تم تحديد أساسيات العلوم الذرية الجزيئية لأول مرة بواسطة لومونوسوف. في عام 1741، في أحد أعماله الأولى - "عناصر الكيمياء الرياضية" - صاغ لومونوسوف أهم أحكام ما يسمى بالنظرية الجسيمية لبنية المادة التي خلقها.
وفقا لأفكار لومونوسوف، تتكون جميع المواد من جزيئات صغيرة "غير حساسة"، غير قابلة للتجزئة جسديا وقادرة على الالتصاق المتبادل. يتم تحديد خصائص المواد من خلال خصائص هذه الجزيئات. ميز لومونوسوف نوعين من هذه الجزيئات: الأصغر - "العناصر"، المقابلة للذرات في الفهم الحديث لهذا المصطلح، والأكبر - "الجسيمات"، والتي نسميها الآن الجزيئات.
كل جسيم له نفس تركيب المادة بأكملها. تحتوي المواد المختلفة كيميائيًا أيضًا على جسيمات ذات تركيب مختلف. "تكون الجسيمات متجانسة إذا كانت تتكون من نفس العدد من نفس العناصر، ومتصلة بنفس الطريقة"، و"تكون الجسيمات غير متجانسة عندما تكون عناصرها مختلفة ومتصلة بطرق مختلفة أو بأعداد مختلفة".
من التعريفات المذكورة أعلاه يتضح أن لومونوسوف يعتقد أن سبب الاختلافات في المواد لم يكن فقط الاختلاف في تكوين الكريات، ولكن أيضًا الترتيب المختلف للعناصر في الكريات.
وأكد لومونوسوف أن الجسيمات تتحرك وفق قوانين الميكانيكا. وبدون الحركة، لا يمكن للجسيمات أن تتصادم مع بعضها البعض أو أن تؤثر على بعضها البعض وتتغير. وبما أن جميع التغيرات في المواد تنتج عن حركة الجسيمات، فيجب دراسة التحولات الكيميائية ليس فقط بطرق الكيمياء، ولكن أيضًا بطرق الفيزياء والرياضيات.
على مدار أكثر من 200 عام مضت منذ أن عاش وعمل لومونوسوف، خضعت أفكاره حول بنية المادة لاختبار شامل، وتم التأكد من صحتها بالكامل. حاليًا، تعتمد جميع أفكارنا حول بنية المادة وخصائص المواد وطبيعة الظواهر الفيزيائية والكيميائية على العلوم الذرية الجزيئية.
أساس التدريس الذري الجزيئي هو مبدأ الفصل (عدم استمرارية بنية) المادة: كل مادة ليست شيئًا مستمرًا، ولكنها تتكون من جزيئات فردية صغيرة جدًا. الفرق بين المواد يرجع إلى اختلاف جزيئاتها؛ جزيئات مادة واحدة هي نفسها، وجزيئات المواد المختلفة مختلفة. في جميع الظروف، تكون جزيئات المادة في حالة حركة؛ فكلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زادت كثافة هذه الحركة.
بالنسبة لمعظم المواد، تكون الجزيئات عبارة عن جزيئات. الجزيء هو أصغر جسيم في المادة التي لها خواصها الكيميائية. وتتكون الجزيئات بدورها من ذرات. الذرة هي أصغر جسيم من العنصر الذي له خواصه الكيميائية. يمكن أن يحتوي الجزيء على عدد مختلف من الذرات. وبالتالي، فإن جزيئات الغازات النبيلة أحادية الذرة، وجزيئات المواد مثل الهيدروجين والنيتروجين ثنائية الذرة، والماء ثلاثي الذرة، وما إلى ذلك. وتتكون جزيئات المواد الأكثر تعقيدًا - البروتينات الأعلى والأحماض النووية - من عدد من الذرات التي ويقاس بمئات الآلاف.
في هذه الحالة، يمكن للذرات أن تتحد مع بعضها البعض ليس فقط بنسب مختلفة، ولكن أيضًا بطرق مختلفة. لذلك، مع وجود عدد صغير نسبيًا من العناصر الكيميائية، يكون عدد المواد المختلفة كبيرًا جدًا.
غالبًا ما يتساءل الطلاب لماذا لا يمتلك جزيء مادة معينة خصائصه الفيزيائية. من أجل فهم إجابة هذا السؤال بشكل أفضل، دعونا نفكر في العديد من الخصائص الفيزيائية للمواد، على سبيل المثال، نقاط الانصهار والغليان، والسعة الحرارية، والقوة الميكانيكية، والصلابة، والكثافة، والتوصيل الكهربائي.
يتم تحديد الخصائص مثل نقاط الانصهار والغليان والقوة الميكانيكية والصلابة من خلال قوة الروابط بين الجزيئات في مادة معينة في حالة التجميع المحددة لها؛ ولذلك، فإن تطبيق مثل هذه المفاهيم على جزيء واحد ليس له معنى. الكثافة هي خاصية يمتلكها الجزيء الفردي ويمكن حسابها. ومع ذلك، فإن كثافة الجزيء تكون دائمًا أكبر من كثافة المادة (حتى في الحالة الصلبة)، لأنه في أي مادة يوجد دائمًا بعض المساحة الحرة بين الجزيئات. وخصائص مثل التوصيل الكهربائي والقدرة الحرارية لا يتم تحديدها من خلال خصائص الجزيئات، ولكن من خلال بنية المادة ككل. ولكي نقتنع بذلك، يكفي أن نتذكر أن هذه الخصائص تتغير بشكل كبير عندما تتغير حالة تجمع المادة، في حين أن الجزيئات لا تخضع لتغيرات عميقة. وبالتالي، فإن مفاهيم بعض الخواص الفيزيائية لا تنطبق على جزيء فردي، بينما البعض الآخر قابل للتطبيق، ولكن هذه الخواص نفسها تختلف في الحجم بالنسبة للجزيء وبالنسبة للمادة ككل.
