Atom kemia - ... Mfano wa chembe. muundo wa chembe

Mawazo juu ya asili ya mazingira alianza kutembelea ubinadamu muda mrefu kabla ya heyday ya ustaarabu wa kisasa. Kwanza, watu uvumi kuhusu kuwepo kwa baadhi ya nguvu ya juu, ambayo waliamini predetermined kuwa mzima. Lakini hivi karibuni sana, wanafalsafa na makuhani wakaanza kufikiria ukweli wa kile, kwa kweli, ni sana kitambaa ya kuishi. Nadharia imewekwa, lakini kwa mtazamo wa kihistoria kuwa kubwa atomiki.

ni chembe gani katika kemia? Hii, pamoja na mada zote zinazohusiana sisi kujadili katika makala hii. Ni matumaini yetu kwamba ndani yake utapata majibu ya maswali yako yote.

mwanzilishi wa nadharia ya atomiki

Ambapo kemia kwanza somo huanza? muundo wa chembe - ni mandhari kuu. Unaweza kukumbuka kwamba neno "chembe" limetafsiriwa kutoka lugha ya Kigiriki kama "hazigawanyiki". Sasa, wanahistoria wengi wanaamini kwamba kwanza alipendekeza nadharia, ambayo alisema baadhi ya chembe vidogo kwamba kufanya juu ya kila kitu kilichopo, Democritus. Yeye aliishi katika karne ya tano KK.

Kwa bahati mbaya, wa thinker hii bora kivitendo chochote inajulikana. Bado kufikiwa us chanzo chochote maandishi ya nyakati hizo. Na kwa sababu ya wasomi kubwa ya muda wake, mawazo, sisi kujifunza tu kutoka kazi za Aristotle, Plato na wasomi wengine Kigiriki.

Hivyo mada yetu - "muundo wa chembe." Katika kemia, si wote walikuwa na ratings ya juu, lakini wengi kukumbuka kwamba hitimisho yote ya wanasayansi wa kale zimejengwa tu juu makisio. Democritus hakuwa ubaguzi.

Kama mimi hoja Democritus?

mantiki wake ulikuwa rahisi sana, lakini wakati huo huo kipaji. Fikiria kuwa una kisu sharpest katika dunia. Kuchukua apple, kwa mfano, na kisha kuanza kuikata: halves mbili katika robo, wagawe tena ... Katika neno, mapema au baadaye utapata vipande mdogo wa unene kwamba kuendelea kugawanya yao itakuwa tayari kuwa haiwezekani. Hapa itakuwa hazigawanyiki chembe. Katika kemia, madai haya ni kuchukuliwa kweli karibu na mwisho wa karne ya 19.

Kutoka Democritus ya mawazo ya kisasa

Ikumbukwe kuwa kuanzia dhana kale Kigiriki ya microcosm alibakia neno moja tu "chembe". Sasa kila schoolchild anajua kwamba dunia karibu nasi imeundwa zaidi ya msingi na faini. Aidha, kutokana na mtazamo wa sayansi ya kisasa, nadharia ya Democritus na kitu chochote zaidi ya hesabu rena nadharia, si mkono na kabisa ushahidi. Hata hivyo, katika siku hizo hapakuwa na hadubini ya elektroni, hivyo kuthibitisha kwa njia nyingine katika thinker yasingetokea.

tuhuma ya kwanza kwa Democritus kweli haki pale katika maduka ya dawa. Kwa haraka aligundua kwamba wengi wa vitu kuvunja katika vipengele rahisi wakati wa majibu. Aidha, ni kuletwa kanuni, kemikali kali ya michakato hii. Kwa hiyo, waligundua kuwa, inachukua nane wingi sehemu ya oksijeni na moja kwa ajili ya maji - hidrojeni (sheria Avogadro wa).

