Un atom este cea mai mică particulă a unei substanțe chimice care își poate păstra proprietățile. Cuvântul „atom” provine din greaca veche „atomos”, care înseamnă „indivizibil”. În funcție de câte și ce particule sunt într-un atom, un element chimic poate fi determinat.
Pe scurt despre structura atomului
Cum puteți enumera pe scurt informațiile de bază despre o particulă cu un nucleu, care este încărcată pozitiv. În jurul acestui nucleu este un nor de electroni încărcat negativ. Fiecare atom în starea sa normală este neutru. Mărimea acestei particule poate fi determinată în întregime de mărimea norului de electroni care înconjoară nucleul.
Nucleul în sine, la rândul său, este format și din particule mai mici - protoni și neutroni. Protonii sunt încărcați pozitiv. Neutronii nu poartă nicio sarcină. Cu toate acestea, protonii și neutronii sunt combinați într-o singură categorie și se numesc nucleoni. Dacă informațiile de bază despre structura atomului sunt necesare pe scurt, atunci aceste informații pot fi limitate la datele enumerate.
Primele informații despre atom
Grecii antici bănuiau că materia ar putea consta din particule mici. Ei credeau că tot ce există este făcut din atomi. Cu toate acestea, o astfel de concepție era de natură pur filozofică și nu poate fi interpretată științific.
Primul care a obținut informații de bază despre structura atomului a fost un om de știință englez, care a fost capabil să descopere că două elemente chimice pot intra în rapoarte diferite și fiecare astfel de combinație va reprezenta o substanță nouă. De exemplu, opt părți ale elementului oxigen dau naștere la dioxid de carbon. Patru părți de oxigen sunt monoxid de carbon.
În 1803, Dalton a descoperit așa-numita lege a raporturilor multiple în chimie. Folosind măsurători indirecte (deoarece nici un atom nu putea fi apoi examinat la microscoapele din acea vreme), Dalton a făcut o concluzie despre greutatea relativă a atomilor..
cercetarea lui Rutherford
Aproape un secol mai târziu, informațiile de bază despre structura atomilor au fost confirmate de un alt chimist englez - omul de știință a propus un model al învelișului de electroni a celor mai mici particule.
La acea vreme, „Modelul planetar al atomului” al lui Rutherford era unul dintre cei mai importanți pași pe care i-ar putea face chimia. Informațiile de bază despre structura atomului au indicat că acesta era similar cu sistemul solar: particulele de electroni se rotesc în jurul nucleului pe orbite strict definite, la fel cum fac planetele.
Înveliș electronic al atomilor și formule ale atomilor elementelor chimice
Învelișul de electroni a fiecărui atom conține exact la fel de mulți electroni câți protoni sunt în nucleul său. Acesta este motivul pentru care atomul este neutru. În 1913, un alt om de știință a obținut informații de bază despre structura atomului. Formula lui Niels Bohr a fost similară cu cea obținută de Rutherford. Conform conceptului său, electronii se învârt și în jurul nucleului situat în centru. Bohr a rafinat teoria lui Rutherford și a adus armonie faptelor acesteia.
Chiar și atunci, au fost compilate formule pentru unele substanțe chimice. De exemplu, schematic structura atomului de azot este notată ca 1s 2 2s 2 2p 3, structura atomului de sodiu este exprimată prin formula 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Prin aceste formule puteți vedea câți electroni se mișcă în fiecare dintre orbitalii unei anumite substanțe chimice.
Modelul Schrödinger
Cu toate acestea, mai târziu și acest model atomic a devenit depășit. Informațiile de bază despre structura atomului, cunoscute astăzi de știință, au devenit în mare parte disponibile datorită cercetărilor fizicianului austriac.
El a propus un nou model al structurii sale - un model val. Până atunci, oamenii de știință au demonstrat deja că electronul este înzestrat nu numai cu natura unei particule, ci are și proprietățile unei unde.
