Atom kimya - atom bir ... Model. atom quruluşu

Bütün ətraf mühitin mahiyyəti haqqında düşüncələr müasir sivilizasiyanın zirvəsinə qədər insanlığı ziyarət etməyə başladı. Əvvəlcə insanlar müəyyən bir yüksək qüvvələrin mövcudluğunu düşünürdülər ki, onlar inanırlar ki, bütün varlığı müəyyənləşdirdi. Amma tezliklə fəlsəfə və ruhanilər düşünməyə başladılar ki, əslində bu varlığın çox parçasıdır. Bir çox nəzəriyyələr var idi, ancaq tarixi baxımdan atomun üstünlüyü baş verdi.

Kimyada atom nədir ? Bu, bütün bu mövzularla yanaşı, bu məqalə çərçivəsində müzakirə edəcəyik. Ümid edirik ki, bütün suallarınızın cavablarını tapa bilərsiniz.

Atom nəzəriyyəsinin qurucusu

İlk kimya dərsi harada başlayır? Atomun quruluşu əsas mövzudur. Yəqin ki, "atom" sözü antik qədim yunan dilindən "bölünməz" olaraq tərcümə olunur. İndi bir çox tarixçilər, hər şeyin meydana gəldiyi bəzi kiçik hissəciklər haqqında demokrasi haqqında bir nəzəriyyə təqdim etdiyinə inanırlar. MÖ 5-ci əsrdə yaşamışdır.

Böyük təəssüflə, bu görkəmli mütəfəkkir haqqında demək olar ki, heç bir məlumat yoxdur. Həmin dövrlərdən heç bir yazılı mənbə bizə çatmadı. Buna görə, Aristotel, Platon və digər qədim yunan mütəfəkkirlərin əsərlərindən yalnız vaxtımızın ən böyük aliminin fikirlərini öyrənməliyik.

Beləliklə, bizim mövzu "Atomun quruluşu". Kimyada hər kəsin yüksək qiyməti yox idi, lakin bir çoxları qədim alimlərin bütün nəticələrini təkzib olunduqlarını xatırlayırdılar. Demokrit istisna deyildi.

Demokrit necə düşündü?

Onun mantığı son dərəcə sadə idi, eyni zamanda parlaq idi. Təsəvvür edin ki, bütün dünyada ən kəskin bıçaq var. Məsələn bir alma alırsınız və sonra onu kəsdirməyə başlarsınız: iki yarıya, dörddə birinə, yenidən bölünürlər ... Bir sözlə, gec-tez bir az da olsa bölünməyəcəyiniz bu qədər qalınlığın dilimlərini alacaqsınız. Bu bölünməz bir atom olacaq. Kimyada bu iddia 19-cu əsrin sonlarına qədər demək olar ki, doğrudur.

Demokritdən müasir ideyalara qədər

Qeyd etmək lazımdır ki, yalnız "atom" sözü qədim yunan dilinin mikrodalğalı anlayışından sağ qalmışdır. İndi hər bir məktəbli bilir ki, ətrafımızdakı dünya daha çox fundamental və kiçik hissəciklərdən ibarətdir. Bundan əlavə, müasir elm baxımından Demokritusun nəzəriyyəsi heç bir sübuta əsaslanmayan tamamilə hipotetik bir tərtibatdır. Lakin o günlərdə elektron mikroskopları yox idi, buna görə də işlərini başqa yollarla sübut etmək üçün, mütəfəkkir hələ də uğursuz olardı.

Demokritun həqiqətən doğru olduğuna dair ilk şübhələr, kimyaçılarda ortaya çıxdı. Tez reaksiya zamanı bir çox maddələrin daha sadə komponentlərə bölündüyünü aşkar etdilər. Bundan əlavə, bu proseslərin ciddi qanunlarını çıxardı kimyaçılar idi. Beləliklə, səkkiz hissədən ibarət oksigen və bir hidrogenin suyun (Avogadro qanunu) çıxarılması tələb olunurdu .

