כימית Atom - A ... דגם של האטום. מבנה האטום

מחשבות על מהות הסביבה החלו לבקר האנושות הרבה לפני השיא של הציוויליזציה המודרנית. ראשית, אנשים העלו השערות לגבי קיומו של כוח עליון, אשר, הם האמינו, מראש את כל ישותו. אבל די בקרוב, פילוסופים ואנשי דת החלו לחשוב על העובדה של מה, בעצם, הוא במרקם מאוד של קיום. תיאוריות נקבעו, אבל בפרספקטיבה היסטורית הפך דומיננטי אטומי.

מהו האטום בכימיה? זה, כמו גם את כל הנושאים הקשורים נדון במאמר זה. אנו מקווים כי זה תוכל למצוא תשובות לכל השאלות שלך.

מייסד התיאוריה האטומית

איפה השיעור בכימיה הראשונה מתחיל? המבנה אטום - הוא הנושא המרכזי. ייתכן לזכור שהמילה "אטום" מתורגם מהשפה היוונית כמו "ניתן לחלוקה". עכשיו, היסטוריונים רבים מאמינים כי הציע לראשונה את התיאוריה, אשר אמר כמה חלקיקים זעירים שמרכיבים את כל מה שקיים, דמוקריטוס. הוא חי במאה החמישית לפני הספירה.

למרבה הצער, של הוגה זה יוצא מן הכלל כמעט הדבר אינו ידוע. זה לא הגיע אלינו מכל מקור בכתב של הזמנים ההם. ומכיוון מגדולי החוקרים של זמנו, רעיונות, אנחנו צריכים ללמוד רק מתוך עבודותיו של אריסטו, אפלטון והוגים יוונים אחרים.

אז הנושא שלנו - "מבנה האטום." בכימיה, לא לכולם היה רייטינג גבוה, אך רבים זוכר כי כל המסקנות של המדענים העתיקים נבנו אך ורק על מסקנות. דמוקריטוס לא היה יוצא מן הכלל.

בעודי מנומק דמוקריטוס?

ההיגיון שלו היה מאוד פשוט, אבל באותו הזמן מבריק. דמיין שיש לך את הסכין החדה ביותר בעולם. אתה לוקח תפוח, למשל, ולאחר מכן להתחיל לחתוך אותו: שני חצאים לרבעים, לחלק אותם שוב ... במילה אחת, במוקדם או במאוחר תקבל פרוסות דלות של עובי שממשיכים להפריד אותם כבר יהיה בלתי אפשרי. הנה זה יהיה אטום לחלוקה. בכימיה, קביעה זו נחשבת נכונה כמעט עד סוף המאה ה -19.

מאת דמוקריטוס לרעיונות מודרניים

יצוין כי מן המושגים היווניים העתיקים של המיקרוקוסמוס נשאר רק מילה אחת "אטום". עכשיו כל ילד יודע כי העולם סביבנו מורכב הרבה יותר יסודי וקנסות. כמו כן, מנקודת המבט של המדע המודרני, התיאוריה של דמוקריטוס היה לא יותר מאשר חישוב היפותטית גרידא, לא נתמך על ידי שום ראיות. עם זאת, בימים ההם לא היה מיקרוסקופ אלקטרונים, כך להוכיח את זה באמצעים אחרים על ההוגה לא היה קורה.

החשד הראשון דמוקריטוס היא נוכחת בבית הכימאים. הם גילו במהרה כי רבים של חומרים ותתפרק למרכיבים פשוטים יותר במהלך התגובה. בנוסף, זה הביא סדירויות כימיות חמורות של תהליכים אלה. אז, הם הבחינו כי זה לוקח שמונה שבריר המוני של חמצן ואחד מים - מימן (חוק אבוגדרו).

בימי הביניים, כל הדוקטרינה המטריאליסטית, כולל התיאוריה של דמוקריטוס, ההפצה והפיתוח לא יכול לקבל בכלל. ורק במאה ה XVIII, מדענים שוב חזר התיאוריה האטומית. עד הכימאי לבואזיה, שלנו גדול מ V. לומונוסוב ו פיזיקאי אנגלי מוכשר ד דלטון (אשר נדונו בנפרד), הוכיח באופן משכנע לעמיתיהם המציאות של אטומים. יודגש כי גם התאוריה האטומית המאה הנאורה -18 במשך זמן רב מוחות רבים מצטיינים של אותה תקופה נחשבים ברצינות.

מה שזה לא יהיה, אבל אפילו המדענים הגדולים הללו טרם הציגו את התאוריה של המבנה האטום, כפי שהוא נחשב אחד חלקיקים לחלוקים, בסיס הכל.