Cu toate acestea, modelul Schrödinger și Rutherford are și prevederi generale. Teoriile lor sunt similare prin aceea că electronii există la anumite niveluri.
Astfel de niveluri sunt numite și straturi electronice. Folosind numărul nivelului, energia electronilor poate fi caracterizată. Cu cât stratul este mai înalt, cu atât are mai multă energie. Toate nivelurile sunt numărate de jos în sus, astfel încât numărul nivelului corespunde energiei sale. Fiecare dintre straturile din învelișul de electroni a unui atom are propriile sale subniveluri. În acest caz, primul nivel poate avea un subnivel, al doilea - doi, al treilea - trei și așa mai departe (a se vedea formulele electronice de mai sus pentru azot și sodiu).
Particule chiar mai mici
În prezent, desigur, au fost descoperite particule chiar mai mici decât electronul, protonul și neutronul. Se știe că protonul este format din quarci. Există și particule mai mici ale universului - de exemplu, neutrino, care este de o sută de ori mai mic ca dimensiune decât un quarc și de un miliard de ori mai mic decât un proton.
Un neutrin este o particulă atât de mică încât este de 10 septilioane de ori mai mică decât, de exemplu, un tiranozaur rex. Tiranozaurul în sine este de atâtea ori mai mic ca dimensiune decât întregul Univers observabil.
Informații de bază despre structura atomului: radioactivitate
S-a știut întotdeauna că nicio reacție chimică nu poate transforma un element în altul. Dar în procesul de radiații radioactive acest lucru se întâmplă spontan.
Radioactivitatea este capacitatea nucleelor atomice de a se transforma în alte nuclee – altele mai stabile. Când oamenii au primit informații de bază despre structura atomilor, izotopii, într-o anumită măsură, puteau servi ca întruchipare a viselor alchimiștilor medievali.
Pe măsură ce izotopii se descompun, sunt emise radiații radioactive. Acest fenomen a fost descoperit pentru prima dată de Becquerel. Principalul tip de radiație radioactivă este dezintegrarea alfa. Când apare, o particulă alfa este eliberată. Există, de asemenea, dezintegrarea beta, în care o particulă beta este ejectată din nucleul unui atom.
Izotopi naturali și artificiali
În prezent, sunt cunoscuți aproximativ 40 de izotopi naturali. Cele mai multe dintre ele sunt situate în trei categorii: uraniu-radiu, toriu și actiniu. Toți acești izotopi pot fi găsiți în natură - în roci, sol, aer. Dar, pe lângă ei, sunt cunoscuți și aproximativ o mie de izotopi derivați artificial, care sunt produși în reactoare nucleare. Mulți dintre acești izotopi sunt utilizați în medicină, în special în diagnosticare..
Proporții în interiorul unui atom
Dacă ne imaginăm un atom ale cărui dimensiuni sunt comparabile cu dimensiunile unui stadion sportiv internațional, atunci putem obține vizual următoarele proporții. Electronii unui atom dintr-un astfel de „stadion” vor fi localizați chiar în vârful tribunelor. Fiecare va fi mai mic decât capul unui ac. Apoi miezul va fi situat în centrul acestui câmp, iar dimensiunea lui nu va fi mai mare decât dimensiunea unui bob de mazăre.
Uneori oamenii întreabă cum arată de fapt un atom. De fapt, literalmente nu arată ca nimic - nu pentru motivul că microscoapele folosite în știință nu sunt suficient de bune. Dimensiunile unui atom sunt în acele zone în care conceptul de „vizibilitate” pur și simplu nu există.
Atomii au dimensiuni foarte mici. Dar cât de mici sunt cu adevărat aceste dimensiuni? Cert este că cel mai mic grăunte de sare, abia vizibil pentru ochiul uman, conține aproximativ un chintilion de atomi.
