Atom je najmanja čestica kemijske tvari koja može zadržati svoja svojstva. Riječ "atom" dolazi od starogrčke riječi "atomos", što znači "nedjeljiv". Ovisno o tome koliko i kakvih čestica ima u atomu, može se odrediti kemijski element.

Ukratko o građi atoma

Kako možete ukratko navesti osnovne podatke o je čestica s jednom jezgrom, koja je pozitivno nabijena. Oko ove jezgre je negativno nabijen oblak elektrona. Svaki atom u svom normalnom stanju je neutralan. Veličina ove čestice može se u potpunosti odrediti veličinom elektronskog oblaka koji okružuje jezgru.

Sama jezgra se također sastoji od manjih čestica - protona i neutrona. Protoni su pozitivno nabijeni. Neutroni ne nose nikakav naboj. Međutim, protoni i neutroni su spojeni u jednu kategoriju i nazivaju se nukleoni. Ako su ukratko potrebni osnovni podaci o strukturi atoma, tada se ti podaci mogu ograničiti na navedene podatke.

Prve informacije o atomu

Stari Grci su sumnjali da se materija može sastojati od malih čestica. Vjerovali su da je sve što postoji napravljeno od atoma. Međutim, takvo stajalište bilo je čisto filozofske prirode i ne može se znanstveno tumačiti.

Prvi koji je dobio osnovne informacije o strukturi atoma bio je engleski znanstvenik koji je otkrio da dva kemijska elementa mogu biti u različitim omjerima, a svaka takva kombinacija predstavljat će novu tvar. Na primjer, osam dijelova elementa kisika stvara ugljični dioksid. Četiri dijela kisika je ugljikov monoksid.

Godine 1803. Dalton je otkrio takozvani zakon višestrukih omjera u kemiji. Koristeći neizravna mjerenja (budući da se tada niti jedan atom nije mogao ispitati pod mikroskopima tog vremena), Dalton je zaključio o relativnoj težini atoma.

Rutherfordovo istraživanje

Gotovo stoljeće kasnije, osnovne podatke o strukturi atoma potvrdio je još jedan engleski kemičar - Znanstvenik je predložio model elektronske ljuske najmanjih čestica.

U to je vrijeme Rutherfordov "Planetarni model atoma" bio jedan od najvažnijih koraka koje je kemija mogla poduzeti. Osnovni podaci o strukturi atoma upućuju na to da je sličan Sunčevom sustavu: čestice elektrona kruže oko jezgre u točno određenim orbitama, baš kao što to čine planeti.

Elektronički omotač atoma i formule atoma kemijskih elemenata

Elektronska ljuska svakog atoma sadrži točno onoliko elektrona koliko ima protona u njegovoj jezgri. Zbog toga je atom neutralan. Godine 1913. drugi je znanstvenik dobio osnovne podatke o strukturi atoma. Formula Nielsa Bohra bila je slična onoj koju je dobio Rutherford. Prema njegovom konceptu, elektroni se također okreću oko jezgre koja se nalazi u središtu. Bohr je pročistio Rutherfordovu teoriju i unio sklad u njezine činjenice.

Već tada su sastavljene formule za neke kemijske tvari. Na primjer, shematski je struktura atoma dušika označena kao 1s 2 2s 2 2p 3, struktura atoma natrija izražena je formulom 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Kroz ove formule možete vidjeti koliko se elektrona kreće u svakoj od orbitala određene kemijske tvari.

Schrödingerov model

Međutim, kasnije je i ovaj atomski model postao zastario. Osnovne informacije o strukturi atoma, danas poznate znanosti, uvelike su postale dostupne zahvaljujući istraživanju austrijskog fizičara

Predložio je novi model njegove strukture - valni model. Do tog vremena znanstvenici su već dokazali da je elektron obdaren ne samo prirodom čestice, već ima i svojstva vala.

Međutim, model Schrödingera i Rutherforda također ima opće odredbe. Njihove teorije su slične po tome što elektroni postoje na određenim razinama.

Takve se razine nazivaju i elektronički slojevi. Pomoću broja razine može se karakterizirati energija elektrona. Što je viši sloj, to ima više energije. Sve razine se broje odozdo prema gore, tako da broj razine odgovara njenoj energiji. Svaki od slojeva u elektronskoj ljusci atoma ima svoje podrazine. U ovom slučaju, prva razina može imati jednu podrazinu, druga - dvije, treća - tri, i tako dalje (vidi gornje elektronske formule za dušik i natrij).