ليس في جميع الحالات أن الجزيئات التي تتكون منها المادة هي جزيئات. العديد من المواد في الحالة الصلبة والسائلة، مثل معظم الأملاح، لها بنية أيونية وليست جزيئية. بعض المواد لها تركيب ذري. ستتم مناقشة بنية المواد الصلبة والسوائل بمزيد من التفصيل في الفصل الخامس، لكننا هنا سنشير فقط إلى أنه في المواد ذات التركيب الأيوني أو الذري، فإن حامل الخواص الكيميائية ليس الجزيئات، بل تلك المجموعات من الأيونات أو الذرات التي تشكيل المادة المعطاة.
تم إنشاء أسس النظرية الذرية الجزيئية من قبل العالم الروسي إم. في. لومونوسوف (1741) والعالم الإنجليزي جيه دالتون (1808).
النظرية الذرية الجزيئية هي عقيدة بنية المادة، وأحكامها الرئيسية هي:
1. تتكون جميع المواد من جزيئات وذرات. الجزيء هو أصغر جسيم من مادة قادر على الوجود بشكل مستقل ولا يمكن سحقه أكثر دون فقدان الخصائص الكيميائية الأساسية للمادة. يتم تحديد الخواص الكيميائية للجزيء من خلال تركيبه وبنيته الكيميائية.
2. الجزيئات في حركة مستمرة. تتحرك الجزيئات بشكل عشوائي ومستمر. تعتمد سرعة حركة الجزيئات على حالة تجميع المواد. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد سرعة حركة الجزيئات.
3. جزيئات المادة نفسها هي نفسها، لكن جزيئات المواد المختلفة تختلف في الكتلة والحجم والبنية والخصائص الكيميائية. كل مادة موجودة ما دامت جزيئاتها باقية. بمجرد تدمير الجزيئات، تتوقف المادة المعينة عن الوجود: تظهر جزيئات جديدة، ومواد جديدة. أثناء التفاعلات الكيميائية، يتم تدمير جزيئات بعض المواد، ويتم تشكيل جزيئات المواد الأخرى.
4. تتكون الجزيئات من جزيئات أصغر - ذرات. الذرة هي أصغر جسيم من العنصر الكيميائي الذي لا يمكن تفكيكه كيميائيا.
ولذلك فإن الذرة تحدد خصائص العنصر.
ذرة– جسيم متعادل كهربائياً يتكون من نواة موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة.
عنصر كيميائييطلق على نوع من الذرات يتميز بمجموعة معينة من الخصائص.
حاليًا، يتم تعريف العنصر على أنه نوع من الذرات التي لها نفس الشحنة النووية.
تسمى المواد التي تتكون جزيئاتها من ذرات عنصر واحد مواد بسيطة(ج، ح 2، ن 2، يا 3، ق 8، الخ).
تسمى المواد التي تتكون جزيئاتها من ذرات عنصرين أو أكثر مواد معقدة ( H 2 O، H 2 SO 4، KHCO 3، إلخ). يعد عدد الذرات وترتيبها النسبي في الجزيء أمرًا ضروريًا.
تسمى قدرة ذرات العنصر نفسه على تكوين عدة مواد بسيطة مختلفة في التركيب والخصائص التآصل,والمواد المشكلة - التعديلات أو التعديلات المتآصلة ،على سبيل المثال، يشكل عنصر الأكسجين تعديلين متآصلين: O 2 - الأكسجين وO 3 - الأوزون؛ عنصر الكربون - ثلاثة: الماس والجرافيت والكاربين، الخ.
ترجع ظاهرة التآصل إلى سببين: اختلاف عدد الذرات في الجزيء (الأكسجين O 2 والأوزون O 3)، أو تكوين أشكال بلورية مختلفة (الماس والجرافيت والكارباين).
يتم تحديد العناصر عادةً بواسطة رموز كيميائية. ينبغي دائما يتذكر،أن كل رمز لعنصر كيميائي يعني:
1. اسم العنصر؛
2. ذرة واحدة منه؛
3. مول واحد من ذراته.
4. الكتلة الذرية النسبية للعنصر؛
5. موقعها في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية
دي. مندليف.
لذلك، على سبيل المثال، علامة سيوضح ما هو أمامنا:
1. العنصر الكيميائي الكبريت.
2. ذرة واحدة منه؛
3. مول واحد من ذرات الكبريت.
4. الكتلة الذرية للكبريت هي 32 أ. م (وحدة الكتلة الذرية) ؛
5. الرقم التسلسلي في النظام الدوري للعناصر الكيميائية D.I. مندليف 16.
