Penentuan atom dan molekul. Definisi dari sebuah atom sampai 1932

Mulai dari periode kuno ke pertengahan abad ke-18, ilmu pengetahuan didominasi oleh gagasan bahwa atom - partikel materi yang tidak dapat dibagi. ilmuwan Inggris dan naturalis, dan D. Dalton memberikan definisi atom sebagai bagian terkecil dari suatu unsur kimia. MV Lomonosov dalam doktrin atom dan molekul mampu memberikan definisi dari atom dan molekul. Dia yakin bahwa molekul, yang ia sebut "corpuscles", terdiri dari "unsur-unsur" - atom - dan berada dalam gerakan konstan.

D. I. Mendeleev percaya bahwa subunit ini zat yang membentuk dunia materi, mempertahankan semua sifat-sifatnya hanya jika tidak dikenakan divisi. Pada artikel ini, kita mendefinisikan sebuah objek sebagai mikrokosmos atom, dan mempelajari sifat-sifatnya.

Latar belakang dari teori struktur atom

Pada abad ke-19, secara luas diakui sebagai pernyataan di terpisahkan dari atom. Kebanyakan ilmuwan percaya bahwa partikel satu unsur kimia dalam keadaan apapun tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain. Ide-ide ini adalah dasar yang didasarkan definisi atom sampai 1932. Pada akhir abad ke-19 dalam ilmu telah membuat penemuan fundamental yang mengubah pandangan ini. Pertama-tama, pada tahun 1897 fisikawan Inggris Joseph John Thomson telah menemukan elektron. Fakta ini secara fundamental mengubah ide-ide ilmuwan tentang bagian tak terpisahkan dari unsur kimia.

Bagaimana membuktikan bahwa struktur yang kompleks atom

Bahkan sebelum penemuan elektron , para ilmuwan dengan suara bulat setuju bahwa atom tidak memiliki muatan. Kemudian, ditemukan bahwa elektron dengan mudah dibedakan dari setiap unsur kimia yang diinginkan. Mereka dapat ditemukan di api, mereka adalah pembawa arus listrik, mereka melepaskan zat selama radiasi x-ray.

Tetapi jika elektron adalah bagian dari semua tanpa kecuali, dan atom bermuatan negatif, sehingga, dalam sebuah atom ada beberapa partikel yang yakin untuk memiliki muatan positif, jika atom tidak akan netral. Untuk membantu mengungkap struktur atom telah membantu fenomena fisik radioaktivitas. Ini memberi definisi yang benar dari atom dalam fisika, dan kemudian kimia.

Sinar tak terlihat

Perancis fisikawan A. Becquerel adalah yang pertama untuk menggambarkan fenomena emisi atom dari beberapa unsur kimia, visual sinar tak terlihat. Mereka mengionisasi lulus udara melalui materi, menyebabkan penghitaman pelat fotografi. Kemudian, Curie dan Rutherford menemukan bahwa zat radioaktif berubah menjadi atom elemen lain kimia (seperti uranium - neptunium).

radiasi radioaktif adalah seragam dalam komposisi: partikel alpha, partikel beta, sinar gamma. Dengan demikian, fenomena radioaktivitas membuktikan bahwa tabel periodik partikel elemen memiliki struktur yang kompleks. Fakta ini menyebabkan perubahan yang dibuat untuk definisi atom. Apa partikel adalah atom, yang diberikan oleh Rutherford diperoleh fakta-fakta ilmiah baru? Jawaban atas pertanyaan ini adalah model yang sarjana nuklir yang diusulkan dari atom, yang menurut sekitar elektron inti bermuatan positif bergerak.