למרבה הצער, ניסויים כימיים לא יכולים בבירור להוכיח את המציאות של המרה של כמה אטומים לחומרים אחרים. עם זאת, המדע הבסיסי לומד את המבנה האטום היה כימיה בדיוק. אטומים ומולקולות נחקרו במשך הרבה זמן, מדענים רוסים מבריקים, שבלעדיו אי אפשר לדמיין את המדע המודרני.

הדוקטרינה ד י Mendeleeva

תפקיד עצום בהתפתחות של הדוקטרינה הגרעינית שחק ד י מנדלייב, אשר בשנת 1869 יצר מערכת התקופתית המבריקה שלו. תאוריה הוצגה בפני הקהילה המדעית, אשר לא רק שלא דוחה, אבל הנחות סבירות להשלים את כל מטריאליסטים. כבר בסוף המאה ה -19, מדענים הצליחו להוכיח את קיומם של אלקטרונים. כל הממצאים הללו הובילו את המוחות הטובים ביותר של המאה ה -20 כדי לחקור את האטומים ברצינות. בכימיה הפעם מתאפיינת גם הרבה תגליות.

אבל הדוקטרינה של מנדלייב הוא בעל ערך לא רק אלה. עדיין לא ברורים כיצד בדיוק בצורה האטומה של יסודות כימיים שונים. אך המדען הרוסי הגדול הצליח להוכיח באופן חד משמעי כי הם כולם, ללא יוצא מן הכלל, קשור באופן הדוק זה לזה.

דלטון פתיחה

אבל כדי להיות מסוגל לפרש את הנתונים השונים המרובים יכול רק Dzhon דלטון, ששם מוטבע לנצח גילוי החוק עצמו. בדרך כלל, מדענים חקרו רק את ההתנהגות של גזים, אבל בטווח של אינטרסים זה היה הרבה יותר רחב. בשנת 1808 הוא החל לפרסם העבודה הבסיסית החדשה שלו.

זה הדולטונים להניח כי כל אלמנט כימי מתאים אטום ספציפי. אך המדען, כמו דמוקריטוס מאה רבים לפניו, עדיין האמין כי הם אינם ניתנים להפרדה מוחלטת. ברישומי diagrammatic רבי הטיוטות שלה, שבו האטומים מיוצגים בצורה של כדורים פשוט. רעיון זה, אשר מקורו לפני יותר מ 2500 שנה, נמשך כמעט עד ימינו! עם זאת, רק יחסית לאחרונה התגלה מבנה באמת עמוק של האטום. כימיה (כיתה 9 בפרט) גם היום מונחה בעיקר על ידי רעיונות שנשמעו לראשונה במאה ה -18.

אישור ניסיוני של ההתחלקות של אטומים

עם זאת, כמעט כל המדענים האמינו כי עד אטום עד סוף המאה ה -19 - הם הגבול שמעבר לו אין שום דבר. הם חשבו כי הבסיס של כל היצירה הוא שזה בדיוק. זו התאפשרה על ידי מגוון של ניסויים: מה אפשר להגיד, אבל מה שמשתנה הוא רק המולקולה, ואילו השיעור עם האטומים של החומר לא עלה שום דבר שאי אפשר להסביר בפשטות כימיה. המבנה של אטומי פחמן, למשל, נשאר ללא שינוי לחלוטין אפילו במדינות allotropic שונות.

בקיצור, במשך תקופה ארוכה, לא היה שום נתוני הניסוי לחלוטין שלפחות בעקיפין אישרו את החשדות של מדענים מסוימים כי יש כמה חלקיקים יסודיים יותר. רק במאה ה -19 (לא פחות ולא בזכות החוויה של קירי) הודגם כי בתנאים מסוימים האטומים של יסוד אחד יכול להפוך את האחר. תגליות אלו מהוות את הבסיס של רעיונות מודרניים על העולם סביבנו.

צימוקים וקינוחים

בשנת 1897, ג'ורג '. תומסון, פיזיקאי אנגלי, נמצא כי בכל אטום יש כמות מסוימת של חלקיקים בעלי מטען שלילי, בו הוא נקרא גם "אלקטרונים". כבר בשנת 1904, המדען יצר את המודל האטומי הראשון, אשר ידוע יותר תחת הכינוי "פודינג שזיף". השם הוא די משקף במדויק את המהות. בהתבסס על התיאוריה של תומסון של האטום בכימיה - זהו "כלי" עם תשלום מפוזרים באופן אחיד בה ואלקטרונים.