الكتل المطلقة للذرات والجزيئات لا تذكر، لذلك، من أجل الراحة، يتم التعبير عن كتلة الذرات والجزيئات بالوحدات النسبية. حاليا تعتبر وحدة الكتلة الذرية وحدة الكتلة الذرية(مختصر أ. م.)، يمثل 1/12 من كتلة نظير الكربون 12C,1a. م هو 1.66 × 10 -27 كجم.
الكتلة الذرية للعنصرتسمى كتلة ذرتها، ويعبر عنها بـ أ. م.
الكتلة الذرية النسبية للعنصرهي نسبة كتلة ذرة عنصر معين إلى 1/12 من كتلة نظير الكربون 12C.
الكتلة الذرية النسبية هي كمية بلا أبعاد ويتم الإشارة إليها آر,
على سبيل المثال للهيدروجين 
للأكسجين 
.
الكتلة الجزيئية للمادةهي كتلة الجزيء، معبرًا عنها بـ a. e.m وهو يساوي مجموع الكتل الذرية للعناصر التي يتكون منها جزيء مادة معينة.
الوزن الجزيئي النسبي للمادةهي نسبة كتلة جزيء مادة معينة إلى 1/12 من كتلة نظير الكربون 12 C. ويشار إليها بالرمز السيد.الكتلة الجزيئية النسبية تساوي مجموع الكتل الذرية النسبية للعناصر الموجودة في الجزيء، مع الأخذ في الاعتبار عدد الذرات. على سبيل المثال، الكتلة الجزيئية النسبية لحمض الأرثوفوسفوريك H 3 PO 4 تساوي كتلة ذرات جميع العناصر الموجودة في الجزيء:
السيد(H 3 PO 4) = 1.0079 × 3 + 30.974 × 1 + 15.9994 × 4 = 97.9953 أو ≈ 98
يوضح الوزن الجزيئي النسبي عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء مادة معينة أكبر من 1 أ. م.
جنبا إلى جنب مع وحدات الكتلة، في الكيمياء يستخدمون أيضا وحدة كمية من مادة تسمى يصلي(اختصار "العثة").
مول من المادة- كمية المادة التي تحتوي على عدد من الجزيئات أو الذرات أو الأيونات أو الإلكترونات أو الوحدات الهيكلية الأخرى يساوي عددها الموجود في 12 جم (0.012 كجم) من نظير الكربون 12C.
بمعرفة كتلة ذرة الكربون الواحدة 12C (1.993 × 10 -27 كجم)، يمكننا حساب عدد الذرات في 0.012 كجم من الكربون:
عدد الجزيئات الموجودة في المول الواحد من أي مادة هو نفسه. ويساوي 6.02 × 10 23 ويسمى ثابت أفوجادروأو رقم أفوجادرو (ن أ).
على سبيل المثال، سوف تحتوي على ثلاثة مولات من ذرات الكربون
3 × 6.02 × 10 23 = 18.06 × 10 23 ذرة
عند استخدام مفهوم "الخلد"، من الضروري في كل حالة محددة الإشارة بالضبط إلى الوحدات الهيكلية المقصودة. على سبيل المثال، يجب التمييز بين مول واحد من ذرات الهيدروجين H، أو مول واحد من جزيئات الهيدروجين H2، أو مول واحد من أيونات الهيدروجين، أو مول واحد من الجزيئات له كتلة معينة.
الكتلة الموليةهي كتلة مول واحد من المادة. تمت الإشارة إليه بالحرف م.
الكتلة المولية تساوي عدديًا الكتلة الجزيئية النسبية ولها وحدات جم / مول أو كجم / مول.
كتلة وكمية المادة مفهومان مختلفان. يتم التعبير عن الكتلة بالكيلوجرام (جم)، ويتم التعبير عن كمية المادة بالشامات. هناك علاقات بين كتلة المادة (m، g)، وكمية المادة (n، mol) والكتلة المولية (M، g/mol):
ن =، جم / مول؛ م =، جم / مول؛ م = ن × م، ز.
باستخدام هذه الصيغ، من السهل حساب كتلة كمية معينة من المادة، أو الكتلة المولية للمادة أو كمية المادة.
مثال 1 . ما هي كتلة 2 مول من ذرات الحديد؟
حل: الكتلة الذرية للحديد هي 56 amu. (مقرب)، وبالتالي فإن 1 مول من ذرات الحديد يزن 56 جم، و2 مول من ذرات الحديد لها كتلة 56 × 2 = 112 جم
مثال 2 . ما عدد مولات هيدروكسيد البوتاسيوم الموجودة في 560 جم من KOH؟
حل: الوزن الجزيئي لـ KOH هو 56 amu. المولي = 56 جم / مول. يحتوي 560 جم من هيدروكسيد البوتاسيوم على: 10 مول KOH. بالنسبة للمواد الغازية هناك مفهوم الحجم المولي جهاز افتراضي. وفقًا لقانون أفوجادرو، يشغل مول من أي غاز في الظروف العادية (الضغط 101.325 كيلو باسكال ودرجة الحرارة 273 كلفن) حجمًا قدره 22.4 لترًا. تسمى هذه الكمية الحجم المولي(يشغلها 2 جم من الهيدروجين (H 2)، و 32 جم من الأكسجين (O 2)، وما إلى ذلك.
مثال 3 . تحديد كتلة 1 لتر من أول أكسيد الكربون (ΙV) في الظروف العادية (رقم).
