Kila siku tunatumia vitu kadhaa: tunavichukua mikononi mwetu, tunafanya udanganyifu wowote juu yao - kugeuza, kuvichunguza, na mwishowe kuzivunja. Umewahi kufikiria juu ya vitu hivi vinatengenezwa na nini? "Tunaweza kufikiria nini hapa? Imetengenezwa kwa chuma/mbao/plastiki/kitambaa!" - wengi wetu tutajibu kwa mshangao. Hili ni sehemu ya jibu sahihi. Je! ni nyenzo gani hizi - chuma, mbao, plastiki, kitambaa na vitu vingine vingi? Leo tutajadili suala hili.
Molekuli na atomi: ufafanuzi
Kwa mtu mwenye ujuzi, jibu ni rahisi na banal: kutoka kwa atomi na molekuli. Lakini watu wengine hushangaa na kuanza kuuliza maswali: “Je, atomu na molekuli ni nini? na kadhalika. Hebu tujibu maswali haya kwa utaratibu. Kweli, kwanza kabisa, atomi na molekuli ni nini? Hebu tuambie mara moja kwamba ufafanuzi huu sio kitu kimoja. Na hata zaidi ya hayo, haya ni maneno tofauti kabisa. Kwa hivyo, atomi ni sehemu ndogo zaidi ya kipengele cha kemikali, ambayo ni mtoaji wa sifa zake, chembe ya dutu ya wingi na ukubwa mdogo. Molekuli ni chembe isiyo na umeme ambayo huundwa na atomi kadhaa zilizounganishwa.
Atomu ni nini: muundo
Atomi ina shell ya elektroni na (picha). Kwa upande wake, msingi una protoni na neutroni, na shell ina elektroni. Katika atomi, protoni huchajiwa vyema, elektroni huchajiwa vibaya, na neutroni hazichaji hata kidogo. Ikiwa idadi ya protoni inafanana, basi atomi haina umeme, i.e. Ikiwa tutagusa dutu inayoundwa kutoka kwa molekuli zilizo na atomi kama hizo, hatutahisi hata msukumo mdogo wa umeme. Na hata kompyuta zenye nguvu nyingi hazitashika kwa sababu ya kutokuwepo kwa mwisho. Lakini hutokea kwamba kuna protoni zaidi kuliko elektroni, na kinyume chake. Basi itakuwa sahihi zaidi kuita ioni za atomi kama hizo. Ikiwa kuna protoni zaidi ndani yake, basi ni chanya ya umeme, lakini ikiwa elektroni hutawala, ni hasi ya umeme. Kila atomi maalum ina idadi kali ya protoni, neutroni na elektroni. Na inaweza kuhesabiwa. Kiolezo cha kutatua shida za kupata idadi ya chembe hizi inaonekana kama hii:
Chem. kipengele - R (ingiza jina la kipengele)
Protoni (p) -?
Elektroni (e) - ?
Neutroni (n) - ?
Suluhisho:
p = nambari ya serial ya kemikali. kipengele R kwenye jedwali la upimaji lililopewa jina la D.I. Mendeleev
e = uk
n = A r (R) - No. R
Molekuli ni nini: muundo
Molekuli ni chembe ndogo zaidi ya dutu ya kemikali, yaani, tayari imejumuishwa moja kwa moja katika muundo wake. Molekuli ya dutu fulani ina atomi kadhaa zinazofanana au tofauti. Vipengele vya kimuundo vya molekuli hutegemea mali ya kimwili ya dutu ambayo iko. Molekuli huundwa na elektroni na atomi. Eneo la mwisho linaweza kupatikana kwa kutumia formula ya muundo. hukuruhusu kuamua maendeleo ya mmenyuko wa kemikali. Kawaida hazina upande wowote (hazina chaji ya umeme) na hazina elektroni ambazo hazijaoanishwa (valensi zote zimejaa). Hata hivyo, wanaweza pia kushtakiwa, ambapo jina lao sahihi ni ions. Molekuli pia zinaweza kuwa na elektroni zisizo na paired na valencies zisizojaa - katika kesi hii zinaitwa radicals.
Hitimisho
Sasa unajua atomi ni nini na vitu vyote, bila ubaguzi, vinaundwa na molekuli, na mwisho, kwa upande wake, hujengwa kwa atomi. Sifa za kimaumbile za dutu huamua mpangilio na uunganisho wa atomi na molekuli ndani yake.
Atomu (kutoka kwa Kigiriki άτομοσ - isiyogawanyika) ni chembe ndogo zaidi ya kipengele cha kemikali ambacho huhifadhi sifa zake zote za kemikali. Atomu ina kiini kizito cha protoni zilizo na chaji chanya na nyutroni zisizo na umeme, ambazo zimezungukwa na wingu kubwa zaidi la elektroni zenye chaji hasi. Wakati idadi ya protoni inalingana na idadi ya elektroni, atomi haina upande wowote wa umeme, vinginevyo ni ion, yenye malipo fulani. Atomi zinaainishwa na idadi ya protoni na neutroni: idadi ya protoni huamua kipengele cha kemikali, na idadi ya neutroni huamua nuclide ya kipengele.Kwa kutengeneza vifungo na kila mmoja, atomi huchanganyika kuwa molekuli na vitu vikali vikubwa.
Ubinadamu umeshuku kuwepo kwa chembe ndogo zaidi za jambo tangu nyakati za kale, lakini uthibitisho wa kuwepo kwa atomi ulipokelewa tu mwishoni mwa karne ya 19. Lakini karibu mara moja ikawa wazi kwamba atomi, kwa upande wake, zina muundo tata, ambao huamua mali zao.
Wazo la atomi kama chembe ndogo zaidi isiyoweza kugawanyika ya jambo lilipendekezwa kwanza na wanafalsafa wa kale wa Kigiriki. Katika karne ya 17 na 18, wanakemia waligundua kwamba kemikali huathiri kwa idadi fulani, ambayo huonyeshwa kwa kutumia idadi ndogo. Kwa kuongeza, walitenga vitu fulani rahisi, ambavyo waliita vipengele vya kemikali. Ugunduzi huu ulisababisha ufufuo wa wazo la chembe zisizoweza kugawanywa. Maendeleo ya thermodynamics na fizikia ya takwimu ilionyesha kuwa mali ya joto ya miili inaweza kuelezewa na harakati za chembe hizo. Hatimaye saizi za atomi ziliamuliwa kwa majaribio.
Mwishoni mwa karne ya 19 na mwanzoni mwa karne ya 20, wanafizikia waligundua chembe ya kwanza ya chembe ndogo za atomiki, elektroni, na kwa kiasi fulani baadaye kiini cha atomiki, na hivyo kuonyesha kwamba atomi haiwezi kugawanyika. Uendelezaji wa mechanics ya quantum ilifanya iwezekanavyo kuelezea sio tu muundo wa atomi, lakini pia mali zao: spectra ya macho, uwezo wa kuingia katika athari na kuunda molekuli, i.e.
Tabia za jumla za muundo wa atomi
Mawazo ya kisasa juu ya muundo wa atomi yanategemea mechanics ya quantum.
Katika kiwango maarufu, muundo wa atomi unaweza kuwasilishwa kwa suala la mfano wa wimbi, ambalo linategemea mfano wa Bohr, lakini pia huzingatia maelezo ya ziada kutoka kwa mechanics ya quantum.
Kulingana na mfano huu:
Atomi zinajumuisha chembe za msingi (protoni, elektroni na neutroni). Uzito wa atomi hujilimbikizia hasa kwenye kiini, kwa hivyo kiasi kikubwa cha sauti ni tupu. Nucleus imezungukwa na elektroni. Idadi ya elektroni ni sawa na idadi ya protoni kwenye kiini; Katika atomi ya upande wowote, jumla ya malipo hasi ya elektroni ni sawa na malipo mazuri ya protoni. Atomi za kipengele sawa na nambari tofauti za neutroni huitwa isotopu.