Dacă ne imaginăm un atom de o asemenea dimensiune care ar putea încăpea într-o mână umană, atunci lângă el ar fi viruși de 300 de metri lungime. Bacteriile ar avea 3 km lungime, iar grosimea unui păr uman ar fi de 150 km. În decubit dorsal, el ar putea depăși granițele atmosferei pământului. Și dacă asemenea proporții ar fi valabile, atunci un păr uman ar putea ajunge pe Lună în lungime. Acesta este un atom atât de complex și interesant, pe care oamenii de știință continuă să-l studieze până în prezent.
> Câți atomi sunt în Univers?
Descoperi, câți atomi sunt în univers: cum a fost calculat, dimensiunea Universului vizibil, istoria nașterii și dezvoltării cu fotografii, numărul de stele, masa, cercetare.
Cu siguranță toată lumea știe că Universul este un loc la scară largă. Potrivit estimărilor generale, în fața noastră se deschid doar 93 de miliarde de ani lumină („Universul Vizibil”). Acesta este un număr uriaș, mai ales dacă nu uităm că aceasta este doar partea care este accesibilă dispozitivelor noastre. Și, având în vedere astfel de volume, nu ar fi ciudat să presupunem că și cantitatea de substanță ar trebui să fie semnificativă.
Este interesant să începem să studiem problema la scară mică. La urma urmei, Universul nostru conține 120-300 de sextilioane de stele (1,2 sau 3 x 10 23). Dacă creștem totul la nivel atomic, atunci aceste numere par pur și simplu de neconceput. Câți atomi sunt în Univers?
Conform calculelor, se dovedește că Universul este plin cu 10 78 -10 82 atomi. Dar nici măcar acești indicatori nu reflectă exact cât de multă substanță conține. S-a menționat mai sus că putem înțelege 46 de miliarde de ani lumină în orice direcție, ceea ce înseamnă că nu putem vedea întreaga imagine. În plus, Universul este în continuă expansiune, ceea ce îndepărtează obiectele de noi.
Nu cu mult timp în urmă, un supercomputer german a produs un rezultat care indică faptul că există 500 de miliarde de galaxii la vedere. Dacă apelăm la surse conservatoare, obținem 300 de miliarde. O galaxie poate găzdui 400 de miliarde de stele, astfel încât numărul total din Univers poate ajunge la 1,2 x 10 23 - 100 de sextilioane.
Greutatea medie a unei stele este de 10 35 de grame. Greutate totală – 10 58 grame. Calculele arată că fiecare gram conține 10 24 de protoni sau același număr de atomi de hidrogen (un hidrogen conține un proton). În total obținem 10 82 hidrogen.
Luăm ca bază Universul vizibil, în cadrul căruia această cantitate ar trebui să fie distribuită uniform (peste 300 de milioane de ani lumină). Dar la o scară mai mică, materia va crea aglomerări de materie luminoasă, despre care știm cu toții.
Pentru a rezuma, majoritatea atomilor din Univers sunt concentrați în stele, creând galaxii, care se unesc în clustere, care la rândul lor formează superclustere și completează toate acestea cu formarea Marelui Zid. Aceasta este cu mărire. Dacă mergeți în direcția opusă și luați o scară mai mică, atunci clusterele sunt umplute cu nori cu praf, gaz și alte materii.
Materia tinde să se răspândească izotrop. Adică, toate zonele cerești sunt aceleași și fiecare conține aceeași cantitate. Spațiul este saturat cu o undă de radiație izotropă puternică, echivalentă cu 2,725 K (puțin peste zero absolut).
Principiul cosmologic afirmă despre un Univers omogen. Pe baza acestuia, se poate argumenta că legile fizicii vor fi la fel de valabile oriunde în Univers și nu ar trebui încălcate la scară largă. Această idee este alimentată și de observațiile care demonstrează evoluția structurii universului după Big Bang.
Cercetătorii sunt de acord că cea mai mare parte a materiei s-a format în momentul Big Bang-ului, iar expansiunea nu adaugă materie nouă. Mecanismele ultimilor 13,7 miliarde de ani sunt expansiunea și dispersarea maselor principale.