Čak i manje čestice

Trenutno su, naravno, otkrivene čak i manje čestice od elektrona, protona i neutrona. Poznato je da se proton sastoji od kvarkova. Postoje još manje čestice svemira - na primjer, neutrino, koji je stotinu puta manji od kvarka i milijardu puta manji od protona.

Neutrino je toliko mala čestica da je 10 septilijuna puta manja od, primjerice, tiranosaurusa rexa. Sam tiranosaur je toliko puta manji od cijelog vidljivog svemira.

Osnovni podaci o građi atoma: radioaktivnost

Oduvijek je poznato da nijedna kemijska reakcija ne može transformirati jedan element u drugi. Ali u procesu radioaktivnog zračenja to se događa spontano.

Radioaktivnost je sposobnost atomskih jezgri da se transformiraju u druge jezgre – one stabilnije. Kada su ljudi dobili osnovne informacije o strukturi atoma, izotopi su u određenoj mjeri mogli poslužiti kao utjelovljenje snova srednjovjekovnih alkemičara.

Kako se izotopi raspadaju, emitira se radioaktivno zračenje. Ovaj fenomen prvi je otkrio Becquerel. Glavna vrsta radioaktivnog zračenja je alfa raspad. Kada se pojavi, oslobađa se alfa čestica. Postoji i beta raspad, u kojem se beta čestica izbacuje iz jezgre atoma.

Prirodni i umjetni izotopi

Trenutno je poznato oko 40 prirodnih izotopa. Većina ih se nalazi u tri kategorije: uran-radij, torij i aktinij. Svi ti izotopi mogu se naći u prirodi – u stijenama, tlu, zraku. No, osim njih, poznato je i oko tisuću umjetno izvedenih izotopa, koji se proizvode u nuklearnim reaktorima. Mnogi od tih izotopa koriste se u medicini, posebice u dijagnostici..

Proporcije unutar atoma

Ako zamislimo atom čije su dimenzije usporedive s dimenzijama međunarodnog sportskog stadiona, tada možemo vizualno dobiti sljedeće proporcije. Elektroni atoma na takvom "stadionu" bit će smješteni na samom vrhu tribina. Svaki će biti manji od glave pribadače. Tada će jezgra biti smještena u središtu ovog polja, a njezina veličina neće biti veća od veličine zrna graška.

Ponekad ljudi pitaju kako atom zapravo izgleda. Zapravo, doslovno ne sliči ni na što – ne iz razloga što mikroskopi koji se koriste u znanosti nisu dovoljno dobri. Dimenzije atoma su u onim područjima gdje koncept "vidljivosti" jednostavno ne postoji.

Atomi su vrlo male veličine. Ali koliko su te veličine stvarno male? Činjenica je da najmanje ljudskom oku jedva vidljivo zrnce soli sadrži oko jedan kvintilijun atoma.

Ako zamislimo atom tolike veličine da stane u ljudsku šaku, onda bi pored njega bili virusi dugi 300 metara. Bakterije bi bile dugačke 3 km, a debljina ljudske vlasi bila bi 150 km. U ležećem položaju mogao bi izaći izvan granica zemljine atmosfere. A kad bi takve proporcije bile valjane, onda bi ljudska vlas mogla dosegnuti Mjesec. Ovo je tako složen i zanimljiv atom, koji znanstvenici nastavljaju proučavati do danas.

> Koliko atoma ima u svemiru?

Saznati, koliko atoma ima u svemiru: kako je izračunato, veličina vidljivog svemira, povijest nastanka i razvoja s fotografijama, broj zvijezda, masa, istraživanja.

Zasigurno svi znaju da je Svemir veliko mjesto. Prema općim procjenama, pred nama se otvara samo 93 milijarde svjetlosnih godina ("Vidljivi svemir"). To je ogromna brojka, pogotovo ako ne zaboravimo da je to samo dio koji je dostupan našim uređajima. A s obzirom na takve količine, ne bi bilo čudno pretpostaviti da bi količina tvari također trebala biti značajna.

Zanimljivo je početi proučavati to pitanje u maloj mjeri. Uostalom, naš svemir sadrži 120-300 sextillion zvijezda (1,2 ili 3 x 10 23). Ako sve povećamo na atomsku razinu, onda se ove brojke čine jednostavno nezamislivim. Koliko atoma ima u svemiru?