Model kontradiksi Rutherford

Teori ilmuwan, meskipun karakter yang luar biasa, tidak bisa obyektif menentukan atom. temuannya itu bertentangan dengan hukum dasar termodinamika, yang menurutnya semua elektron mengorbit inti kehilangan energi mereka dan, karena mungkin, cepat atau lambat harus jatuh pada dirinya. Atom dalam kasus ini hancur. Ini sebenarnya tidak terjadi, karena bahan kimia dan partikel dari mana mereka dibuat, ada di alam untuk waktu yang lama. Entah kenapa atom penentuan tersebut berdasarkan teori Rutherford, serta fenomena yang terjadi ketika melewati zat sederhana panas melalui kisi difraksi. Setelah spektra atom yang terbentuk pada saat yang sama memiliki bentuk linear. Ini bertentangan dengan model Rutherford atom, yang menurut spektrum harus terus menerus. Menurut konsep mekanika kuantum, elektron hadir dalam nukleus tidak ditandai sebagai titik obyek serta memiliki bentuk awan elektron.

Sebagian besar densitasnya dalam lokus tertentu ruang di sekitar inti, dan dianggap menjadi lokasi partikel pada waktu tertentu. Juga, ditemukan bahwa atom, elektron disusun berlapis-lapis. Jumlah lapisan dapat ditentukan dengan mengetahui jumlah periode di mana elemen dalam periodik D. I. Sistem Mendeleeva. Sebagai contoh, atom fosfor mengandung 15 elektron dan memiliki tiga tingkat energi. Indikator, yang menentukan jumlah tingkat energi disebut bilangan kuantum utama.

Didirikan eksperimental bahwa tingkat energi elektron, yang terletak paling dekat dengan inti, memiliki energi terendah. Setiap shell energi dibagi menjadi sub-tingkat, dan mereka, pada gilirannya, pada orbital. Elektron terletak di orbital yang berbeda memiliki bentuk awan yang sama (s, p, d, f).

Berdasarkan hal tersebut di atas, berikut bahwa bentuk awan elektron tidak bisa sembarangan. Hal ini sangat ditentukan sesuai dengan orbital bilangan kuantum. Kami menambahkan juga bahwa keadaan elektron untuk partikulat tersebut juga ditentukan oleh dua nilai - magnetik dan spin bilangan kuantum. Yang pertama didasarkan pada persamaan Schrodinger dan ciri orientasi spasial dari awan elektron atas dasar tiga-dimensi dari dunia kita. Indikator kedua - jumlah spin pada itu menentukan rotasi elektron di sekitar sumbu atau berlawanan arah jarum jam.

Penemuan neutron

Melalui karya D. Chadwick, menahan mereka di tahun 1932, itu diberikan definisi baru dari atom dalam kimia dan fisika. Dalam percobaan ilmiah mereka ia membuktikan bahwa di belahan dada terjadi radiasi polonium yang disebabkan oleh partikel-partikel yang tidak memiliki muatan, massa 1,008665. Sebuah partikel dasar baru bernama neutron. penemuan dan studi tentang sifat-sifatnya nya memungkinkan para ilmuwan Soviet V. Gapon dan Ivanenko membuat teori baru tentang struktur inti atom, yang mengandung proton dan neutron.

Menurut teori baru, menentukan substansi memiliki atom berikut membentuk unit struktural dari unsur kimia, yang terdiri dari inti yang mengandung proton, neutron dan elektron yang bergerak di sekitarnya. Jumlah partikel positif inti selalu sama dengan jumlah ordinal dari unsur kimia dalam sistem periodik.

Kemudian Profesor Zhdanov dalam percobaan menegaskan bahwa di bawah pengaruh radiasi kosmik keras, inti atom dibagi menjadi proton dan neutron. Selain itu, telah terbukti bahwa kekuatan memegang partikel elementer dalam inti, hal ini sangat energi intensif. Mereka bertindak atas jarak yang sangat pendek (dari urutan 10 ^-23 cm), yang disebut nuklir. Seperti disebutkan sebelumnya, oleh MV Lomonosov mampu memberikan definisi dari atom dan molekul atas dasar fakta-fakta ilmiah dikenal kepadanya.

Saat ini diakui mempertimbangkan model berikut: atom terdiri dari inti dan elektron yang bergerak di sekitar itu di jalur didefinisikan secara ketat - orbital. Elektron pada saat yang sama menunjukkan sifat-sifat baik partikel dan gelombang, yaitu, memiliki sifat ganda. Inti dari sebuah atom terkonsentrasi hampir semua massa. Ini terdiri dari proton dan neutron yang berhubungan dengan kekuatan nuklir.