Dar teoria este complicată de echivalența masă-energie a lui Einstein, care reiese din relativitatea generală (adăugarea masei crește treptat cantitatea de energie).
Cu toate acestea, densitatea Universului rămâne stabilă. Modern ajunge la 9,9 x 10 30 de grame pe cm 3. Aici sunt concentrate 68,3% din energia întunecată, 26,8% din materia întunecată și 4,9% din materia luminoasă. Se pare că densitatea este de un atom de hidrogen la 4 m 3.
Oamenii de știință încă nu pot descifra proprietățile, așa că este imposibil să spunem cu siguranță dacă sunt distribuite uniform sau formează aglomerări dense. Dar se crede că materia întunecată încetinește expansiunea, dar energia întunecată o accelerează.
Toate numerele date cu privire la numărul de atomi din Univers sunt estimări aproximative. Nu uitați de ideea principală: vorbim despre calcule ale Universului vizibil.
DEFINIȚIE
Atom– cea mai mică particulă chimică.
Varietatea compușilor chimici se datorează diferitelor combinații de atomi de elemente chimice în molecule și substanțe nemoleculare. Capacitatea unui atom de a intra în compuși chimici, proprietățile sale chimice și fizice sunt determinate de structura atomului. În acest sens, pentru chimie, structura internă a atomului și, în primul rând, structura învelișului său electronic sunt de o importanță capitală.
Modele de structură atomică
La începutul secolului al XIX-lea, D. Dalton a reînviat teoria atomică, bazându-se pe legile fundamentale ale chimiei cunoscute până atunci (constanța compoziției, rapoarte multiple și echivalente). Primele experimente au fost efectuate pentru a studia structura materiei. Totuși, în ciuda descoperirilor făcute (atomii aceluiași element au aceleași proprietăți, iar atomii altor elemente au proprietăți diferite, a fost introdus conceptul de masă atomică), atomul a fost considerat indivizibil.
După obținerea dovezilor experimentale (sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX) ale complexității structurii atomului (efect fotoelectric, catod și raze X, radioactivitate), s-a constatat că atomul este format din particule încărcate negativ și pozitiv care interacționează cu reciproc.
Aceste descoperiri au dat impuls creării primelor modele de structură atomică. Unul dintre primele modele a fost propus J. Thomson(1904) (Fig. 1): atomul a fost imaginat ca o „mare de electricitate pozitivă” cu electroni care oscilează în el.
După experimente cu particule α, în 1911. Rutherford a propus așa-numitul model planetar structură atomică (Fig. 1), similară cu structura sistemului solar. Conform modelului planetar, în centrul atomului se află un nucleu foarte mic cu o sarcină Z e, ale cărui dimensiuni sunt de aproximativ 1.000.000 de ori mai mici decât dimensiunile atomului însuși. Nucleul conține aproape întreaga masă a atomului și are o sarcină pozitivă. Electronii se mișcă în jurul nucleului pe orbite, al căror număr este determinat de sarcina nucleului. Traiectoria externă a electronilor determină dimensiunile exterioare ale atomului. Diametrul unui atom este de 10 -8 cm, în timp ce diametrul nucleului este mult mai mic -10 -12 cm.
Orez. 1 Modele de structură atomică după Thomson și Rutherford
Experimentele privind studierea spectrelor atomice au arătat imperfecțiunea modelului planetar al structurii atomului, deoarece acest model contrazice structura de linii a spectrelor atomice. Bazat pe modelul lui Rutherford, doctrina lui Einstein asupra cuantelor de lumină și teoria cuantică a radiației a lui Planck Niels Bohr (1913) formulat postulate, care constă teoria structurii atomice(Fig. 2): un electron se poate roti în jurul nucleului nu în niciuna, ci doar în anumite orbite specifice (staționare), deplasându-se de-a lungul unei astfel de orbite nu emite energie electromagnetică, radiații (absorbția sau emisia unui cuantum de energie electromagnetică). ) are loc în timpul unui electron de tranziție (ca un salt) de la o orbită la alta.
