Uamuzi chembe na molekuli. Ufafanuzi wa chembe hadi 1932

Kuanzia kipindi kale katikati ya karne ya 18, sayansi ilikuwa inaongozwa na dhana kwamba chembe - chembe ya jambo ambalo haliwezi kugawanywa. English mwanasayansi na mwanaviumbe, na D. Dalton alitoa ufafanuzi wa chembe kama sehemu ndogo ya kipengele kemikali. MV Lomonosov katika mafundisho yake ya atomiki na molekuli alikuwa na uwezo wa kutoa ufafanuzi wa chembe na molekuli. Aliamini kwamba molekuli, ambayo aliita "corpuscles", linajumuisha "vipengele" - atomi - na ni katika mwendo wa mara kwa mara.

D. I. Mendeleev imani kuwa kitengo kidogo hii vitu kwamba kufanya juu ya dunia nyenzo, anakuwa na mali yake yote tu kama si chini ya mgawanyiko. Katika makala hii, sisi kufafanua kitu kama microcosm ya chembe, na kujifunza tabia yake.

Background ya nadharia ya muundo atomiki

Katika karne ya 19, ni alitambua sana kama taarifa juu ya odelbara wa chembe. wanasayansi wengi waliamini kuwa chembe ya moja ya kipengele kemikali katika hali yoyote haiwezi kugeuzwa kuwa atomi ya mambo mengine. Mawazo haya yalikuwa msingi ambayo ilikuwa na makao ufafanuzi wa chembe hadi 1932. Katika karne ya 19 mwishoni mwa sayansi yamefanywa uvumbuzi msingi ambayo iliyopita mtazamo huu. Kwanza kabisa, mnamo mwaka wa 1897 mwanafizikia British J. J. Thomson alikuwa aligundua elektroni. Ukweli huu ni kimsingi iliyopita mawazo ya wanasayansi 'kuhusu sehemu hazigawanyiki ya kipengele kemikali.

Jinsi ya kuthibitisha kwamba chembe muundo magumu

Hata kabla ya ugunduzi wa elektroni , wanasayansi bila kupingwa kukubaliana kwamba atomi na bila malipo. Kisha, ilibainika kuwa elektroni urahisi tofauti na yoyote taka kipengele kemikali. Wanaweza kupatikana katika moto, ni flygbolag ya sasa ya umeme, wao kutolewa vitu wakati wa eksirei mnururisho.

Lakini kama elektroni ni sehemu ya wote bila ubaguzi, na atomi chaji hasi, hivyo, katika chembe kuna baadhi chembe kuwa ni kuhakikisha kuwa na chaji chanya, vinginevyo atomi haitakuwa umeme upande wowote. Kusaidia unravel muundo wa chembe imesaidia jambo kimwili kama mionzi. Alitoa ufafanuzi sahihi wa chembe katika fizikia, na kisha kemia.

rays asiyeonekana

Kifaransa mwanafizikia A. Becquerel alikuwa wa kwanza kuelezea uzushi wa chafu ya atomi ya baadhi ya vipengele kemikali, kuibua asiyeonekana rays. Wao ionize hewa kupita kwa njia ya vifaa, na kusababisha blackening ya sahani za picha. Baadaye, curies na Rutherford iligundua kuwa dutu mionzi ni kubadilishwa katika atomi ya mambo mengine kemikali (kama vile urani - neptunium).

mionzi mionzi ni nonuniform katika utungaji: chembe alpha, chembe beta, gamma rays. Hivyo, jambo la mionzi imeonekana kwamba meza ya upimaji wa mambo chembe na muundo tata. Jambo hili husababishwa na mabadiliko yaliyofanywa na ufafanuzi wa chembe. Nini chembe ni chembe, kutokana na Rutherford kupatikana ukweli mpya ya kisayansi? jibu la swali hili ni mapendekezo msomi nyuklia mfano wa chembe, kulingana na ambayo karibu chaji chanya kiini elektroni hoja.

