Антикалык доордон 18-кылымдын ортосуна чейин илимде атомду бөлүүгө болбой турган заттын бөлүкчөсү деген түшүнүк үстөмдүк кылган. Англиялык окумуштуу, ошондой эле натуралист Д. Дальтон атомду химиялык элементтин эң кичинекей компоненти катары аныктаган. М. В. Ломоносов өзүнүн атомдук жана молекулалык теориясында атом менен молекуланы аныктай алган. Ал «корпускулалар» деп атаган молекулалар «элементтерден» - атомдордон турат жана тынымсыз кыймылда экенине ынанган.
D. И. Менделеев материалдык дүйнөнү түзүүчү заттардын бул подразделениеси бөлүнүүгө дуушар болбогондо гана өзүнүн бардык касиеттерин сактап калат деп эсептеген. Бул макалада биз атомду микродүйнөнүн объектиси катары аныктап, анын касиеттерин изилдейбиз.
Атомдун түзүлүшүнүн теориясын түзүүнүн алгылыктуу шарттары
19-кылымда атомдун бөлүнбөстүгү жөнүндөгү сөз жалпы кабыл алынган. Көпчүлүк окумуштуулар бир химиялык элементтин бөлүкчөлөрү эч кандай шартта башка элементтин атомуна айлана албайт деп эсептешкен. Бул ойлор 1932-жылга чейин атомдун аныктамасына негиз болгон. 19-кылымдын аягында илим жасаганбул көз карашты өзгөрткөн фундаменталдуу ачылыштар. Биринчиден, 1897-жылы англиялык физик Дж. Дж. Томсон электронду ачкан. Бул факт илимпоздордун химиялык элементтин составдык бөлүгүнүн бөлүнбөстүгү жөнүндөгү идеяларын түп тамырынан бери өзгөрттү.
Атомдун татаал экенин кантип далилдесе болот
Электрон ачылганга чейин эле окумуштуулар атомдордун заряды жок дегенге бир добуштан макул болушкан. Анда электрондор ар кандай химиялык элементтен оңой бөлүнүп чыгаары аныкталган. Аларды жалындын ичинде табууга болот, алар электр тогун алып жүрүүчүлөр, рентген нурларын чыгарууда заттар тарабынан бөлүнүп чыгат.
Бирок электрондор бардык атомдордун бир бөлүгү болуп саналса жана терс заряддуу болсо, атомдо сөзсүз түрдө оң зарядга ээ болгон башка бөлүкчөлөр бар, антпесе атомдор электрдик нейтралдуу болбойт. Атомдун түзүлүшүн ачууга радиоактивдүүлүк сыяктуу физикалык кубулуш жардам берген. Ал физикада, анан химияда атомдун туура аныктамасын берген.
Көрүнбөгөн нурлар
Француз физиги А. Беккерель биринчи болуп кээ бир химиялык элементтердин атомдорунун көзгө көрүнбөгөн нурларды чыгаруу кубулушун сүрөттөгөн. Алар абаны иондоштуруп, заттар аркылуу өтүп, фотопластинкалардын карарып калышын шарттайт. Кийинчерээк Кюри жана Э. Рутерфорд радиоактивдүү заттар башка химиялык элементтердин атомдоруна (мисалы, уран нептунийге) айланганын аныкташкан.
Радиоактивдүү нурлануу курамы боюнча бир тектүү эмес: альфа-бөлүкчөлөр, бета-бөлүкчөлөр, гамма нурлар. ОшентипОшентип, радиоактивдүүлүк кубулушу мезгилдик системанын элементтеринин бөлүкчөлөрү татаал түзүлүшкө ээ экендигин тастыктады. Бул чындык атомдун аныктамасына киргизилген өзгөртүүлөргө себеп болгон. Резерфорд алган жаңы илимий фактыларды эске алганда, атом кандай бөлүкчөлөрдөн турат? Бул суроонун жообу илимпоз тарабынан сунушталган атомдун ядролук модели болду, ага ылайык электрондор оң заряддуу ядронун айланасында айланат.
Резерфорд моделинин карама-каршылыгы
Окумуштуунун теориясы өзүнүн көрүнүктүү мүнөзүнө карабастан атомду объективдүү аныктай алган эмес. Анын тыянактары термодинамиканын негизги мыйзамдарына карама-каршы келген, ага ылайык ядронун айланасында айланган бардык электрондор энергияны жоготот жана эртеби-кечпи ага түшөт. Бул учурда атом жок кылынат. Бул чындыгында болбойт, себеби химиялык элементтер жана алар түзгөн бөлүкчөлөр жаратылышта абдан көп убакыттан бери бар. Резерфорддун теориясына негизделген атомдун мындай аныктамасы, ошондой эле ысык жөнөкөй заттарды дифракциялык тордон өткөрүүдө пайда болгон кубулуш да түшүнүксүз. Анткени, пайда болгон атомдук спектрлер сызыктуу формага ээ. Бул Резерфорддун атом моделине карама-каршы келген, ага ылайык спектрлер үзгүлтүксүз болушу керек болчу. Кванттык механиканын концепцияларына ылайык, азыркы учурда ядродогу электрондор чекиттик объекттер катары эмес, электрон булут формасына ээ катары мүнөздөлөт.