حل: الكتلة الجزيئية لثاني أكسيد الكربون هي M = 44 amu، وبالتالي فإن الكتلة المولية هي 44 جم/مول. وفقًا لقانون أفوجادرو، فإن مولًا واحدًا من ثاني أكسيد الكربون لا يوجد. يحتل حجم 22.4 لتر. ومن ثم فإن كتلة 1 لتر من ثاني أكسيد الكربون (n.s.) تساوي g.
مثال 4. أوجد الحجم الذي يشغله 3.4 g من كبريتيد الهيدروجين (H 2 S) في الظروف العادية (n.s.).
حل: الكتلة المولية لكبريتيد الهيدروجين هي 34 جم/مول. وبناء على ذلك يمكننا أن نكتب: 34 g H 2 S في الظروف القياسية. يحتل حجم 22.4 لتر.
3.4 جم ________________________ × لتر،
وبالتالي X = 
ل.
مثال 5. كم عدد جزيئات الأمونيا الموجودة؟
أ) في 1 لتر ب) في 1 جم؟
حل: يشير رقم أفوجادرو 6.02 × 10 23 إلى عدد الجزيئات في 1 مول (17 جم/مول) أو 22.4 لتر في الظروف القياسية، وبالتالي فإن 1 لتر يحتوي على
6.02 × 10 23 × 1= 2.7 × 10 22 جزيء.
يتم العثور على عدد جزيئات الأمونيا في 1 جرام من النسبة:
وبالتالي X = 6.02 × 10 23 × 1= 3.5 × 10 22 جزيء.
مثال 6. ما هي كتلة 1 مول من الماء؟
حل: الكتلة الجزيئية للماء H2O هي 18 amu. (الكتلة الذرية للهيدروجين – 1، الأكسجين – 16، المجموع 1 + 1 + 16 = 18). هذا يعني أن كتلة مول واحد من الماء تساوي 18 جرامًا، وتحتوي كتلة الماء هذه على 6.02 × 10 23 جزيء ماء.
من الناحية الكمية، كتلة المول الواحد من المادة هي كتلة المادة بالجرام، وتساوي عدديًا كتلتها الذرية أو الجزيئية.
على سبيل المثال، كتلة 1 مول من حمض الكبريتيك H 2 SO 4 تساوي 98 جم
(1 +1 + 32 + 16 + 16 + 16 + 16 = 98),
وكتلة الجزيء الواحد من H 2 SO 4 تساوي 98 جرام= 16.28 × 10 -23 جم
وهكذا فإن أي مركب كيميائي يتميز بكتلة مولية واحدة أو كتلة مولية (مولية). م، معبرًا عنها بـ g/mol (M(H 2 O) = 18 جم/مول، وM(H 2 SO 4) = 98 جم/مول).
تم تطوير العلوم الذرية الجزيئية وتطبيقها لأول مرة في الكيمياء على يد العالم الروسي العظيم إم. في. لومونوسوف. ترد الأحكام الرئيسية لهذا المبدأ في كتاب "عناصر الكيمياء الرياضية" (1741) وعدد من الكتب الأخرى. يمكن اختزال جوهر تعاليم لومونوسوف في الأحكام التالية.
1. تتكون جميع المواد من "جسيمات" (كما أطلق لومونوسوف على الجزيئات).
2. تتكون الجزيئات من "عناصر" (كما أطلق لومونوسوف على الذرات).
3. الجسيمات - الجزيئات والذرات - في حركة مستمرة. الحالة الحرارية للأجسام هي نتيجة حركة جزيئاتها.
4. تتكون جزيئات المواد البسيطة من ذرات متطابقة، وجزيئات المواد المعقدة - من ذرات مختلفة.
وبعد مرور 67 عامًا على لومونوسوف، طبق العالم الإنجليزي جون دالتون التدريس الذري على الكيمياء. وقد أوجز المبادئ الأساسية للذرية في كتابه "نظام جديد للفلسفة الكيميائية" (1808). إن تعاليم دالتون في جوهرها تكرر تعاليم لومونوسوف. ومع ذلك، نفى دالتون وجود جزيئات في المواد البسيطة، وهو ما يعد خطوة إلى الوراء مقارنة بتعاليم لومونوسوف. وفقا لدالتون، تتكون المواد البسيطة من ذرات فقط، والمواد المعقدة فقط هي التي تتكون من "ذرات معقدة" (بالمعنى الحديث، جزيئات). لم يتم تأسيس النظرية الذرية الجزيئية في الكيمياء إلا في منتصف القرن التاسع عشر. في المؤتمر الدولي للكيميائيين في كارلسروه في عام 1860، تم اعتماد تعريفات لمفاهيم الجزيء والذرة.
الجزيء هو أصغر جسيم لمادة معينة لها خصائصها الكيميائية. يتم تحديد الخواص الكيميائية للجزيء من خلال تركيبه وبنيته الكيميائية.
الذرة هي أصغر جسيم من العنصر الكيميائي الذي يشكل جزءا من جزيئات المواد البسيطة والمعقدة. يتم تحديد الخواص الكيميائية للعنصر من خلال بنية ذرته. وهذا يؤدي إلى تعريف الذرة الذي يتوافق مع المفاهيم الحديثة:
الذرة هي جسيم محايد كهربائيا يتكون من نواة ذرية موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة.