Utata Rutherford mfano

nadharia ya mwanasayansi, licha tabia yake bora, haikuweza upendeleo kufafanua chembe. Matokeo ya utafiti wake walikuwa kinyume na sheria za msingi za thermodynamics, kulingana na ambayo yote ya elektroni inayozunguka viini kupoteza nguvu zao na, kama inaweza kuwa, mapema au baadaye na kuanguka juu yake. Atom katika kesi hii kuharibiwa. Hii ni kweli si kesi, kwa kuwa kemikali na chembe ambayo wao ni kufanywa, zipo katika asili kwa muda mrefu. Inexplicably chembe uamuzi huo kwa kuzingatia nadharia ya Rutherford, pamoja na uzushi ambao hutokea wakati kupita vitu rahisi moto kwa njia ya diffraction wavu. Baada spectra atomiki sumu kwa wakati mmoja na sura mstari. Hii migogoro na Rutherford mfano wa chembe, kulingana na ambayo wigo bila kuwa endelevu. Kwa mujibu wa dhana ya quantum mechanics, elektroni sasa katika kiini si sifa kama vitu uhakika pamoja na kuwa na mfumo wa elektroni wingu.

Zaidi ya msongamano yake katika mahali maalum fulani cha nafasi zinazozunguka kiini, na ni kuchukuliwa kuwa eneo la chembe kwa wakati huo. Pia, ilibainika kuwa chembe, elektroni katika mpangilio wa safu. idadi ya tabaka iweze kutambulika kwa kujua namba ya kipindi ambapo kipengele katika Upimaji D. I. Mendeleeva Mfumo. Kwa mfano, fosforasi chembe ina 15 elektroni na ina viwango vya nguvu tatu. kiashiria, ambayo huamua idadi ya ngazi ya nishati inaitwa kuu quantum idadi.

Ilianzishwa kimajaribio kuwa kiwango nishati ya elektroni, iliyoko karibu na msingi, na nishati ya chini. Kila ganda nishati imegawanywa katika ngazi ndogo, na wao, kwa upande wake, juu ya mizunguko. Elektroni ziko katika orbitals tofauti na huo mfumo mawingu (s, s, d, f).

Kulingana na hayo, kwa sababu hiyo sura ya elektroni wingu hawezi kuwa kiholela. Ni madhubuti kuamua kulingana na orbital idadi quantum. Sisi kuongeza pia kwamba hali ya elektroni ya chembechembe pia ni kuamua na thamani mbili - magnetic na spin namba quantum. kwanza ni misingi ya Schrodinger equation na sifa ya mwelekeo wa anga elektroni wingu kwa misingi ya tatu dimensionality ya dunia yetu. kiashiria cha pili - Idadi ya spin juu yake kuamua mzunguko elektroni kuzunguka mhimili wake au kinyume saa.

ugunduzi wa nutroni

Kupitia kazi ya D. Chadwick, uliofanyika katika mwaka wa 1932, ilipewa ufafanuzi mpya ya chembe katika kemia na fizikia. Katika tafiti wao wa kisayansi alithibitisha kwamba katika mpasuko hutokea mionzi polonium unasababishwa na chembechembe kuwa bila malipo, wingi 1.008665. mpya ya msingi chembe ilikuwa jina nutroni. ugunduzi wake na kujifunza sifa zake kuruhusiwa wanasayansi wa Urusi V. Gapon na Ivanenko kujenga nadharia mpya ya muundo wa kiini atomia, zenye protoni, nyutroni.

Kwa mujibu wa nadharia mpya, kuamua dutu na chembe zifuatazo kuunda kitengo cha miundo ya kipengele kemikali, yenye msingi zenye protoni, nyutroni na elektroni kusonga pembezoni. idadi ya chembe chanya katika kiini daima sawa na idadi ya makutano ya kipengele kemikali katika mfumo mara kwa mara.

Baadaye Profesa Zhdanov katika majaribio yake alithibitisha kuwa chini ya ushawishi wa mionzi ngumu cosmic, viini atomia ni umegawanyika katika protoni, nyutroni. Aidha, imekuwa imeonekana kwamba vikosi kufanya chembe hizi msingi katika kiini, ni sana nishati kubwa. Zinafanya kazi katika umbali mfupi sana (ya amri ya 10 ^-23 cm), iitwayo kinuklia. Kama ilivyoelezwa hapo awali, na MV Lomonosov alikuwa na uwezo wa kutoa ufafanuzi wa chembe na molekuli kwa misingi ya ukweli wa kisayansi anajulikana kwa yeye.