Katikati ya atomi kuna kiini kidogo, kilicho na chaji chanya kilichoundwa na protoni na neutroni.
Nucleus ya atomi ni ndogo mara 10,000 kuliko atomi yenyewe. Kwa hivyo, ikiwa unapanua atomi kwa ukubwa wa uwanja wa ndege wa Boryspil, ukubwa wa kiini utakuwa mdogo kuliko ukubwa wa mpira wa tenisi ya meza.
Msingi umezungukwa na wingu la elektroni, ambalo linachukua kiasi chake kikubwa. Katika wingu la elektroni, makombora yanaweza kutofautishwa, kwa kila ambayo kuna obiti kadhaa zinazowezekana. Mizunguko iliyojazwa hujumuisha sifa ya usanidi wa kielektroniki wa kila kipengele cha kemikali.
Kila orbital inaweza kuwa na hadi elektroni mbili, zinazojulikana na nambari tatu za quantum: msingi, obiti na magnetic.
Kila elektroni kwenye obiti ina thamani ya kipekee ya nambari ya nne ya quantum: spin.
Obiti huamuliwa na usambazaji maalum wa uwezekano wa mahali ambapo elektroni inaweza kupatikana. Mifano ya orbitals na alama zao zinaonyeshwa kwenye takwimu upande wa kulia. "Mpaka" wa orbital inachukuliwa kuwa umbali ambao uwezekano kwamba elektroni inaweza kuwa nje yake ni chini ya 90%.
Kila shell inaweza kuwa na si zaidi ya idadi madhubuti defined ya elektroni. Kwa mfano, shell iliyo karibu na kiini inaweza kuwa na upeo wa elektroni mbili, ijayo - 8, ya tatu kutoka kwa kiini - 18, na kadhalika.
Wakati elektroni zikiunganishwa na atomi, huanguka kwenye obiti ya chini ya nishati. Elektroni za nje za shell pekee zinaweza kushiriki katika uundaji wa vifungo vya interatomic. Atomi zinaweza kukata tamaa na kupata elektroni, na kuwa ioni zenye chaji chanya au hasi. Sifa za kemikali za kipengele huamuliwa na urahisi ambao kiini kinaweza kutoa au kupata elektroni. Hii inategemea wote juu ya idadi ya elektroni na kwa kiwango cha kujaza shell ya nje.
Ukubwa wa Atomu
Ukubwa wa atomi ni kiasi ambacho ni vigumu kupima, kwa sababu kiini cha kati kimezungukwa na wingu la elektroni lililoenea. Kwa atomi zinazounda fuwele dhabiti, umbali kati ya maeneo ya karibu ya kimiani ya fuwele unaweza kutumika kama thamani inayokadiriwa ya saizi yao. Kwa atomi, fuwele hazifanyiki; mbinu zingine za tathmini hutumiwa, pamoja na mahesabu ya kinadharia. Kwa mfano, ukubwa wa atomi ya hidrojeni inakadiriwa kuwa 1.2 × 10-10 m Thamani hii inaweza kulinganishwa na ukubwa wa protoni (ambayo ni kiini cha atomi ya hidrojeni): 0.87 × 10-15 m na kuthibitisha. kwamba kiini cha atomi ya hidrojeni ni ndogo mara 100,000 kuliko atomi yenyewe. Atomi za vipengele vingine hudumisha takriban uwiano sawa. Sababu ya hii ni kwamba vipengele vilivyo na kiini kikubwa, kilicho na chaji chanya huvutia elektroni kwa nguvu zaidi.
Sifa nyingine ya saizi ya atomi ni radius ya van der Waals - umbali ambao atomi nyingine inaweza kukaribia atomi fulani. Umbali wa kiingiliano katika molekuli unaonyeshwa na urefu wa vifungo vya kemikali au radius covalent.
Msingi
Wingi wa atomi hujilimbikizia kwenye kiini, ambacho kina nucleons: protoni na neutroni, zilizounganishwa na nguvu za mwingiliano wa nyuklia.
Idadi ya protoni kwenye kiini cha atomi huamua nambari yake ya atomi na ni kipengele gani cha atomi. Kwa mfano, atomi za kaboni zina protoni 6. Atomu zote zilizo na nambari maalum ya atomiki zina sifa sawa za kimaumbile na zinaonyesha sifa sawa za kemikali. Jedwali la upimaji huorodhesha vipengee kwa mpangilio wa kuongezeka kwa nambari ya atomiki.
Jumla ya idadi ya protoni na neutroni katika atomi ya kipengele huamua wingi wake wa atomiki, kwa kuwa protoni na neutroni zina wingi wa takriban amu 1 haziathiri ni kipengele gani cha atomi, lakini kipengele cha kemikali kinaweza kuwa atomi zenye idadi sawa ya protoni na nambari tofauti za neutroni. Atomi kama hizo zina nambari sawa ya atomiki lakini misa tofauti ya atomiki na huitwa isotopu za elementi. Wakati wa kuandika jina la isotopu, andika misa ya atomiki baada yake. Kwa mfano, isotopu kaboni-14 ina protoni 6 na neutroni 8, na kuongeza hadi molekuli ya atomiki 14. Njia nyingine maarufu ya kuashiria ni kiambishi awali cha molekuli ya atomiki na maandishi makubwa kabla ya ishara ya kipengele. Kwa mfano, kaboni-14 imeteuliwa 14C.
Uzito wa atomiki wa kipengele kilichotolewa katika jedwali la upimaji ni thamani ya wastani ya wingi wa isotopu inayopatikana katika asili. Wastani unafanywa kulingana na wingi wa isotopu katika asili.
Nambari ya atomiki inapoongezeka, chaji chanya ya kiini huongezeka, na kwa hiyo, msukumo wa Coulomb kati ya protoni huongezeka. Neutroni zaidi na zaidi zinahitajika ili kushikilia protoni pamoja. Hata hivyo, idadi kubwa ya nyutroni si imara, na hali hii inaweka kikomo juu ya malipo ya uwezekano wa kiini na idadi ya vipengele vya kemikali vilivyopo katika asili. Vipengele vya kemikali vilivyo na idadi kubwa ya atomiki vina muda mfupi sana wa maisha, vinaweza kuundwa tu kwa kupiga mabomu ya nuclei ya vipengele vya mwanga na ions, na huzingatiwa tu wakati wa majaribio kwa kutumia accelerators. Kufikia Februari 2008, kipengele kizito cha kemikali kilichoundwa ni ununoctium
Isotopu nyingi za vipengele vya kemikali hazina utulivu na kuoza kwa muda. Jambo hili linalotumiwa na vipimo vya radioelement kuamua umri wa vitu ni muhimu sana kwa akiolojia na paleontolojia.
Mfano wa Bohr
Mfano wa Bohr ni mfano wa kwanza wa kimwili ambao uliweza kuelezea kwa usahihi spectra ya macho ya atomi ya hidrojeni. Baada ya maendeleo ya mbinu sahihi za mechanics ya quantum, mfano wa Bohr una umuhimu wa kihistoria tu, lakini kutokana na unyenyekevu wake bado unafundishwa sana na hutumiwa kwa ufahamu wa ubora wa muundo wa atomi.