Orta əsrlərdə, Demokratiya, yayılma və inkişaf nəzəriyyəsi də daxil olmaqla, hər hansı materialist tədris prinsipdə əldə edilə bilməzdi. Və yalnız XVIII əsrdə elm adamları yenidən atomist nəzəriyyəyə qayıdırlar. O dövrdə kimyaçı A. Lavoisier, böyük MV Lomonosov və istedadlı İngilis fizik D. Dalton (biz ayrı-ayrılıqda müzakirə edəcəyik) artıq həmkarlarına atomların mövcudluğunun həqiqətini inandırdılar. Qeyd etmək lazımdır ki, hətta 18-ci əsrdə aydınlıq dövründə atom nəzəriyyəsi bu müddətin bir çox görkəmli şüurluları tərəfindən uzun müddət düşünülməmişdir.

Nə olursa olsun, amma bu böyük elm adamları hələ atomun tərkibinə dair nəzəriyyələri ortaya qoymadılar, çünki tək və bölünməz hissəcik, hər şeyin əsasları hesab olunurdu.

Təəssüf ki, kimyəvi tədqiqatlar müəyyən maddələrin atomların başqalarına çevrilməsinin reallığını açıq şəkildə göstərə bilmədi. Halbuki, kimya atomların strukturunu öyrənməkdə əsas elmdir. Atomlar və molekullar uzun müddətdir bir parlaq rus alimi tərəfindən tədqiq olunmuşdur, bu olmadan müasir elmi təsəvvür edə bilməz.

DI Mendeleyevin doktrinası

Atom tədqiqatının inkişafında böyük rol oynayan DI Mendeleyev 1869-cu ildə onun parlaq dövri sistemini yaratmışdır. İlk dəfə elmi cəmiyyətə materialistlərin bütün fərziyyələrini rədd etməyən, lakin əsaslı şəkildə tamamlayan bir nəzəriyyə təqdim edildi. XIX əsrdə elm adamları elektronların mövcudluğunu sübuta bildilər. Bütün bu nəticələr 20-ci əsrin ən yaxşı ağıllarını atomu ciddi şəkildə öyrənməyə yönəldirdi. Kimyada bu dəfə də bir sıra kəşflər qeyd edildi.

Lakin Mendeleyevin tədrisi yalnız bunun üçün dəyərlidir. İndiyə qədər müxtəlif kimyəvi elementlərin atomlarının necə formalaşdıqları hələ dəqiq deyil. Amma böyük rus alimi bütün bunların istisnasız olduğunu bir-birinə bağladığını inandırıcı şəkildə sübut edə bildi.

Daltonun kəşfi

Ancaq birdən çox fərqli məlumatları şərh edə bilmək üçün yalnız John Dalton, adının əbədi olaraq özü tərəfindən qanuna zidd olaraq yazılıb. Adətən alim yalnız qazların davranışını araşdırdı, amma onun maraqları çox geniş idi. 1808-ci ildə yeni fundamental işlərini dərc etməyə başladı.

Hər bir kimyəvi elementin müəyyən bir atomla uyğun olduğunu iddia edən Dalton idi. Ancaq alim, Demokrit kimi bir çox əsrlər boyunca hələ də tamamilə bölünməz olduğuna inanırdı. Onun layihələrində atomların sadə top şəklində təqdim etdiyi sxematik təsvirlər çoxdur. 2500 il bundan əvvəl ortaya çıxan bu fikir təxminən zamanımıza qədər mövcud idi! Ancaq yaxın zamanlarda atomun həqiqətən dərin strukturu aşkar edilmişdir. Kimya (xüsusilə 9-cu sinif) hətta bu gün əsasən 18-ci əsrdə səslənən ideyalara əsasən rəhbərlik edir.

