Мысли о сути всего окружающего начали посещать население земли за длительное время до момента расцвета современной цивилизации. Поначалу люди размышляли о существовании некоторых высших сил, которые, как они считали, предопределяли все бытие. Но уже достаточно скоро философы и священнослужители начали думать над тем, из чего, фактически, состоит сама ткань этого бытия. Теорий было огромное количество, но в исторической перспективе главенствующей стала атомарная.

Что такое атом в химии? Это, также все сопутствующие темы мы обсудим в рамках данной статьи. Возлагаем надежды, что в ней вы отыщите ответы на все интересующие вас вопросы.

Родоначальник атомарной теории

С чего начинается 1-ый урок химии? Строение атома – вот основная тема. Вы наверное помните, что слово «атом» переводится с древнегреческого языка как «неразделимый». На данный момент многие историки считают, что первым выдвинул теорию, гласившую о некоторых мелких частичках, из которых состоит все сущее, Демокрит. Он жил еще в 5-ом веке до нашей эпохи.

К величайшему огорчению, об этом выдающемся мыслителе фактически ничего не понятно. До нас не дошел ни один письменный источник тех времен. А поэтому об идеях величайшего ученого собственного времени нам приходится узнавать только из трудов Аристотеля, Платона, также других древнегреческих мыслителей.

Итак, наша тема — «Строение атома». По химии не все имели высочайшие оценки, но многие помнят о том, что все выводы старых ученых были построены только на умозаключениях. Демокрит исключением не был.

Как рассуждал Демокрит?

Логика его была максимально ординарна, но вкупе с тем гениальна. Представьте, что у вас есть самый острый ножик в мире. Вы берете яблоко, например, а потом начинаете его разрезать: на две половинки, на четвертинки, их опять делите… Словом, в какой-то момент вы получите ломти таковой маленькой толщины, что далее их разделять уже будет нельзя. Вот это и будет неразделимый атом. В химии это утверждение числилось настоящим чуть ли не до конца 19 века.

От Демокрита к современным представлениям

Следует увидеть, что от древнегреческих представлений о микромире сохранилось одно только слово «атом». На данный момент каждый школьник знает, что окружающий нас мир состоит из куда более базовых и маленьких частиц. Не считая того, исходя из убеждений современной науки теория Демокрита была менее чем чисто гипотетичной выкладкой, не подкрепленной ровненьким счетом никакими подтверждениями. Вобщем, в те времена не было электрических микроскопов, так что обосновать свою правоту другими методами у мыслителя бы все равно не вышло.

1-ые подозрения о том, что Демокрит по сути прав, появились у химиков. Они стремительно нашли, что многие вещества в процессе реакций распадаются на более обыкновенные составляющие. Не считая того, конкретно химики вывели строгие закономерности данных процессов. Так, они направили внимание, что для получения воды требуется восемь массовых толикой кислорода и одна — водорода (закон Авогадро).

В Средние века хоть какое материалистическое учение, в том числе и теория Демокрита, распространения и развития получить не могло в принципе. И исключительно в XVIII веке ученые вновь ворачиваются к атомистической теории. К тому времени химик А. Лавуазье, наш величавый М. В. Ломоносов и талантливейший британский физик Д. Дальтон (о котором мы побеседуем раздельно), уже внушительно обосновали своим сотрудникам действительность существования атомов. Следует выделить, что даже в просвещенном 18 веке длительное время атомарная теория многими выдающимися разумами тех пор серьезно не рассматривалась.

Вроде бы там ни было, но даже эти величавые ученые еще не выдвигали теорий о строении самого атома, потому что он числился единой и неразделимой частичкой, основой всего сущего.

К огорчению, хим опыты не могли наглядно обосновать действительность перевоплощения атомов одних веществ в другие. Но все таки основополагающей наукой в исследовании строения атомов стала конкретно химия. Атомы и молекулы длительное время изучались одним превосходным русским ученым, без которого нельзя представить для себя современную науку.

Учение Д. И. Менделеева

Гигантскую роль в становлении атомарного учения сыграл Д. И. Менделеев, который еще в 1869 году сделал свою гениальную повторяющуюся систему. В первый раз научному обществу была представлена теория, которая не только лишь не отторгала, да и уместно дополняла все догадки материалистов. Уже в 19 веке ученые смогли обосновать существование электронов. Все эти выводы принудили наилучшие разумы 20-го века серьезно изучить атом. В химии это время также было ознаменовано обилием открытий.

