plotësisht. Pothuajse çdo vit ka raporte në lidhje me mundësinë e hapjes së më shumë dhe grimcave më të re fillore. Kur procesi i studimit të atomeve do të përfundojë plotësisht, nuk do të ndërmarrë për të parashikuar një sot.

Mjafton të themi se konceptet tona të tyre filloi të ndryshojë vetëm në vitin 1947, kur të ashtuquajturat V-grimca u zbuluan. Para kësaj, njerëzit vetëm pak thelluar teorinë në të cilën shekullit të 19 u bazuar kimi. Struktura e Atom - një mister zgjidhjen interesante të cilat zënë mendjet më të mira të njerëzimit.