Kielelezo cha Bohr kinatokana na kielelezo cha sayari cha Rutherford, ambacho kinaelezea atomi kama kiini kidogo, kilicho na chaji chanya na elektroni zenye chaji hasi zinazozunguka katika viwango tofauti, kukumbusha muundo wa mfumo wa jua. Rutherford alipendekeza kielelezo cha sayari kueleza matokeo ya majaribio yake juu ya kutawanyika kwa chembe za alpha kwa karatasi ya chuma. Kulingana na mfano wa sayari, atomi ina kiini kizito ambacho elektroni huzunguka. Lakini jinsi elektroni zinazozunguka kiini haziangukii kwa ond juu yake haikueleweka kwa wanafizikia wa wakati huo. Hakika, kulingana na nadharia ya kitamaduni ya sumaku-umeme, elektroni inayozunguka kiini inapaswa kutoa mawimbi ya sumakuumeme (mwanga), ambayo inaweza kusababisha upotezaji wa nishati polepole na kuanguka kwenye kiini. Kwa hiyo, atomi inawezaje kuwepo hata kidogo? Zaidi ya hayo, tafiti za wigo wa sumakuumeme ya atomi zimeonyesha kuwa elektroni kwenye atomi zinaweza tu kutoa mwanga wa masafa fulani.
Shida hizi zilishindwa katika mfano uliopendekezwa na Niels Bohr mnamo 1913, ambao unasisitiza kwamba:
Elektroni zinaweza tu kuwa katika obiti ambazo zina nguvu tofauti za quantized. Hiyo ni, sio njia zote zinazowezekana, lakini ni baadhi tu maalum. Nishati halisi za obiti zinazoruhusiwa hutegemea atomi.
Sheria za ufundi wa kitamaduni hazitumiki wakati elektroni zinapohama kutoka obiti moja inayokubalika hadi nyingine.
Wakati elektroni inakwenda kutoka obiti moja hadi nyingine, tofauti ya nishati hutolewa (au kufyonzwa) na quantum moja ya mwanga (photon), mzunguko ambao unategemea moja kwa moja tofauti ya nishati kati ya obiti mbili.
ambapo ν ni marudio ya fotoni, E ni tofauti ya nishati, na h ni uwiano wa mara kwa mara, unaojulikana pia kama Planck's constant.
Baada ya kuamua nini kinaweza kuandikwa
ambapo ω ni mzunguko wa angular wa fotoni.
Mizunguko inayoruhusiwa inategemea maadili yaliyopimwa ya kasi ya mzunguko wa angular L, iliyoelezewa na equation.
ambapo n = 1,2,3,...
na inaitwa nambari ya kasi ya angular quantum.
Mawazo haya yalifanya iwezekane kuelezea matokeo ya uchunguzi wa wakati huo, kwa mfano, kwa nini wigo una mistari tofauti. Dhana (4) inasema kwamba thamani ndogo zaidi ya n ni 1. Kwa hiyo, radius ndogo ya atomiki inayokubalika ni 0.526 Å (0.0529 nm = 5.28 10-11 m). Thamani hii inajulikana kama radius ya Bohr.
Mtindo wa Bohr wakati mwingine huitwa mtindo wa Semiclassical kwa sababu, ingawa unajumuisha mawazo fulani kutoka kwa mechanics ya quantum, sio maelezo kamili ya mitambo ya quantum ya atomi ya hidrojeni. Walakini, mfano wa Bohr ulikuwa hatua muhimu kuelekea kuunda maelezo kama haya.
Katika maelezo madhubuti ya mitambo ya quantum ya atomi ya hidrojeni, viwango vya nishati hupatikana kutoka kwa suluhisho la equation ya Schrödinger ya stationary. Viwango hivi vinaonyeshwa na nambari tatu za quantum zilizoonyeshwa hapo juu, formula ya kuhesabu kasi ya angular ni tofauti, idadi ya quantum ya kasi ya angular ni sifuri kwa s-orbitals ya spherical, umoja kwa p-orbitals yenye umbo la dumbbell, nk. (tazama picha hapo juu).
Nishati ya atomiki na quantization yake
Thamani za nishati ambazo atomi inaweza kuwa nazo huhesabiwa na kufasiriwa kulingana na kanuni za mechanics ya quantum. Katika kesi hii, mambo kama vile mwingiliano wa kielektroniki wa elektroni na kiini na elektroni kwa kila mmoja, mizunguko ya elektroni, na kanuni ya chembe zinazofanana huzingatiwa. Katika mechanics ya quantum, hali ambayo atomi iko inaelezewa na kazi ya wimbi, ambayo inaweza kupatikana kutoka kwa suluhisho la equation ya Schrödinger. Kuna seti maalum ya majimbo, ambayo kila moja ina thamani maalum ya nishati. Hali yenye nishati ya chini kabisa inaitwa ardhi. Majimbo mengine huitwa msisimko. Atomu iko katika hali ya msisimko kwa muda mfupi, ikitoa kiasi cha uwanja wa sumakuumeme (photon) mapema au baadaye na kupita katika hali ya ardhini. Atomi inaweza kubaki ardhini kwa muda mrefu. Ili kupata msisimko, anahitaji nishati ya nje, ambayo inaweza tu kuja kwake kutoka kwa mazingira ya nje. Atomi hutoa au inachukua mwanga katika masafa fulani tu yanayolingana na tofauti ya nishati kati ya majimbo yake.
Hali zinazowezekana za atomi zimeorodheshwa na nambari za quantum, kama vile spin, nambari ya kasi ya angular ya obiti, na nambari ya jumla ya kasi ya angular. Unaweza kusoma zaidi juu ya uainishaji wao katika kifungu cha maneno ya elektroniki
Magamba ya elektroniki ya atomi tata
Atomi tata zina makumi, na kwa vipengele vizito sana, hata mamia ya elektroni. Kulingana na kanuni ya chembe zinazofanana, majimbo ya elektroniki ya atomi huundwa na elektroni zote, na haiwezekani kuamua ni wapi kila moja yao iko. Hata hivyo, katika kinachojulikana kama makadirio ya elektroni moja, tunaweza kuzungumza juu ya majimbo fulani ya nishati ya elektroni binafsi.
Kulingana na mawazo haya, kuna seti fulani ya obiti ambayo hujazwa na elektroni za atomi. Orbital hizi huunda usanidi maalum wa elektroniki. Kila obiti inaweza kuwa na si zaidi ya elektroni mbili (kanuni ya kutengwa ya Pauli). Orbital imejumuishwa katika ganda, ambayo kila moja inaweza kuwa na idadi fulani tu ya obiti (1, 4, 10, nk). Orbital imegawanywa ndani na nje. Katika hali ya chini ya atomi, maganda ya ndani yanajazwa kabisa na elektroni.
Katika obiti za ndani, elektroni ziko karibu sana na kiini na zimeunganishwa kwa nguvu nayo. Ili kuondoa elektroni kutoka kwa orbital ya ndani, unahitaji kuipatia nishati ya juu, hadi volts elfu kadhaa za elektroni. Elektroni kwenye shell ya ndani inaweza kupata nishati hiyo tu kwa kunyonya quantum ya X-ray. Nishati ya makombora ya ndani ya atomi ni ya mtu binafsi kwa kila kipengele cha kemikali, na kwa hivyo atomi inaweza kutambuliwa na wigo wa unyonyaji wa X-ray. Hali hii hutumiwa katika uchambuzi wa X-ray.
Katika shell ya nje, elektroni ziko mbali na kiini. Ni elektroni hizi zinazohusika katika uundaji wa vifungo vya kemikali, ndiyo sababu shell ya nje inaitwa valence, na elektroni katika shell ya nje huitwa elektroni za valence.
Mabadiliko ya quantum katika atomi
Mabadiliko kati ya majimbo tofauti ya atomi yanawezekana, yanayosababishwa na usumbufu wa nje, mara nyingi uwanja wa sumakuumeme. Kwa sababu ya ujanibishaji wa hali za atomiki, mwonekano wa macho wa atomi huwa na mistari ya mtu binafsi ikiwa nishati ya quantum ya mwanga haizidi nishati ya ionization. Katika masafa ya juu, mwonekano wa macho wa atomi huwa endelevu. Uwezekano wa msisimko wa atomi kwa mwanga hupungua kwa ongezeko zaidi la mzunguko, lakini huongezeka kwa kasi katika masafa fulani tabia ya kila kipengele cha kemikali katika safu ya X-ray.