وفقا للمفاهيم الحديثة، تتكون المواد في الحالة الغازية والبخارية من جزيئات. في الحالة الصلبة، تتكون فقط المواد التي تحتوي شبكتها البلورية على بنية جزيئية من جزيئات. معظم المواد غير العضوية الصلبة ليس لها بنية جزيئية: شبكتها لا تتكون من جزيئات، بل من جزيئات أخرى (أيونات، ذرات)؛ وهي توجد على شكل أجسام كبيرة (بلورة كلوريد الصوديوم، قطعة من النحاس، إلخ). لا تحتوي الأملاح وأكاسيد المعادن والماس والسيليكون والمعادن على بنية جزيئية.
العناصر الكيميائية
لقد جعل العلم الذري الجزيئي من الممكن شرح المفاهيم والقوانين الأساسية للكيمياء. من وجهة نظر النظرية الذرية الجزيئية، يسمى العنصر الكيميائي كل نوع على حدة من الذرة. وأهم ما يميز الذرة هو الشحنة الموجبة لنواتها، والتي تساوي عدديا العدد الذري للعنصر. تعد قيمة الشحنة النووية بمثابة سمة مميزة لأنواع مختلفة من الذرات، مما يسمح لنا بتقديم تعريف أكثر اكتمالا لمفهوم العنصر:
عنصر كيميائي- هذا نوع معين من الذرة له نفس الشحنة الموجبة في النواة.
هناك 107 عناصر معروفة. ويستمر العمل حاليًا على الإنتاج الاصطناعي للعناصر الكيميائية ذات الأعداد الذرية الأعلى.
تنقسم جميع العناصر عادة إلى فلزات وغير فلزات. لكن هذا التقسيم مشروط. ومن الخصائص المهمة للعناصر توافرها في القشرة الأرضية، أي: في القشرة الصلبة العلوية للأرض، والتي يفترض أن يبلغ سمكها حوالي 16 كم. تتم دراسة توزيع العناصر في القشرة الأرضية بواسطة الكيمياء الجيولوجية - علم كيمياء الأرض. قام عالم الكيمياء الجيولوجية أ.ب. فينوغرادوف بتجميع جدول للتركيب الكيميائي المتوسط لقشرة الأرض. وفقًا لهذه البيانات، فإن العنصر الأكثر شيوعًا هو الأكسجين - 47.2٪ من كتلة القشرة الأرضية، يليه السيليكون - 27.6، والألومنيوم - 8.80، والحديد -5.10، والكالسيوم - 3.6، والصوديوم - 2.64، والبوتاسيوم - 2.6، والمغنيسيوم - 2.10 هيدروجين - 0.15٪.
المواد من موسوعة
إن الفكرة الرائدة في العلوم الذرية الجزيئية، والتي تشكل أساس الفيزياء الحديثة والكيمياء والعلوم الطبيعية، هي فكرة الانفصال (عدم استمرارية البنية) للمادة.
ظهرت الأفكار الأولى التي تقول بأن المادة تتكون من جزيئات فردية غير قابلة للتجزئة في العصور القديمة وتم تطويرها في البداية بما يتماشى مع الأفكار الفلسفية العامة حول العالم. على سبيل المثال، لم تعترف بعض المدارس الفلسفية في الهند القديمة (الألفية الأولى قبل الميلاد) بوجود جسيمات أولية غير قابلة للتجزئة من المادة (anu) فحسب، بل أدركت أيضًا قدرتها على الاتحاد مع بعضها البعض، وتشكيل جسيمات جديدة. توجد تعاليم مماثلة في بلدان أخرى من العالم القديم. أعظم الشهرة والتأثير على التطور اللاحق للعلم كان من خلال النظرية الذرية اليونانية القديمة، والتي كان مبدعوها ليوكيبوس (القرن الخامس قبل الميلاد) وديموقريطوس (ج. 460 ق.م. - د. 370 ق.م.). كتب الفيلسوف والعالم اليوناني القديم أرسطو (384-322 قبل الميلاد) موضحًا عقيدة ديموقريطوس: «إن أسباب كل الأشياء هي اختلافات معينة في الذرات. وهناك ثلاثة اختلافات: الشكل والنظام والموضع. يوجد في أعمال أرسطو نفسه مفهوم مهم للمزيج - وهو مركب متجانس يتكون من مواد مختلفة. وفي وقت لاحق، قدم الفيلسوف المادي اليوناني القديم أبيقور (342-341 قبل الميلاد - 271-270 قبل الميلاد) مفهوم كتلة الذرات وقدرتها على الانحراف تلقائيًا أثناء الحركة.
من المهم أن نلاحظ أنه، وفقا للعديد من العلماء اليونانيين القدماء، فإن الجسم المعقد ليس خليطا بسيطا من الذرات، ولكنه تكوين متكامل جديد نوعيا، يتمتع بخصائص جديدة. ومع ذلك، لم يكن الإغريق قد طوروا بعد مفهوم الجسيمات "متعددة الذرات" الخاصة - وهي الجزيئات الوسيطة بين الذرات والأجسام المعقدة، والتي ستكون أصغر حاملات لخصائص الأجسام.
شهدت العصور الوسطى انخفاضًا حادًا في الاهتمام بالمذهب الذري القديم. واتهمت الكنيسة الفلسفات اليونانية القديمة بأنها تؤكد أن العالم نشأ من مجموعات عشوائية من الذرات، وليس بإرادة الله، كما تقتضي العقيدة المسيحية.