Orez. 2. Modelul structurii atomului după N. Bohr
Materialul experimental acumulat care caracterizează structura atomului a arătat că proprietățile electronilor, precum și ale altor micro-obiecte, nu pot fi descrise pe baza conceptelor mecanicii clasice. Microparticulele respectă legile mecanicii cuantice, care au devenit baza creației modelul modern al structurii atomice.
Principalele teze ale mecanicii cuantice:
- energia este emisă și absorbită de corpuri în porțiuni separate - cuante, prin urmare, energia particulelor se modifică brusc;
- electronii și alte microparticule au o natură duală - prezintă proprietățile atât ale particulelor, cât și ale undelor (dualitate undă-particulă);
— mecanica cuantică neagă prezența anumitor orbite pentru microparticule (pentru electronii în mișcare este imposibil să se determine poziția exactă, deoarece se mișcă în spațiu în apropierea nucleului, puteți determina doar probabilitatea de a găsi un electron în diferite părți ale spațiului).
Spațiul din apropierea nucleului în care probabilitatea de a găsi un electron este destul de mare (90%) se numește orbital.
Numerele cuantice. principiul lui Pauli. regulile lui Klechkovsky
Starea unui electron într-un atom poate fi descrisă folosind patru numere cuantice.
n– numărul cuantic principal. Caracterizează rezerva totală de energie a unui electron dintr-un atom și numărul nivelului de energie. n ia valori întregi de la 1 la ∞. Electronul are cea mai mică energie când n=1; cu creşterea n – energie. Starea unui atom când electronii săi sunt la un nivel de energie atât de mare încât energia lor totală este minimă se numește stare fundamentală. Statele cu valori mai mari se numesc excitate. Nivelurile de energie sunt indicate cu cifre arabe în funcție de valoarea lui n. Electronii pot fi aranjați în șapte niveluri, prin urmare, n există de fapt de la 1 la 7. Numărul cuantic principal determină dimensiunea norului de electroni și determină raza medie a unui electron dintr-un atom.
l– numărul cuantic orbital. Caracterizează rezerva de energie a electronilor din subnivel și forma orbitalului (Tabelul 1). Acceptă valori întregi de la 0 la n-1. depind de n. Dacă n=1, atunci l=0, ceea ce înseamnă că există un 1 subnivel la primul nivel.
pe mine– număr cuantic magnetic. Caracterizează orientarea orbitalului în spațiu. Acceptă valori întregi de la –l la 0 la +l. Astfel, când l=1 (p-orbital), m e ia valorile -1, 0, 1 și orientarea orbitalului poate fi diferită (Fig. 3).
Orez. 3. Una dintre orientările posibile în spațiu a orbitalului p
s– număr cuantic de spin. Caracterizează rotația proprie a electronului în jurul axei sale. Acceptă valorile -1/2(↓) și +1/2(). Doi electroni din același orbital au spin antiparalel.
Se determină starea electronilor din atomi principiul Pauli: un atom nu poate avea doi electroni cu același set de numere cuantice. Se determină succesiunea de umplere a orbitalilor cu electroni Klechkovsky guvernează: orbitalii sunt umpluți cu electroni în ordinea crescătoare a sumei (n+l) pentru acești orbitali, dacă suma (n+l) este aceeași, atunci se umple mai întâi orbitalul cu valoarea n mai mică.
Cu toate acestea, un atom conține de obicei nu unul, ci mai mulți electroni și, pentru a ține cont de interacțiunea lor între ele, se utilizează conceptul de sarcină nucleară efectivă - un electron la nivelul exterior este supus unei sarcini care este mai mică decât sarcina. ai nucleului, în urma căreia electronii interni îi ecranează pe cei externi.