Atomi zenye msisimko hutoa quanta nyepesi kwa masafa sawa ambapo unyonyaji hutokea.
Mabadiliko kati ya hali tofauti za atomi pia yanaweza kusababishwa na mwingiliano na chembe zinazochajiwa haraka.
Kemikali na mali ya kimwili ya atomi
Sifa za kemikali za atomi zimedhamiriwa hasa na elektroni za valence - elektroni kwenye ganda la nje. Idadi ya elektroni kwenye ganda la nje huamua valence ya atomi.
Atomi za safu ya mwisho ya jedwali la mara kwa mara la vipengele zina ganda la nje lililojaa kabisa, na ili elektroni iende kwenye ganda linalofuata, atomi lazima itolewe kwa nishati ya juu sana. Kwa hiyo, atomi hizi ni ajizi na hazielekei kuingia katika athari za kemikali. Gesi ajizi ni nyembamba na kung'aa tu kwa joto la chini sana.
Atomu katika safu wima ya kwanza ya jedwali la mara kwa mara la vipengele zina elektroni moja kwenye ganda lao la nje na zinafanya kazi kwa kemikali. Valence yao ni 1. Aina ya tabia ya dhamana ya kemikali kwa atomi hizi katika hali ya fuwele ni dhamana ya metali.
Atomu katika safu ya pili ya jedwali la upimaji katika hali ya ardhini zina elektroni 2 kwenye ganda lao la nje. Ganda lao la nje limejaa, kwa hivyo lazima liwe ajizi. Lakini ili kwenda kutoka hali ya chini na usanidi wa ganda la elektroni s2 hadi hali na usanidi wa s1p1, nishati kidogo inahitajika, kwa hivyo atomi hizi zina valence ya 2, lakini zinaonyesha shughuli kidogo.
Atomi katika safu wima ya tatu ya jedwali la mara kwa mara la vipengele zina usanidi wa elektroni s2p1 katika hali yao ya ardhini. Wanaweza kuonyesha valencies tofauti: 1, 3, 5. Uwezekano wa mwisho hutokea wakati shell ya elektroni ya atomi inaongezwa kwa elektroni 8 na kufungwa.
Atomi katika safu ya nne ya jedwali la upimaji wa vitu zina valency ya 4 (kwa mfano, dioksidi kaboni CO2), ingawa valency ya 2 pia inawezekana (kwa mfano, monoksidi kaboni CO). Kabla ya safu hii ni kaboni, kipengele ambacho huunda aina mbalimbali za misombo ya kemikali. Tawi maalum la kemia linajitolea kwa misombo ya kaboni - kemia ya kikaboni. Vipengele vingine katika safu hii ni silicon, na germanium ni semiconductor ya hali imara chini ya hali ya kawaida.
Vipengele katika safu ya tano vina valence ya 3 au 5.
Vipengele vya safu ya sita ya jedwali la upimaji katika hali yao ya chini vina usanidi wa s2p4 na mzunguko wa jumla wa 1. Kwa hiyo, wao ni divalent. Pia kuna uwezekano wa mpito wa chembe hadi s2p3s" hali ya msisimko na spin 2, ambapo valence ni 4 au 6.
Vipengele katika safu ya saba ya jedwali la upimaji havina elektroni moja kwenye ganda lao la nje ili kuijaza. Wengi wao ni monovalent. Hata hivyo, wanaweza kuingia katika misombo ya kemikali katika majimbo ya msisimko, kuonyesha valencies ya 3,5,7.
Vipengee vya mpito kwa kawaida hujaza ganda la nje kabla ya d-shell kujazwa kabisa. Kwa hiyo, mara nyingi wana valence ya 1 au 2, lakini katika baadhi ya matukio moja ya d-elektroni hushiriki katika uundaji wa vifungo vya kemikali, na valence inakuwa sawa na tatu.
Wakati misombo ya kemikali inapoundwa, obiti za atomiki hubadilishwa, kuharibika na kuwa obiti za molekuli. Katika kesi hii, mchakato wa mseto wa obiti hufanyika - uundaji wa obiti mpya, kama jumla maalum ya zile za msingi.
Historia ya dhana ya atomi
Maelezo zaidi katika atomi ya makala
Wazo la atomi, kama neno lenyewe, lina asili ya Uigiriki wa zamani, ingawa ukweli wa nadharia juu ya uwepo wa atomi ulithibitishwa tu katika karne ya 20. Wazo kuu ambalo lilisimama nyuma ya wazo hili kwa karne nyingi lilikuwa wazo la ulimwengu kama seti ya idadi kubwa ya vitu visivyoweza kugawanywa ambavyo ni rahisi sana katika muundo na vimekuwepo tangu mwanzo wa wakati.
Wahubiri wa kwanza wa mafundisho ya atomi
Wa kwanza kuhubiri mafundisho ya atomiki alikuwa mwanafalsafa Leucippus katika karne ya 5 KK. Kisha mwanafunzi wake Democritus akachukua kijiti. Ni vipande vya pekee vya kazi zao ambavyo vimesalia, ambayo inakuwa wazi kuwa walitoka kwa idadi ndogo ya mawazo ya kimwili ya kufikirika:
"Utamu na uchungu, joto na baridi ni maana ya ufafanuzi, lakini kwa kweli atomi [tu] na utupu."
Kulingana na Democritus, maumbile yote yana atomi, chembe ndogo zaidi za maada ambazo zimepumzika au zinazosonga katika nafasi tupu kabisa. Atomu zote zina umbo rahisi, na atomi za aina moja zinafanana; Uanuwai wa maumbile huakisi aina mbalimbali za maumbo ya atomi na njia mbalimbali ambazo atomi zinaweza kushikamana. Wote Democritus na Leucipus waliamini kwamba atomi, baada ya kuanza kusonga, zinaendelea kusonga kulingana na sheria za asili.
Swali gumu zaidi kwa Wagiriki wa kale lilikuwa ukweli wa kimwili wa dhana za msingi za atomu. Ni kwa maana gani tunaweza kuzungumza juu ya ukweli wa utupu ikiwa, bila kujali, hauwezi kuwa na tabia yoyote ya kimwili? Mawazo ya Leucipus na Democritus hayangeweza kutumika kama msingi wa kuridhisha wa nadharia ya maada katika anga ya kimwili, kwani hawakueleza ni atomi gani hujumuisha, au kwa nini atomi hazigawanyiki.
Kizazi kimoja baada ya Democritus, Plato alipendekeza suluhisho lake kwa tatizo hili: “chembe ndogo zaidi si za ufalme wa maada, bali ufalme wa jiometri; zinawakilisha takwimu mbalimbali thabiti za kijiometri zilizopunguzwa na pembetatu bapa.”
Wazo la atomi katika falsafa ya Kihindi
Miaka elfu moja baadaye, mawazo ya kufikirika ya Wagiriki wa kale yaliingia India na kukubaliwa na shule fulani za falsafa ya Kihindi. Lakini ikiwa falsafa ya Magharibi iliamini kwamba nadharia ya atomiki inapaswa kuwa msingi thabiti na lengo la nadharia ya ulimwengu wa nyenzo, falsafa ya Kihindi daima imeona ulimwengu wa nyenzo kama udanganyifu. Wakati atomism ilipotokea India, ilichukua fomu ya nadharia kwamba ukweli katika ulimwengu ni wa mchakato na si wa dutu, na kwamba sisi tupo duniani kama viungo katika mchakato na si kama makundi ya dutu.