Atomların bölünməsinin sınaqdan keçirilməsi

Lakin, 19-cu əsrin sonuna qədər, demək olar ki, bütün alimlər atomun - heç bir şeyin xaricində olan həddi olmadığına inanırdılar. Onlar bütün kainatın təməl olduğunu düşünürdülər. Buna görə müxtəlif təcrübələr əmələ gəldi: nə qədər sərin olursa olsun, yalnız molekullar dəyişdi, ən sadə kimya açıqlaya bilməyən maddələrin atomları ilə heç bir şey olmadı. Məsələn, karbon atomunun strukturu müxtəlif allotropik vəziyyətlərdə belə tamamilə dəyişməz qalır.

Bir sözlə, uzun müddət bir az daha əsas hissəciklər var ki, bəzi alimlərin şübhələrini ən azından dolayı təsdiqləyən eksperimental məlumatlar yox idi. Yalnız 19-cu əsrdə (ən az Kür cütünün təcrübəsi sayəsində) bəzi hallarda bəzi elementlərin atomları başqalarına çevrilə biləcəyi sübut olunmuşdur. Bu kəşflər ətrafımızdakı dünya haqqında müasir ideyalar üçün əsas yaradıb.

Üzüm və pudinglər

1897-ci ildə ingilis fizikası J. Tomson hər hansı bir atomda "elektronları" adlandığı müəyyən bir miqdarda mənfi yüklü hissəciklər olduğunu təsbit etdi. Artıq 1904-cü ildə alim daha yaxşı "mayalı ilə puding" adlanan ilk atom modelini yaradıb. Ad dəqiqliyi əks etdirir. Thomsonun nəzəriyyəsinə əsasən, kimya sahəsində bir atom vahid şəkildə paylanmış və elektronda olan bir növ "gəmi" dir.

Qeyd edək ki, belə bir model 20-ci əsrdə belə dövriyyəyə malikdir. Daha sonra o tamamilə yanlış olduğunu ortaya çıxardı. Ancaq hələ də insanın (və elmi əsasda) ətraf mühitin mikrokosmini yenidən yaratması üçün ilk şüurlu cəhdi idi və bu, kifayət qədər asan və intuitiv bir atom modeli təklif edirdi.

The Curie Experiments

Ümumiyyətlə, Pierre və Marie Curie cütü atom fizikasını başlatdıqları qəbul edilir. Əlbəttə ki, sağlamlığını və həyatını qurban verən bu parlaq insanların töhfəsi küçümsenemez, lakin onların təcrübələri daha da böyük əhəmiyyətə malik idi. Demək olar ki, eyni zamanda Rutherford ilə atomun daha mürəkkəb və heterogen bir quruluş olduğunu sübut etdi. Araşdırdıqları radioaktivliyin çox fenomeni bu mövzuda.

1898-ci ilin əvvəlində Mariya radiasiyaya həsr olunmuş ilk məqaləsini nəşr etdi. Tezliklə Maria və Pierre Curie , uran və radyum digər maddələrin xlorid birləşmələrinin qarışıqında rəsmi kimya olduğundan şübhələndiyini ortaya çıxardı. O zamandan bəri atomun strukturu yaxından araşdırılmağa başlandı.

"Planetar" yanaşma

Nəhayət, Rutherford ağır metal atomlarını α-parçacıqlarla (tam ionlaşmış helium) bombalamağa qərar verdi. Alim hesab edirdi ki, işıq elektronları hissəciklər trayektoriyasını heç bir şəkildə dəyişə bilmir. Buna görə, səpilmə yalnız atomun nüvəsində olan bəzi ağır elementlərə səbəb ola bilər. Qeyd etmək lazımdır ki, əvvəlcə Rutherford "puding" nəzəriyyəsini dəyişdirməməyə bənzəmirdi. Atomun bu modeli qüsursuz sayılırdı.

Beləliklə, nəticədə, demək olar ki, bütün hissəciklər problemsiz nazik bir gümüş qatından keçərkən onu təəccübləndirməmişdi. Ancaq tezliklə aydın olur ki, bəzi helyum atomları dərhal 30 ° -ə çatdırılıb. Bu, həmin dövrdə kimya haqqında söhbət açmamışdı. Tomson'a görə atomun tərkibi elektronların vahid bir paylanmasını qəbul etdi. Lakin bu, müşahidə olunan hadisələrlə açıq şəkildə ziddiyyət təşkil etdi.

