Эртний үеэс 18-р зууны дунд үе хүртэл шинжлэх ухаанд атом бол хуваагдаж үл болох материйн бөөм гэсэн үзэл баримтлал ноёрхсон. Английн эрдэмтэн, мөн байгаль судлаач Д. Дальтон атомыг химийн элементийн хамгийн жижиг бүрэлдэхүүн хэсэг гэж тодорхойлсон. М. В. Ломоносов атом, молекулын онолдоо атом ба молекулыг тодорхойлж чадсан. Тэрээр "корпускул" гэж нэрлэсэн молекулууд нь "элементүүд" - атомуудаас тогтдог бөгөөд байнгын хөдөлгөөнд байдаг гэдэгт итгэлтэй байв.
D. И. Менделеев материаллаг ертөнцийг бүрдүүлэгч бодисуудын энэ дэд нэгж нь салалтанд ороогүй тохиолдолд л бүх шинж чанараа хадгалдаг гэж үздэг. Энэ нийтлэлд бид атомыг бичил ертөнцийн объект гэж тодорхойлж, түүний шинж чанарыг судлах болно.
Атомын бүтцийн онолыг бүтээх урьдчилсан нөхцөл
19-р зуунд атомын хуваагдашгүй байдлын тухай мэдэгдлийг нийтээр хүлээн зөвшөөрсөн. Ихэнх эрдэмтэд нэг химийн элементийн тоосонцор ямар ч тохиолдолд өөр элементийн атом болж хувирахгүй гэж үздэг. Эдгээр санаанууд нь 1932 он хүртэл атомыг тодорхойлох үндэс суурь болсон юм. 19-р зууны төгсгөлд шинжлэх ухаан хийсэнЭнэ үзэл бодлыг өөрчилсөн суурь нээлтүүд. Юуны өмнө 1897 онд Английн физикч Ж. Ж. Томсон электроныг нээжээ. Энэ баримт нь химийн элементийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь хуваагдашгүй гэсэн эрдэмтдийн санааг эрс өөрчилсөн.
Атом цогц гэдгийг хэрхэн батлах вэ
Электроныг нээхээс өмнө эрдэмтэд атомууд ямар ч цэнэггүй гэдэгтэй санал нэгтэй байсан. Дараа нь электронууд ямар ч химийн элементээс амархан ялгардаг болохыг тогтоожээ. Тэдгээрийг дөлөөр олж болно, тэдгээр нь цахилгаан гүйдэл дамжуулагч бөгөөд рентген цацрагийн үед бодисоор ялгардаг.
Гэхдээ хэрэв электронууд бүх атомын нэг хэсэг бөгөөд сөрөг цэнэгтэй бол атомд эерэг цэнэгтэй бусад бөөмсүүд байх ёстой, эс тэгвээс атомууд цахилгааны хувьд саармаг биш байх болно. Атомын бүтцийг задлахад цацраг идэвхит гэх мэт физик үзэгдэл тусалсан. Энэ нь физик, дараа нь химийн хувьд атомын зөв тодорхойлолтыг өгсөн.
Үл үзэгдэх туяа
Францын физикч А. Беккерель анх удаа химийн элементийн атомуудын ялгарах үзэгдэл болох нүдэнд үл үзэгдэх туяаг тодорхойлсон. Тэд агаарыг ионжуулж, бодисоор дамжин өнгөрч, гэрэл зургийн хавтанг харлуулдаг. Хожим нь Кюри, Э. Рутерфорд нар цацраг идэвхт бодис нь бусад химийн элементүүдийн атом болж хувирдаг болохыг олж мэдсэн (жишээлбэл, уран нептун болгон).
Цацраг идэвхт цацраг нь найрлагын хувьд нэг төрлийн биш: альфа тоосонцор, бета тоосонцор, гамма туяа. ТэгэхээрИйнхүү үелэх системийн элементүүдийн тоосонцор нарийн бүтэцтэй болохыг цацраг идэвхит үзэгдэл баталжээ. Энэ баримт нь атомын тодорхойлолтод өөрчлөлт оруулах шалтгаан болсон юм. Рутерфордын олж авсан шинжлэх ухааны шинэ баримтуудыг харгалзан атом ямар бөөмсөөс бүрддэг вэ? Энэ асуултын хариулт нь эрдэмтний санал болгосон атомын цөмийн загвар бөгөөд үүний дагуу электронууд эерэг цэнэгтэй цөмийг тойрон эргэдэг.