Hiyo ni, wanafalsafa wote wa Plato na Wahindi walifikiria kitu kama hiki: ikiwa maumbile yana sehemu ndogo, lakini yenye ukomo, hisa, basi kwa nini haziwezi kugawanywa, angalau katika fikira, katika chembe ndogo zaidi, ambazo zikawa mada. ya kuzingatia zaidi?
Nadharia ya Atomiki katika sayansi ya Kirumi
Mshairi wa Kirumi Lucretius (mwaka 96 - 55 KK) alikuwa mmoja wa Warumi wachache walioonyesha kupendezwa na sayansi safi. Katika shairi lake la Asili ya Mambo (De rerum natura), alieleza kwa kina ukweli unaothibitisha kuunga mkono nadharia ya atomiki. Kwa mfano, upepo unaovuma kwa nguvu nyingi, ingawa hakuna mtu anayeweza kuuona, labda unajumuisha chembe ambazo ni ngumu sana kuonekana. Tunaweza kuhisi mambo kwa mbali kwa harufu, sauti na joto linalosafiri huku tukiwa hatuonekani.
Lucretius huunganisha mali ya vitu na mali ya vipengele vyao, i.e. Atomu: Atomu za kioevu ni ndogo na zenye umbo la duara, ndiyo maana kioevu hutiririka kwa urahisi na hupenya kupitia kitu chenye vinyweleo, huku atomi za vitu vikali zina ndoano zinazozishikamanisha. Vivyo hivyo, hisia tofauti za ladha na sauti za ujazo tofauti huundwa na atomi za maumbo yanayolingana - kutoka rahisi na ya usawa hadi ya kutesa na isiyo ya kawaida.
Lakini mafundisho ya Lucretius yalilaaniwa na kanisa kwa sababu aliyatolea ufafanuzi wa kimaumbile: kwa mfano, wazo kwamba Mungu, baada ya kuzindua utaratibu wa atomiki, haingiliani tena na kazi yake, au kwamba roho hufa pamoja na roho. mwili.
Nadharia za kwanza kuhusu muundo wa atomi
Mojawapo ya nadharia za kwanza kuhusu muundo wa atomi, ambayo tayari ina muhtasari wa kisasa, ilielezewa na Galileo (1564-1642). Kwa mujibu wa nadharia yake, jambo linajumuisha chembe ambazo hazipumziki, lakini huhamia pande zote chini ya ushawishi wa joto; joto si kitu zaidi ya harakati ya chembe. Muundo wa chembe ni ngumu, na ikiwa unanyima sehemu yoyote ya ganda lake la nyenzo, basi mwanga utatoka ndani. Galileo alikuwa wa kwanza kuwasilisha, ingawa katika umbo la ajabu, muundo wa atomi.
Misingi ya Kisayansi
Katika karne ya 19, John Dalton alipata ushahidi wa kuwepo kwa atomi, lakini alidhani kuwa hazigawanyiki. Ernest Rutherford alionyesha kimajaribio kwamba atomi ina kiini kilichozungukwa na chembe zenye chaji hasi - elektroni.
Atomu, kama kitengo kilichojitenga, imeundwa na kiini kilichochajiwa vyema na elektroni zinazobeba chaji hasi. Hivi ndivyo atomu imetengenezwa.
Katikati yake kuna kiini, ambacho huundwa na chembe ndogo zaidi - protoni na neutroni. Kuhusiana na radius ya atomi nzima, radius ya kiini ni takriban mara laki moja ndogo. Msongamano wa msingi ni wa juu sana.
Kiini thabiti chenye chaji chanya ni protoni. Neutroni ni chembe ya msingi ambayo haina chaji ya umeme, yenye uzito takriban sawa na wingi wa protoni. Misa ya kiini ina, mtawaliwa, ya jumla ya molekuli ya protoni na neutroni, jumla ambayo katika kiini imefupishwa kama nucleon. Nucleoni hizi kwenye kiini hufungwa na kipekee Idadi ya protoni katika atomi ni sawa na ile iliyoamuliwa katika ganda la atomiki na, kwa sababu hiyo, huunda msingi wa sifa za kemikali za atomi.
Elektroni, kama chembe ndogo zaidi ya maada, hubeba ndani yake mkondo hasi wa msingi wa umeme na huzunguka kila mara kuzunguka kiini katika mizunguko fulani, sawa na mzunguko wa sayari kuzunguka Jua. Kwa hivyo, kwa swali la nini chembe inajumuisha, jibu lifuatalo linaweza kutolewa: kutoka kwa chembe za msingi zilizo na malipo chanya, hasi na ya upande wowote.
Kuna muundo ufuatao: saizi ya atomi inategemea saizi ya ganda lake la elektroni, au urefu wa obiti. Kama sehemu ya jibu la swali la nini atomi imetengenezwa, tunaweza kufafanua kuwa elektroni zinaweza kuongezwa na kuondolewa kutoka kwa atomi. Hali hii inageuza atomi kuwa ioni chanya au, ipasavyo, kuwa hasi. Na mchakato wa mabadiliko ya chembe ya msingi ya kemikali inaitwa ionization.
Ugavi mkubwa wa nishati hujilimbikizia, ambayo inaweza kutolewa wakati wa athari za nyuklia. Athari kama hizo, kama sheria, hufanyika wakati viini vya atomiki vinapogongana na chembe zingine za msingi au na viini vya vitu vingine vya kemikali. Kama matokeo, viini vipya vinaweza kuunda. Kwa mfano, mmenyuko unaweza kufanya mpito wa neutroni kuwa protoni, wakati chembe ya beta, vinginevyo elektroni, hutolewa kutoka kwa kiini cha atomi.
Mpito wa ubora katikati ya atomi kutoka kwa protoni hadi neutroni unaweza kufanywa kwa njia mbili. Katika kesi ya kwanza, chembe yenye wingi sawa na wingi wa elektroni, lakini kwa malipo mazuri, inayoitwa positron (kinachojulikana kuoza kwa positron), hutoka kwenye kiini. Chaguo la pili linahusisha kukamata na kiini cha atomi ya moja ya elektroni karibu nayo kutoka kwa K-orbit (K-capture). Hivi ndivyo chembe za kemikali hubadilika kutoka moja hadi nyingine kutokana na kile atomu imetengenezwa.
Kuna majimbo ya kiini kilichoundwa wakati ina ziada ya nishati, kwa maneno mengine, iko katika hali ya msisimko. Katika tukio la mpito kwa hali ya asili, kiini hutoa nishati nyingi kwa namna ya sehemu ya mionzi ya umeme yenye urefu mfupi sana wa wimbi - hii ni jinsi mionzi ya gamma inavyoundwa. Nishati iliyotolewa wakati wa athari za nyuklia hupata matumizi ya vitendo katika matawi kadhaa ya sayansi na tasnia.
Tangu enzi za kale hadi katikati ya karne ya 18, sayansi ilitawaliwa na wazo kwamba atomu ni chembe ya maada isiyoweza kugawanywa. Mwanasayansi wa Kiingereza na mwanasayansi wa asili D. Dalton alifafanua atomi kama sehemu ndogo zaidi ya kipengele cha kemikali. M.V. Lomonosov katika mafundisho yake ya atomiki-molekuli aliweza kutoa ufafanuzi wa atomi na molekuli. Alikuwa na hakika kwamba molekuli, ambazo aliziita "corpuscles," zilijumuisha "vipengele" - atomi - na zilikuwa katika mwendo wa mara kwa mara.
D.I. Mendeleev aliamini kuwa sehemu hii ya vitu vinavyounda ulimwengu wa nyenzo huhifadhi mali zake zote ikiwa haijatengwa. Katika nakala hii tutafafanua atomi kama kitu cha ulimwengu mdogo na kusoma mali zake.