Ядронун айланасындагы мейкиндиктин белгилүү бир локусунда анын эң жогорку тыгыздыгы жанаубакыттын белгилүү бир чекитинде бөлүкчөнүн жайгашкан жери деп эсептелет. Ошондой эле атомдогу электрондор катмарлар менен тизилгени аныкталган. Д. И. Менделеевдин мезгилдик системасында элемент жайгашкан мезгилдин санын билүү менен катмарлардын санын аныктоого болот. Мисалы, фосфор атомунда 15 электрон бар жана 3 энергетикалык деңгээли бар. Энергия деңгээлинин санын аныктоочу көрсөткүч негизги кванттык сан деп аталат.
Ядрого эң жакын энергетикалык деңгээлдеги электрондор эң аз энергияга ээ экени эксперименталдык түрдө аныкталган. Ар бир энергетикалык кабык субдеңгээлдерге бөлүнөт, алар өз кезегинде орбиталдарга. Ар кандай орбитальдарда жайгашкан электрондор бирдей булут формасына ээ (s, p, d, f).
Жогорудагылардын негизинде электрон булутунун формасы ыктыярдуу болушу мүмкүн эмес деген жыйынтык чыгат. Ал орбиталык кванттык санына жараша так аныкталган. Ошондой эле макробөлүкчөдөгү электрондун абалы дагы эки чоңдук менен аныкталат - магниттик жана спиндик кванттык сандар. Биринчиси Шредингер теңдемесине негизделген жана биздин дүйнөнүн үч өлчөмдүүлүгүнө негизделген электрон булутунун мейкиндик багытын мүнөздөйт. Экинчи индикатор - айлануу саны, ал электрондун өз огунун айланасында саат жебеси боюнча же саат жебесине каршы айлануусун аныктоо үчүн колдонулат.
Нейтрондун ачылышы
Д. Чадвиктин 1932-жылы жасаган эмгегинин аркасында химия жана физикада атомдун жаңы аныктамасы берилген. Окумуштуу өзүнүн эксперименттеринде полонийди бөлүү учурунда радиация пайда болоорун далилдеген.заряды жок бөлүкчөлөр, массасы 1,008665 Жаңы элементардык бөлүкчө нейтрон деп аталды. Анын ачылышы жана анын касиеттерин изилдөө советтик окумуштуулар В. Гапон менен Д. Иваненкого протондор менен нейтрондорду камтыган атом ядросунун түзүлүшүнүн жаңы теориясын түзүүгө мүмкүндүк берди.
Жаңы теорияга ылайык, заттын атомунун аныктамасы төмөнкүчө болгон: ал химиялык элементтин структуралык бирдиги, протондор менен нейтрондорду камтыган ядродон жана анын айланасында кыймылдаган электрондордон турат. Ядродогу оң бөлүкчөлөрдүн саны ар дайым мезгилдик системадагы химиялык элементтин атомдук номерине барабар.
Кийинчерээк профессор А. Жданов катуу космостук нурлануунун таасири астында атомдук ядролор протондор менен нейтрондорго ажыраганын өз эксперименттеринде ырастады. Мындан тышкары, бул элементардык бөлүкчөлөрдү ядродо кармап турган күчтөр өтө энергияны талап кылаары далилденген. Алар өтө кыска аралыкта иштешет (болжол менен 10-23 см) жана ядролук деп аталат. Мурда айтылгандай, М. В. Ломоносов да өзүнө белгилүү болгон илимий фактылардын негизинде атом менен молекулага аныктама бере алган.
Учурда жалпысынан төмөнкү модел таанылган: атом ядродон жана анын айланасында так аныкталган траекториялар - орбитальдар боюнча кыймылдаган электрондордон турат. Электрондор бир эле учурда бөлүкчөлөрдүн да, толкундардын да касиеттерин көрсөтөт, башкача айтканда, алар кош мүнөзгө ээ. Анын дээрлик бардык массасы атомдун ядросунда топтолгон. Ал ядролук күчтөр менен байланышкан протондор менен нейтрондордон турат.