Prema izračunima, ispada da je svemir ispunjen s 10 78 -10 82 atoma. Ali čak ni ti pokazatelji ne odražavaju točno koliko tvari sadrži. Gore je spomenuto da možemo sagledati 46 milijardi svjetlosnih godina u bilo kojem smjeru, što znači da ne možemo vidjeti cijelu sliku. Osim toga, Svemir se neprestano širi, što udaljava objekte od nas.

Nedavno je njemačko superračunalo dalo rezultat koji pokazuje da se na vidiku nalazi 500 milijardi galaksija. Ako se okrenemo konzervativnim izvorima, dolazimo do 300 milijardi. Jedna galaksija može primiti 400 milijardi zvijezda, tako da ukupan broj u Svemiru može doseći 1,2 x 10 23 – 100 sextillion.

Prosječna težina zvijezde je 10 35 grama. Ukupna težina - 10 58 grama. Izračuni pokazuju da svaki gram sadrži 10 24 protona ili isti broj atoma vodika (jedan vodik sadrži jedan proton). Ukupno dobijemo 10 82 vodika.

Kao osnovu uzimamo vidljivi Svemir, unutar kojeg bi se ta količina trebala ravnomjerno rasporediti (preko 300 milijuna svjetlosnih godina). Ali u manjoj mjeri, materija će stvoriti nakupine svjetleće materije, za koju svi znamo.

Ukratko, većina atoma Svemira koncentrirana je u zvijezdama, stvarajući galaksije, koje se ujedinjuju u klastere, koji pak tvore superklastere i sve to završavaju formiranjem Velikog zida. Ovo je s povećanjem. Ako idete u suprotnom smjeru i uzmete manje mjerilo, onda su klasteri ispunjeni oblacima s prašinom, plinom i drugim materijama.

Materija teži izotropnom širenju. To jest, sva nebeska područja su ista i svaka sadrži istu količinu. Svemir je zasićen valom snažnog izotropnog zračenja, jednakog 2,725 K (malo iznad apsolutne nule).

Kozmološki princip govori o homogenom svemiru. Na temelju toga može se tvrditi da će zakoni fizike jednako vrijediti bilo gdje u Svemiru i da se ne bi smjeli kršiti u velikim razmjerima. Ovu ideju potiču i opažanja koja pokazuju evoluciju strukture svemira nakon Velikog praska.

Istraživači se slažu da je većina materije nastala u vrijeme Velikog praska, a širenje ne dodaje novu materiju. Mehanizmi posljednjih 13,7 milijardi godina su širenje i raspršivanje glavnih masa.

Ali teorija je komplicirana Einsteinovom ekvivalencijom mase i energije, koja proizlazi iz opće teorije relativnosti (dodavanje mase postupno povećava količinu energije).

Međutim, gustoća Svemira ostaje stabilna. Moderno doseže 9,9 x 10 30 grama po cm 3. Ovdje je koncentrirano 68,3% tamne energije, 26,8% tamne tvari i 4,9% svjetleće tvari. Ispada da je gustoća jedan atom vodika na 4 m 3.

Znanstvenici još uvijek ne mogu dešifrirati svojstva, pa je nemoguće sa sigurnošću reći jesu li ravnomjerno raspoređeni ili tvore guste nakupine. No, vjeruje se da tamna tvar usporava širenje, ali ga tamna energija ubrzava.

Svi navedeni brojevi koji se odnose na broj atoma u svemiru su grube procjene. Ne zaboravite glavnu ideju: govorimo o izračunima vidljivog svemira.

DEFINICIJA

Atom– najmanja kemijska čestica.

Raznolikost kemijskih spojeva posljedica je različitih kombinacija atoma kemijskih elemenata u molekule i nemolekularne tvari. Sposobnost atoma da uđe u kemijske spojeve, njegova kemijska i fizikalna svojstva određena su građom atoma. U tom smislu, za kemiju je od najveće važnosti unutarnja struktura atoma i, prije svega, struktura njegove elektroničke ljuske.

Modeli strukture atoma

Početkom 19. stoljeća D. Dalton oživio je atomsku teoriju, oslanjajući se na dotad poznate temeljne zakone kemije (konstantnost sastava, višestruki omjeri i ekvivalenti). Provedeni su prvi pokusi proučavanja strukture tvari. No, unatoč učinjenim otkrićima (atomi istog elementa imaju ista svojstva, a atomi drugih elemenata imaju različita svojstva, uveden je pojam atomske mase), atom se smatrao nedjeljivim.