Caracteristicile de bază ale unui atom: raza atomică (covalentă, metalică, van der Waals, ionică), afinitatea electronică, potențialul de ionizare, momentul magnetic.
Formule electronice ale atomilor
Toți electronii unui atom formează învelișul său de electroni. Este descrisă structura învelișului de electroni formula electronica, care arată distribuția electronilor între nivelurile și subnivelurile de energie. Numărul de electroni dintr-un subnivel este indicat printr-un număr, care este scris în dreapta sus a literei care indică subnivelul. De exemplu, un atom de hidrogen are un electron, care este situat în subnivelul s al primului nivel de energie: 1s 1. Formula electronică a heliului care conține doi electroni se scrie după cum urmează: 1s 2.
Pentru elementele din a doua perioadă, electronii umplu al doilea nivel de energie, care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu subnivelul s, apoi subnivelul p. De exemplu:
5 B 1s 2 2s 2 2p 1
Relația dintre structura electronică a unui atom și poziția elementului în tabelul periodic
Formula electronică a unui element este determinată de poziția acestuia în Tabelul Periodic D.I. Mendeleev. Astfel, numărul perioadei corespunde în elementele celei de-a doua perioade, electronii umplu al 2-lea nivel de energie, care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu în elementele celei de-a doua perioade, electronii umplu al doilea nivel de energie, care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu subnivelul s, apoi subnivelul p. De exemplu:
5 B 1s 2 2s 2 2p 1
În atomii unor elemente, se observă fenomenul de „salt” a electronilor de la nivelul energetic exterior la penultimul. Scurgerea de electroni are loc în atomi de cupru, crom, paladiu și alte elemente. De exemplu:
24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1
un nivel de energie care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu subnivelul s, apoi subnivelul p. De exemplu:
5 B 1s 2 2s 2 2p 1
Numărul grupului pentru elementele principalelor subgrupuri este egal cu numărul de electroni din nivelul energetic exterior; astfel de electroni se numesc electroni de valență (ei participă la formarea unei legături chimice). Electronii de valență pentru elementele subgrupurilor laterale pot fi electroni ai nivelului de energie exterior și subnivelul d al penultimului nivel. Numărul grupului de elemente din subgrupurile secundare III-VII, precum și pentru Fe, Ru, Os, corespunde numărului total de electroni din subnivelul s al nivelului energetic exterior și subnivelul d al penultimului nivel.
Sarcini:
Desenați formulele electronice ale atomilor de fosfor, rubidiu și zirconiu. Indicați electronii de valență.
Răspuns:
15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Electroni de valență 3s 2 3p 3
37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Electroni de valență 5s 1
40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Electroni de valență 4d 2 5s 2
Dorința pentru o stare cu cea mai mică energie este o proprietate generală a materiei. Probabil știți despre avalanșe și căderi de pietre de munte. Energia lor este atât de mare încât poate mătura poduri, case și alte structuri mari și durabile. Motivul acestui fenomen natural formidabil este că masa de zăpadă sau pietre tinde să ocupe starea cu cea mai scăzută energie, iar energia potențială a corpului fizic la poalele muntelui este mai mică decât la panta sau vârf.
Atomii formează legături între ei din același motiv: energia totală a atomilor conectați este mai mică decât energia acelorași atomi în stare liberă. Aceasta este o circumstanță foarte fericită pentru tine și pentru mine - la urma urmei, dacă nu ar exista un câștig de energie la combinarea atomilor în molecule, atunci Universul ar fi umplut numai cu atomi de elemente și apariția unor molecule simple și complexe necesare pentru existența vieții ar fi imposibilă.
Cu toate acestea, atomii nu se pot lega între ei în mod aleatoriu. Fiecare atom este capabil să se lege cu un anumit număr de alți atomi, iar atomii legați sunt localizați în spațiu într-un mod strict definit. Motivul acestor limitări ar trebui căutat în proprietățile învelișurilor de electroni ale atomilor sau, mai precis, în proprietățile externînvelișuri de electroni cu care atomii interacționează între ei.