Katika Zama, mafundisho yoyote ya uyakinifu, ikiwa ni pamoja nadharia ya Democritus, usambazaji na maendeleo kushindwa kufika hata kidogo. Na ni katika karne XVIII, wanasayansi mara nyingine tena kurudi nadharia ya atomiki. Wakati wa kemia Lavoisier, yetu kubwa M. V. Lomonosov na wenye vipaji Kiingereza mwanafizikia D. Dalton (ambayo sisi kujadili tofauti), na kwa kusadikika kuonyeshwa kwa wenzao hali halisi ya atomi. Ni lazima alisisitiza kuwa hata katika mwanga karne ya 18 nadharia ya atomiki kwa muda mrefu watu wengi akili bora wa wakati huo kwa umakini kuzingatiwa.

Chochote ni, lakini hata wanasayansi haya makubwa bado kuweka mbele nadharia ya muundo wa chembe, kama yeye alikuwa kuchukuliwa moja na hazigawanyiki chembe, msingi wa kila kitu.

Kwa bahati mbaya, majaribio ya kemikali hakuweza wazi kuthibitisha ukweli wa kubadilishwa kwa baadhi ya atomi ndani ya dutu nyingine. Hata sayansi ya msingi katika kusoma muundo wa chembe ilikuwa just kemia. Atomi na molekuli kuwa alisoma kwa muda mrefu, kipaji Russian wanasayansi, bila ambayo ni vigumu kufikiria sayansi ya kisasa.

mafundisho D. I. Mendeleeva

jukumu kubwa katika maendeleo ya mafundisho ya atomiki alicheza D. I. Mendeleev, ambaye katika 1869 iliyoundwa vipindi mfumo wake kipaji. nadharia imekuwa kuwasilishwa kwa jamii ya kisayansi, ambayo si tu hakuwa na kukataa, lakini mawazo ya kuridhisha kutimiza wayakinifu wote. Tayari katika karne ya 19, wanasayansi walikuwa na uwezo wa kuthibitisha kuwepo kwa elektroni. matokeo haya yote wakiongozwa akili bora wa karne ya 20 kwa uzito kujifunza chembe. Katika kemia wakati huu ulikuwa wa mengi ya uvumbuzi.

Lakini mafundisho ya Mendeleyev ni muhimu si tu kwa haya. Bado haijulikani hasa jinsi mfumo atomi ya mambo mbalimbali kemikali. Lakini kubwa Russian mwanasayansi alikuwa na uwezo wa kuthibitisha conclusively kuwa wao ni wote, bila ubaguzi, ni karibu kuhusiana na kila mmoja.

ufunguzi Dalton

Lakini kuwa na uwezo wa kutafsiri data nyingi tofauti inaweza tu Dzhon Dalton, ambaye jina lake ni milele aliweka chapa katika ugunduzi wa sheria yenyewe. Kwa kawaida, wanasayansi alisoma tu tabia za gesi, lakini mbalimbali ya maslahi ni pana sana. Katika 1808 alianza kuchapisha kazi yake mpya ya msingi.

Ni Daltons alishika kwamba kila kipengele kemikali inalingana na chembe maalum. Lakini mwanasayansi, kama Democritus karne nyingi mbele yake, bado aliamini kuwa ni namna isiyoweza kutengwa kabisa. Katika rasimu yake mengi michoro diagrammatic, ambapo atomi kuwakilishwa katika fomu ya pellets rahisi. Wazo hili, ambayo asili zaidi ya miaka 2,500 iliyopita, lilidumu mpaka leo! Hata hivyo, tu hivi karibuni imegunduliwa muundo kweli ndani ya chembe. Chemistry (Daraja 9 hasa) hata leo kwa kiasi kikubwa inaongozwa na mawazo kwamba walikuwa kwanza alionyesha katika karne ya 18.

