Qadimgi davrdan 18-asr oʻrtalarigacha fanda atom materiyaning boʻlinib boʻlmaydigan zarrasi degan gʻoya hukmronlik qilgan. Ingliz olimi, shuningdek, tabiatshunos D. D alton atomni kimyoviy elementning eng kichik tarkibiy qismi sifatida belgilagan. M. V. Lomonosov o'zining atom va molekulyar nazariyasida atom va molekulani aniqlay oldi. U "korpuskulalar" deb atagan molekulalar "elementlar" - atomlardan tashkil topgan va doimiy harakatda ekanligiga ishonch hosil qilgan.
D. I. Mendeleyev moddiy olamni tashkil etuvchi moddalarning bu bo‘linmasi ajralishga duchor bo‘lmasagina o‘zining barcha xossalarini saqlab qoladi, deb hisoblagan. Ushbu maqolada biz atomni mikrodunyo ob'ekti sifatida belgilaymiz va uning xususiyatlarini o'rganamiz.
Atom tuzilishi nazariyasini yaratish uchun zarur shartlar
19-asrda atomning boʻlinmasligi haqidagi bayonot umumiy qabul qilingan. Aksariyat olimlar bir kimyoviy elementning zarralari hech qanday sharoitda boshqa elementning atomiga aylana olmaydi, deb hisoblashgan. Bu g'oyalar 1932 yilgacha atom ta'rifiga asos bo'lib xizmat qildi. 19-asr oxirida fan yaratdibu nuqtai nazarni o'zgartirgan fundamental kashfiyotlar. Avvalo, 1897 yilda ingliz fizigi J. J. Tomson elektronni kashf etdi. Bu fakt olimlarning kimyoviy elementning tarkibiy qismining boʻlinmasligi haqidagi gʻoyalarini tubdan oʻzgartirdi.
Atomning murakkab ekanligini qanday isbotlash mumkin
Elektron kashf etilishidan oldin ham olimlar bir ovozdan atomlarda zaryad yo'q degan fikrga kelishgan. Keyin elektronlar har qanday kimyoviy elementdan osongina ajralib chiqishi aniqlandi. Ular alangada topilishi mumkin, ular elektr tokini tashuvchilardir, ular rentgen nurlanishi paytida moddalar tomonidan chiqariladi.
Agar elektronlar istisnosiz barcha atomlarning bir qismi boʻlsa va manfiy zaryadlangan boʻlsa, atomda musbat zaryadga ega boʻlgan boshqa zarralar ham boʻladi, aks holda atomlar elektr neytral boʻlmaydi. Atomning tuzilishini ochishga yordam berish uchun radioaktivlik kabi jismoniy hodisa yordam berdi. U fizikada, keyin esa kimyoda atomning to'g'ri ta'rifini berdi.
Koʻrinmas nurlar
Fransuz fizigi A. Bekkerel birinchi boʻlib maʼlum kimyoviy elementlar atomlarining koʻzga koʻrinmas nurlar chiqarishi hodisasini tasvirlab berdi. Ular havoni ionlashtiradi, moddalardan o'tadi, fotografik plitalarning qorayishiga olib keladi. Keyinchalik Kyuri va E. Rezerford radioaktiv moddalar boshqa kimyoviy elementlarning atomlariga (masalan, uran neptunga) aylanishini aniqladilar.
Radioaktiv nurlanish tarkibida bir jinsli emas: alfa zarralari, beta zarralari, gamma nurlari. Shunday qilibShunday qilib, radioaktivlik hodisasi davriy sistema elementlarining zarralari murakkab tuzilishga ega ekanligini tasdiqladi. Bu fakt atom ta'rifiga kiritilgan o'zgarishlarga sabab bo'ldi. Rezerford tomonidan olingan yangi ilmiy faktlarni hisobga olgan holda atom qanday zarralardan iborat? Bu savolga javob olim tomonidan taklif qilingan atomning yadro modeli bo'lib, unga ko'ra elektronlar musbat zaryadlangan yadro atrofida aylanadi.
Rezerford modelining qarama-qarshiliklari
Olimning nazariyasi o'zining ajoyib xarakteriga qaramay, atomga ob'ektiv ta'rif bera olmadi. Uning xulosalari termodinamikaning asosiy qonunlariga zid edi, unga ko'ra yadro atrofida aylanadigan barcha elektronlar o'z energiyasini yo'qotadi va ertami-kechmi unga tushishi kerak. Bu holda atom yo'q qilinadi. Bu aslida sodir bo'lmaydi, chunki kimyoviy elementlar va ular tashkil topgan zarrachalar tabiatda juda uzoq vaqt mavjud. Rezerford nazariyasiga asoslangan atomning bunday ta'rifi, shuningdek, issiq oddiy moddalar difraksion panjara orqali o'tkazilganda sodir bo'ladigan hodisani tushuntirib bo'lmaydi. Axir, hosil bo'lgan atom spektrlari chiziqli shaklga ega. Bu Rezerfordning atom modeliga zid edi, unga ko'ra spektrlar uzluksiz bo'lishi kerak edi. Kvant mexanikasi tushunchalariga ko'ra, hozirgi vaqtda yadrodagi elektronlar nuqtali ob'ektlar sifatida emas, balki elektron bulut shakliga ega bo'lganligi bilan tavsiflanadi.