Învelișul de electroni complet complet are energie mai puțin (adică, mai favorabilă pentru atom) decât cea incompletă. Conform regulii octetului, un înveliș complet conține 8 electroni:
Acestea sunt învelișurile de electroni exterioare ale atomilor de gaz nobil, cu excepția heliului (n = 1) , a cărui înveliș complet este format din doi electroni s (1s 2 ) doar pentru că p -nu exista subnivel la nivelul 1.
Învelișurile exterioare ale tuturor elementelor, cu excepția gazelor nobile, sunt INCOMPLETE și în procesul de interacțiune chimică sunt COMPLETATE ori de câte ori este posibil.
Pentru ca o astfel de „completare” să aibă loc, atomii trebuie fie să-și transfere electroni unul altuia, fie să-i pună la dispoziție pentru uz comun. Acest lucru obligă atomii să fie aproape unul de altul, adică. fi legate printr-o legătură chimică.
Există mai mulți termeni pentru tipurile de legături chimice: covalent, covalent polar, ionic, metalic, donor-acceptor, hidrogen si altii unii. Cu toate acestea, după cum vom vedea, toate metodele de legare a particulelor de materie între ele au o natură comună - aceasta este furnizarea propriilor electroni pentru uz comun (mai strict - socializare electroni), care este adesea completată de interacțiunea electrostatică între sarcini diferite care apar în timpul tranzițiilor electronilor. Uneori, forțele de atracție dintre particulele individuale pot fi pur electrostatice. Aceasta nu este doar atracția dintre ioni, ci și diverse interacțiuni intermoleculare.
În procesul dezvoltării științei, chimia s-a confruntat cu problema calculării cantității de substanță pentru efectuarea reacțiilor și a substanțelor obținute în cursul lor.
Astăzi, pentru astfel de calcule ale reacțiilor chimice dintre substanțe și amestecuri, se utilizează valoarea masei atomice relative incluse în tabelul periodic al elementelor chimice de către D. I. Mendeleev.
Procese chimice și influența proporției unui element în substanțe asupra cursului reacției
Știința modernă, prin definiția „masei atomice relative a unui element chimic”, înseamnă de câte ori masa unui atom al unui anumit element chimic este mai mare decât a douăsprezecea parte a unui atom de carbon.
Odată cu apariția erei chimiei, a crescut nevoia de determinări precise a cursului unei reacții chimice și a rezultatelor acesteia.
Prin urmare, chimiștii au încercat în mod constant să rezolve problema maselor exacte de elemente care interacționează dintr-o substanță. Una dintre cele mai bune soluții la acea vreme era să se lege de cel mai ușor element. Și greutatea atomului său a fost luată ca una.
Cursul istoric al numărării materiei
Inițial a fost folosit hidrogen, apoi oxigen. Dar această metodă de calcul s-a dovedit a fi inexactă. Motivul pentru aceasta a fost prezența izotopilor cu mase de 17 și 18 în oxigen.
Prin urmare, având un amestec de izotopi, tehnic a produs un număr diferit de șaisprezece. Astăzi, masa atomică relativă a unui element este calculată pe baza greutății atomului de carbon luată ca bază, într-un raport de 1/12.
Dalton a pus bazele masei atomice relative a unui element
Abia ceva timp mai târziu, în secolul al XIX-lea, Dalton și-a propus să efectueze calcule folosind cel mai ușor element chimic - hidrogenul. La cursurile adresate studenților săi, el a demonstrat pe figuri sculptate din lemn modul în care atomii sunt conectați. Pentru alte elemente, el a folosit date obținute anterior de alți oameni de știință.
Conform experimentelor lui Lavoisier, apa conține 15% hidrogen și 85% oxigen. Cu aceste date, Dalton a calculat că masa atomică relativă a elementului care alcătuiește apa, în acest caz oxigenul, este de 5,67. Eroarea în calculele sale provine din faptul că a crezut incorect în ceea ce privește numărul de atomi de hidrogen dintr-o moleculă de apă.