Masharti ya kuunda nadharia ya muundo wa atomiki
Katika karne ya 19, taarifa kuhusu kutogawanyika kwa atomi ilikubaliwa kwa ujumla. Wanasayansi wengi waliamini kwamba chembe za kipengele kimoja cha kemikali chini ya hali yoyote hazingeweza kugeuka kuwa atomi za kipengele kingine. Mawazo haya yalitumika kama msingi ambao ufafanuzi wa atomi ulikuwa msingi hadi 1932. Mwishoni mwa karne ya 19, uvumbuzi wa kimsingi ulifanywa katika sayansi ambao ulibadilisha maoni haya. Kwanza kabisa, elektroni iligunduliwa mnamo 1897 na mwanafizikia wa Kiingereza D. J. Thomson. Ukweli huu ulibadilisha sana mawazo ya wanasayansi juu ya kutogawanyika kwa sehemu ya kipengele cha kemikali.
Jinsi ya kudhibitisha kuwa atomi ni ngumu
Hata kabla, wanasayansi walikubaliana kwa kauli moja kwamba atomi hazina malipo. Kisha iligundua kuwa elektroni hutolewa kwa urahisi kutoka kwa kipengele chochote cha kemikali. Wanaweza kugunduliwa katika moto, hubeba sasa ya umeme, na hutolewa na vitu wakati wa utoaji wa X-ray.
Lakini ikiwa elektroni ni sehemu ya atomi zote bila ubaguzi na zimechajiwa vibaya, inamaanisha kwamba bado kuna chembe fulani katika atomi ambazo lazima ziwe na chaji chanya, vinginevyo atomi hazingekuwa upande wowote wa umeme. Jambo la kimwili kama vile mionzi ilisaidia kufunua muundo wa atomi. Ilitoa ufafanuzi sahihi wa atomi katika fizikia, na kisha katika kemia.
Miale isiyoonekana
Mwanafizikia Mfaransa A. Becquerel alikuwa wa kwanza kuelezea hali ya atomi kutoa miale isiyoonekana. Wao hufanya hewa kuwa ioni, hupitia vitu, na kusababisha giza kwa sahani za picha. Baadaye, Curies iligundua kuwa vitu vyenye mionzi hubadilishwa kuwa atomi za vitu vingine vya kemikali (kwa mfano, urani kuwa neptunium).
Mionzi ya mionzi ina muundo tofauti tofauti: chembe za alpha, chembe za beta, miale ya gamma. Kwa hivyo, uzushi wa radioactivity ulithibitisha kuwa chembe za vipengele vya meza ya mara kwa mara zina muundo tata. Ukweli huu ulikuwa sababu ya mabadiliko yaliyofanywa kwa ufafanuzi wa atomu. Atomu ina chembe gani, kutokana na ukweli mpya wa kisayansi uliopatikana na Rutherford? Jibu la swali hili lilikuwa mfano wa nyuklia wa atomi uliopendekezwa na wanasayansi, kulingana na ambayo elektroni huzunguka kwenye kiini cha chaji chanya.
Mabishano ya mtindo wa Rutherford
Nadharia ya mwanasayansi, licha ya asili yake bora, haikuweza kufafanua kwa usahihi chembe. Hitimisho lake lilikwenda kinyume na sheria za kimsingi za thermodynamics, kulingana na ambayo elektroni zote zinazozunguka kiini hupoteza nguvu zao na, iwe hivyo, lazima mapema au baadaye zianguke juu yake. Katika kesi hii, atomi inaharibiwa. Hii haifanyiki, kwa kuwa vipengele vya kemikali na chembe zinazounda zipo katika asili kwa muda mrefu sana. Ufafanuzi huu wa atomi, kwa msingi wa nadharia ya Rutherford, hauwezi kuelezeka, kama vile jambo linalotokea wakati dutu moto hupitishwa kupitia grating ya diffraction. Baada ya yote, spectra ya atomiki inayoundwa katika kesi hii ina sura ya mstari. Hii ilipingana na mfano wa Rutherford wa atomi, kulingana na ambayo spectra inapaswa kuendelea. Kulingana na dhana ya mechanics ya quantum, elektroni kwa sasa zinaonyeshwa kwenye kiini sio kama vitu vya uhakika, lakini kuwa na fomu ya wingu la elektroni.
Msongamano wake mkubwa uko katika eneo fulani la nafasi karibu na kiini na inachukuliwa kuwa eneo la chembe kwa wakati fulani kwa wakati. Ilibainika pia kuwa elektroni za atomi zimepangwa katika tabaka. Idadi ya tabaka inaweza kuamua kwa kujua idadi ya kipindi ambacho kipengele iko katika mfumo wa upimaji wa D. I. Mendeleev. Kwa mfano, atomi ya fosforasi ina elektroni 15 na ina viwango 3 vya nishati. Kiashiria kinachoamua idadi ya viwango vya nishati inaitwa nambari kuu ya quantum.
Ilianzishwa kwa majaribio kuwa elektroni katika kiwango cha nishati karibu na kiini zina nishati ya chini zaidi. Kila shell ya nishati imegawanywa katika sublevels, na wao, kwa upande wake, wamegawanywa katika orbitals. Elektroni ziko katika obiti tofauti zina sura sawa ya wingu (s, p, d, f).
Kulingana na hapo juu, inafuata kwamba sura ya wingu ya elektroni haiwezi kuwa ya kiholela. Inafafanuliwa madhubuti kulingana na obiti Pia tunaongeza kuwa hali ya elektroni kwenye macroparticle imedhamiriwa na maadili mawili zaidi - nambari za sumaku na spin quantum. Ya kwanza inategemea mlinganyo wa Schrödinger na inaangazia mwelekeo wa anga wa wingu la elektroni kulingana na hali tatu za ulimwengu wetu. Kiashiria cha pili ni nambari inayozunguka inatumiwa kuamua mzunguko wa elektroni karibu na mhimili wake wa saa au kinyume chake.
Ugunduzi wa neutron
Shukrani kwa kazi ya D. Chadwick, iliyofanywa naye mwaka wa 1932, ufafanuzi mpya wa atomi ulitolewa katika kemia na fizikia. Katika majaribio yake, mwanasayansi alithibitisha kuwa mgawanyiko wa polonium hutoa mionzi inayosababishwa na chembe ambazo hazina malipo na zina wingi wa 1.008665. Chembe mpya ya msingi iliitwa nyutroni. Ugunduzi wake na uchunguzi wa mali zake uliruhusu wanasayansi wa Soviet V. Gapon na D. Ivanenko kuunda nadharia mpya ya muundo wa kiini cha atomiki kilicho na protoni na neutroni.
Kulingana na nadharia mpya, ufafanuzi wa atomi ya dutu ilikuwa kama ifuatavyo: ni kitengo cha kimuundo cha kipengele cha kemikali, kilicho na kiini kilicho na protoni na neutroni na elektroni zinazozunguka. Idadi ya chembe chanya kwenye kiini daima ni sawa na nambari ya serial ya kipengele cha kemikali kwenye jedwali la upimaji.
Baadaye, Profesa A. Zhdanov alithibitisha katika majaribio yake kwamba chini ya ushawishi wa mionzi ngumu ya cosmic, nuclei ya atomiki imegawanywa katika protoni na neutroni. Kwa kuongezea, imethibitishwa kuwa nguvu zinazoshikilia chembe hizi za msingi katika msingi zina nguvu nyingi sana. Wanafanya kazi kwa umbali mfupi sana (karibu 10 -23 cm) na huitwa nyuklia. Kama ilivyosemwa hapo awali, hata M.V. Lomonosov aliweza kutoa ufafanuzi wa atomi na molekuli kulingana na ukweli wa kisayansi unaojulikana kwake.