Рутерфордын загварын зөрчил
Эрдэмтний онол хэдийгээр гайхалтай шинж чанартай ч атомыг бодитойгоор тодорхойлж чадаагүй юм. Түүний дүгнэлт нь термодинамикийн үндсэн хуулиудын эсрэг байсан бөгөөд үүний дагуу цөмийн эргэн тойронд эргэлдэж буй бүх электронууд эрчим хүчээ алдаж, эрт орой хэзээ нэгэн цагт түүнд унах ёстой. Энэ тохиолдолд атом устгагдана. Химийн элементүүд болон тэдгээрийн бүрдсэн хэсгүүд нь байгальд маш удаан хугацаанд оршдог тул энэ нь үнэндээ тохиолддоггүй. Резерфордын онол дээр үндэслэсэн атомын ийм тодорхойлолт, түүнчлэн халуун энгийн бодисыг дифракцийн тороор дамжин өнгөрөхөд тохиолддог үзэгдлийг тайлбарлах боломжгүй юм. Эцсийн эцэст, үүссэн атомын спектр нь шугаман хэлбэртэй байдаг. Энэ нь Резерфордын атомын загвартай зөрчилдөж байсан бөгөөд үүний дагуу спектрүүд тасралтгүй байх ёстой байв. Квант механикийн үзэл баримтлалын дагуу одоогийн байдлаар цөм дэх электронууд нь цэгийн объект биш харин электрон үүл хэлбэртэй байдаг.
Цөм болон орон зайн тодорхой байршил дахь түүний хамгийн өндөр нягтралтухайн цаг хугацааны цэг дэх бөөмийн байрлал гэж үздэг. Мөн атом дахь электронууд давхаргаар байрласан байдаг нь тогтоогдсон. Д. И. Менделеевийн үечилсэн системд тухайн элемент байрласан хугацааны тоог мэдэж байж давхаргын тоог тодорхойлж болно. Жишээлбэл, фосфорын атом нь 15 электрон агуулдаг бөгөөд 3 энергийн түвшинтэй байдаг. Эрчим хүчний түвшний тоог тодорхойлдог үзүүлэлтийг үндсэн квант тоо гэнэ.
Цөмд хамгийн ойр байдаг энергийн түвшний электронууд хамгийн бага энергитэй болохыг туршилтаар тогтоосон. Эрчим хүчний бүрхүүл бүр нь дэд түвшинд хуваагддаг бөгөөд тэдгээр нь эргээд тойрог замд хуваагддаг. Өөр өөр тойрог замд байрлах электронууд ижил үүл хэлбэртэй (s, p, d, f).
Дээрхээс үзвэл электрон үүлний хэлбэр дур зоргоороо байж болохгүй. Энэ нь тойрог замын квант тоогоор тодорхойлогддог. Макро бөөм дэх электроны төлөвийг соронзон ба спин квант тоо гэсэн хоёр утгаар тодорхойлно. Эхнийх нь Шредингерийн тэгшитгэл дээр үндэслэсэн бөгөөд манай ертөнцийн гурван хэмжээст дээр үндэслэн электрон үүлний орон зайн чиг баримжааг тодорхойлдог. Хоёрдахь индикатор нь эргэлтийн тоо бөгөөд энэ нь электроныг цагийн зүүний дагуу эсвэл эсрэгээр тэнхлэгээ тойрон эргэхийг тодорхойлоход хэрэглэгддэг.