في القرنين السادس عشر والسابع عشر. في جو من الارتفاع الثقافي والعلمي العام، يبدأ إحياء الذرية. خلال هذه الفترة، أعلن كبار العلماء من بلدان مختلفة: ج. غاليليو (1564-1642) في إيطاليا، ب. غاسندي (1592-1655) في فرنسا، ر. بويل (1627-1691) في إنجلترا وآخرون، المبدأ: افعل لا تبحث عن الحقيقة في الكتاب المقدس، واقرأ كتاب الطبيعة "مباشرة".
يدين P. Gassendi و R. Boyle بالفضل الرئيسي في تطوير النظرية الذرية القديمة. قدم غاسندي مفهوم الجزيء، والذي فهم من خلاله تكوينًا جديدًا نوعيًا، يتكون من الجمع بين عدة ذرات. تم اقتراح برنامج واسع لإنشاء فلسفة الطبيعة الجسيمية بواسطة R. Boyle. إن عالم الجسيمات وحركتها و"الضفيرة" بحسب العالم الإنجليزي معقد للغاية. إن العالم ككل وأصغر جزيئاته عبارة عن آليات مرتبة بشكل هادف. لم تعد جسيمات بويل هي الذرات الأولية غير القابلة للكسر التي كانت عند الفلاسفة القدماء، بل هي كل معقد قادر على تغيير بنيته من خلال الحركة.
كتب إم في لومونوسوف: "منذ أن قرأت بويل، امتلكتني رغبة عاطفية في استكشاف أصغر الجسيمات". قام العالم الروسي العظيم إم في لومونوسوف (1711-1765) بتطوير وإثبات عقيدة الذرات والجسيمات المادية. لم ينسب إلى الذرات عدم قابليتها للتجزئة فحسب، بل أيضًا مبدأ نشط - القدرة على الحركة والتفاعل. "يجب أن تختلف الجسيمات غير الحساسة في الكتلة أو الشكل أو الحركة أو قوة القصور الذاتي أو الموقع." جسيمات الأجسام المتجانسة، بحسب لومونوسوف، “تتكون من نفس العدد من نفس العناصر، متصلة بنفس الطريقة… تكون الكريات غير متجانسة عندما تكون عناصرها مختلفة أو متصلة بطرق مختلفة أو بأعداد مختلفة”. فقط لأن دراسة العلاقات الجماهيرية كانت في بداية القرن الثامن عشر. في البداية، لم يتمكن لومونوسوف من إنشاء نظرية ذرية جزيئية كمية.
وقد فعل ذلك العالم الإنجليزي د. دالتون (1766-1844). واعتبر الذرة هي أصغر جسيم للعنصر الكيميائي، وتختلف عن ذرات العناصر الأخرى في الكتلة بشكل أساسي. المركب الكيميائي، وفقًا لتعاليمه، عبارة عن مجموعة من الذرات "المعقدة" (أو "المركبة") التي تحتوي على أعداد معينة من ذرات كل عنصر، وهي مميزة فقط لمادة معقدة معينة. قام العالم الإنجليزي بتجميع الجدول الأول للكتل الذرية، ولكن نظرًا لحقيقة أن أفكاره حول تكوين الجزيئات كانت غالبًا ما تستند إلى افتراضات تعسفية تعتمد على مبدأ "البساطة القصوى" (على سبيل المثال، بالنسبة للماء، قبل الصيغة OH) )، تبين أن هذا الجدول غير دقيق.
بالإضافة إلى ذلك، في النصف الأول من القرن التاسع عشر. لم يؤمن العديد من الكيميائيين بإمكانية تحديد الكتل الذرية الحقيقية وفضلوا استخدام معادلاتها التي يمكن العثور عليها تجريبيًا. لذلك، تم تخصيص صيغ مختلفة لنفس المركب، مما أدى إلى إنشاء كتل ذرية وجزيئية غير صحيحة.
من أوائل الذين بدأوا النضال من أجل إصلاح الكيمياء النظرية هم العلماء الفرنسيون سي. جيرارد (1816-1856) وأو. لوران (1807-1853)، الذين ابتكروا النظام الصحيح للكتل الذرية والصيغ الكيميائية. في عام 1856، اقترح العالم الروسي دي. آي. مينديليف (1834-1907)، ثم الكيميائي الإيطالي س. كانيزارو (1826 - 1910) بشكل مستقل عنه، طريقة لحساب الوزن الجزيئي للمركبات من الكثافة المزدوجة لأبخرتها النسبية إلى الهيدروجين. بحلول عام 1860، تم إنشاء هذه الطريقة في الكيمياء، والتي كانت حاسمة في تأسيس النظرية الذرية الجزيئية. في كلمته أمام المؤتمر الدولي للكيميائيين في كارلسروه (1860)، أثبت كانيزارو بشكل مقنع صحة أفكار أفوجادرو وجيرارد ولوران، والحاجة إلى اعتمادها من أجل التحديد الصحيح للكتل الذرية والجزيئية وتركيب المركبات الكيميائية . بفضل عمل لوران وكانيزارو، أدرك الكيميائيون الفرق بين الشكل الذي يتواجد فيه العنصر ويتفاعل (على سبيل المثال، بالنسبة للهيدروجين، فهو H 2)، والشكل الذي يوجد به في المركب (حمض الهيدروكلوريك، H 2 O، NH 3 وغيرها). ونتيجة لذلك، اعتمد الكونجرس التعريفات التالية للذرة والجزيء: الجزيء - "كمية الجسم التي تدخل في التفاعلات وتحدد الخواص الكيميائية"؛ الذرة - "أصغر كمية من العنصر الموجود في جزيئات (جزيئات) المركبات." كما تم القبول باعتبار مفهوم "المكافئ" مفهوما تجريبيا، لا يتطابق مع مفهومي "الذرة" و"الجزيء".