Hivi sasa, modeli ifuatayo inakubaliwa kwa ujumla: atomi ina kiini na elektroni zinazoizunguka pamoja na trajectories zilizoainishwa madhubuti - orbitals. Elektroni wakati huo huo huonyesha mali ya chembe na mawimbi, yaani, wana asili mbili. Takriban misa yake yote imejilimbikizia kwenye kiini cha atomi. Inajumuisha protoni na neutroni zinazofungwa na nguvu za nyuklia.
Je, inawezekana kupima atomi?
Inageuka kuwa kila atomi ina molekuli. Kwa mfano, kwa hidrojeni ni 1.67x10 -24 g Ni vigumu hata kufikiria jinsi thamani hii ni ndogo. Ili kupata uzito wa kitu kama hicho, hawatumii kiwango, lakini oscillator, ambayo ni nanotube ya kaboni. Ili kuhesabu uzito wa atomi na molekuli, kiasi kinachofaa zaidi ni wingi wa jamaa. Inaonyesha ni mara ngapi uzito wa molekuli au atomi ni kubwa kuliko 1/12 ya atomi ya kaboni, ambayo ni 1.66x10 -27 kg. Masi ya atomiki ya jamaa yanaonyeshwa kwenye jedwali la mara kwa mara la vipengele vya kemikali, na hawana mwelekeo.
Wanasayansi wanajua vyema kwamba wingi wa atomiki wa kipengele cha kemikali ni thamani ya wastani ya idadi ya wingi wa isotopu zake zote. Inatokea kwamba kwa asili, vitengo vya kipengele kimoja cha kemikali vinaweza kuwa na wingi tofauti. Katika kesi hii, malipo ya viini vya chembe za muundo huo ni sawa.
Wanasayansi wamegundua kuwa isotopu hutofautiana katika idadi ya neutroni kwenye kiini, lakini malipo ya nuclei zao ni sawa. Kwa mfano, atomi ya klorini yenye wingi wa 35 ina nyutroni 18 na protoni 17, na kwa wingi wa nyutroni 37 - 20 na protoni 17. Vipengele vingi vya kemikali ni mchanganyiko wa isotopu. Kwa mfano, vitu rahisi kama vile potasiamu, argon, na oksijeni vina atomi zinazowakilisha isotopu 3 tofauti.
Ufafanuzi wa Atomicity
Ina tafsiri kadhaa. Wacha tuchunguze nini maana ya neno hili katika kemia. Ikiwa atomi za kipengele cha kemikali zina uwezo wa kuwepo tofauti angalau kwa muda mfupi, bila kuzingatia kuunda chembe ngumu zaidi - molekuli, basi vitu hivyo vinasemekana kuwa na muundo wa atomiki. Kwa mfano, mmenyuko wa hatua nyingi wa klorini ya methane. Inatumika sana katika kemia ya awali ya kikaboni ili kupata derivatives muhimu zaidi yenye halojeni: dichloromethane, tetrakloridi kaboni. Inagawanya molekuli za klorini katika atomi tendaji sana. Wanaharibu vifungo vya sigma katika molekuli ya methane, kutoa mmenyuko wa mnyororo wa uingizwaji.
Mfano mwingine wa mchakato wa kemikali wa umuhimu mkubwa katika tasnia ni matumizi ya peroksidi ya hidrojeni kama dawa ya kuua vijidudu na bleach. Uamuzi wa oksijeni ya atomiki, kama bidhaa ya kuvunjika kwa peroksidi ya hidrojeni, hutokea katika seli hai (chini ya hatua ya catalase ya enzyme) na katika hali ya maabara. imedhamiriwa kwa ubora na mali yake ya juu ya antioxidant, na pia kwa uwezo wake wa kuharibu mawakala wa pathogenic: bakteria, kuvu na spores zao.
Gamba la atomiki limeundwaje?
Tayari tumegundua mapema kwamba kitengo cha kimuundo cha kipengele cha kemikali kina muundo tata. Chembe hasi za elektroni huzunguka kwenye kiini chenye chaji chanya. Mshindi wa Tuzo ya Nobel Niels Bohr, kwa kuzingatia nadharia ya quantum ya mwanga, aliunda fundisho lake, ambalo sifa na ufafanuzi wa atomi ni kama ifuatavyo: elektroni huzunguka kiini tu kando ya trajectories fulani za stationary, na haitoi nishati. Mafundisho ya Bohr yalithibitisha kuwa chembe za microcosm, ambazo ni pamoja na atomi na molekuli, hazitii sheria ambazo ni halali kwa miili mikubwa - vitu vya macrocosm.
Muundo wa makombora ya elektroni ya macroparticles ulichunguzwa katika kazi za fizikia ya quantum na wanasayansi kama Hund, Pauli, na Klechkovsky. Kwa hivyo, ilijulikana kuwa elektroni hufanya harakati za kuzunguka kuzunguka kiini sio nasibu, lakini pamoja na trajectories fulani za stationary. Pauli aligundua kuwa ndani ya kiwango kimoja cha nishati katika kila moja ya obiti zake s, p, d, f, seli za elektroni haziwezi kuwa na zaidi ya chembe mbili zenye chaji hasi zilizo na maadili ya spin + ½ na - ½.
Utawala wa Hund ulielezea jinsi obiti zilizo na kiwango sawa cha nishati hujazwa kwa usahihi na elektroni.
Utawala wa Klechkovsky, unaoitwa pia utawala wa n + l, ulielezea jinsi obiti za atomi za multielectron (vipengele vya 5, 6, 7) vinajazwa. Mifumo yote hapo juu ilitumika kama msingi wa kinadharia wa mfumo wa vitu vya kemikali iliyoundwa na Dmitry Mendeleev.
Hali ya oxidation
Ni dhana ya kimsingi katika kemia na inabainisha hali ya atomi katika molekuli. Ufafanuzi wa kisasa wa hali ya oxidation ya atomi ni kama ifuatavyo: hii ni malipo ya masharti ya atomi kwenye molekuli, ambayo huhesabiwa kulingana na wazo kwamba molekuli ina muundo wa ionic tu.
Nambari ya oksidi inaweza kuonyeshwa kama nambari nzima au sehemu, na maadili chanya, hasi au sifuri. Mara nyingi, atomi za vipengele vya kemikali zina hali kadhaa za oxidation. Kwa mfano, kwa nitrojeni ni -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Lakini kipengele cha kemikali kama vile florini, katika misombo yake yote, ina hali moja tu ya oxidation sawa na -1. Ikiwa inawakilishwa na dutu rahisi, basi hali yake ya oxidation ni sifuri. Kiasi hiki cha kemikali ni rahisi kutumia kwa kuainisha vitu na kuelezea mali zao. Mara nyingi, hali ya oxidation ya atomi hutumiwa katika kemia wakati wa kuunda milinganyo ya athari za redox.
Tabia za atomi
Shukrani kwa uvumbuzi wa fizikia ya quantum, ufafanuzi wa kisasa wa atomi, kulingana na nadharia ya D. Ivanenko na E. Gapon, huongezewa na ukweli wa kisayansi wafuatayo. Muundo wa kiini cha atomi haubadilika wakati wa athari za kemikali. Mizunguko ya elektroni isiyosimama pekee ndiyo hupitia mabadiliko. Muundo wao unaweza kuelezea mali nyingi za kimwili na kemikali za vitu. Ikiwa elektroni itaacha obiti iliyosimama na kuhamia kwenye obiti yenye nishati ya juu, atomi kama hiyo inaitwa msisimko.