Атомду таразалоого болобу
Ар бир атомдо болот экенмасса. Мисалы, суутек үчүн 1,67x10-24г. Бул баалуулук канчалык аз экенин элестетүү да кыйын. Мындай объекттин салмагын табуу үчүн алар таразаны эмес, көмүртектин нанотүтүкчөсүн түзгөн осцилляторду колдонушат. Атомдун жана молекуланын салмагын эсептөө үчүн салыштырмалуу масса бир кыйла ыңгайлуу мааниге ээ. Ал бир молекуланын же атомдун салмагы 1,66x10-27 кг болгон көмүртек атомунун 1/12синен канча эсе көп экенин көрсөтөт. Салыштырмалуу атомдук массалар химиялык элементтердин мезгилдик системасында берилген жана алардын бирдиктери жок.
Окумуштуулар химиялык элементтин атомдук массасы анын бардык изотопторунун массаларынын орточо саны экенин жакшы билишет. Көрсө, табиятта бир химиялык элементтин бирдиктери ар кандай массаларга ээ болот экен. Ошол эле учурда мындай структуралык бөлүкчөлөрдүн ядролорунун заряддары бирдей.
Окумуштуулар изотоптор ядродогу нейтрондордун саны боюнча айырмаланарын жана алардын ядролорунун заряды бирдей экендигин аныкташкан. Мисалы, массасы 35 болгон хлор атомунда 18 нейтрон жана 17 протон, ал эми массасы 37 - 20 нейтрон жана 17 протон бар. Көптөгөн химиялык элементтер изотоптордун аралашмасы. Мисалы, калий, аргон, кычкылтек сыяктуу жөнөкөй заттардын курамында 3 түрдүү изотопту билдирген атомдор бар.
Атомдукту аныктоо
Анын бир нече чечмелөөлөрү бар. Бул термин химияда эмнени билдирерин карап көрөлү. Эгерде кандайдыр бир химиялык элементтин атомдору бир кыйла татаал бөлүкчө – молекула түзүүгө умтулбастан, жок дегенде кыска убакытка өзүнчө жашай алышса, анда мындай заттар мындай дешет.атомдук түзүлүш. Мисалы, көп баскычтуу метан хлордоо реакциясы. Ал органикалык синтездин химиясында галогенди камтыган эң маанилүү туундуларды: дихлорометанды, төрт хлордуу көмүртекти алуу үчүн кеңири колдонулат. Ал хлор молекулаларын реактивдүү атомдорго бөлөт. Алар метан молекуласындагы сигма байланыштарын бузуп, алмаштыруу чынжыр реакциясын камсыздайт.
Өнөр жайда чоң мааниге ээ болгон химиялык процесстин дагы бир мисалы – бул суутектин перекиси дезинфекциялоочу жана агартуучу каражат катары колдонулушу. Атомдук кычкылтектин аныкталышы суутек перекисинин ажырашынын продуктусу катары тирүү клеткаларда да (каталаза ферментинин таасири астында) да, лабораториялык шарттарда да болот. Атомдук кычкылтек сапаттык жактан анын жогорку антиоксидант касиеттери, ошондой эле патогендик агенттерди: бактерияларды, козу карындарды жана алардын спораларын жок кылуу жөндөмдүүлүгү менен аныкталат.
Атомдук кабык кантип иштейт
Химиялык элементтин структуралык бирдиги татаал түзүлүшкө ээ экенин мурда эле билгенбиз. Электрондор оң заряддуу ядронун айланасында айланат. Нобель сыйлыгынын лауреаты Нильс Бор жарыктын кванттык теориясынын негизинде өзүнүн доктринасын түзгөн, анда атомдун мүнөздөмөлөрү жана аныктамасы төмөнкүдөй: электрондор ядронун айланасында белгилүү бир стационардык траекториялар боюнча гана кыймылдашат, ошол эле учурда алар энергияны нурлантышпайт. Бордун доктринасы атомдор менен молекулаларды камтыган микрокосмостун бөлүкчөлөрү адилет мыйзамдарга баш ийбей турганын далилдеген.чоң денелер үчүн - макрокосмостук объекттер.
Макробөлүкчөлөрдүн электрондук кабыктарынын түзүлүшүн Хунд, Паули, Клечковский сыяктуу окумуштуулардын кванттык физика боюнча эмгектеринде изилдешкен. Ошентип, электрондор ядронун айланасында туш келди эмес, белгилүү бир стационардык траекториялар боюнча айлануу кыймылдарын жасаары белгилүү болду. Паули s, p, d, f орбиталдарынын ар биринде бир энергетикалык деңгээлде экиден ашык терс заряддуу бөлүкчөлөр карама-каршы спиндери + ½ жана - ½ болгон электрондук клеткаларда табыла турганын аныктады.
