Atom efnafræði - a ... Model frumeindarinnar. uppbygging af the atóm

Hugsanir um eðli umhverfi fór að heimsækja mannkynið löngu áður blómaskeiði nútíma siðmenningu. Í fyrsta lagi hefur fólk velt um tilvist einhvers æðri mætti, sem þeir töldu, fyrirfram alla veru. En fljótlega, heimspekingar og prestar fóru að hugsa um þá staðreynd að það, í raun, er mjög efni af tilveru. Kenningar hafa verið settar, en í sögulegu samhengi varð ríkjandi lotukerfinu.

Hvað er atóm í efnafræði? Þetta, auk allra málefni við munum ræða í þessari grein. Við vonum að í henni er að finna svör við öllum spurningum þínum.

Stofnandi lotukerfinu kenning

Þar sem fyrsti efnafræði kennslustund hefst? Uppbygging atóms - er helsta þema. Þú gætir muna að orðið "atóm" er þýtt úr grísku og "jöfn". Nú trúa margir sagnfræðingar að fyrst lagt kenningu, sem sagði nokkrum af pínulitlum ögnum sem gera upp allt sem er til staðar, Demókrítos. Hann bjó í fimmtu öld f.Kr..

Því miður er af þessum framúrskarandi hugsuður nánast ekkert er vitað. Það hefur ekki náð okkur skrifleg uppspretta af þeim tímum. Og vegna þess að stærstu fræðimanna síns tíma, hugmyndir, verðum við að læra aðeins frá verkum Aristótelesar, Platóns og öðrum grískum hugsuðir.

Svo þema okkar - "The uppbyggingu atóm." Í efnafræði, ekki höfðu allir hár einkunnir, en margir muna að öll niðurstöður fornu vísindamenn voru byggð eingöngu á ályktanir. Demókrítos var ekki undantekning.

Eins og ég ályktaði Demókrítos?

Röksemdafærsla hans var mjög einfaldur, en á sama tíma ljómandi. Ímyndaðu þér að þú ert skerpa hníf í heiminum. Þú tekur epli, til dæmis, og þá byrja að skera hana: tvo helminga í fjórðunga, skipta þá aftur ... Í stuttu máli, fyrr eða síðar að þú munt fá a meager sneiðar af þykkt að halda áfram að skipta þeim muni vera ómögulegt. Hér mun vera jöfn atóm. Í efnafræði þetta fullyrðingu er talið satt næstum til loka 19. aldar.

Frá Demókrítos til nútíma hugmyndir

Það skal tekið fram að frá fornu grísku hugtök á smækkaðri var aðeins eitt orð "atom". Nú veit hver schoolchild að heimurinn í kringum okkur er byggt upp mikið meira grundvallaratriði og sektir. Þar að auki, frá sjónarhóli nútíma vísinda, kenningin um Demókrítos var ekkert meira en eingöngu ímyndaður útreikningur, ekki stutt af algerlega án vísbendinga. Hins vegar, í þá daga það var engin rafeinda smásjá, svo að sanna það með öðrum hætti á hugsuður hefði ekki gerst.

Fyrsti grunur að Demókrítos er í raun rétt þar á efnafræðingar. Þeir uppgötva fljótlega að mörg þeirra efna sem brjóta niður í einfaldari hluti við hvarfið. Að auki kom það alvarleg efna regularities þessara ferla. Svo tóku þeir að það tekur átta massa brot af súrefni og einn fyrir vatn - vetni (lög Avogadro er).

Á miðöldum, allir efnishyggju kenningar, þar á meðal kenningar um Demókrítos, dreifingu og þróun gat ekki fengið á öllum. Og aðeins á XVIII öld, vísindamenn hafa aftur skilað til lotukerfinu kenningu. Með því að efnafræðingur Lavoisier, frábært M. V. Lomonosov og hæfileikaríkur enska eðlisfræðingur D. Dalton (sem við munum ræða sérstaklega), hafa sannfærandi sýnt til samstarfsmanna sinna raunveruleiki atómum. Það ætti að leggja áherslu á að jafnvel í hinum upplýsta 18 öld lotukerfinu kenning í langan tíma margir framúrskarandi hugum þeim tíma alvarlega íhuga.

Hvað sem það var, en jafnvel þessi mikill vísindamenn hafa ekki enn sett fram kenningar um uppbyggingu atómsins, eins og hann var talinn einn og óaðskiljanlegu ögn, á grundvelli öllu.