Çox nadir, lakin hələ də bəzi hissəciklər hətta 180 ° bir açı ilə uçdu. Rutherford dərin anlaşılmazlıq içində idi. Bütün bunlardan sonra, bu, birmənalı olaraq paylanmış (Thomson nəzəriyyəsinə görə) olması lazım olan ittihamla "puding" ilə ziddiyyət təşkil etdi. Nəticədə, ionlaşmış helyumu itələyə bilən qeyri-bərabər yüklənmiş bölmələr olmamışdı.

Ruterford hansı nəticələrə gəldi?

Bu şərtlər də alimə atomun praktiki olaraq boş olduğunu və yalnız mərkəzdə bir pozitiv yüklə - nüvənin birləşməsinə cəmləndiyini düşündüyünə gətirib çıxardı. Beləliklə , atomun planetar modeli ortaya çıxdı, postulatları bunlar aşağıdakılardır:

• Daha əvvəl dediyimiz kimi, mərkəzi hissədə əsas nüvəsi yerləşir və həcmi (atomun həcminə nisbətən) çox azdır.
• Demək olar ki, bütün atom kütləsi, eləcə də bütün pozitiv yük, nüvədədir.
• Ətrafında elektronları döndürür. Onların sayı müsbət ittihamın dəyərinə bərabər olması vacibdir.

Teatrın Paradoksları

Hər şey gözəl olardı amma bu atom modeli inanılmaz sabitliyini açıqlamır. Xatırladaq ki, elektronlar böyük bir sürətlə öz orbitlərində hərəkət edirlər. Elektrodinamikanın bütün qanunlarına görə, belə bir obyekt vaxt itkisini itirməlidir. Əgər Newton və Maksvellin postulatlarını nəzərə alsaq, elektronlar ümumiyyətlə yerə dolu olduğu kimi, əsasən döyülməlidir.

Əlbəttə, belə bir şey əslində baş vermir. Hər hansı bir atom tamamilə sabit deyil, ancaq tamamilə məhdud vaxt ola bilər və ondan heç bir radiasiya getməyəcəkdir. Bu uyğunsuzluq, yalnız klassik mexanika ilə bağlı olan mikrodalğa üçün qanunları tətbiq etməyə çalışırıq. Onlar ortaya çıxdıqları kimi, atom ölçüsünün hadisələrinə tamamilə uyğun gəlmirlər. Atomun quruluşu (kimya, 11 sinif), dərs kitablarının müəllifləri sadə sözlərlə mümkün qədər asanlıqla izah etməyə çalışırlar.

Bohr doktrinası

Danimarkalı fizik Niels Bohr eyni qanunları makroskobik obyektlər üçün etibarlı olan mikrokosmosa yaymaq mümkün olmadığını sübut etdi. Mikrokosmikin yalnız kvant qanunları ilə "istiqamətləndirilmiş" olduğu fikri sahibdir. Əlbəttə ki, heç bir kvant nəzəriyyəsi yox idi, lakin Bohr həqiqətən atası oldu, Rutherfordun nəzəriyyəsinə görə "yaşamış" olsaydı, qaçılmaz şəkildə ölən bir atomu "xilas edən" üç postulatlar şəklində fikirlərini ifadə etdi. Bütün kvant mexanikasının əsasını təşkil edən Danın bu nəzəriyyəsi idi.

Bora posterates

• Onlardan birincisi deyilir: hər hansı bir atom sistemi yalnız xüsusi atomik dövlətlərdə ola bilər və onların hər biri üçün müəyyən bir enerji dəyəri (E) xarakterikdir. Atom dövləti sabitdirsə (sakit), onda radiasiya olmaz.
• İkinci postulate deyir ki, yüngül enerji emissiyası yalnız daha yüksək enerjili bir dövlətdən daha möhkəm bir vəziyyətə keçid vəziyyətində olur. Buna görə sərbəst qalan enerji iki stasionar dövlət arasındakı dəyərlərin fərqinə bərabərdir.