Nakon dobivanja eksperimentalnih dokaza (kraj 19. - početak 20. stoljeća) o složenosti strukture atoma (fotoelektrični efekt, katodne i x-zrake, radioaktivnost), ustanovljeno je da se atom sastoji od negativno i pozitivno nabijenih čestica koje u interakciji s jedni druge.

Ta su otkrića dala poticaj stvaranju prvih modela strukture atoma. Predložen je jedan od prvih modela J. Thomson(1904.) (Sl. 1): atom je zamišljan kao “more pozitivnog elektriciteta” s elektronima koji osciliraju u njemu.

Nakon pokusa s α-česticama, 1911. god. Rutherford je predložio tzv planetarni model atomska struktura (sl. 1), slična strukturi Sunčevog sustava. Prema planetarnom modelu, u središtu atoma nalazi se vrlo mala jezgra s nabojem Z e, čije su dimenzije približno 1.000.000 puta manje od dimenzija samog atoma. Jezgra sadrži gotovo cijelu masu atoma i ima pozitivan naboj. Elektroni se kreću oko jezgre po orbitama, čiji je broj određen nabojem jezgre. Vanjska putanja elektrona određuje vanjske dimenzije atoma. Promjer atoma je 10 -8 cm, dok je promjer jezgre znatno manji -10 -12 cm.

Riža. 1 Modeli strukture atoma prema Thomsonu i Rutherfordu

Eksperimenti proučavanja atomskih spektara pokazali su nesavršenost planetarnog modela strukture atoma, budući da ovaj model proturječi linijskoj strukturi atomskih spektara. Na temelju Rutherfordovog modela, Einsteinove doktrine kvanta svjetlosti i Planckove kvantne teorije zračenja Niels Bohr (1913.) formuliran postulate, koji se sastoji teorija strukture atoma(Sl. 2): elektron se može vrtjeti oko jezgre ne u bilo kojoj, već samo u određenim orbitama (stacionarno), krećući se po takvoj orbiti ne emitira elektromagnetsku energiju, zračenje (apsorpcija ili emisija kvanta elektromagnetske energije ) događa se tijekom prijelaza (nalik skoku) elektrona iz jedne orbite u drugu.

Riža. 2. Model strukture atoma prema N. Bohru

Nakupljeni eksperimentalni materijal koji karakterizira strukturu atoma pokazao je da se svojstva elektrona, kao i drugih mikroobjekata, ne mogu opisati na temelju pojmova klasične mehanike. Mikročestice se pokoravaju zakonima kvantne mehanike, koja je postala osnova za stvaranje moderni model strukture atoma.

Glavne teze kvantne mehanike:

- energiju odašilju i apsorbiraju tijela u odvojenim dijelovima - kvantima, pa se energija čestica naglo mijenja;

- elektroni i druge mikročestice imaju dvojaku prirodu - pokazuju svojstva i čestica i valova (valno-čestični dualitet);

— kvantna mehanika negira postojanje određenih orbita za mikročestice (za pokretne elektrone nemoguće je odrediti točan položaj, budući da se kreću u prostoru blizu jezgre, možete samo odrediti vjerojatnost pronalaska elektrona u različitim dijelovima prostora).

Prostor u blizini jezgre u kojem je vjerojatnost pronalaska elektrona prilično velika (90%) naziva se orbitalni.

Kvantni brojevi. Paulijevo načelo. Pravila Klečkovskog

Stanje elektrona u atomu može se opisati pomoću četiri kvantni brojevi.

n– glavni kvantni broj. Karakterizira ukupnu rezervu energije elektrona u atomu i broj energetske razine. n poprima cjelobrojne vrijednosti od 1 do ∞. Elektron ima najmanju energiju kada je n=1; s povećanjem n – energije. Stanje atoma kada su njegovi elektroni na takvim energetskim razinama da je njihova ukupna energija minimalna naziva se osnovnim stanjem. Stanja s višim vrijednostima nazivaju se uzbuđena. Razine energije označene su arapskim brojevima prema vrijednosti n. Elektroni se mogu rasporediti u sedam razina, stoga n zapravo postoji od 1 do 7. Glavni kvantni broj određuje veličinu elektronskog oblaka i određuje prosječni radijus elektrona u atomu.

l– orbitalni kvantni broj. Karakterizira rezervu energije elektrona u podrazini i oblik orbitale (tablica 1). Prihvaća cjelobrojne vrijednosti od 0 do n-1. l ovisi o n. Ako je n=1, onda je l=0, što znači da na 1. razini postoji 1. podrazina.

m e– magnetski kvantni broj. Karakterizira orijentaciju orbite u prostoru. Prihvaća cjelobrojne vrijednosti od –l preko 0 do +l. Dakle, kada je l=1 (p-orbitala), m e poprima vrijednosti -1, 0, 1 i orijentacija orbitale može biti različita (slika 3).