Uning yadro atrofidagi ma'lum bir fazodagi eng yuqori zichligi vavaqtning ma'lum bir nuqtasida zarrachaning joylashishi deb hisoblanadi. Atomdagi elektronlar qatlam bo'lib joylashishi ham aniqlandi. Qatlamlar sonini element D. I. Mendeleyev davriy sistemasida joylashgan davr sonini bilish orqali aniqlash mumkin. Masalan, fosfor atomi 15 ta elektronni o'z ichiga oladi va 3 ta energiya darajasiga ega. Energiya darajalari sonini aniqlaydigan ko'rsatkich asosiy kvant soni deb ataladi.
Yadroga eng yaqin energiya darajasidagi elektronlar eng kam energiyaga ega ekanligi eksperimental ravishda aniqlandi. Har bir energiya qobig'i pastki darajalarga bo'linadi va ular o'z navbatida orbitallarga bo'linadi. Turli orbitallarda joylashgan elektronlar bir xil bulut shakliga ega (s, p, d, f).
Yuqoridagilardan kelib chiqadigan boʻlsak, elektron bulutning shakli oʻzboshimchalik bilan boʻlishi mumkin emas. U orbital kvant soniga ko'ra qat'iy belgilangan. Bundan tashqari, makrozarrachadagi elektronning holati yana ikkita qiymat - magnit va spin kvant raqamlari bilan belgilanadi. Birinchisi Shredinger tenglamasiga asoslanadi va bizning dunyomizning uch o'lchovliligiga asoslangan elektron bulutining fazoviy yo'nalishini tavsiflaydi. Ikkinchi ko'rsatkich spin raqami bo'lib, u elektronning o'z o'qi atrofida soat yo'nalishi bo'yicha yoki teskari yo'nalishda aylanishini aniqlash uchun ishlatiladi.
Neytronning kashf etilishi
D. Chedvikning 1932-yilda olib borgan ishi tufayli kimyo va fizikada atomga yangi ta'rif berildi. Olim o'z tajribalarida poloniyning bo'linishi paytida nurlanish paydo bo'lishini isbotladi.zaryadga ega bo'lmagan zarralar, massasi 1,008665. Yangi elementar zarracha neytron deb ataldi. Uning ochilishi va xossalarini o‘rganish sovet olimlari V. Gapon va D. Ivanenkoga proton va neytronlardan iborat atom yadrosi tuzilishining yangi nazariyasini yaratishga imkon berdi.
Yangi nazariyaga ko'ra, moddaning atomiga ta'rif quyidagicha edi: u kimyoviy elementning struktura birligi bo'lib, proton va neytronlarni o'z ichiga olgan yadro va uning atrofida harakatlanuvchi elektronlardan iborat. Yadrodagi musbat zarrachalar soni har doim davriy tizimdagi kimyoviy elementning atom raqamiga teng.
Keyinchalik professor A. Jdanov oʻz tajribalarida qattiq kosmik nurlanish taʼsirida atom yadrolari proton va neytronlarga boʻlinishini tasdiqladi. Bundan tashqari, yadroda bu elementar zarrachalarni ushlab turuvchi kuchlar juda ko'p energiya talab qilishi isbotlangan. Ular juda qisqa masofalarda ishlaydi (taxminan 10-23 sm) va yadro deyiladi. Avval aytib o'tganimizdek, hatto M. V. Lomonosov ham o'ziga ma'lum bo'lgan ilmiy faktlarga asoslanib, atom va molekulaga ta'rif bera olgan.
Hozirgi vaqtda quyidagi model umumiy e'tirof etilgan: atom yadro va uning atrofida qat'iy belgilangan traektoriyalar - orbitallar bo'ylab harakatlanuvchi elektronlardan iborat. Elektronlar bir vaqtning o'zida zarrachalar va to'lqinlarning xususiyatlarini namoyon qiladi, ya'ni ular ikki tomonlama xususiyatga ega. Uning deyarli barcha massasi atom yadrosida to'plangan. U yadroviy kuchlar bilan bog'langan proton va neytronlardan tashkil topgan.