Því miður, efna tilraunir gat ekki skýrt sanna raunveruleika breytingu sumra atómum inn önnur efni. Samt grundvallaratriði vísindi læra uppbyggingu atóma var einmitt efnafræði. Frumeindir og sameindir hafa verið rannsökuð í langan tíma, ljómandi rússneskum vísindamönnum, en án þess er ómögulegt að ímynda sér nútíma vísindi.

Kenningin D. I. Mendeleeva

Stór hlutverk í þróun lotukerfinu kenningu spilaði D. I. Mendeljeff, sem árið 1869 skapaði frábæra reglubundna hans kerfi. A kenning hefur verið sett fram að vísindasamfélagið, sem ekki aðeins ekki hafna, en sanngjarnt forsendur viðbót alla efnishyggju. Þegar á 19. öld, vísindamenn gátu til að sanna tilvist rafeinda. Allar þessar niðurstöður leiddu bestu hugum 20. öld til alvarlega rannsókn atóm. Í efnafræði þetta sinn var einnig merkt með fullt af uppgötvunum.

En kenning Mendeleyev er mikils virði ekki aðeins að þeim. Það er enn óljóst nákvæmlega hvernig formi atóm mismunandi þætti efna. En mikill Rússneska vísindamaður var fær til að sanna óyggjandi að þeir eru allir, án undantekninga, eru nátengd hvert öðru.

opnun Dalton

En til að vera fær um að túlka marga ólíkum gögnum gat aðeins Dzhon Dalton, er nafn hans að eilífu merkt í uppgötvun lögum sig. Venjulega hafa vísindamenn rannsakað aðeins hegðun lofttegunda, en á bilinu hagsmuna að það var miklu meiri. Árið 1808 hóf hann að birta ný grundvallar starfi sínu.

Það Daltons ráð fyrir að hvert frumefnið samsvarar ákveðnu atóm. En vísindamaður, sem Demókrítos margar aldir á undan honum, samt talið að þeir eru alveg óaðskiljanleg. Í mörgum víxla sínum skýringarhliðarmynd teikningar, þar sem atómin fulltrúa í formi á einföldum pillum. Þessi hugmynd, sem upprunnin meira en 2500 árum síðan, stóð nánast til dagsins í dag! Hins vegar munu aðeins tiltölulega nýlega hefur fundist mjög djúpt uppbyggingu atóm. Efnafræði (9 Grade einkum), jafnvel í dag er að mestu stuðst við hugmyndir sem voru fyrst voiced á 18. öld.

Experimental staðfesting á deilanleika frumeinda

Hins vegar næstum allir vísindamenn töldu að atóm allt til loka 19. aldar - takmörk utan sem það er ekkert. Þeir héldu að grundvöllur allrar sköpunar er nákvæmlega það. Þetta var auðveldara með ýmsum tilraunum: hvað má segja, en það breytist er aðeins sameind, en hlutfall með atóm efnisins hafi ekki átt sér stað nákvæmlega ekkert sem ekki var hægt að útskýrði einfaldlega efnafræði. Uppbygging kolefnisatóm, til dæmis, er enn alveg óbreytt jafnvel í mismunandi allotropic ríkjum.

Í stuttu máli, í langan tíma, það var engin tilrauna gögn sem að minnsta kosti óbeint staðfest grunsemdir sumra vísindamanna að það eru sumir meira grundvallaratriði agnir. Aðeins á 19. öld (ekki síst þökk sé reynslu Curies) var sýnt fram á að við vissar aðstæður atóm einn þáttur getur verið umbreytt í annað. Þessar uppgötvanir mynda grunn nútíma hugmyndum um heiminn í kringum okkur.

Rúsínur og búðingar

Árið 1897, George. Thomson, enska eðlisfræðingur, kom í ljós að í öllum atóm það er ákveðið magn af neikvætt hlöðnum ögnum, sem hann einnig kallast "rafeinda". Þegar í 1904, vísindamaður skapaði fyrsta lotukerfinu líkan, sem er betur þekktur undir heitinu "plóma pudding". Nafnið er alveg nákvæmlega endurspeglar kjarna. Byggt á kenningu Thomsons um atóm í efnafræði - það er "skip" með jafndreifð henni aukalega og rafeinda.