Riža. 3. Jedna od mogućih orijentacija p-orbitale u prostoru

s– spinski kvantni broj. Karakterizira vlastitu rotaciju elektrona oko svoje osi. Prihvaća vrijednosti -1/2(↓) i +1/2(). Dva elektrona u istoj orbitali imaju antiparalelne spinove.

Određuje se stanje elektrona u atomima Paulijevo načelo: atom ne može imati dva elektrona s istim skupom svih kvantnih brojeva. Određuje se slijed popunjavanja orbitala elektronima Pravila Klečkovskog: orbitale su popunjene elektronima u rastućem redoslijedu zbroja (n+l) za te orbitale, ako je zbroj (n+l) isti, tada se prvo popunjava orbitala s manjom vrijednošću n.

Međutim, atom obično ne sadrži jedan, već nekoliko elektrona, a kako bi se uzela u obzir njihova međusobna interakcija, koristi se koncept efektivnog nuklearnog naboja - elektron na vanjskoj razini podložan je naboju koji je manji od naboja jezgre, uslijed čega unutarnji elektroni zaklanjaju vanjske.

Osnovne karakteristike atoma: atomski radijus (kovalentni, metalni, van der Waalsov, ionski), afinitet prema elektronu, potencijal ionizacije, magnetski moment.

Elektroničke formule atoma

Svi elektroni atoma čine njegovu elektronsku ljusku. Prikazana je struktura elektronske ljuske elektronska formula, koji pokazuje distribuciju elektrona po energetskim razinama i podrazinama. Broj elektrona u podrazini označen je brojem koji je upisan gore desno od slova koje označava podrazinu. Na primjer, atom vodika ima jedan elektron, koji se nalazi u s-podrazini 1. energetske razine: 1s 1. Elektronska formula helija koji sadrži dva elektrona napisana je na sljedeći način: 1s 2.

Za elemente druge periode, elektroni ispunjavaju 2. energetsku razinu, koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Prvo, elektroni ispunjavaju s-podrazinu, zatim p-podrazinu. Na primjer:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Odnos između elektroničke strukture atoma i položaja elementa u periodnom sustavu elemenata

Elektronička formula elementa određena je njegovim položajem u periodnom sustavu D.I. Mendeljejev. Dakle, broj perioda odgovara U elementima druge periode, elektroni ispunjavaju 2. energetsku razinu, koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Prvo, elektroni ispunjavaju U elementima druge periode, elektroni ispunjavaju 2. energetsku razinu, koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Prvo, elektroni ispunjavaju s-podrazinu, zatim p-podrazinu. Na primjer:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

U atomima nekih elemenata uočava se fenomen "skoka" elektrona s vanjske energetske razine na pretposljednju. Curenje elektrona događa se u atomima bakra, kroma, paladija i nekih drugih elemenata. Na primjer:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1

energetska razina koja ne može sadržavati više od 8 elektrona. Prvo, elektroni ispunjavaju s-podrazinu, zatim p-podrazinu. Na primjer:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Broj skupine za elemente glavnih podskupina jednak je broju elektrona na vanjskoj energetskoj razini; takvi se elektroni nazivaju valentnim elektronima (sudjeluju u stvaranju kemijske veze). Valentni elektroni za elemente pobočnih podskupina mogu biti elektroni vanjske energetske razine i d-podrazine pretposljednje razine. Skupni broj elemenata sekundarnih podskupina III-VII skupina, kao i za Fe, Ru, Os, odgovara ukupnom broju elektrona u s-podrazini vanjske energetske razine i d-podrazini pretposljednje razine.

Zadaci:

Nacrtajte elektronske formule atoma fosfora, rubidija i cirkonija. Navedite valentne elektrone.