Хунд эрежеси энергия деңгээли бирдей орбиталдардын электрондор менен кантип туура толтуруларын түшүндүрөт.
Клечковскийдин эрежеси, n+l эрежеси деп да аталат, көп электрондуу атомдордун орбиталдары (5, 6, 7-периоддун элементтери) кантип толтурулганын түшүндүргөн. Жогорудагы мыйзам ченемдүүлүктөрдүн бардыгы Дмитрий Менделеев тарабынан түзүлгөн химиялык элементтер системасынын теориялык негиздемеси болуп кызмат кылган.
кычкылдануу абалы
Бул химиядагы негизги түшүнүк жана молекуладагы атомдун абалын мүнөздөйт. Атомдордун кычкылдануу даражасынын заманбап аныктамасы төмөнкүчө: бул молекуладагы атомдун шарттуу заряды, ал молекула иондук курамга гана ээ деген түшүнүктүн негизинде эсептелет.
Кисденүү даражасын оң, терс же нөл маанилери менен бүтүн же бөлчөк сан катары көрсөтсө болот. Көбүнчө химиялык элементтердин атомдору бир нече кычкылдануу даражасына ээ. Мисалы, азотто -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5 бар. Бирок фтор сыяктуу химиялык элемент бардык жагынанбирикмелер бир гана кычкылдануу даражасына ээ, -1 барабар. Эгерде ал жөнөкөй зат менен көрсөтүлсө, анда анын кычкылдануу деңгээли нөлгө барабар. Бул химиялык чоңдук заттарды классификациялоо жана алардын касиеттерин сүрөттөө үчүн колдонууга ыңгайлуу. Көбүнчө атомдун кычкылдануу деңгээли химияда редокс реакциялары үчүн теңдемелерди түзүүдө колдонулат.
Атомдордун касиеттери
Кванттык физиканын ачылыштарынын аркасында Д. Иваненко менен Е. Гапондун теориясына негизделген атомдун заманбап аныктамасы төмөнкү илимий фактылар менен толукталган. Химиялык реакциялар учурунда атомдун ядросунун түзүлүшү өзгөрбөйт. Стационардык электрон орбитальдары гана өзгөрүүгө дуушар болот. Алардын түзүлүшү заттардын көптөгөн физикалык жана химиялык касиеттерин түшүндүрө алат. Эгерде электрон стационардык орбитадан чыгып, энергетикалык индекси жогору болгон орбитага чыкса, мындай атом дүүлүккөн деп аталат.
Мындай адаттан тыш орбитальдарда электрондор көпкө тура албастыгын белгилей кетүү керек. Өзүнүн стационардык орбитасына кайтып келип, электрон энергиянын квантын чыгарат. Химиялык элементтердин структуралык бирдиктеринин электрондорго жакындыгы, электр-терстиги, иондошуу энергиясы сыяктуу мүнөздөмөлөрүн изилдөө окумуштууларга атомду микро ааламдын эң маанилүү бөлүкчөсү катары аныктоого гана эмес, атомдордун түзүүгө жөндөмдүүлүгүн түшүндүрүүгө да мүмкүндүк берди. туруктуу химиялык байланыштардын ар кандай түрлөрүн түзүүнүн эсебинен мүмкүн болгон материянын туруктуу жана энергетикалык жактан жагымдуу молекулалык абалы: иондук, коваленттикполярдуу жана полярдуу эмес, донор-акцептор (коваленттик байланыштын бир түрү катары) жана металлдык. Акыркысы бардык металлдардын эң маанилүү физикалык жана химиялык касиеттерин аныктайт.
Атомдун өлчөмү өзгөрүшү мүмкүн экени эксперименталдык түрдө аныкталган. Баары анын кайсы молекулага киргенине жараша болот. Рентген нурларынын дифракциялык анализинин аркасында химиялык кошулмадагы атомдордун ортосундагы аралыкты эсептөөгө, ошондой эле элементтин структуралык бирдигинин радиусун табууга болот. Химиялык элементтердин мезгилине же тобуна кирген атомдордун радиустарынын өзгөрүү закон ченемдүүлүктөрүн билүү менен алардын физикалык жана химиялык касиеттерин алдын ала айтууга болот. Мисалы, атомдордун ядросунун заряды көбөйгөн мезгилде алардын радиустары азаят («атомдун кысуу»), ошондуктан кошулмалардын металлдык касиеттери алсырап, металл эместери жогорулайт.
Ошентип, атомдун түзүлүшүн билүү Менделеевдин мезгилдик системасына кирген бардык элементтердин физикалык жана химиялык касиеттерин так аныктоого мүмкүндүк берет.