Athugið að þetta líkan var í umferð, jafnvel á 20. öld. Síðar kom í ljós að það var algerlega rangt. Enn, það var fyrsta meðvitund tilraun til manna (og á vísindalegum grunni) að endurskapa nærliggjandi smækkaðri, bjóða upp líkan af atóminu, alveg einfalt og skýrt.

tilraunir Curie

Það er talið að hjónin, Pierre og Mariya Kyuri lagði grunninn að lotukerfinu eðlisfræði. Að sjálfsögðu er framlag þessara manna snillingur í raun fórnað heilsu hans og líf, er ekki hægt að vanmeta, en reynsla þeirra voru miklu meira grundvallaratriði. Nánast samtímis með Rutherford að þær reyndust að atómið - er miklu flóknari og sundurleita grind. The fyrirbæri af geislavirkni sem þeir könnuðu, það er um það og tala.

Í upphafi 1898 Maria birti fyrstu grein sem varið er til geislunar. Fljótlega María og Per Kyuri hafa sýnt að blanda af klóruðum efnasamböndum úran og radíum eru farnir að birtast önnur efni, tilvist sem hann efast opinbera efnafræði. Uppbygging atóms hefur síðan hafin að kanna í alvöru.

"Planetary" nálgun

Að lokum Rutherford ákveðið að gera þungmálmum atómskothrfðar- a-agnir (jónast fullkomlega helíums). A vísindamaður lagði einu sinni að ljósið rafeindir eru ekki fær um að breyta feril ögn hreyfingu. Samkvæmt því, sem dreifilausnin getur valdið aðeins sumir þyngri hluti sem kunna að vera í kjarna atómsins. Strax í huga við að upprunalega Rutherford ekki kröfu til að breyta "pudding" kenning. Þetta líkan af frumeindarinnar var talið óaðfinnanlegur.

Því leiða að nánast allar agnir án vandamála liðin gegnum þunnt lag af silfri, það er ekki á óvart. Það er bara það varð fljótlega ljóst að sumir af helíum atóm voru sveigðir aðeins 30 °. Það var ekki það að segja á þeim tíma efnafræði. Samsetning í samræmi við Thomson atóm gert ráð fyrir jafnri dreifingu rafeinda. En þetta er greinilega í bága við mældum fyrirbæri.

Það er afar sjaldgæft, en nokkuð af ögnum flugu í horn, jafnvel 180 °. Rutherford var í dýpstu ráðalausra. Eftir allt saman, það mótsögn verulega "pudding", gjald sem átti að vera (samkvæmt Thomson kenningu) jafnt dreift. Þar af leiðandi, að misjafn innheimt síður sem gætu hrinda jónað helíum, voru fjarverandi.

Hvaða ályktanir koma Rutherford?

Þessar aðstæður beðið vísindamenn að hugsa um að atóm er að mestu tómur og aðeins miðstöð einblína sumir menntun með jákvæða hleðslu - kjarnanum. Og það var sem plánetuáferðir líkan af atóminu, sem gengur út á eftirfarandi:

• Eins og við höfum áður sagt, það er staðsett í miðhluta af kjarnanum, og rúmmál hennar (miðað við stærð atómsins sjálft) er hverfandi.
• Nánast öll atómmassi, auk allra jákvæða hleðslu er að finna í kjarnanum.
• Rafeindir snúast í kringum það. Það er mikilvægt að fjöldi þeirra er jafn jákvæða hleðslu.

þverstæður kenning

Allt væri gott, en líkan af atóminu ekki útskýrt ótrúlegur þol þeirra. Það ætti að hafa í huga að rafeindir fara í brautum með mikilli hröðun. Af öllum lögum rafsegulfræði hlut tímanum, ætti að missa hleðslu þess. Ef við tökum tillit til gengur út á Newton og Maxwell, rafeindir almennt ætti crumble í kjarna, eins og hagl á vettvangi.