Odgovor:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Valentni elektroni 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Valentni elektroni 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Valentni elektroni 4d 2 5s 2

Želja za stanjem s najnižom energijom opće je svojstvo materije. Vjerojatno znate za planinske lavine i odrone. Njihova energija je toliko velika da može pomesti mostove, kuće i druge velike i izdržljive građevine. Razlog za ovaj zastrašujući prirodni fenomen je taj što masa snijega ili kamenja nastoji zauzeti stanje s najnižom energijom, a potencijalna energija fizičkog tijela u podnožju planine manja je nego na padini ili vrhu.

Atomi međusobno tvore veze iz istog razloga: ukupna energija povezanih atoma manja je od energije istih atoma u slobodnom stanju. To je vrlo sretna okolnost za vas i mene - uostalom, da nema dobitka u energiji spajanjem atoma u molekule, onda bi Svemir bio ispunjen samo atomima elemenata, a pojava jednostavnih i složenih molekula potrebnih za postojanje života bilo bi nemoguće.

Međutim, atomi se ne mogu međusobno nasumično vezati. Svaki atom sposoban je vezati se s određenim brojem drugih atoma, a vezani atomi smješteni su u prostoru na strogo definiran način. Razlog za ova ograničenja treba tražiti u svojstvima elektronskih ljuski atoma, točnije, u svojstvima vanjski elektronske ljuske s kojima atomi međusobno djeluju.

Dovršena vanjska elektronska ljuska ima manju (tj. za atom povoljniju) energiju od nepotpune. Prema pravilu okteta, završena ljuska sadrži 8 elektrona:

Ovo su vanjske elektronske ljuske atoma plemenitog plina, s izuzetkom helija (n = 1) , čija se potpuna ljuska sastoji od dva s elektrona (1s 2 ) samo zato što str -nema podrazine na 1. razini.

Vanjski omotači svih elemenata, osim plemenitih plinova, su NEPOTPUNI iu procesu kemijskog međudjelovanja DOVRŠENI su kad god je to moguće.

Da bi došlo do takvog "završetka", atomi moraju ili prenijeti elektrone jedan drugome ili ih staviti na raspolaganje za zajedničku upotrebu. To prisiljava atome da budu blizu jedan drugome, tj. biti povezani kemijskom vezom.

Postoji nekoliko izraza za vrste kemijskih veza: kovalentni, polarni kovalentni, ionski, metalni, donor-akceptor, vodik i neki drugi. Međutim, kao što ćemo vidjeti, sve metode međusobnog vezivanja čestica materije imaju zajedničku prirodu - to je davanje vlastitih elektrona za zajedničku upotrebu (strože - socijalizacija elektroni), koji je često dopunjen elektrostatskom interakcijom između različitih naboja koji nastaju tijekom prijelaza elektrona. Ponekad sile privlačenja između pojedinih čestica mogu biti čisto elektrostatičke. To nije samo privlačnost između iona, već i razne međumolekularne interakcije.

U procesu razvoja znanosti kemija se suočila s problemom izračunavanja količine tvari za odvijanje reakcija i tvari koje se u njihovom tijeku dobivaju.

Danas se za takve izračune kemijskih reakcija između tvari i smjesa koristi vrijednost relativne atomske mase uključena u periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva.

Kemijski procesi i utjecaj udjela elementa u tvarima na tijek reakcije

Moderna znanost pod definicijom “relativne atomske mase kemijskog elementa” znači koliko je puta masa atoma danog kemijskog elementa veća od jedne dvanaestine ugljikovog atoma.

Dolaskom ere kemije rasla je potreba za preciznim određivanjem tijeka kemijske reakcije i njezinih rezultata.

Stoga su kemičari neprestano pokušavali riješiti problem točnih masa međusobno povezanih elemenata u tvari. Jedno od najboljih rješenja u to vrijeme bilo je vezivanje za najlakši element. A težina njegovog atoma uzeta je kao jedan.

Povijesni tijek brojanja materije

U početku se koristio vodik, a potom kisik. Ali ova metoda izračuna se pokazala netočnom. Razlog tome bila je prisutnost izotopa s masama 17 i 18 u kisiku.

Stoga je mješavina izotopa tehnički proizvela broj drugačiji od šesnaest. Danas se relativna atomska masa elementa računa na temelju težine ugljikovog atoma uzetog kao osnova, u omjeru 1/12.