שים לב הדגם הזה היה במחזור אפילו במאה ה -20. מאוחר יותר התברר כי זה היה ממש לא בסדר. ובכל זאת, זה היה הניסיון הראשון שמלא לאייש (ועל בסיס מדעי) כדי לשחזר את המיקרוקוסמוס שמסביב, המציע מודל של האטום, די פשוט וברור.

ניסויים קירי

הוא האמין כי בני הזוג, פייר מריה Kyuri הניחו את היסודות עבור הפיזיקה האטומית. כמובן, את התרומה של האנשים האלה של גאון, ולמעשה הקריבה הבריאות והחיים שלו, לא יכולה לזלזל, אבל החוויות שלהם היו הרבה יותר יסודי. כמעט בו זמנית עם Rutherford הם הוכיחו אטום כי - הוא הרבה יותר מורכב מבנה הטרוגני. התופעה של רדיואקטיביות, שבו הם בחנו, וזהו בערך ולדבר.

בתחילת 1898, מריה פרסמה את המאמר הראשון מוקדש קרינה. בקרוב מרי Per Kyuri הראו כי תערובת של תרכובות כלור של אורניום ו רדיום מתחילה להופיע חומרים אחרים, את קיומו של דבר שהוא פקפק את הכימיה הרשמית. המבנה אטום החל מאז לחקור ברצינות.

גישה "פלנטריים"

לבסוף Rutherford החליט לעשות מתכת כבדה הפגזה אטומה-חלקיקי α (הליום מיונן לחלוטין). מדען הציע פעם כי אלקטרוני האור אינם מסוגלים לשנות את מסלול תנועת חלקיקים. בהתאם לכך, את הפיזור עלול לגרום רק כמה רכיבים כבדים שעשויים להיכלל בתוך גרעין האטום. מיד, נציין, כי המקורי רתרפורד לא מתיימרים לשנות את התיאוריה "פודינג". מודל זה של האטום נחשב ללא דופי.

לכן לגרום שכמעט כל החלקיקים בלי בעיות עברו שכבה דקה של כסף, זה לא מופתע. זה בדיוק העניין עד מהרה התברר כי חלק מן אטומי הליום הוטו רק 30 °. זה לא היה מה לומר באותה כימית הזמן. רכב לפי אטום תומסון להניח התפלגות אחידה של האלקטרונים. אבל זה מנוגד בעליל התופעות שנצפו.

זה מאוד נדיר, אבל כמה חלקיקים טסים בזווית, אפילו 180 מעלות. רתרפורד היה המבוכה העמוקה. אחרי הכל, זה בחדות סתר את "הפודינג", תשלום אשר היה אמור להיות (על פי תאורית תומסון) יחולק בצורה שווה. כתוצאה מכך, באתרי הטעונה האחידים שיכול להדוף את הליום המיונן, נעדרו.

מה המסקנות לבוא Rutherford?

בנסיבות אלה מתבקשים מדענים לחשוב כי האטום הוא ריק ברובו ורק במרכז להתמקד קצת חינוך עם מטען חיובי - הקרנל. ויהי המודל הפלנטרי של האטום, אשר מניח את הדברים הבאים:

• כפי שכבר אמרנו, הוא ממוקם בחלק המרכזי של הליבה, ואת נפחו (ביחס לגודל האטום עצמו) הוא זניח.
• כמעט כל המסה האטומית, כמו גם כל המטען החיובי נמצאים בגרעין.
• האלקטרונים סובבים סביבו. חשוב כי מספרם שווה המטען החיובי.

תאורית הפרדוקסים

הכל יהיה טוב, אבל המודל של האטום אינו מסביר עמידות המדהימה שלהם. יש לזכור כי האלקטרונים לנוע במסלולים עם האצה גדולה. לפי כל חוקי האלקטרודינמיקה אובייקט לאורך זמן, צריך לאבד מטעינה. אם ניקח בחשבון את עקרונות היסוד של ניוטון מקסוול, האלקטרונים בכלל צריכים להתפורר אל הליבה, כמו ברד על הקרקע.

כמובן, אין דבר כזה קורה במציאות. כל אטום לא רק עמיד למדי, אך ייתכנו ללא הגבלה זמן די, שבה אין קרינה לא תיעלם. פער זה מוסבר על ידי העובדה כי אל המיקרו אנו מנסים ליישם חוקים תקפים רק לגבי המכניקה הקלאסית. הם התבררו תופעות בקנה מידה אטומית אינן ישימות בכלל. ובגלל מבנה האטום (כימיה, 11 כיתה) מחברי ספרי לימוד לנסות להסביר כמה שיותר במילים פשוטות.