Auðvitað, ekkert sem er að gerast í raun og veru. Hver frumeind ekki bara alveg þola, en það má alveg ótakmarkaður tími, þar sem geislun mun ekki fara í burtu. Þetta misræmi skýrist af því að við MicroWorld við erum að reyna að beita lögum sem eru í gildi aðeins um Aflfræði. Þeir reyndist lotukerfinu-kvarða fyrirbæri eru ekki við á öllum. Og vegna þess að uppbygging frumeindarinnar (Chemistry, 11 gráðu) kennslubók höfundar reyna að útskýra eins mikið og mögulegt er í einföldum orðum.

kenningu Bohrs

Danski eðlisfræðingurinn Niels Bohr hefur verið sannað að í smækkaðri getur ekki verið háð sömu lögum ákvæði sem eru í gildi fyrir stórsæum hlutum. Það var hugmynd hans að smækkaðri "leiðsögn" eingöngu með skammtafræði lögum. Auðvitað, þá var engin skammtafræði kenning sjálft, en Bor byrjaði reyndar forföður sinn, tjá hugsanir sínar í formi þriggja gengur út frá að "bjargaði" atóm, það myndi óhjákvæmilega drepa, ef hann "bjó" í samræmi við kenningu Rutherfords. Það er þessi kenning Dane var grundvöllur allra skammtafræði.

postulates Bohr er

• Fyrsta þeirra er svohljóðandi allir lotukerfinu kerfi geta verið aðeins í tilteknum lotukerfinu ríkjum, og fyrir hvert þeirra ákveðnu einkennandi verðmæti þeirrar orku (E). Ef ástandi frumeindarinnar (rólegur), þá gefa frá sér getur það ekki.
• Annað postulate segir að losun ljós orku kemur bara í tilfelli umskipti frá ríki með meiri orku í hófsamari. Samkvæmt því, sem orku út er jafn stór og mismuninum gilda á milli tveggja kyrrstöðu ríkja.

Niels Bohr líkan af atóm

vísindamaður leiðbeinandi árið 1913 með semiclassical kenningu. Það er athyglisvert að í stofnun þess sem hann lagði optional fyrirmynd Rutherford, sem skömmu áður en hann lýsti atóm efnisins. Við höfum nú þegar sagt að klassískri aflfræði útreikningar Rutherford móti: á grundvelli þess var gert ráð fyrir að með tímanum rafeind var viss um að falla á yfirborði atóm.

Til þess að "fá í kringum" þetta mótsögn, vísindamaður hefur kynnt sérstaka skráningu. kjarni hennar liggur í þeirri staðreynd að geisla orku (sem átti að leiða til falls þeirra), rafeindir geta aðeins áfram í einhverju tilteknu sporbraut. Þegar færa og önnur þróunarferil þeirra meint efna atóm vera í óbeinum ríki. Eftir því sem við kenningu Bohrs, eru slík orbits þeir magnbundin lið hreyfing sem var jöfn í stöðuga Plancks.

Skammtakenninguna af lotukerfinu uppbyggingu

Eins og við höfum sagt, hingað til, í tengslum við skammtafræði kenning lotukerfinu uppbyggingu. Efnafræði undanförnum árum leiðarljósi eingöngu af henni. Það er byggt á fjórum grundvallaratriðum frumsendum.

1. Í fyrsta lagi Duality (rauðra-bylgja eðli) rafeindarinnar sjálfri. Einfaldlega setja, ögn hegðar sér og hvernig efni mótmæla (a corpuscle), og eins og öldu. Eins og ögn hefur sérstakt gjald og massa. Geta rafeinda við diffraction í sameiginlegt með klassískri bylgjum. Þessi sama bylgjulengdin (λ) og ögn hraða (v) kann að vera tengd við hvor aðra með sérstökum de Broglie jöfnu: λ = H / MV. Eins og þú might giska, m - massa rafeindar.

2. hnit og velocities af ögnunum til að mæla með hreinum nákvæmni er algerlega ómögulegt. The nákvæmari ákvarðað samræma, því meiri óvissa í hraða. Sem þó og öfugt. Þetta fyrirbæri er kallað Heisenberg óvissu, sem hægt er að lýsa með eftirfarandi hlutfall: Δx ∙ m ∙ Δv> Z / 2. Delta X (ÖH), gefið upp óvissa stöðu hnit í rýminu. Samkvæmt því, Delta V (Δv) táknar hraði villa.

3. Gegn öllum áður vinsæll trú, rafeindir fara ekki í gegnum strangt skilgreind brautum sem lestum á teinn. Skammtafræði kenning segir að rafeind getur verið í hvaða lið í bili, en líkur á að þetta er mismunandi fyrir hvern hluta.

Að hluti af því plássi beint í kringum lotukerfinu kjarna sem þessi líkur er hámarks, er kallað svigrúm. Modern efnafræði uppbyggingu rafeinda skeljar af atómum sem eru Úr erlendum rannsóknum þessu sjónarmiði. Að sjálfsögðu eru skólar kennd rétta dreifingu rafeinda í gegnum borðin, en líklega í raun, þeir eru mismunandi alveg öðruvísi.