Dalton je postavio temelje za relativnu atomsku masu elementa

Tek nešto kasnije, u 19. stoljeću, Dalton je predložio izvođenje proračuna pomoću najlakšeg kemijskog elementa - vodika. Na predavanjima svojim studentima na figurama izrezbarenim u drvu demonstrirao je kako su atomi povezani. Za ostale elemente koristio je podatke koje su prethodno dobili drugi znanstvenici.

Prema Lavoisierovim pokusima, voda sadrži petnaest posto vodika i osamdeset pet posto kisika. S ovim podatkom Dalton je izračunao da je relativna atomska masa elementa koji čini vodu, u ovom slučaju kisika, 5,67. Pogreška u njegovim izračunima proizlazi iz činjenice da je pogrešno vjerovao u broj atoma vodika u molekuli vode.

Po njegovom mišljenju, na svaki atom kisika dolazi jedan atom vodika. Koristeći podatke kemičara Austina da amonijak sadrži 20 posto vodika i 80 posto dušika, izračunao je relativnu atomsku masu dušika. Ovim rezultatom došao je do zanimljivog zaključka. Ispostavilo se da je relativna atomska masa (formula amonijaka pogrešno je uzeta s jednom molekulom vodika i dušika) četiri. U svojim proračunima znanstvenik se oslanjao na Mendelejevljev periodni sustav. Prema analizi izračunao je da relativna atomska masa ugljika iznosi 4,4, umjesto dosad prihvaćenih dvanaest.

Unatoč ozbiljnim pogreškama, Dalton je bio prvi koji je napravio tablicu nekih elemenata. Doživio je ponovljene promjene tijekom znanstvenikova života.

Izotopna komponenta tvari utječe na vrijednost točnosti relativne atomske težine

Kada razmatrate atomske mase elemenata, primijetit ćete da je točnost za svaki element različita. Na primjer, za litij je četveroznamenkasti, a za fluor osmeroznamenkasti.

Problem je u tome što je izotopska komponenta svakog elementa različita i nije konstantna. Na primjer, obična voda sadrži tri vrste izotopa vodika. Tu spadaju, osim običnog vodika, deuterij i tricij.

Relativna atomska masa izotopa vodika je dva, odnosno tri. “Teška” voda (formirana od deuterija i tricija) teže isparava. Stoga je manje izotopa vode u stanju pare nego u tekućem stanju.

Selektivnost živih organizama na različite izotope

Živi organizmi imaju selektivno svojstvo prema ugljiku. Za izgradnju organskih molekula koristi se ugljik s relativnom atomskom masom od dvanaest. Stoga tvari organskog podrijetla, kao i brojni minerali poput ugljena i nafte, sadrže manji sadržaj izotopa od anorganskih materijala.
Mikroorganizmi koji prerađuju i akumuliraju sumpor ostavljaju za sobom izotop sumpora 32. U područjima gdje bakterije ne prerađuju, udio izotopa sumpora je 34, odnosno znatno veći. Upravo na temelju omjera sumpora u stijenama tla geolozi dolaze do zaključka o prirodi nastanka sloja - je li on magmatske ili sedimentne prirode.

Od svih kemijskih elemenata samo jedan nema izotope – fluor. Stoga je njegova relativna atomska masa točnija od ostalih elemenata.

Postojanje nestabilnih tvari u prirodi

Za neke elemente relativna masa navedena je u uglatim zagradama. Kao što vidite, ovo su elementi koji se nalaze nakon urana. Činjenica je da nemaju stabilne izotope i raspadaju se uz oslobađanje radioaktivnog zračenja. Stoga je najstabilniji izotop naveden u zagradama.

S vremenom je postalo jasno da je iz nekih od njih u umjetnim uvjetima moguće dobiti stabilni izotop. Bilo je potrebno promijeniti atomske mase nekih transuranijevih elemenata u periodnom sustavu.

U procesu sintetiziranja novih izotopa i mjerenja njihova životnog vijeka ponekad je bilo moguće otkriti nuklide s milijunima puta duljim poluraspadom.

Znanost ne miruje, stalno se otkrivaju novi elementi, zakonitosti i odnosi između različitih procesa u kemiji i prirodi. Stoga je nejasno i neizvjesno u kakvom će se obliku u budućnosti, za stotinu godina, pojaviti kemija i Mendeljejevljev periodni sustav kemijskih elemenata. Ali želio bih vjerovati da će radovi kemičara prikupljeni tijekom prošlih stoljeća poslužiti novim, naprednijim spoznajama naših potomaka.