Нейтроны нээлт
Д. Чадвикийн 1932 онд хийсэн ажлын ачаар хими, физикт атомын шинэ тодорхойлолтыг өгсөн. Эрдэмтэн туршилтаараа полоний хуваагдах явцад цацраг идэвхт бодис үүсдэг болохыг нотолсон.цэнэггүй бөөмс, 1.008665 масстай. Шинэ элементар бөөмийг нейтрон гэж нэрлэв. Үүнийг нээж, шинж чанарыг нь судалснаар Зөвлөлтийн эрдэмтэн В. Гапон, Д. Иваненко нар протон, нейтрон агуулсан атомын цөмийн бүтцийн шинэ онолыг бий болгох боломжийг олгосон.
Шинэ онолоор бол бодисын атомыг дараах байдлаар тодорхойлжээ: энэ нь протон, нейтрон агуулсан цөм, түүнийг тойрон хөдөлдөг электронуудаас бүрдэх химийн элементийн бүтцийн нэгж юм. Цөм дэх эерэг хэсгүүдийн тоо нь үелэх систем дэх химийн элементийн атомын дугаартай үргэлж тэнцүү байна.
Хожим нь профессор А. Жданов сансар огторгуйн хатуу цацрагийн нөлөөгөөр атомын цөмүүд протон, нейтрон болон хуваагддаг болохыг туршилтаараа баталжээ. Нэмж дурдахад эдгээр энгийн бөөмсийг цөмд барьж буй хүч нь маш их эрчим хүч шаарддаг нь батлагдсан. Тэд маш богино зайд (ойролцоогоор 10-23 см) ажилладаг бөгөөд цөмийн гэж нэрлэдэг. Өмнө дурьдсанчлан М. В. Ломоносов хүртэл өөрийн мэддэг шинжлэх ухааны баримтад тулгуурлан атом, молекулын тодорхойлолтыг өгч чадсан.
Одоогоор дараах загварыг ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрч байна: атом нь цөм ба түүний эргэн тойронд нарийн тодорхой траекторийн дагуу хөдөлдөг электронуудаас бүрддэг - тойрог зам. Электронууд нь бөөмс ба долгионы шинж чанарыг нэгэн зэрэг харуулдаг, өөрөөр хэлбэл тэд давхар шинж чанартай байдаг. Бараг бүх масс нь атомын цөмд төвлөрдөг. Энэ нь цөмийн хүчээр холбогдсон протон ба нейтроноос тогтдог.
Атомыг жинлэж болох уу
Атом болгонд байдаг юм байнамасс. Жишээлбэл, устөрөгчийн хувьд 1.67x10-24г байна. Энэ үнэ цэнийг хичнээн бага болохыг төсөөлөхөд хэцүү байдаг. Ийм объектын жинг олохын тулд жинлүүрийг биш, харин нүүрстөрөгчийн нано хоолой болох осцилляторыг ашигладаг. Атом ба молекулын жинг тооцоолоход илүү тохиромжтой утга нь харьцангуй масс юм. Энэ нь молекул эсвэл атомын жин 1.66x10-27 кг нүүрстөрөгчийн атомын 1/12-ээс хэд дахин их болохыг харуулдаг. Харьцангуй атомын массыг химийн элементүүдийн үечилсэн системд өгсөн бөгөөд тэдгээрт нэгж байхгүй.
Эрдэмтэд химийн элементийн атомын масс нь түүний бүх изотопуудын массын тооны дундаж юм гэдгийг сайн мэддэг. Байгальд нэг химийн элементийн нэгжүүд өөр өөр масстай байж болно. Үүний зэрэгцээ ийм бүтцийн бөөмсийн цөмийн цэнэгүүд ижил байна.
Изотопууд нь цөм дэх нейтроны тоогоор ялгаатай, цөмийн цэнэг нь ижил байдгийг эрдэмтэд тогтоосон. Жишээлбэл, 35 масстай хлорын атом нь 18 нейтрон, 17 протон, 37-20 нейтрон, 17 протон агуулдаг. Олон тооны химийн элементүүд нь изотопуудын холимог юм. Жишээлбэл, кали, аргон, хүчилтөрөгч зэрэг энгийн бодисууд нь 3 өөр изотопыг төлөөлдөг атомуудыг агуулдаг.