Atomni tortish mumkinmi
Har bir atomda bor ekanmassa. Masalan, vodorod uchun 1,67x10-24g. Bu qiymat qanchalik kichik ekanligini tasavvur qilish ham qiyin. Bunday ob'ektning og'irligini topish uchun ular tarozidan emas, balki uglerod nanonaychasi bo'lgan osilatordan foydalanadilar. Atom va molekulaning og'irligini hisoblash uchun qulayroq qiymat nisbiy massa hisoblanadi. Bu molekula yoki atomning og'irligi uglerod atomining 1/12 qismidan necha marta katta ekanligini ko'rsatadi, bu 1,66x10-27 kg. Nisbiy atom massalari kimyoviy elementlarning davriy tizimida berilgan va ularning birliklari yo'q.
Olimlar yaxshi bilishadiki, kimyoviy elementning atom massasi uning barcha izotoplarining massa sonlarining oʻrtachasi hisoblanadi. Ma'lum bo'lishicha, tabiatda bitta kimyoviy elementning birliklari har xil massaga ega bo'lishi mumkin. Shu bilan birga, bunday strukturaviy zarrachalar yadrolarining zaryadlari bir xil.
Olimlar izotoplar yadrodagi neytronlar soni boʻyicha bir-biridan farq qilishini va ularning yadrolarining zaryadi bir xil ekanligini aniqlashdi. Masalan, massasi 35 bo'lgan xlor atomida 18 ta neytron va 17 proton, massasi 37 - 20 neytron va 17 proton mavjud. Ko'pgina kimyoviy elementlar izotoplarning aralashmasidir. Masalan, kaliy, argon, kislorod kabi oddiy moddalar 3 xil izotopni ifodalovchi atomlardan iborat.
Atomlikni aniqlash
Uning bir nechta talqini bor. Kimyoda bu atama nimani anglatishini ko'rib chiqing. Agar biron-bir kimyoviy elementning atomlari murakkabroq zarracha - molekula hosil qilishga intilmasdan, hech bo'lmaganda qisqa vaqt ichida alohida mavjud bo'lish imkoniyatiga ega bo'lsa, ular bunday moddalarni aytishadi.atom tuzilishi. Masalan, ko'p bosqichli metan xlorlash reaktsiyasi. U organik sintez kimyosida eng muhim galogen o'z ichiga olgan hosilalarni olish uchun keng qo'llaniladi: diklorometan, uglerod tetraklorid. U xlor molekulalarini yuqori reaktiv atomlarga ajratadi. Ular metan molekulasidagi sigma aloqalarini uzib, almashtirish zanjiri reaktsiyasini ta'minlaydi.
Sanoatda katta ahamiyatga ega kimyoviy jarayonning yana bir misoli vodorod periksni dezinfektsiyalovchi va oqartiruvchi sifatida ishlatishdir. Vodorod peroksidning parchalanishi mahsuloti sifatida atom kislorodini aniqlash ham tirik hujayralarda (katalaza fermenti ta'sirida) ham, laboratoriya sharoitida ham sodir bo'ladi. Atom kislorodi sifat jihatidan uning yuqori antioksidant xususiyatlari, shuningdek patogen agentlarni: bakteriyalar, zamburug'lar va ularning sporalarini yo'q qilish qobiliyati bilan aniqlanadi.
Atom qobig'i qanday ishlaydi
Kimyoviy elementning struktura birligi murakkab tuzilishga ega ekanligini avvalroq bilib oldik. Elektronlar musbat zaryadlangan yadro atrofida aylanadi. Nobel mukofoti sovrindori Nils Bor yorug'likning kvant nazariyasiga asoslanib, o'z ta'limotini yaratdi, unda atomning xarakteristikalari va ta'rifi quyidagicha: elektronlar yadro atrofida faqat ma'lum statsionar traektoriyalar bo'ylab harakatlanadi, lekin ular energiya chiqarmaydi. Bor ta'limoti atom va molekulalarni o'z ichiga olgan mikrokosmos zarralari adolatli qonunlarga bo'ysunmasligini isbotladi.katta jismlar uchun - makrokosmik ob'ektlar.
Makrozarrachalarning elektron qavatlarining tuzilishi Xund, Pauli, Klechkovskiy kabi olimlarning kvant fizikasiga oid ishlarida oʻrganilgan. Shunday qilib, elektronlar yadro atrofida tasodifiy emas, balki ma'lum statsionar traektoriyalar bo'ylab aylanish harakatlarini amalga oshirishi ma'lum bo'ldi. Pauli s, p, d, f orbitallarining har birida bitta energiya darajasida elektron hujayralarda qarama-qarshi spinli + ½ va - ½ bo'lgan ikkitadan ortiq manfiy zaryadlangan zarrachalar topilmasligini aniqladi.