הדוקטרינה של בוהר

פיזיקאי דני נילס בוהר הוכח כי מיקרוקוסמוס לא יכול להיות כפוף לאותם חוקים, שהוראותיו תקפות עצמים מקרוסקופיים. זה היה רעיון שלו כי מיקרוקוסמוס של "מודרך" אך ורק על ידי חוקי הקוונטים. כמובן, אז לא היתה תורת הקוונטים עצמה, אלא בור בעצם התחיל מאבותיה, להביע את מחשבותיהם בצורת שלושה מניחה כי "הציל" את האטום, זה היה נהרג באופן בלתי נמנע, אם הוא "חי" על פי התיאוריה של רתרפורד. הוא תאוריה זו הדיין היה הבסיס לכל תורת הקוונטים.

ההנחות של בוהר

• הראשון שבהם קורא לכל מערכת האטום יכול להיות רק במדינות ספציפיות אטומי, ולכל אחד מהם ערך מאפיין מסוים של אנרגיה (E). אם מדינה נייחת של האטום (שקט), אז פולטים זה לא יכול.
• הנחת היסוד השנייה אומרת כי פליטת אנרגיית אור מתרחשת רק במקרה של מעבר ממצב עם אנרגיה יותר מתון יותר. בהתאם לכך, את האנרגיה המשתחררת היא שווה להיפרש של ערכים בין שתי מדינות נייחות.

נילס בוהר מודל של האטום

המדען הציע בשנת 1913 על ידי התאוריה והקלסית הקלה. ראוי לציין כי בשנת היווסדה הניח המודל הפלנטרי של רתרפורד, אשר זמן קצר לפני שהוא תיאר את האטום של החומר. כבר אמרנו כי חישובי מכניקה קלאסית בניגוד רתרפורד: על בסיס זה, הונח כי עם הזמן האלקטרון היה בטוח ליפול על פני השטח של האטום.

כדי "לעקוף" את הסתירה הזאת, המדען הציג הודאה מיוחדת. מהותו נעוצה בעובדה כי מקרינים אנרגיה (שהייתה אמורה להוביל את נפילתם), אלקטרונים יכולים לנוע רק בכל במסלול מסוים. כאשר נע כמו המסלולים שלהם אחרים אטומים כימי לכאורה להישאר במצב פסיבי. על פי התאוריה של בוהר, במסלולים כאלה הם אלה תנועה הנקודה כמוני שהיה שווה המתמיד של פלאנק.

התיאוריה הקוונטית של מבנה האטום

כפי שאמרנו, עד כה, במהלך תורת הקוואנטים של מבנה האטום. בשנים האחרונות לכימיה מודרכת אך ורק על ידי אותה. היא מבוססת על ארבעה אכסיומות בסיסיות.

1. ראשית, הדואליות (corpuscular טבע-גל) של האלקטרון עצמו. במילים פשוטות, החלקיק מתנהג ואיך חפץ גשמי (כדורית), וכתוצאה גל. כמו חלקיק יש מטען ומסה ספציפיים. היכולת של האלקטרונים אל העקיפה מן המשותף עם גלי קלסי. אורך גל זה אותו (λ) ומהירות החלקיקים (נ) עשוי להיות קשור אחד לשני על ידי ביחס ברולי דה מיוחד: λ = h / MV. כפי שאתם יכולים לנחש, M - המסה של האלקטרון.

2. קואורדינטות מהירויות של חלקיקים למדוד בדייקנות מוחלטת בלתי אפשרי לחלוטין. ככל במדויק נקבעים לתאם, כך גדלה אי הוודאות המהירה. כפי, לעומת זאת, ולהיפך. תופעה זו נקראת אי הוודאות של הייזנברג, אשר יכול לבוא לידי ביטוי על ידי הקשר הבא: Δx ∙ ∙ m Δv> ת / 2. דלתא X (Δh) הביע עמדת ודאות קואורדינטות במרחב. לפיכך, דלתא V (Δv) מייצג את השגיאה במהירות.

3. בניגוד לכל האמונה הפופולרית בעבר, האלקטרונים אינם עוברים דרך במסלולים מוגדרים בקפדנות כמו רכבות על מסילות. תורת הקוונטים אומרת כי אלקטרון יכול להיות בכל נקודה במרחב, אך הסבירות לכך היא שונה עבור כל פלח.

זה חלק מהמרחב ישירות סביב גרעין האטום שבו הסתברות זו היא מקסימלית, נקרא מסלולית. מבנה הכימיה המודרנית של קליפת אלקטרונים מאטומים של מחקרים מנקודת מבט זו. כמובן, בתי ספר לומדים החלוקה הנכונה של האלקטרונים דרך הרמות, אבל, ככל הנראה, במציאות, הם נבדלים בצורה שונה לגמרי.