Kwa sasa kutambuliwa kufikiria mfano zifuatazo: chembe lina kiini na elektroni kusonga kuzunguka katika njia madhubuti defined - mizunguko. Elektroni kwa wakati mmoja kuonyesha tabia za chembechembe zote mbili na mawimbi, yaani, kuwa na asili mbili. kiini cha atomi ni kujilimbikizia karibu wote wingi wake. Lina protoni, nyutroni kuhusishwa na vikosi kinuklia.

Kama inawezekana uzito chembe

Ni zinageuka kuwa kila chembe ina molekuli. Kwa mfano, ni ya Hidrojeni 1,67h10 ^-24 ilikuwa hata vigumu kudhani ndogo thamani hii. Kupata uzito wa kitu, wala kutumia mizani, na oscillator, ambayo ni carbon nanotube. Mahesabu ya uzito wa chembe na molekuli zaidi rahisi kiasi ni uzito jamaa. Inaonyesha mara ngapi uzito wa molekuli au chembe zaidi 1/12 ya carbon chembe, ambayo ni 1,66h10 ^-27 kilo. Jamaa raia atomiki wanapewa katika meza ya upimaji wa mambo ya kemikali, na hawana mwelekeo.

Wanasayansi ni vema kwamba uzito atomiki ya kipengele kemikali - ni wastani wingi idadi ya isotopu. Inaonekana, kwa asili ya kitengo moja ya kipengele kemikali kuwa raia mbalimbali. Hivyo madai ya viini ya vile miundo chembe moja.

Wanasayansi wamegundua kwamba isotopu hutofautiana katika idadi ya nyutroni katika kiini na viini malipo yao kufanana. Kwa mfano, klorini chembe, baada ya umati 35 zilizomo manane 18 na 17 protons, na kwa wingi wa 37-20 protons na 17 nyutroni. kemikali vipengele wengi mchanganyiko isotopu. Kwa mfano, vitu rahisi kama vile potassium, Argon, oksijeni zilizomo katika utungaji atomi yake anayewakilisha 3 isotopu tofauti.

Uamuzi wa atomicity

Ina tafsiri kadhaa. Fikiria nini maana ya neno hili katika kemia. Kama atomi ya kipengele kemikali inaweza angalau kwa muda mfupi zipo katika kutengwa, hana huwa na kuunda chembe ngumu zaidi - molekuli, basi sisi kusema kwamba vitu kama na muundo atomiki. Kwa mfano, hatua mbalimbali kutibu majibu ya methane. Ni sana kutumika katika kemia ya kikaboni yalijengwa kwa ajili ya kuu derivat halogen: ACETONE, dioksidi tetrakloridi. Ni umegawanyika klorini molekuli na atomi kuwa na high reactivity. Wao kuharibu sigma dhamana katika methane molekuli, kutoa mlolongo badala majibu.

Mfano mwingine wa mchakato kemikali kuwa na umuhimu mkubwa katika sekta ya - matumizi ya peroksidi hidrojeni kama Disinfectant na blekning kikali. Uamuzi wa oksijeni atomia kama Nembo zao la peroksidi hidrojeni hutokea katika seli zote mbili kuishi (na kimeng'enya katalesi), na katika maabara. Atomiki oksijeni kimaelezo kuamua na antioxidant yake mali ya juu na uwezo wao wa kuharibu mawakala kusababisha magonjwa: Bakteria, fungi na spora zao.

Jinsi bahasha ya nyuklia

Sisi awali iligundua kuwa kitengo cha miundo ya kipengele kemikali ina muundo tata. Around chaji chanya chembe kiini yanahusu elektroni hasi. Tuzo ya Nobel Niels Bohr, kwa kuzingatia quantum nadharia ya mwanga, iliyoundwa mafundisho, ambapo Tabia na utambuzi wa atomi ni: elektroni kusonga zinazozunguka kiini tu kwa baadhi ya njia za kudumu katika kesi hii si kung'ara nishati. Bohr, wanasayansi umeonyesha kuwa chembe ya MicroWorld, ambayo ni pamoja atomi na molekuli wasiotii sheria halali kwa miili kubwa - vitu macrocosm.

muundo wa maganda ya elektroni ya chembe imekuwa alisoma katika magazeti juu ya wanasayansi fizikia quantum kama vile Hund, Pauli Klechkovskii. Tangu kujulikana kwamba elektroni kufanya mwendo rotational zinazozunguka kiini si machafuko, lakini kwa baadhi ya njia za kudumu. Pauli iligundua kuwa ndani ya ngazi ya nishati moja katika kila ya orbitals s yake, s, d, f katika seli za elektroniki inaweza kuwa si zaidi ya mbili chaji hasi chembe ya kinyume spin thamani + ½ na - ½.

utawala Hund alieleza jinsi ya kujaza elektroni orbitals na kiwango nishati hiyo.