Но учение Менделеева ценно не только лишь этим. До сего времени остается неясным, как конкретно формировались атомы разных хим частей. Но величавый российский ученый сумел внушительно обосновать, что они все без исключения состоят в близком родстве вместе.

Открытие Дальтона

Но суметь интерпретировать множественные разрозненные данные сумел только Джон Дальтон, имя которого навеки запечатлено в открытом им самим законе. Обычно ученый изучил только поведение газов, но круг интересов у него был намного обширнее. В 1808 году он приступил к публикации собственной новейшей базовой работы.

Конкретно Дальтон представил, что каждому хим элементу соответствует определенный атом. Но ученый, как и Демокрит за много веков до него, все таки считал, что они являются вполне неразделимыми. В его черновиках много схематичных рисунков, на которых атомы представлены в виде обычных шариков. Эта мысль, зародившаяся более 2500 годов назад, просуществовала чуть ли не до нашего времени! Вобщем, только сравнимо не так давно было открыто вправду глубочайшее строение атома. Химия (9 класс а именно) даже сейчас почти во всем управляется теми мыслями, которые были в первый раз озвучены в 18 веке.

Экспериментальные доказательства делимости атомов

Вобщем, до конца 19 века фактически все ученые считали, что атом — тот предел, за которым ничего нет. Они задумывались, что основой всего мироздания является конкретно он. Этому содействовали разные опыты: как ни крути, но изменялись только только молекулы, в то время как с самими атомами веществ не происходило ровненьким счетом ничего, чего бы не смогла разъяснить простая химия. Строение атома углерода, например, остается совсем постоянным даже в различных аллотропных состояниях.

Словом, длительное время не было ровненьким счетом никаких экспериментальных данных, которые хотя бы косвенно подтверждали подозрения неких ученых о том, что имеются какие-то более фундаментальные частички. Исключительно в 19 веке (не в последнюю очередь благодаря опытам супругов Кюри) было подтверждено, что в определенных критериях атомы одних частей могут преобразовываться в другие. Эти открытия легли в базу современных представлений об окружающем нас мире.

Изюм и пудинги

В 1897 году Дж. Томсоном, английским физиком, было установлено, что в любом атоме имеется некоторое количество негативно заряженных частиц, которые он же именовал «электронами». Уже в 1904 году ученый сделал первую атомарную модель, которая более известна под обозначением «пудинг с изюмом». Заглавие полностью точно отражает сущность. Судя по теории Томсона, атом в химии – это некоторый «сосуд» с умеренно распределенным в нем зарядом и электронами.

Заметим, что схожая модель имела хождение даже в 20-м веке. Потом оказалось, что она была совсем неправильной. Но все таки это была 1-ая осознанная попытка человека (при этом на научной базе) воссоздать окружающий его микромир, предложив модель атома, довольно ординарную и приятную.

Опыты Кюри

Принято считать, что супруги Пьер и Мария Кюри положили начало атомной физике. Конечно, вклад этих превосходных людей, практически пожертвовавших своим здоровьем и жизнью, нельзя недооценить, но их опыты имели и куда более базовое значение. Фактически сразу с Резерфордом они обосновали, что атом – еще более непростая и разнородная структура. Само явление радиоактивности, которое они изучили, конкретно об этом и гласило.

Уже сначала 1898 года Мария публикует первую статью, посвященную радиации. Скоро Мария и Пьер Кюри обосновали, что в консистенции хлористых соединений урана и радия начинают появляться другие вещества, в существовании которых колебалась официальная химия. Строение атома с того времени начали изучить впритирку.

«Планетарный» подход

В конце концов Резерфорд решил произвести бомбардировку атомов томных металлов α-частицами (на сто процентов ионизированный гелий). Ученый сразу представил, что легкие электроны никак не сумеют поменять траекторию перемещения частиц. Соответственно, рассеивание могут вызывать только какие-то более томные элементы, которые могут содержаться в ядре атома. Сходу заметим, что вначале Резерфорд никак не претендовал на изменение теории «пудинга». Эта модель атома числилась безупречной.

А поэтому итог, при котором практически все частички без заморочек проходили через узкий слой серебра, его не изумил. Вот только скоро выяснилось, что некие атомы гелия отклонялись сходу на 30°. Это было совершенно не то, о чем гласила в то время химия. Состав атома по Томсону подразумевал равномерное рассредотачивание электронов. Но этому очевидно противоречили наблюдаемые явления.