Experimental uthibitisho wa divisibility ya atomi

Hata hivyo, karibu wote wanasayansi waliamini kuwa chembe hadi mwisho wa karne ya 19 - kikomo ambacho hakuna kitu. Wao walidhani kwamba msingi wa kuundwa yote ni hasa hivyo. Hii ilikuwa kuwezeshwa na aina ya majaribio: chochote mtu anaweza kusema, lakini ni mabadiliko tu molekuli, wakati kiwango cha kwa atomi wa dutu hayakutokea kitu kabisa ambayo inaweza kuelezewa kemia tu. muundo wa atomi kaboni, kwa mfano, bado kubadilika kabisa hata katika majimbo tofauti allotropic.

Kwa kifupi, kwa muda mrefu, kulikuwa na kabisa hakuna data majaribio kwamba angalau moja alithibitisha tuhuma za baadhi ya wanasayansi kuwa kuna baadhi ya chembe zaidi ya msingi. Tu katika karne ya 19 (si angalau shukrani kwa uzoefu wa curies) ilikuwa umeonyesha kuwa katika hali fulani atomi ya kipengele mtu anaweza kugeuzwa kuwa mmoja. Ugunduzi huo kuunda msingi wa mawazo ya kisasa kuhusu ulimwengu karibu nasi.

Zabibu na puddings

Mwaka wa 1897, George. Thomson, Kiingereza mwanafizikia, ilibainika kuwa katika chembe yoyote kuna kiasi fulani cha chembe chaji hasi, ambayo yeye pia huitwa "elektroni". Tayari katika 1904, mwanasayansi kuundwa kwanza atomia mfano, ambayo ni bora zaidi inajulikana chini ya wajibu "plum pudding". jina hilo kwa usahihi kabisa huonyesha kiini. Kulingana na nadharia ya Thomson wa chembe katika kemia - ni "chombo" na enhetligt kusambazwa humo malipo na elektroni.

Kumbuka kuwa mtindo huu ilikuwa katika mzunguko hata katika karne ya 20. Baadaye aligeuka kuwa ni sahihi kabisa. Hata hivyo, kwa mara ya kwanza fahamu jaribio la mwanadamu (na kwenye msingi wa kisayansi) recreate microcosm jirani, kutoa mfano wa chembe, rahisi na ya wazi.

majaribio Curie

Inaaminika kuwa wanandoa, Pierre na Mariya Kyuri kuweka msingi kwa ajili fizikia atomiki. Bila shaka, mchango wa watu hawa wa fikra, kwa kweli sadaka afya yake na maisha, haiwezi kupuuzwa, lakini uzoefu wao walikuwa mbali zaidi ya msingi. Karibu wakati huo huo kwa Rutherford wao imeonekana kwamba chembe - ni ngumu zaidi na muundo tofauti nyingi. uzushi wa mionzi, ambayo wao kuchunguzwa, hiyo ni juu yake na majadiliano.

Katika mwanzo wa 1898 Maria kuchapishwa makala ya kwanza kujitoa kwa mnururisho. Mara Maria na Per Kyuri umeonyesha kuwa mchanganyiko wa misombo klorini ya urani na radium yameanza kujitokeza vitu vingine, uwepo wake walikuwa na mashaka kemia rasmi. muundo wa chembe tangu wameanza kuchunguza kwa bidii.

"Dunia" mkabala

Hatimaye Rutherford aliamua kufanya chuma zito chembe bombardment α-chembe (kabisa ionized heli). Mwanasayansi mmoja alipendekeza kuwa elektroni mwanga hawawezi kubadilisha trajectory ya chembe mwendo. Kwa hiyo, utawanyiko inaweza kusababisha baadhi ya vipengele nzito tu ambayo inaweza kuwa zilizomo katika kiini cha atomi. Mara, tunaona kwamba awali Rutherford hakudai kubadilisha "pudding" nadharia. Mtindo huu wa chembe ilichukuliwa impeccable.

Kwa hiyo matokeo kwamba karibu wote chembe bila matatizo kupita kwa njia ya safu nyembamba ya fedha, siyo kushangaa. Hiyo ni hivi karibuni kuwa wazi kwamba baadhi ya atomi heli walikuwa deflected ° 30 tu. Ilikuwa hata hakujua la kusema wakati huo kemia wakati. Muundo kulingana na Thomson chembe alishika usambazaji sare ya elektroni. Lakini hii ni wazi kinyume na matukio aliona.