Атом чанарыг тодорхойлох
Энэ нь хэд хэдэн тайлбартай. Химийн шинжлэх ухаанд энэ нэр томъёо нь юу гэсэн үг болохыг авч үзье. Хэрэв аливаа химийн элементийн атомууд нь илүү төвөгтэй тоосонцор буюу молекул үүсгэхийг оролдохгүйгээр дор хаяж богино хугацаанд тус тусад нь оршин тогтнох чадвартай бол ийм бодисууд байдаг гэж тэд хэлдэг.атомын бүтэц. Жишээлбэл, олон үе шаттай метан хлоржуулах урвал. Энэ нь хамгийн чухал галоген агуулсан деривативуудыг авахын тулд органик синтезийн химийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг: дихлорметан, нүүрстөрөгчийн тетрахлорид. Энэ нь хлорын молекулуудыг маш идэвхтэй атомуудад хуваадаг. Тэд метан молекул дахь сигма холбоог тасалж, орлуулах гинжин урвал үүсгэдэг.
Үйлдвэрлэлд асар их ач холбогдолтой химийн процессын өөр нэг жишээ бол устөрөгчийн хэт ислийг ариутгагч, цайруулагч болгон ашиглах явдал юм. Устөрөгчийн хэт ислийн задралын бүтээгдэхүүн болох атомын хүчилтөрөгчийг тодорхойлох нь амьд эсэд (каталаза ферментийн нөлөөн дор) болон лабораторийн нөхцөлд хоёуланд нь тохиолддог. Атомын хүчилтөрөгч нь өндөр антиоксидант шинж чанар, түүнчлэн эмгэг төрүүлэгч бактери, мөөгөнцөр, тэдгээрийн спорыг устгах чадвараараа чанарын хувьд тодорхойлогддог.
Атомын бүрхүүл хэрхэн ажилладаг вэ
Химийн элементийн бүтцийн нэгж нь нарийн төвөгтэй бүтэцтэй гэдгийг бид өмнө нь олж мэдсэн. Электронууд эерэг цэнэгтэй цөмийг тойрон эргэдэг. Нобелийн шагналт Нильс Бор гэрлийн квант онолд тулгуурлан атомын шинж чанар, тодорхойлолтыг дараах байдлаар илэрхийлсэн сургаалаа бүтээжээ: электронууд зөвхөн тодорхой хөдөлгөөнгүй траекторийн дагуу цөмийг тойрон хөдөлдөг, харин тэдгээр нь энерги ялгаруулдаггүй. Борын сургаал нь атом, молекулыг багтаасан бичил ертөнцийн бөөмс шударга хуулийг дагаж мөрддөггүйг нотолсон.том биетүүдийн хувьд - макро сансрын биетүүд.
Макро бөөмсийн электрон бүрхүүлийн бүтцийг Хунд, Паули, Клечковский зэрэг эрдэмтэд квант физикийн бүтээлд судалжээ. Тиймээс электронууд цөмийг тойрон эргэх хөдөлгөөнийг санамсаргүй байдлаар биш, харин тодорхой хөдөлгөөнгүй траекторийн дагуу хийдэг нь тодорхой болсон. Паули s, p, d, f орбитал тус бүр дээр нэг энергийн түвшинд электрон эсүүдэд + ½ ба - ½ эсрэг спиралтай сөрөг цэнэгтэй хоёроос илүүгүй бөөмс байж болохыг олж мэдэв.
Хундын дүрэм нь ижил энергийн түвшинтэй орбиталууд хэрхэн электроноор зөв дүүрдэг болохыг тайлбарласан.
Клечковскийн дүрэм буюу n+l дүрэм нь олон электрон атомын орбиталууд (5, 6, 7 үеийн элементүүд) хэрхэн дүүрдэг болохыг тайлбарлав. Дээрх бүх загварууд нь Дмитрий Менделеевийн бүтээсэн химийн элементүүдийн системийн онолын үндэслэл болсон.
Исэлдэлтийн төлөв
Энэ нь химийн шинжлэх ухааны үндсэн ойлголт бөгөөд молекул дахь атомын төлөв байдлыг тодорхойлдог. Атомын исэлдэлтийн төлөвийн орчин үеийн тодорхойлолт нь дараах байдалтай байна: энэ нь молекул дахь атомын нөхцөлт цэнэг бөгөөд молекул нь зөвхөн ионы найрлагатай гэсэн ойлголт дээр үндэслэн тооцдог.