Очень изредка, но все таки некие частички улетали под углом даже 180°. Резерфорд был в глубочайшем недоумении. Ведь это резко противоречило «пудингу», заряд в каком был должен быть (по теории Томсона) распределен умеренно. Как следует, неравномерно заряженные участки, которые могли бы отталкивать ионизированный гелий, должны были отсутствовать.

К каким выводам пришел Резерфорд?

Эти происшествия и наткнули ученого на идея, что атом фактически пуст и исключительно в центре сосредоточено какое-то образование с положительным зарядом — ядро. Так и появилась планетарная модель атома, постулаты которой последующие:

• Как мы уже и гласили, в центральной части размещено ядро, при этом его объем (по отношению к размеру самого атома) ничтожно мал.
• Фактически вся атомарная масса, также весь положительный заряд находятся конкретно в ядре.
• Вокруг него крутятся электроны. Принципиально, что их число равно значению положительного заряда.

Парадоксы теории

Все было бы отлично, но данная модель атома никак не разъясняет их невероятную устойчивость. Следует держать в голове, что электроны движутся по своим орбитам с большущим ускорением. По всем законам электродинамики таковой объект с течением времени должен потерять собственный заряд. Если принимать во внимание постулаты Ньютона и Максвелла, то электроны вообщем должны сыпаться на ядро, как будто град на землю.

Естественно, ничего такового в действительности не происходит. Хоть какой атом не только лишь совсем устойчив, да и может существовать совсем неограниченное время, при этом никакого излучения от него идти не будет. Такое несоответствие разъясняется тем, что к микромиру мы пытаемся использовать законы, которые действительны исключительно в отношении традиционной механики. Они же, как оказывается, к явлениям атомарного масштаба неприменимы совсем. А поэтому строение атома (химия, 11 класс) создатели учебников стараются разъяснить как можно более ординарными словами.

Учение Бора

Датским физиком Нильсом Бором было подтверждено, что на микромир нельзя распространять те же законы, положения которых справедливы для макроскопических объектов. Конкретно ему принадлежит мысль о том, что микромир «управляется» только квантовыми законами. Естественно, тогда не было самой квантовой теории, но Бор практически стал ее родоначальником, выразив свои мысли в виде 3-х постулатов, которые «выручали» атом, неизбежно бы погибший, если б он «жил» согласно теории Резерфорда. Эта самая теория датчанина легла в базу всей квантовой механики.

Постулаты Бора

• 1-ый из их говорит: неважно какая атомная система может находиться исключительно в особенных атомных состояниях, при этом для каждого из их типично определенное значение энергии (Е). Если состояние атома стационарное (спокойное), то источать он не может.
• 2-ой постулат гласит о том, что излучение световой энергии происходит исключительно в случае перехода из состояния с большей энергией в более умеренное. Соответственно, выделяемая энергия равна разнице значений меж 2-мя стационарными состояниями.

Модель атома Нильса Бора

Эту полуклассическую теорию ученый предложил в 1913 году. Броско, что в ее базу он положил планетарную модель Резерфорда, который незадолго до него обрисовал атом вещества. Мы уже гласили, что традиционная механика противоречила выкладкам Резерфорда: исходя из нее, предполагалось, что с течением времени электрон был должен непременно свалиться на поверхность атома.

Чтоб «обойти» это противоречие, ученый ввел особое допущение. Его сущность заключалась в том, что источать энергию (что и должно было приводить к их падению) электроны могут, только двигаясь по каким-то определенным орбитам. При движении же их по другим траекториям типо хим атомы оставались в пассивном состоянии. Согласно теории Бора такими орбитами являлись те, количественный момент движения по которым был равен неизменным Планка.

Квантовая теория строения атома

Как мы уже гласили, на сегодня в ходу квантовая теория строения атома. Химия последних лет управляется только ею. В ее базе лежат четыре основополагающих теоремы.

1. Во-1-х, двойственность (корпускулярно-волновая природа) самого электрона. Проще говоря, ведет себя эта частичка и как вещественный объект (корпускула), и как волна. Как частичка он имеет определенный заряд и массу. Способность же к дифракции роднит электроны с традиционными волнами. Длина этой самой волны (λ) и скорость частички (v) могут быть связаны вместе особым соотношением де Бройля: λ = h / mv. Как можно додуматься, m – масса самого электрона.