Niels Bohr atomunun modeli

Bu semiclassik nəzəriyyə 1913-cü ildə alim tərəfindən təklif olunmuşdur. Qeyd etmək lazımdır ki, Rutherfordun planetar modelinə əsaslanaraq, onun əvvəlində maddənin atomunu təsvir etmişdi. Artıq klassik mexanikanın Ruterford hesablamalarına zidd olduğunu söyləyirdik. Ondan irəli gələrək elektronun mütləq atomun səthinə düşməsi lazımdır.

Bu ziddiyyət "ətrafında" olmaq üçün alim xüsusi bir fərziyyə təqdim etdi. Onun mahiyyəti enerji yaymaq üçün (onların düşməsinə səbəb olmalıdır) elektronlar yalnız müəyyən bir orbitlərlə hərəkət edə bilər. Onları digər yollarla hərəkət edərkən iddia edilən kimyəvi atomlar pasif bir vəziyyətdə qaldı. Bohrun nəzəriyyəsinə görə, bu orbitlər kantitativ hərəkət Planck sabitlərinə bərabər olanlar idi.

Atom quruluşunun kvant nəzəriyyəsi

Artıq dediyimiz kimi, hazırda atomun strukturunun kvant nəzəriyyəsi davam edir. Son illərdəki kimya yalnız özü tərəfindən idarə olunur. Dörd əsas axioma əsaslanır.

1. Birincisi, elektronun özünün ikili (korpuskulyar dalğa təbiəti). Sadəcə olaraq, bu hissəcik bir maddi obyekt (korpuska) və dalğa kimi davranır. Bir hissəcik olaraq, müəyyən bir yük və kütlə var. Kırılma qabiliyyəti klassik dalğalı elektronlarla əlaqəli olur. Bu dalğa uzunluğu (λ) və hissəciklərin sürəti (v) xüsusi bir De Brogli əlaqəsi ilə bir-birinə aid ola bilər: λ = h / mv. Məlumdur ki, m elektronun özüdür.

2. Bir parçacığın koordinatını və sürətini mütləq dəqiqliklə ölçmək tamamilə mümkün deyil. Koordinat daha dəqiq müəyyən edilir, sürətdə qeyri-müəyyənlik daha yüksəkdir. Bununla birlikdə, və əksinə. Bu fenomen, Heisenberg qeyri-müəyyənliyini deyirdi və aşağıdakı əlaqələr kimi ifadə edilə bilər: Δx ∙ m ∙ Δv> ћ / 2. Delta X (Δx) kosmosda koordinat mövqeyinin qeyri-müəyyənliyini ifadə edir. Buna görə, delta V (Δv) sürət səhvlərini göstərir.

Bütün əvvəlki yayılmış fikirlərdən fərqli olaraq, elektronlar raylar üzərində qatarlar kimi ciddi şəkildə müəyyən bir orbitlə keçmir. Kvant nəzəriyyəsi deyir ki, bir elektron yerdəki hər hansı bir yer ola bilər, ancaq bu ehtimalı hər seqment üçün fərqlidir.

Bu ehtimalın maksimum olduğu atom nüvəsinin ətrafındakı hissənin orbital adlanır. Müasir kimya atomların elektron qövslərinin strukturunu tam olaraq bu baxımdan araşdırır. Əlbəttə ki, məktəblər elektronların doğru səviyyələr səviyyəsinə çatdırılmasını öyrədirlər, lakin, ehtimal ki, həqiqətən fərqli olaraq fərqlənirlər.

4. Bir atomun nüvəsi nuklonlardan (proton və neytronlar) ibarətdir. Dövri sistemdə bir elementin ordinal sayı onun nüvəsindəki proton sayını göstərir və protonların və neytronların məbləği atom kütləinə bərabərdir. Bu müasirlik kimya atomun nüvəsinin quruluşunu necə izah edir.