Apakah mungkin untuk menimbang atom

Ternyata bahwa setiap atom memiliki massa. Sebagai contoh, itu adalah Hidrogen 1,67h10 ^-24 bahkan sulit untuk membayangkan bagaimana kecil nilai ini. Untuk menemukan berat benda, tidak menggunakan timbangan badan, dan osilator, yang merupakan nanotube karbon. Untuk menghitung berat atom dan molekul lebih kuantitas nyaman adalah berat relatif. Ini menunjukkan berapa kali berat molekul atau atom lebih dari 1/12 dari atom karbon, yang merupakan 1,66h10 ^-27 kg. massa atom relatif diberikan dalam tabel periodik unsur kimia, dan mereka tidak memiliki dimensi.

Para ilmuwan menyadari bahwa berat atom dari unsur kimia - adalah jumlah massa rata-rata isotop. Tampaknya, dalam sifat satu unit dari unsur kimia mungkin memiliki massa yang berbeda. Dengan demikian tuduhan inti partikel struktural seperti yang sama.

Para ilmuwan telah menemukan bahwa isotop berbeda dalam jumlah neutron di dalam inti dan inti biaya mereka identik. Sebagai contoh, atom klorin, memiliki massa 35 terkandung 18 neutron dan 17 proton, dan dengan massa 37-20 proton dan 17 neutron. Banyak unsur kimia adalah campuran isotop. Sebagai contoh, zat sederhana seperti kalium, argon, oksigen yang terkandung dalam atom komposisi yang mewakili 3 isotop yang berbeda.

Penentuan atomicity

Ini memiliki beberapa interpretasi. Pertimbangkan apa yang dimaksud dengan istilah ini dalam kimia. Jika atom-atom dari unsur kimia dapat setidaknya sejenak ada di isolasi, tidak cenderung membentuk partikel yang lebih kompleks - molekul, maka kita mengatakan bahwa zat-zat tersebut memiliki struktur atom. Misalnya, multi-tahap reaksi klorinasi metana. Hal ini banyak digunakan dalam kimia sintetik organik untuk turunan halogen utama: diklorometana, karbon tetraklorida. Hal ini memisahkan molekul klorin untuk atom memiliki reaktivitas tinggi. Mereka menghancurkan ikatan sigma dalam molekul metana, memberikan reaksi berantai substitusi.

Contoh lain dari proses kimia yang memiliki penting dalam industri - penggunaan hidrogen peroksida sebagai desinfektan dan pemutihan agen. Penentuan oksigen atom sebagai produk pembelahan hidrogen peroksida terjadi baik pada sel-sel hidup (oleh enzim katalase), dan di laboratorium. atom oksigen secara kualitatif ditentukan oleh sifat antioksidan yang tinggi dan kemampuan mereka untuk menghancurkan agen patogen: Bakteri, jamur dan spora mereka.

Bagaimana amplop nuklir

Kami sebelumnya telah menemukan bahwa unit struktural unsur kimia memiliki struktur yang kompleks. Sekitar partikel inti bermuatan positif berputar elektron negatif. Hadiah Nobel Niels Bohr, berdasarkan teori kuantum cahaya, menciptakan sebuah ajaran, dimana karakterisasi dan identifikasi atom adalah sebagai berikut: elektron yang bergerak di sekitar inti hanya pada jalur tetap tertentu dalam hal ini tidak memancarkan energi. Bohr, para ilmuwan telah menunjukkan bahwa partikel microworld, yang meliputi atom dan molekul tidak mematuhi hukum yang berlaku untuk badan besar - objek makrokosmos.

Struktur kulit elektron partikulat telah dipelajari di makalah tentang ilmuwan fisika kuantum seperti Hund, Pauli Klechkovskii. Sejak menjadi diketahui bahwa elektron membuat gerak rotasi di sekitar inti tidak kacau, tapi di jalan tetap tertentu. Pauli menemukan bahwa dalam tingkat energi tunggal pada setiap orbital s nya, p, d, f dalam sel elektronik mungkin tidak lebih dari dua partikel bermuatan negatif dari berlawanan berputar nilai + ½ dan - ½.

aturan Hund menjelaskan bagaimana untuk mengisi orbital elektron dengan tingkat energi yang sama.