كانت الكتل الذرية التي أنشأها S. Cannizzaro بمثابة الأساس لـ D. I. Mendeleev في اكتشاف القانون الدوري للعناصر الكيميائية. كان لقرارات المؤتمر تأثير مفيد على تطور الكيمياء العضوية، لأن إنشاء صيغ المركبات فتح الطريق أمام إنشاء الكيمياء الهيكلية.
وهكذا، بحلول بداية ستينيات القرن التاسع عشر. تم تشكيل العقيدة الذرية الجزيئية في شكل الأحكام التالية.
1. تتكون المواد من جزيئات. الجزيء هو أصغر جسيم في المادة التي لها خواصها الكيميائية. يتم تحديد العديد من الخصائص الفيزيائية للمادة - نقاط الغليان والانصهار، والقوة الميكانيكية، والصلابة، وما إلى ذلك - من خلال سلوك عدد كبير من الجزيئات وعمل القوى بين الجزيئات.
2. تتكون الجزيئات من ذرات مرتبطة ببعضها البعض في علاقات معينة (انظر الجزيء؛ الرابطة الكيميائية؛ قياس العناصر الكيميائية).
3. الذرات والجزيئات في حركة عفوية ثابتة.
4. تتكون جزيئات المواد البسيطة من ذرات متطابقة (O 2، O 3، P 4، N 2، إلخ)؛ جزيئات المواد المعقدة - من ذرات مختلفة (H 2 O، HCl).
6. لا تعتمد خصائص الجزيئات على تركيبها فحسب، بل تعتمد أيضًا على الطريقة التي ترتبط بها الذرات ببعضها البعض (انظر نظرية التركيب الكيميائي؛ الأيزومرية).
لقد طور العلم الحديث النظرية الذرية الجزيئية الكلاسيكية، وتمت مراجعة بعض أحكامها.
لقد ثبت أن الذرة ليست تكوينًا غير قابل للتجزئة. ومع ذلك، فإن العديد من العلماء في القرن الماضي خمنوا أيضا حول هذا الموضوع.
وتبين أنه ليس في جميع الحالات تكون الجزيئات التي تشكل المادة جزيئات. العديد من المركبات الكيميائية، خاصة في الحالات الصلبة والسائلة، لها هياكل أيونية، مثل الأملاح. تتكون بعض المواد، مثل الغازات النبيلة، من ذرات منفردة تتفاعل بشكل ضعيف مع بعضها البعض حتى في الحالة السائلة والصلبة. بالإضافة إلى ذلك، قد تتكون المادة من جزيئات تكونت نتيجة اتحاد (ارتباط) عدة جزيئات. وبالتالي، فإن الماء النقي كيميائيًا لا يتكون فقط من جزيئات H2O الفردية، ولكن أيضًا من جزيئات البوليمر (H2O)n، حيث n = 2–16؛ وفي الوقت نفسه، يحتوي على أيونات H + و OH - المائية. مجموعة خاصة من المركبات تتكون من المحاليل الغروية. وأخيرًا، عند تسخينها إلى درجات حرارة تصل إلى آلاف وملايين الدرجات، تنتقل المادة إلى حالة خاصة - بلازماوهو عبارة عن خليط من الذرات والأيونات الموجبة والإلكترونات والنواة الذرية.
اتضح أن التركيب الكمي للجزيئات التي لها نفس التركيب النوعي يمكن أن يختلف أحيانًا ضمن حدود واسعة (على سبيل المثال، يمكن أن يكون لأكسيد النيتروجين الصيغة N 2 O، NO، N 2 O 3، NO 2، N 2 O 4، N) 2 O 5, NO 3 )، بينما إذا نظرنا ليس فقط إلى الجزيئات المحايدة، ولكن أيضًا إلى الأيونات الجزيئية، فإن حدود التركيبات المحتملة تتوسع. وبالتالي، فإن جزيء NO 4 غير معروف، ولكن تم اكتشاف أيون NO 3− 4 مؤخرًا؛ لا يوجد جزيء CH 5، لكن كاتيون CH + 5 معروف، وما إلى ذلك.
تم اكتشاف ما يسمى بالمركبات ذات التركيب المتغير، حيث توجد لكل وحدة كتلة لعنصر معين كتلة مختلفة لعنصر آخر، على سبيل المثال: Fe 0.89–0.95 O، TiO 0.7–1.3، إلخ.
تم توضيح الوضع الذي تتكون فيه الجزيئات من الذرات. وفقًا لمفاهيم ميكانيكا الكم الحديثة (انظر كيمياء الكم)، بالنسبة للذرات الموجودة في الجزيء، يبقى النواة فقط، أي النواة وقذائف الإلكترون الداخلية، دون تغيير تقريبًا، في حين تتغير طبيعة حركة الإلكترونات الخارجية (التكافؤ) بشكل جذري بحيث يتم تشكيل غلاف إلكتروني جزيئي جديد يغطي الجزيء بأكمله (انظر الرابطة الكيميائية). وبهذا المعنى، لا توجد ذرات غير متغيرة في الجزيئات.