În opinia sa, exista un atom de hidrogen pentru fiecare atom de oxigen. Folosind datele chimistului Austin că amoniacul conține 20% hidrogen și 80% azot, el a calculat masa atomică relativă a azotului. Cu acest rezultat, a ajuns la o concluzie interesantă. S-a dovedit că masa atomică relativă (formula amoniacului a fost luată în mod eronat cu o moleculă de hidrogen și azot) a fost de patru. În calculele sale, omul de știință s-a bazat pe sistemul periodic al lui Mendeleev. Conform analizei, el a calculat că masa atomică relativă a carbonului este de 4,4, în loc de cele douăsprezece acceptate anterior.
În ciuda greșelilor sale grave, Dalton a fost primul care a creat un tabel cu unele elemente. A suferit modificări repetate în timpul vieții omului de știință.
Componenta izotopică a unei substanțe afectează valoarea exactă a greutății atomice relative
Când luați în considerare masele atomice ale elementelor, veți observa că precizia fiecărui element este diferită. De exemplu, pentru litiu este de patru cifre, iar pentru fluor este de opt cifre.
Problema este că componenta izotopică a fiecărui element este diferită și nu constantă. De exemplu, apa obișnuită conține trei tipuri de izotopi de hidrogen. Acestea includ, pe lângă hidrogenul obișnuit, deuteriu și tritiu.
Masa atomică relativă a izotopilor de hidrogen este de două, respectiv trei. Apa „grea” (formată din deuteriu și tritiu) se evaporă mai puțin ușor. Prin urmare, există mai puțini izotopi de apă în stare de vapori decât în stare lichidă.
Selectivitatea organismelor vii față de diferiți izotopi
Organismele vii au o proprietate selectivă față de carbon. Pentru a construi molecule organice, se folosește carbonul cu o masă atomică relativă de doisprezece. Prin urmare, substanțele de origine organică, precum și o serie de minerale precum cărbunele și petrolul, conțin mai puțin conținut izotopic decât materialele anorganice.
Microorganismele care procesează și acumulează sulf lasă în urmă izotopul de sulf 32. În zonele în care bacteriile nu procesează, proporția izotopului de sulf este de 34, adică mult mai mare. Pe baza raportului de sulf din rocile din sol, geologii ajung la o concluzie despre natura originii stratului - indiferent dacă are o natură magmatică sau sedimentară.
Dintre toate elementele chimice, doar unul nu are izotopi - fluorul. Prin urmare, masa sa atomică relativă este mai precisă decât alte elemente.
Existența unor substanțe instabile în natură
Pentru unele elemente, masa relativă este indicată între paranteze drepte. După cum puteți vedea, acestea sunt elementele situate după uraniu. Cert este că nu au izotopi stabili și se descompun odată cu eliberarea de radiații radioactive. Prin urmare, cel mai stabil izotop este indicat între paranteze.
De-a lungul timpului, a devenit clar că este posibil să se obțină un izotop stabil de la unele dintre ele în condiții artificiale. A fost necesară modificarea maselor atomice ale unor elemente transuraniu din tabelul periodic.
În procesul de sinteză de noi izotopi și de măsurare a duratei de viață a acestora, uneori a fost posibil să se descopere nuclizi cu timpi de înjumătățire de milioane de ori mai lungi.
Știința nu stă pe loc; noi elemente, legi și relații între diferite procese din chimie și natură sunt în mod constant descoperite. Prin urmare, în ce formă vor apărea chimia și sistemul periodic de elemente chimice al lui Mendeleev în viitor, peste o sută de ani, este vagă și incertă. Dar aș vrea să cred că lucrările chimiștilor acumulate de-a lungul secolelor trecute vor servi cunoștințe noi și mai avansate ale descendenților noștri.