Aufbau kanuni, pia hujulikana utawala n + l, kueleza jinsi kujazwa orbitals multielectron atomi (mambo 5, 6, 7 mizunguko). Yote kanuni, juu lilikuwa kama msingi wa nadharia ya mambo ya kemikali iliyoundwa na Dmitriem Mendeleevym.

shahada oxidation

Ni dhana ya msingi katika kemia na inaelezea hali ya chembe katika molekuli. ufafanuzi wa kisasa wa kiasi cha oxidation ya atomi ni kama ifuatavyo: malipo ni masharti atomi katika molekuli, ambayo ni mahesabu ya msingi juu ya dhana kwamba molekuli ina tu utungaji ionic.

oxidation inaweza walionyesha kwa integer au namba za sehemu, maadili mazuri, hasi au sifuri. Katika atomi zaidi ya mambo ya kemikali na mataifa oxidation kadhaa. Kwa mfano, nitrojeni ni -3, -2, 0, 1, +2, 3, 4, +5. Lakini kama kipengele, kama vile florini, katika yote ya misombo yake ina moja tu oxidation hali sawa na -1. Kama ni iliyotolewa dutu rahisi, oxidation hali yake ya sifuri. Hii kiasi kemikali rahisi kutumia kwa ajili ya uainishaji wa vitu na kuelezea sifa zao. Katika hali nyingi, oxidation kiasi cha kemia kutumika katika kuanzisha athari milinganyo redox.

mali ya atomi

Shukrani kwa uvumbuzi wa quantum fizikia, ufafanuzi wa kisasa wa chembe, ambayo ni misingi ya nadharia Ivanenko na Gapon E, zikisaidiwa kwa kufuata ukweli wa kisayansi. muundo wa kiini atomia si kubadilishwa wakati wa athari za kemikali. mabadiliko huathiri tu stationary elektroni mizunguko. muundo wao unaweza kuhusishwa na mengi ya kimwili na kemikali ya vitu. Kama elektroni majani obiti stationary na kuendelea orbital na ya juu ya nishati chembe hizo inaitwa msisimko.

Ikumbukwe kwamba elektroni hawezi kuwa kwa muda mrefu juu ya orbitals haya yasiyo ya msingi. Kurudi kwa mzunguko wake stationary, elektroni hutoa quantum cha nishati. utafiti wa tabia kama hiyo ya vipande miundo ya mambo ya kemikali kama elektroni mshikamano, electronegativity, ionization nishati, imeruhusu wanasayansi si tu kufafanua chembe kama muhimu chembe microcosm, lakini pia ruhusa ya kueleza uwezo wa atomi kuunda imara na kwa nguvu zaidi mazuri Masi hali ya jambo hilo, inawezekana matokeo ya kujenga aina yoyote ya imara minyororo ya kemikali: ionic, covalent-polar na apolar, mfadhili-ya kukubali (kama aina covalent bonding) na m etallicheskoy. mwisho huamua muhimu kimwili na kemikali ya madini.

Ilianzishwa kimajaribio kwamba ukubwa wa chembe inaweza kutofautiana. All itategemea molekuli ambayo ni pamoja. Kwa njia ya X-ray diffraction uchambuzi unaweza kuhesabu ya umbali kati ya atomi katika kiwanja kemikali, ikiwa ni pamoja na kujifunza Radius miundo kipengele kitengo. Kumiliki mifumo ya mabadiliko ya radii chembe zilizomo katika kipindi au kikundi cha mambo ya kemikali, inawezekana kutabiri mali zao kimwili na kemikali. Kwa mfano, katika kipindi na kuongeza kiini atomia malipo radii yao kupungua ( "compression chembe"), na kwa hiyo kudhoofisha chuma mali ya misombo, na nonmetallic alijiinua.

Hivyo, elimu ya muundo wa chembe inaweza kuamua kwa usahihi tabia za kimaumbile na kemikali ya sehemu zote pamoja na katika mfumo wa mara kwa mara ya vipengele.