Prinsip Aufbau, juga disebut aturan n + l, menjelaskan bagaimana orbital diisi multielectron atom (unsur 5, 6, 7 siklus). Semua keteraturan di atas menjabat sebagai dasar teori unsur kimia yang dibuat oleh Dmitriem Mendeleevym.

gelar oksidasi

Ini adalah konsep fundamental dalam kimia dan menggambarkan keadaan sebuah atom dalam molekul. Definisi modern dari tingkat oksidasi atom adalah sebagai berikut: muatan atom dalam molekul, yang dihitung berdasarkan konsep-konsep yang molekul hanya memiliki komposisi ionik AC.

Oksidasi dapat dinyatakan dengan integer atau nomor pecahan, nilai-nilai positif, negatif atau nol. Dalam kebanyakan atom dari unsur kimia memiliki beberapa oksidasi. Misalnya, nitrogen adalah -3, -2, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Tapi elemen seperti itu, seperti fluor, dalam semua senyawanya hanya memiliki satu keadaan oksidasi sama dengan -1. Jika itu disajikan zat sederhana, oksidasi nya nol. jumlah kimia ini nyaman digunakan untuk klasifikasi zat dan untuk menggambarkan sifat mereka. Dalam kebanyakan kasus, tingkat oksidasi kimia yang digunakan dalam mendirikan reaksi persamaan redoks.

Sifat-sifat atom

Berkat penemuan-penemuan fisika kuantum, definisi modern dari atom, yang didasarkan pada teori Ivanenko dan Gapon E, dilengkapi dengan fakta-fakta ilmiah berikut. Struktur inti atom tidak berubah selama reaksi kimia. Perubahan ini hanya mempengaruhi orbital elektron stasioner. struktur mereka dapat dikaitkan dengan banyak sifat fisik dan kimia zat. Jika elektron meninggalkan orbit stasioner dan hasil untuk orbital dengan energi atom tersebut lebih tinggi disebut bersemangat.

Perlu dicatat bahwa elektron tidak dapat menjadi waktu yang lama pada orbital non-inti ini. Kembali ke orbit stasioner nya, elektron memancarkan kuantum energi. Studi tentang karakteristik seperti unit struktural unsur-unsur kimia sebagai afinitas elektron, keelektronegatifan, energi ionisasi, telah memungkinkan para ilmuwan tidak hanya untuk menentukan atom sebagai mikrokosmos partikel penting, tetapi juga memungkinkan mereka untuk menjelaskan kemampuan atom untuk membentuk sebuah negara molekul yang stabil dan penuh semangat yang lebih menguntungkan materi, konsekuensi yang mungkin dari menciptakan jenis ikatan kimia yang stabil: ionik, kovalen polar dan apolar, donor-akseptor (sebagai spesies ikatan kovalen) dan m etallicheskoy. Yang terakhir menentukan sifat fisik dan kimia yang paling penting dari logam.

Didirikan eksperimental bahwa ukuran sebuah atom bisa bervariasi. Semua akan tergantung pada molekul yang disertakan. Melalui X-ray analisis difraksi dapat menghitung jarak antara atom dalam senyawa kimia, serta belajar radius satuan elemen struktur. Memiliki pola perubahan jari-jari atom yang terkandung dalam periode atau kelompok unsur kimia, adalah mungkin untuk memprediksi sifat fisik dan kimianya. Misalnya, dalam periode dengan meningkatnya inti atom biaya penurunan jari-jari mereka ( "atom kompresi"), dan karena itu melemahkan sifat logam dari senyawa, dan bukan logam diperkuat.

Dengan demikian, pengetahuan tentang struktur atom dapat secara akurat menentukan sifat fisik dan kimia dari semua elemen termasuk dalam sistem periodik unsur.