Hund qoidasi energiya darajasi bir xil boʻlgan orbitallar elektronlar bilan qanday toʻgʻri toʻldirilganligini tushuntiradi.
Klechkovskiy qoidasi, n+l qoidasi deb ham ataladi, ko’p elektronli atomlarning orbitallari (5, 6, 7 davr elementlari) qanday to’ldirilishi tushuntirilgan. Yuqoridagi barcha naqshlar Dmitriy Mendeleev tomonidan yaratilgan kimyoviy elementlar tizimini nazariy asoslash bo'lib xizmat qildi.
Oksidlanish holati
Bu kimyoda asosiy tushuncha boʻlib, molekuladagi atom holatini tavsiflaydi. Atomlarning oksidlanish darajasining zamonaviy ta'rifi quyidagicha: bu molekuladagi atomning shartli zaryadidir, u molekula faqat ionli tarkibga ega degan tushunchaga asoslanib hisoblanadi.
Oksidlanish darajasi musbat, manfiy yoki nol qiymatlar bilan butun yoki kasr son sifatida ifodalanishi mumkin. Ko'pincha kimyoviy elementlarning atomlari bir nechta oksidlanish darajasiga ega. Masalan, azotda -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5 bor. Ammo ftor kabi kimyoviy element, umuman olgandabirikmalar -1 ga teng, faqat bitta oksidlanish darajasiga ega. Agar u oddiy modda bilan ifodalansa, uning oksidlanish darajasi nolga teng. Ushbu kimyoviy miqdor moddalarni tasniflash va ularning xususiyatlarini tavsiflash uchun foydalanish uchun qulaydir. Ko'pincha atomning oksidlanish darajasi kimyoda oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarini tuzishda qo'llaniladi.
Atomlarning xossalari
Kvant fizikasining kashfiyotlari tufayli D. Ivanenko va E. Gapon nazariyasiga asoslangan atomning zamonaviy taʼrifi quyidagi ilmiy faktlar bilan toʻldiriladi. Kimyoviy reaksiyalar jarayonida atom yadrosining tuzilishi o'zgarmaydi. Faqat statsionar elektron orbitallar o'zgarishi mumkin. Ularning tuzilishi moddalarning ko'pgina fizik va kimyoviy xususiyatlarini tushuntirishi mumkin. Agar elektron statsionar orbitadan chiqib, energiya indeksi yuqori bo'lgan orbitaga chiqsa, bunday atom qo'zg'aluvchan deb ataladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, elektronlar bunday noodatiy orbitallarda uzoq vaqt turolmaydi. O'zining statsionar orbitasiga qaytib, elektron energiyaning kvantini chiqaradi. Kimyoviy elementlarning strukturaviy birliklarining elektronga yaqinlik, elektron manfiylik, ionlanish energiyasi kabi xususiyatlarini o'rganish olimlarga nafaqat atomni mikrokosmosning eng muhim zarrasi sifatida belgilashga, balki atomlarning hosil bo'lish qobiliyatini tushuntirishga ham imkon berdi. Har xil turdagi barqaror kimyoviy bog'lanishlar: ion, kovalent hosil bo'lishi tufayli mumkin bo'lgan barqaror va energiya jihatidan qulayroq molekulyar moddaning molekulyar holati.qutbli va qutbsiz, donor-akseptor (kovalent bog'lanishning bir turi sifatida) va metall. Ikkinchisi barcha metallarning eng muhim fizik va kimyoviy xossalarini aniqlaydi.
Atomning oʻlchami oʻzgarishi mumkinligi eksperimental tarzda aniqlangan. Hamma narsa u qaysi molekulaga kiritilganiga bog'liq bo'ladi. X-nurlarining diffraksion tahlili tufayli kimyoviy birikmadagi atomlar orasidagi masofani hisoblash, shuningdek, elementning strukturaviy birligining radiusini aniqlash mumkin. Kimyoviy elementlar davri yoki guruhiga kiruvchi atomlar radiuslarining o'zgarish qonuniyatlarini bilib, ularning fizik-kimyoviy xossalarini bashorat qilish mumkin. Masalan, atomlar yadrosi zaryadining ortishi bilan davrlarda ularning radiuslari kamayadi (“atomning siqilishi”), shuning uchun birikmalarning metall xossalari zaiflashadi va metall bo'lmaganlari ortadi.
Shunday qilib, atom tuzilishi haqidagi bilim Mendeleyev davriy tizimiga kirgan barcha elementlarning fizik-kimyoviy xossalarini aniq aniqlash imkonini beradi.