2. Координату и скорость частички замерить с абсолютной точностью совсем нереально. Чем поточнее определяется координата, тем выше неопределенность в скорости. Как, вобщем, и напротив. Это явление получило заглавие неопределенности Гейзенберга, которое может быть выражено в виде последующего соотношения: ?x•m•?v > ћ/2. Дельта Х (?х) выражает неопределенность положения координаты в пространстве. Соответственно, дельта V (?v) показывает скоростные погрешности.

3. Вопреки всем ранее всераспространенным воззрениям, электроны не проходят по строго определенным орбитам, как поезда по рельсам. Квантовая теория говорит, что электрон может находиться в хоть какой точке места, но возможность этого различна для каждого отрезка.

Та часть места вокруг конкретно атомного ядра, в какой эта возможность максимальна, именуется орбиталью. Современная химия строение электрических оболочек атомов изучает конкретно с этой точки зрения. Естественно, в школах учат правильному рассредотачиванию электронов по уровням, но, по всей видимости, в действительности они расползаются совершенно по другому.

4. Ядро атома состоит из нуклонов (протонов и нейтронов). Порядковый номер элемента в повторяющейся системе показывает на количество протонов в его ядре, а сумма протонов и нейтронов равна атомарной массе. Ах так разъясняет строение ядра атома химия современности.

Основатели квантовой механики

Отметим тех ученых, которые занесли больший вклад в развитие настолько принципиальной отрасли: французский физик Л. де Бройль, германец В. Гейзенберг, австриец Э. Шредингер, британец П. Дирак. Все эти люди потом были удостоены Нобелевской премии.

Как далековато в этом плане ушла химия? Строение атома большая часть химиков тех лет считали довольно обычным: многие только к 1947 году совсем признали действительность существования простых частиц.

Некие выводы

Вообщем, при разработке квантовой теории не вышло без математиков, потому что все эти процессы можно высчитать только с внедрением сложнейших вычислений. Но самая основная трудность заключается совсем не в этом. Те процессы, которые описываются данной теорией, недосягаемы не только лишь нашим органам эмоций, невзирая на всю современную научную технику, да и воображению.

Ни один человек даже примерно не может представить для себя процессы в микромире, потому что они совсем не похожи на все те явления, которые мы смотрим в макромире. Вникните только: последние открытия дают повод полагать, что кварки, нейтрино и остальные фундаментальные частички есть в девятимерном (!) измерении. Как человек, живущий в трехмерном пространстве, может даже примерно обрисовывать их поведение?

В реальный момент нам остается только надеяться на арифметику и мощь современных компов, которые, может быть, будут применены для моделирования микромира. Осязаемо помогает и химия: строение атома наверное будет пересмотрено, после того как не так давно ученые, работающие в этой области, сказали об открытии нового типа хим связи.

Современное представление о строении атома

Если вы пристально прочли все вышеизложенное, то наверное и сами можете сказать, каково нынешнее представление о строении атомов веществ. Но все таки мы поясним: это несколько переделанная теория Резерфорда, дополненная неоценимыми постулатами Нильса Бора. Проще говоря, сейчас считается, что электроны движутся по беспорядочным, размытым траекториям около ядра, которое состоит из нейтронов и протонов. Та часть места вокруг него, в какой возникновение электрона более возможно, именуется орбиталью.

Пока не представляется вероятным точно сказать, как будут изменяться наши представления о строении атома в предстоящем. Раз в день ученые работают над проникновением в потаенны микромира: БАК (Большой андронный коллайдер), Нобелевские премии в области физики – все это является результатом данных изысканий.

Но даже на данный момент мы не представляем и ориентировочной картины того, что еще скрывают атомы. Понятно только, что сам атом в масштабах микромира – большой многоквартирный дом, в каком нами обследован разве что нижний этаж, ну и то не стопроцентно. Фактически раз в год возникают сообщения о способности открытия все новых и новых простых частиц. Когда процесс исследования атомов будет вполне закончен, сейчас предсказывать не возьмется никто.

Довольно сказать, что наши представления о их начали изменяться только с 1947 года, когда были открыты так именуемые V-частицы. Ранее люди только незначительно углубили теории, на которых с 19 века основывалась химия. Строение атома – интересная загадка, разгадыванием которой заняты наилучшие разумы населения земли.