Kvant mexanikasının təsisçiləri

Bu cür mühüm sektorun inkişafına ən böyük töhfə verən alimlərə diqqət yetirək : Fransız fizik L. de Broglie, Almaniyadan W. Heisenberg, Avstriya E. Schroedinger, İngilis P. Dirac. Bütün bunlara sonradan Nobel mükafatı verildi.

Qədər bu plan kimi kimya getdi? nəhayət Elementar zərrəciklərin mövcudluğu həqiqəti tanınmış bir çox yalnız 1947-ci ildə: atom Chemical strukturu, o illərdə ən kifayət qədər sadə hesab edilmişdir.

bəzi nəticələr

Yaratmaq zaman bu proseslərin bütün kompleks hesablamalar istifadə yalnız hesablanır bilər kimi Ümumiyyətlə, bir kvant nəzəriyyəsi, riyaziyyatçılar deyildi. Amma əsas çətinlik nöqtə deyil. bütün müasir elmi texnologiya baxmayaraq, həm də təsəvvür yalnız bizim duyğu mövcud bu nəzəriyyə ilə təsvir edilir proseslər,.

onlar biz evren müşahidə bütün hadisələrin xoşuma gəlmədi kimi heç kim, hətta bəzi microcosm prosesləri təsəvvür edə bilməz. Just edirəm: son kəşflər quarks, neutrinos və digər fundamental hissəciklərin doqquz ölçüdə mövcud güman əsas verir (!). bir şəxs üç ölçülü məkanda yaşayan kimi, hətta təxminən onların davranış təsvir edə bilərsiniz?

Hal-hazırda, yalnız riyaziyyat və bəlkə, mikro-dünya simulyasiya üçün istifadə olunacaq, müasir kompüter, gücü etibar edə bilərsiniz. Xeyli kömək edir və kimya: atom quruluşu əlbəttə ki, bu sahədə çalışan yaxınlarda alimlər sonra yenidən baxılacaq, kimyəvi istiqrazın yeni tipli kəşf bildirib.

Atomun quruluşu müasir anlayışı

Siz diqqətlə yuxarıda bütün oxumaq varsa, yəqin ki özləri məsələ atomları strukturu bu gün şəkil demək olacaq. Amma biz izah edəcək: bu qədər, Rutherford nəzəriyyəsi redaktə Niels Bohr əvəzsiz precepts ilə əlavə olunur. Sadəcə qoymaq, bu gün elektron neytron və proton ibarətdir nüvə ətrafında xaotik, blurred yolları hərəkət sayılır. elektron baş çox güman olan ətrafında kosmik bir hissəsi orbital adlanır.

mümkün olmasa da gələcəkdə atom strukturunun anlayışımız dəyişəcək necə dəqiq demək. Hər gün alimlər microcosm sirlərini daxil nüfuz üzərində işləyir: LHC (Large Hadron Collider), fizika üzrə Nobel mükafatı - bütün bu sorğu nəticəsidir.

Amma indi biz təsəvvür və hələ atomları gizlətmək nə təxmini şəkil edə bilməz. Aydındır ki, yalnız microcosm miqyasında atom özü - böyük binanın, biz tamamilə hətta sonra birinci mərtəbəsində istisna olmaqla müayinə və olan. Demək olar ki, hər il açılması ehtimalı daha çox yeni ibtidai hissəciklər haqqında hesabat var. atomların öyrənilməsi prosesi tamamilə başa zaman, bir gün proqnozlaşdırmaq üçün həyata deyil.

Onların bizim anlayışlar qondarma V-hissəciklər aşkar zaman 1947-ci ildə yalnız dəyişməyə başladı ki, demək kifayətdir. Bundan əvvəl, insanlar az 19-cu əsrin kimya əsaslanır olan nəzəriyyəsini dərinləşdirib. Atom strukturu - bəşəriyyətin ən yaxşı ağıl işğal olan bir maraqlı puzzle həll.