Исэлдлийн зэрэг нь эерэг, сөрөг эсвэл тэг утгатай бүхэл тоо эсвэл бутархай тоогоор илэрхийлэгдэж болно. Ихэнх тохиолдолд химийн элементийн атомууд хэд хэдэн исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг. Жишээлбэл, азот нь -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5 байна. Гэхдээ фтор гэх мэт химийн элемент нь бүхэлдээнэгдлүүд нь -1-тэй тэнцүү зөвхөн нэг исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг. Хэрэв энэ нь энгийн бодисоор дүрслэгдсэн бол түүний исэлдэлтийн төлөв 0 байна. Энэхүү химийн хэмжигдэхүүнийг бодисыг ангилах, шинж чанарыг нь тодорхойлоход ашиглахад тохиромжтой. Ихэнх тохиолдолд атомын исэлдэлтийн төлөвийг химийн салбарт исэлдэлтийн урвалын тэгшитгэлийг бүрдүүлэхэд ашигладаг.
Атомын шинж чанарууд
Квантын физикийн нээлтүүдийн ачаар Д. Иваненко, Э. Гапон нарын онолд үндэслэсэн атомын тухай орчин үеийн тодорхойлолт нь дараах шинжлэх ухааны баримтуудаар нэмэгджээ. Химийн урвалын үед атомын цөмийн бүтэц өөрчлөгддөггүй. Зөвхөн хөдөлгөөнгүй электрон орбиталууд өөрчлөгддөг. Тэдний бүтэц нь бодисын олон физик, химийн шинж чанарыг тайлбарлаж чаддаг. Хэрэв электрон хөдөлгөөнгүй тойрог замаас гарч энергийн өндөр индекстэй тойрог замд очвол ийм атомыг өдөөгдсөн гэж нэрлэдэг.
Электронууд ийм ер бусын тойрог замд удаан байж чадахгүй гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. Хөдөлгөөнгүй тойрог замдаа буцаж ирэхэд электрон нь квант энерги ялгаруулдаг. Химийн элементүүдийн бүтцийн нэгжүүдийн электрон хамаарал, электрон сөрөг чанар, иончлолын энерги зэрэг шинж чанаруудыг судлах нь эрдэмтэд атомыг бичил ертөнцийн хамгийн чухал бөөм гэж тодорхойлох боломжийг олгосон төдийгүй атомын үүсэх чадварыг тайлбарлах боломжийг олгосон юм. ион, ковалент зэрэг янз бүрийн төрлийн тогтвортой химийн бонд бий болсноор боломжтой бодисын тогтвортой, эрч хүчтэй молекулын төлөв байдал.туйлт ба туйл биш, донор хүлээн авагч (ковалентын нэг төрлийн холбоо) ба металл. Сүүлийнх нь бүх металлын хамгийн чухал физик, химийн шинж чанарыг тодорхойлдог.
Атомын хэмжээ өөрчлөгдөж болохыг туршилтаар тогтоосон. Энэ нь ямар молекулд багтахаас бүх зүйл шалтгаална. Рентген туяаны дифракцийн шинжилгээний ачаар химийн нэгдэл дэх атомуудын хоорондох зайг тооцоолох, мөн элементийн бүтцийн нэгжийн радиусыг олж мэдэх боломжтой. Химийн элементийн нэг үе эсвэл бүлэгт багтсан атомын радиусын өөрчлөлтийн хэв маягийг мэдэхийн тулд тэдгээрийн физик, химийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглах боломжтой. Жишээлбэл, атомын цөмийн цэнэг ихсэх үед тэдгээрийн радиус багасдаг ("атомын шахалт") тул нэгдлүүдийн металл шинж чанар суларч, металл бус шинж чанар нь нэмэгддэг.
Тиймээс атомын бүтцийн талаарх мэдлэг нь Менделеевийн үелэх системд багтсан бүх элементүүдийн физик, химийн шинж чанарыг нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог.