Ikumbukwe kwamba elektroni haziwezi kubaki katika obiti zisizo za kawaida kwa muda mrefu. Kurudi kwenye obiti yake ya kusimama, elektroni hutoa kiasi cha nishati. Utafiti wa sifa kama hizi za vitengo vya kimuundo vya vitu vya kemikali kama ushirika wa elektroni, elektronegativity, nishati ya ionization, iliruhusu wanasayansi sio tu kufafanua atomi kama chembe muhimu zaidi ya microcosm, lakini pia iliwaruhusu kuelezea uwezo wa atomi kuunda. hali thabiti na yenye nguvu zaidi ya Masi ya jambo, inayowezekana kutokana na kuunda aina mbalimbali za vifungo vya kemikali vilivyo imara: ioniki, covalent-polar na isiyo ya polar, kipokezi cha wafadhili (kama aina ya dhamana ya ushirikiano) na metali. Mwisho huamua mali muhimu zaidi ya kimwili na kemikali ya metali zote.
Imethibitishwa kwa majaribio kwamba saizi ya atomi inaweza kubadilika. Kila kitu kitategemea ni molekuli gani imejumuishwa. Shukrani kwa uchambuzi wa diffraction ya X-ray, inawezekana kuhesabu umbali kati ya atomi kwenye kiwanja cha kemikali, na pia kujua radius ya kitengo cha kimuundo cha kipengele. Kujua mifumo ya mabadiliko katika radii ya atomi iliyojumuishwa katika kipindi au kikundi cha vipengele vya kemikali, inawezekana kutabiri mali zao za kimwili na kemikali. Kwa mfano, katika vipindi na ongezeko la malipo ya kiini cha atomi, radii yao inapungua ("compression ya atomi"), hivyo mali ya metali ya misombo hupungua, na mali zisizo za metali huongezeka.
Kwa hivyo, ujuzi kuhusu hutuwezesha kuamua kwa usahihi mali ya kimwili na kemikali ya vipengele vyote vilivyojumuishwa katika mfumo wa upimaji wa Mendeleev.
Watu wa kisasa husikia kila wakati misemo ambayo ina derivatives ya neno "atomu". Hii ni nishati, mmea wa nguvu, bomu. Wengine huichukulia kuwa ya kawaida, na wengine huuliza swali: "Atomu ni nini?"
Neno hili linamaanisha nini?
Ina mizizi ya kale ya Kigiriki. Inatoka kwa "atomos", ambayo inamaanisha "isiyokatwa".
Mtu ambaye tayari anafahamu fizikia ya atomi atakasirika: "Je, "haijakatwa" ina aina fulani ya chembe! Jambo ni kwamba jina lilionekana wakati wanasayansi hawakujua kwamba atomi sio chembe ndogo zaidi.
Baada ya uthibitisho wa majaribio ya ukweli huu, iliamuliwa kutobadilisha jina la kawaida. Na mnamo 1860, "chembe" ilianza kuitwa chembe ndogo zaidi ambayo ina mali yote ya kipengele cha kemikali ambacho ni mali yake.
Ni nini kikubwa kuliko atomi na ndogo kuliko hiyo?
Molekuli daima ni kubwa zaidi. Imeundwa kutoka kwa atomi kadhaa na ni chembe ndogo zaidi ya maada.
Lakini ndogo ni chembe za msingi. Kwa mfano, elektroni na protoni, neutroni na quarks. Kuna mengi yao.
Mengi tayari yamesemwa juu yake. Lakini bado haijafahamika wazi kabisa chembe ni nini.
Yeye ni nini hasa?
Swali la jinsi ya kuwakilisha mfano wa atomi limechukua muda mrefu wanasayansi. Leo, ile iliyopendekezwa na E. Rutherford na kukamilishwa na N. Bohr imekubaliwa. Kulingana na yeye, atomi imegawanywa katika sehemu mbili: kiini na wingu la elektroni.
Wengi wa wingi wa atomi hujilimbikizia katikati yake. Kiini kinajumuisha neutroni na protoni. Na elektroni katika atomi ziko katika umbali mkubwa kutoka katikati. Inageuka kitu sawa na mfumo wa jua. Katikati, kama Jua, kuna kiini, na elektroni huizunguka katika njia zao, kama sayari. Ndiyo maana mfano huo mara nyingi huitwa sayari.
Inashangaza, kiini na elektroni huchukua nafasi ndogo sana ikilinganishwa na vipimo vya jumla vya atomi. Inageuka kuwa kuna msingi mdogo katikati. Kisha utupu. Utupu mkubwa sana. Na kisha ukanda mwembamba wa elektroni ndogo.
Wanasayansi hawakufika mara moja kwenye mfano huu wa atomi. Kabla ya hili, mawazo mengi yalifanywa ambayo yalikanushwa na majaribio.
Wazo moja kama hilo lilikuwa kuwakilisha atomi kama mwili thabiti ambao una chaji chanya. Na ilipendekezwa kuweka elektroni katika atomi katika mwili huu wote. Wazo hili lilitolewa na J. Thomson. Mfano wake wa atomi pia uliitwa "Raisin Pudding". Mfano huo ulifanana sana na sahani hii.
Lakini haikuwezekana kwa sababu haikuweza kueleza baadhi ya sifa za atomu. Ndiyo maana alikataliwa.
Mwanasayansi wa Kijapani H. Nagaoka, alipoulizwa chembe ni nini, alipendekeza mfano huo. Kwa maoni yake, chembe hii ina mfanano usio wazi na sayari ya Zohali. Kuna kiini katikati, na elektroni huzunguka kuzunguka katika obiti zilizounganishwa kwenye pete. Ingawa mfano huo haukukubaliwa, baadhi ya vifungu vyake vilitumiwa kwenye mchoro wa sayari.
Kuhusu nambari zinazohusiana na atomi
Kwanza, kuhusu kiasi cha kimwili. Jumla ya malipo ya atomi daima ni sifuri. Hii ni kutokana na ukweli kwamba idadi ya elektroni na protoni ndani yake ni sawa. Na malipo yao ni sawa kwa ukubwa na yana ishara kinyume.
Mara nyingi hali hutokea wakati atomi inapoteza elektroni au, kinyume chake, huvutia zile za ziada. Katika hali kama hizi wanasema kuwa imekuwa ion. Na malipo yake inategemea kile kilichotokea kwa elektroni. Ikiwa idadi yao itapungua, malipo ya ion ni chanya. Wakati kuna elektroni zaidi kuliko inavyotakiwa, ion inakuwa hasi.
Sasa kuhusu kemia. Sayansi hii, kama hakuna nyingine, inatoa ufahamu mkubwa zaidi wa atomu ni nini. Baada ya yote, hata meza kuu ambayo inasomwa ndani yake inategemea ukweli kwamba atomi ziko ndani yake kwa utaratibu fulani. Tunazungumza juu ya meza ya mara kwa mara.
Ndani yake, kila kipengele kinapewa nambari maalum, ambayo inahusishwa na idadi ya protoni kwenye kiini. Kawaida inaonyeshwa na herufi z.
Thamani inayofuata ni nambari ya wingi. Ni sawa na jumla ya protoni na neutroni zinazopatikana kwenye kiini cha atomi. Kawaida huteuliwa na herufi A.
Nambari mbili zilizoonyeshwa zinahusiana kwa kila mmoja na equation ifuatayo:
A = z + N.
Hapa N ni idadi ya nyutroni katika kiini cha atomiki.
Kiasi kingine muhimu ni wingi wa atomi. Ili kuipima, thamani maalum imeanzishwa. Imefupishwa: a.e.m. Na inasomwa kama kitengo cha misa ya atomiki. Kulingana na kitengo hiki, chembe tatu zinazounda atomi zote za Ulimwengu zina wingi:
Maadili haya mara nyingi huhitajika wakati wa kutatua matatizo ya kemikali.