Ni nadra sana, lakini baadhi ya chembe akaruka kwa pembeni, hata 180 °. Rutherford akiwa amefadhaika ya ndani kabisa. Baada ya yote, ni kwa kasi yanapingwa "pudding", madai ambayo wanatakiwa kuwa (kwa mujibu wa nadharia Thomson) sawasawa kusambazwa. Kwa sababu hiyo, kutofautiana kushtakiwa maeneo ambayo inaweza kuzuia helium ionized, walikuwa mbali.

Nini hitimisho kuja Rutherford?

Hali hii ilisababisha wanasayansi kufikiri kwamba chembe ni zaidi tupu na tu kituo cha kuzingatia baadhi Elimu na chaji chanya - kernel. Na kulikuwa na mfano wa kuigwa sayari wa chembe, ambayo inadai yafuatayo:

• Kama sisi tayari alisema, ni iko katika sehemu ya kati ya msingi, na kiasi yake (ikilinganishwa na ukubwa wa chembe yenyewe) ni kidogo.
• Karibu wote wa habari atomiki, na pia kila malipo mazuri hupatikana katika kiini.
• Elektroni zinahusu yake. Ni muhimu kwamba idadi yao ni sawa na malipo mazuri.

nadharia paradoksia

Yote itakuwa nzuri, lakini mfano wa chembe haielezei ujasiri wao ajabu. Ikumbukwe kwamba elektroni anatembea katika obiti kwa kuongeza kasi kubwa. Na sheria zote za electrodynamics kitu baada ya muda, lazima kupoteza malipo yake. Kama sisi kuzingatia postulates ya Newton na Maxwell, elektroni kwa ujumla wanapaswa kubomoka msingi, kama mvua ya mawe juu ya ardhi.

Bila shaka, hakuna kitu kama hicho kinatokea katika hali halisi. chembe yoyote si tu sugu kabisa, lakini kuna inaweza kuwa mara ya ukomo kabisa, ambapo hakuna mionzi si kwenda mbali. Tofauti hii ni kuelezwa na ukweli kwamba kwa MicroWorld tunajaribu kutumia sheria ambazo ni halali tu katika heshima ya mechanics classical. Wao aligeuka atomiki kikubwa matukio si husika wakati wote. Na kwa sababu muundo wa chembe (Kemia, Daraja la 11) waandishi kiada kujaribu kueleza iwezekanavyo kwa maneno rahisi.

mafundisho Bohr ya

Denmark mwanafizikia Niels Bohr imethibitishwa kuwa katika microcosm hawezi kuwa chini ya sheria hiyo hiyo, masharti ya ambayo ni halali kwa vitu yenye kuonekana. Ilikuwa ni wazo yake kwamba microcosm ya "kuongozwa" tu na sheria quantum. Bila shaka, basi kulikuwa hakuna nadharia quantum yenyewe, lakini Bor kweli alianza babu yake, akielezea mawazo yao kwa njia ya postulates watatu "kuokolewa" chembe, itakuwa kuepukika kuuawa, kama "waliishi" kulingana na nadharia Rutherford. Ni nadharia hii Dane alikuwa msingi wa mechanics kila quantum.

postulates Bohr ya

• Ya kwanza inasema mfumo wowote atomiki inaweza kuwa tu katika majimbo maalum ya atomiki, na kwa kila mmoja wao baadhi thamani sifa ya nishati (E). Kama stationary hali ya chembe (utulivu), kisha emit haiwezi.
• kudai pili anasema kuwa chafu ya nishati mwanga hutokea tu katika kesi ya mpito kutoka hali na nguvu zaidi katika wastani zaidi. Kwa hiyo, nguvu zinazozalishwa ni sawa na tofauti ya thamani katikati ya nchi mbili stationary.