مع الأخذ في الاعتبار هذه التوضيحات والإضافات، ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن العلم الحديث قد حافظ على الحبوب العقلانية للتعليم الذري الجزيئي الكلاسيكي: أفكار حول البنية المنفصلة للمادة، وقدرة الذرات على الإنتاج، من خلال الجمع مع بعضها البعض بترتيب معين، تكوينات جديدة وأكثر تعقيدًا نوعيًا وحول الحركة المستمرة للجزيئات التي تشكل المادة.
العلوم الذرية الجزيئية- مجموعة الأحكام والبديهيات والقوانين التي تصف جميع المواد بأنها مجموعة من الجزيئات المكونة من ذرات.
فلاسفة اليونان القدماءقبل وقت طويل من بداية عصرنا، قاموا بالفعل بطرح نظرية وجود الذرات في أعمالهم. برفض وجود الآلهة والقوى الدنيوية الأخرى، حاولوا تفسير جميع الظواهر الطبيعية الغامضة وغير المفهومة بأسباب طبيعية - الاتصال والفصل والتفاعل والاختلاط بين الجزيئات غير المرئية للعين البشرية - الذرات. لكن لقرون عديدة اضطهد قساوسة الكنيسة أتباع وأتباع عقيدة الذرات وأخضعوهم للاضطهاد. ولكن بسبب الافتقار إلى الأجهزة التقنية اللازمة، لم يتمكن الفلاسفة القدماء من دراسة الظواهر الطبيعية بدقة، وتحت مفهوم "الذرة" أخفوا المفهوم الحديث "للجزيء".
فقط في منتصف القرن الثامن عشر العالم الروسي العظيم م. لومونوسوف إثبات المفاهيم الذرية والجزيئية في الكيمياء.ترد الأحكام الرئيسية لتدريسه في كتاب "عناصر الكيمياء الرياضية" (1741) وعدد من الأعمال الأخرى. سمى لومونوسوف النظرية النظرية الحركية الجسيمية.
م.ف. لومونوسوفويميز بوضوح بين مرحلتين في بنية المادة: العناصر (بالمعنى الحديث - الذرات) والجسيمات (الجزيئات). أساس نظريته الحركية الجسيمية (التدريس الذري الجزيئي الحديث) هو مبدأ انقطاع بنية (انفصال) المادة: أي مادة تتكون من جزيئات فردية.
في عام 1745 م. كتب لومونوسوف:"العنصر هو جزء من جسم لا يتكون من أجسام أصغر ومختلفة.. الجسيمات هي مجموعة من العناصر في كتلة واحدة صغيرة. وتكون متجانسة إذا كانت تتكون من نفس العدد من نفس العناصر المرتبطة بنفس الطريقة. تكون الجسيمات غير متجانسة عندما تكون عناصرها مختلفة ومتصلة بطرق مختلفة أو بأعداد مختلفة؛ يعتمد التنوع اللامتناهي للأجسام على هذا.
جزيءهو أصغر جسيم من المادة التي لها جميع خواصها الكيميائية. وجود مواد التركيب الجزيئي,تتكون من جزيئات (معظم المواد غير المعدنية والمواد العضوية). يتكون جزء كبير من المواد غير العضوية من الذرات(الشبكة البلورية الذرية) أو الأيونات (البنية الأيونية). وتشمل هذه المواد الأكاسيد والكبريتيدات والأملاح المختلفة والماس والمعادن والجرافيت وما إلى ذلك. إن حامل الخواص الكيميائية في هذه المواد هو مزيج من الجزيئات الأولية (الأيونات أو الذرات)، أي أن البلورة عبارة عن جزيء عملاق.
تتكون الجزيئات من ذرات. ذرة- أصغر مكون غير قابل للتجزئة كيميائيًا للجزيء.
اتضح أن النظرية الجزيئية تشرح الظواهر الفيزيائية التي تحدث مع المواد. تساعد دراسة الذرات النظرية الجزيئية في تفسير الظواهر الكيميائية. تم دمج هاتين النظريتين - الجزيئية والذرية - في النظرية الذرية الجزيئية. يمكن صياغة جوهر هذه العقيدة في شكل عدة قوانين ولوائح:
- تتكون المواد من ذرات.
- فعندما تتفاعل الذرات تتشكل جزيئات بسيطة ومعقدة؛
- أثناء الظواهر الفيزيائية، يتم الحفاظ على الجزيئات، ولا يتغير تكوينها؛ بالمواد الكيميائية - يتم تدميرها، وتغيير تكوينها؛
- تتكون جزيئات المواد من ذرات. في التفاعلات الكيميائية، يتم الحفاظ على الذرات، على عكس الجزيئات؛
- فذرات العنصر الواحد متشابهة مع بعضها البعض، ولكنها تختلف عن ذرات أي عنصر آخر؛
- تتضمن التفاعلات الكيميائية تكوين مواد جديدة من نفس الذرات التي تكونت المواد الأصلية.
بفضل نظريتها الذرية الجزيئية م.ف. يعتبر لومونوسوف بحق مؤسس الكيمياء العلمية.
blog.site، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر الأصلي.