4. הליבה כוללת אטום הנוקלאונים (פרוטונים ונויטרונים). המספר הסידורי של הרכיב בטבלה המחזורית מציין את מספר הפרוטונים בגרעין שלה, ואת הסכום של פרוטונים ונויטרונים הוא שווה למסה האטומית. הנה איך להסביר את מבנה כימית גרעין אטום של היום.

המייסדים של מכניקת הקוונטים

הערת המדענים שעשו את התרומה הגדולה ביותר להתפתחות המגזר החשוב הזה: הפיזיקאי הצרפתי לואי דה ברולי, הייזנברג הגרמני, אוסטרי, שרדינגר, האנגלי דיראק. כל האנשים האלה זכו מאוחר יותר בפרס הנובל.

ככל בתכנית זו הלכה כימיה? המבנה הכימי של האטום, רוב השנים האלה נחשב די פשוט: רבים רק ב 1947 סוף סוף הכירו את המציאות של הקיום של חלקיקים יסודיים.

כמה מסקנות

באופן כללי, כאשר אתה יוצר תורת קוונטים לא הייתה ללא מתמטיקאים, כמו כל התהליכים הללו ניתן לחשב רק עם שימוש חישובים מורכבים. אבל הקושי העיקרי הוא לא הנקודה. התהליכים המתוארים על ידי תיאוריה זו, זמין לא רק החושים שלנו, למרות כל הטכנולוגיה המדעית המודרנית, אלא גם דמיון.

אין אדם, אפילו קצת לא יכול לדמיין תהליכים מיקרוקוסמוס, כפי שהם לא אהבו את כל התופעות שאנו רואים ברמת המאקרו. רק תחשוב: התגליות האחרונות לתת סיבה להניח כי הקווארקים, הנייטרינו החלקיקים היסודיים אחרים קיימים תשעה-מימד (!). בתור אדם המתגוררים במרחב התלת-ממדי, יכול אפילו לתאר כ התנהגותם?

כרגע, אנחנו יכולים לסמוך רק על מתמטיקה ואת הכוח של מחשבים מודרניים, אשר, אולי, ישמש סימולציה מיקרו-עולם. ראוי לציין עוזר וכימיה: מבנה אטום בהחלט יהיה מתוקן, לאחר שמדענים לאחרונה עובדים בתחום זה, דיווח על הגילוי של סוג חדש של קשר כימי.

התפיסה המודרנית של מבנה האטום

אם אתה לקרוא בעיון את כל האמור לעיל, אתה כנראה עצמם יוכלו להגיד תמונה של מה היום של המבנה אטום חומר. אבל נסביר: היא שונה במקצת התיאוריה של רתרפורד, בתוספת מצוות יסולא בפז של נילס בוהר. במילים פשוטות, היום זה נחשב כי האלקטרונים לנוע בנתיבים כאוטי, מטושטשת סביב הגרעין, אשר מורכב של נויטרונים ופרוטונים. זה חלק מהמרחב סביבו, שבו האלקטרון הוא הסיכוי הטוב ביותר התרחשות נקרא מסלולית.

אמנם זה לא ניתן לומר בדיוק איך ישתנה הבנתנו את המבנה האטום בעתיד. כל יום, מדענים עובדים על חדירה לתוך המסתורין של המיקרוקוסמוס: ה- LHC (מאיץ ההדרונים הגדול), את פרס נובל לפיזיקה - כל זה הוא תוצאה של נתוני הסקר.

אבל גם עכשיו אנחנו לא יכולים לדמיין ותמונה משוערת של מה עדיין להסתיר אטומים. ברור רק כי האטום עצמו על הסקאלה של המיקרוקוסמוס - בניין דירות ענק, שבו בדקנו פרט לקומה הראשונה, וגם אז לא לגמרי. כמעט בכל שנה ישנם דיווחים על האפשרות של פתיחה יותר חלקיקים יסודיים חדשים יותר. כאשר התהליך של חקר אטומים יסתיים לחלוטין, לא יתחייב לחזות היום אחד.

די אם אומר כי התפיסות שלנו מהם החלו לשנות רק 1947 כאשר שנקראו V-החלקיקים התגלו. לפני זה, אנשים רק מעט העמיקו את התיאוריה שעליה המאה ה -19 התבססה כימיה. מבנה האטום - A חידות לפתור מרתק אשר כבשו את המוחות הטובים ביותר של האנושות.