Niels Bohr mfano wa chembe

mwanasayansi alipendekeza mwaka 1913 na nadharia semiclassical. Ni vyema kutambua kwamba katika kuanzishwa kwake yeye kuweka sayari mfano wa Rutherford, ambaye muda mfupi kabla ya yeye alielezea chembe za vileo. Sisi tayari alisema kwamba classical mechanics hesabu Rutherford kinyume: kwa misingi yake, ni kudhani kwamba kwa muda elektroni alikuwa na uhakika wa kuanguka juu ya uso wa chembe.

Ili "pata karibu na" utata huu, mwanasayansi imeanzisha uandikishaji maalum. Asili yake liko katika ukweli kwamba kung'ara nishati (ambayo ilitakiwa kusababisha udhaifu wao), elektroni unaweza tu kusonga katika obiti yoyote maalum. Wakati kusonga kama trajectories yao mengine madai kemikali atomi kubaki katika hali tulivu. Kwa mujibu wa nadharia Bohr wa, mizunguko hiyo ni wale kiasi uhakika harakati ambayo ilikuwa sawa na ya mara kwa mara Planck ya.

nadharia quantum ya muundo atomiki

Kama tulivyosema, hadi sasa, wakati wa nadharia quantum ya muundo atomiki. Chemistry miaka ya hivi karibuni kuongozwa tu na yake. Ni kutokana na imani za nne ya msingi.

1. Kwanza, uwili (corpuscular wimbi asili) ya elektroni yenyewe. Kwa kifupi, chembe kutenda na jinsi nyenzo kitu (corpuscle), na kama wimbi. Kama chembe ina malipo maalum na molekuli. uwezo wa elektroni na diffraction kwa pamoja na mawimbi classical. Huu huu wimbi urefu (λ) na chembe kasi (v) inaweza kuunganishwa na kila mmoja na wa pekee de Broglie uhusiano: λ = h / mv. Kama unaweza nadhani, m - wingi wa elektroni.

2. kuratibu na velocities chembe ya kupima kwa usahihi kabisa haiwezekani kabisa. usahihi zaidi kuamua kuratibu, ndivyo hali ya wasiwasi katika kasi. Kama, hata hivyo, na kinyume chake. Hali hii inaitwa uhakika Heisenberg, ambayo inaweza walionyesha kwa uhusiano zifuatazo: Δx ∙ m ∙ Δv> ž / 2. Delta X (Δh) walionyesha kutokuwa na uhakika msimamo kuratibu katika nafasi. Kwa hiyo, delta V (Δv) inawakilisha makosa kasi.

3. Kinyume na kila imani awali maarufu, elektroni wala kupita katika mizunguko madhubuti hufafanuliwa kama moshi juu ya reli. nadharia Quantum anasema kuwa elektroni inaweza kuwa katika hatua yoyote katika nafasi, lakini uwezekano wa hii ni tofauti kwa kila sehemu.

Sehemu hiyo ya nafasi moja kwa moja zinazozunguka kiini atomia ambao uwezekano huu ni maximal, inaitwa orbital. Kisasa kemia muundo wa maganda ya elektroni ya atomi ya tafiti kutoka hatua hii ya maoni. Bila shaka, shule wanafundishwa usambazaji sahihi ya elektroni kupitia ngazi, lakini, uwezekano mkubwa, katika hali halisi, kuna tofauti tofauti kabisa.

4. msingi ni pamoja na chembe ya nucleons (protoni, nyutroni). namba tambulishi ya kipengele katika meza ya mara kwa mara inaonyesha idadi ya protons katika kiini chake, na jumla ya protoni, nyutroni ni sawa na wingi atomiki. Hapa ni jinsi ya kueleza muundo wa chembe kiini kemia ya leo.

waanzilishi wa quantum mechanics

Kumbuka wanasayansi ambao mchango mkubwa kwa maendeleo ya sekta hii muhimu: Kifaransa mwanafizikia Louis de Broglie, Heisenberg Kijerumani, Austria, Schrodinger, Mwingereza Dirac. Watu wote hawa baadaye Tuzo ya Nobel.