4. Kjarni inniheldur atóm kjarnaeinda (róteindir og nifteindir). The raðnúmer á frumefni í lotukerfinu gefur til kynna fjölda róteinda í kjarnanum, og summan af róteinda og nifteinda er jafn stór og lotukerfinu massa. Hér er hvernig á að útskýra uppbyggingu atóm kjarna efnafræði í dag.

Stofnendur skammtafræði

Athugið vísindamenn sem lögðu mest af mörkum til þróunar á þessu mikilvæga sviði: Frakkar eðlisfræðingur Louis de Broglie, Heisenberg Þýska, Austurríki, Schrödinger, Englendingurinn Dirac. Allt þetta fólk var síðar veitt Nóbelsverðlaun.

Eins og langt eins og í þessari áætlun gekk efnafræði? Efnafræðilega byggingu atómsins, flest af þeim árum var talið nógu einfalt: margir bara í 1947 loksins viðurkennt raunveruleika tilvist grunn agnir.

sumir niðurstöður

Almennt, þegar þú býrð til skammtafræði kenning var ekki stærðfræðingar, sem öllum þessum ferlum er hægt að reikna aðeins með því að nota flókna útreikninga. En aðal vandi er ekki málið. Ferli sem lýst er í þessari kenningu, í boði ekki bara að skynfærin okkar, þrátt fyrir alla nútíma vísindalegum tækni, en einnig ímyndun.

Enginn maður, jafnvel sumir geta ekki ímyndað ferli í smækkaðri, sem þeir gerðu ekki eins og allar fyrirbæri sem við virða í macrocosm. Bara hugsa: nýjustu uppgötvanir gefa ástæðu til að ætla að kvörkum, fiseindir og önnur grundvallaratriði agnir eru til staðar í níu vídd (!). Sem einstaklingur sem býr í þrívíðu rými, geta jafnvel um að lýsa hegðun þeirra?

Á því augnabliki, getum við aðeins treyst á stærðfræði og kraft nútíma tölvur, sem, ef til vill, verður notað til að líkja ör-heiminum. Verulega hjálpar og efnafræði: lotukerfinu uppbyggingu verður örugglega endurskoðuð eftir nýlega vísindamenn sem starfa á þessu sviði, tilkynnt uppgötvun nýja gerð efnatengi.

The nútíma hugtak á skipulagi atómsins

Ef þú lest vandlega allt ofangreint, sennilega þú sjálfir vilja vera fær til að segja það sem í dag er mynd af uppbyggingu máli atómum. En við munum útskýra: Það er nokkuð breytt kenningu Rutherford, bætt við ómetanleg boðum Niels Bohr. Einfaldlega setja, í dag er talið að rafeindir fara í óskipulegur, óskýr stígum umhverfis kjarnann, sem er byggt upp af nifteindum og róteindum. Að hluti af því plássi í kringum það, þar sem rafeindir er líklegast tilfelli er kallað svigrúm.

Á meðan það er ekki hægt að segja nákvæmlega hvernig mun breyta skilningi okkar á lotukerfinu uppbyggingu í framtíðinni. Á hverjum degi, vísindamenn eru að vinna á skarpskyggni inn í leyndardóma smækkuð LHC (Large Hadron Collider), Nóbelsverðlaun í eðlisfræði - allt þetta er afleiðing af könnun gagna.

En jafnvel nú getum við ekki ímyndað og áætluð mynd af því sem enn fela frumeindir. Það er ljóst aðeins að atómið sjálft á mælikvarða microcosm - a gríðarstór fjölbýli, þar sem við rannsakað nema fyrstu hæð, og jafnvel þá ekki alveg. Nánast á hverju ári eru skýrslur um möguleika á opnun fleiri og fleiri ný grunn agnir. Þegar ferli rannsóknarinnar atóma verður alveg lokið, mun ekki taka að sér að spá einn dag.

Látum nægja að segja að hugmyndir okkar um þá byrjaði að breytast aðeins í 1947 þegar svokölluð V-agnir fundust. Áður en þetta fólk aðeins lítillega dýpkað kenning sem á 19. öld var byggt efnafræði. Uppbygging Atom - heillandi ráðgáta leysa sem skipuðu bestu hugum mannkynsins.