Kwa upande wa mwaka mpango huu alikwenda kemia? Kemikali muundo wa chembe, wengi miaka hiyo ilichukuliwa rahisi kutosha: wengi tu katika mwaka wa 1947 hatimaye kutambuliwa ukweli wa kuwepo kwa chembe ya msingi.

baadhi hitimisho

Kwa ujumla, wakati kujenga nadharia quantum hakuwa bila wanahisabati, kama wote wa taratibu hizi inaweza kuwa mahesabu tu kwa matumizi ya hesabu tata. Lakini ugumu kuu ni si ya uhakika. taratibu ambazo ni ilivyoelezwa na nadharia hii, inapatikana si tu kwa mawazo yetu, licha ya teknolojia ya kisasa zote za kisayansi, lakini pia mawazo.

Hakuna mtu, hata baadhi hawezi kufikiria michakato katika microcosm, kama wao si kama mambo yote sisi kuchunguza katika macrocosm. Hebu fikiria: uvumbuzi karibuni kutoa sababu ya kudhani kwamba quarks, neutrinos na chembe nyingine za msingi zipo katika tisa kipimo (!). Jinsi mtu wanaoishi katika nafasi ya tatu-dimensional, unaweza hata takriban kuelezea tabia zao?

Kwa sasa, tunaweza tu kutegemea hesabu na nguvu ya kompyuta za kisasa, ambayo, pengine, zitatumika kwa ajili ya simulation ndogo za ulimwengu. Kwa kiasi kikubwa husaidia na kemia: atomia muundo hakika upya, baada ya wanasayansi hivi karibuni kufanya kazi katika fani hii, The ugunduzi wa aina mpya ya kemikali dhamana.

dhana ya kisasa ya muundo wa chembe

Kama makini kusoma yote hapo juu, pengine wenyewe watakuwa na uwezo wa kusema ni nini leo picha ya muundo wa chembe ya suala hilo. Lakini sisi kueleza: ni kiasi fulani iliyopita nadharia ya Rutherford, ikisaidiwa na maagizo ya thamani sana ya Niels Bohr. Kwa kifupi, leo ni kuchukuliwa kwamba elektroni kuhamia katika machafuko, njia ukungu zinazozunguka kiini, ambayo imeundwa nutroni na protoni. Sehemu hiyo ya nafasi pembezoni, ambapo elektroni ni uwezekano mkubwa tukio inaitwa orbital.

Wakati haiwezekani kusema hasa jinsi itabadilika uelewa wetu wa mfumo wa atomiki katika siku zijazo. Kila siku, wanasayansi ni kazi kupenya katika siri za microcosm: LHC (Kubwa Hadron Collider), Tuzo ya Nobel ya Fizikia - yote haya ni matokeo ya data utafiti.

Lakini hata sasa hatuwezi kufanikisha na takriban picha ya nini bado kuficha atomi. Ni wazi tu chembe yenyewe kwa kiwango ya microcosm - kubwa jengo la ghorofa, ambapo sisi kuchunguza ila ghorofa ya kwanza, na hata basi si kabisa. Karibu kila mwaka kuna taarifa kuhusu uwezekano wa kufungua zaidi na zaidi mpya chembe ya msingi. Wakati mchakato wa utafiti wa chembe itakuwa kabisa kumaliza, si kufanya kutabiri moja leo.

Inatosha kusema kwamba dhana yetu wao ulianza kubadili tu katika mwaka wa 1947 wakati kinachojulikana V-chembe walikuwa kirahisi. Kabla ya hayo, watu kidogo tu kina nadharia ambayo karne ya 19 ilikuwa na makao kemia. Muundo wa Atom - kuvutia puzzle kutatua ambayo inamilikiwa akili mbora wa viumbe.