Атом это в химии пример эволюции суждений
Содержание
Если не учитывать вводные темы, то в 7 классе школьный курс химии начинается со строения атома, которое определяет свойства химических элементов и, в конечном итоге, химических веществ.
От того, как все устроено, зависит с чем может соединиться железо или углерод, и сколькими способами. Атом это в химии пример многообразия возможностей, о которых мы поговорим в сегодняшней статье.
Атом это в химии пример эволюции суждений
Впервые концепция атома была высказана еще древними философами. В V веке до нашей эры идея о том, что все на свете состоит из универсальных неделимых частиц, высказывалась Левкиппом и Демокритом, а позже была поддержана Аристотелем.
За три века до этого менее известные, но более ранние мысли о неделимости мелких частиц материи высказывали индийские ученые. С точки зрения рассуждения о Вселенной это было логичное и вполне жизнеспособное рассуждение, которое таковым и оставалось до недавнего времени.
Новый толчок к изучению веществ сделала промышленная революция, когда попытки заглянуть в вещество или хотя бы догадаться, как оно устроено, были подкреплены не только любопытством, но практической пользой.
Особенно значимым для науки оказалась необходимость повысить КПД парового двигателя.
Одним из первых математическую базу атомизма в XVIII веке заложил хорват Руджер Бошкович, а уже в XIX веке более известный широкой публике Джон Дальтон высказал мысль, что атомы первичных элементов уникальны. Его похвалили, поскольку работы помогали двигать технику, но посчитали идеи Дальтона не более, чем разминкой ума.
Людвиг Больцман также стал приверженцем атомизма и вместе с коллегами создал ряд уравнений, которые показывают, как воображаемые атомы могут управлять паровой машиной.
Формулы были внедрены в жизнь, но на атомистов стали давить сильнее, обвинив их в материализме. Это оказало сильное влияние на Больцмана, который повесился в 1906 году, хотя еще за год до этого один ученый доказал существование атомов.
Этим ученым был Альберт Эйнштейн, который присмотрелся к так называемому «броуновскому движению» и для простое, но элегантное объяснение этого явления. Роберт Броун (который на самом деле Браун) заметил, что цветочная пыльца, высыпанная на поверхность воды, «пляшет» и хаотически движется.
А Эйнштейн понял, что пыльца не просто «пляшет» — она колеблется из-за толчков элементарных частиц, то есть атомов. Так было доказано существование атома, но началась новая научная война о его строении.
Строение атома
Уже в 1911 году загадка строения атома, казалось, была разгадана. В 1907 году Эрнест Резерфорд стал заведующим кафедрой в Манчестерском университете. Под его руководством Ганс Гейгер (в честь которого назван одноименный счетчик) и Эрнст Марсден собрали несложную установку, чтобы посмотреть «что будет».
В ее состав входила радиевая пушка, которая излучала альфа-частицы и фосфоресцирующий экран, на котором эти частицы фиксировались. Была еще тончайшая золотая фольга, через которую они пролетали.
Подручным Резерфорда нужно было всего лишь сидеть в темноте и считать вспышки от альфа-частиц, поэтому, когда руководитель сказал «поставить экран перед фольгой и смотреть, что будет», они послушно выполнили его распоряжение.
Успех пришел не сразу, но чрез несколько недель все же стало понятно, что одна из 8 тыс. частиц попадает в фольгу и отлетает назад.
Резерфорд сделал из этого такие выводы:
- почти все частицы проходят через материю беспрепятственно, как сквозь пустоту;
- редко альфа-частица во что-то ударялась и отскакивала назад;
- атом состоит из ядра, которое в 10 тыс. раз меньше атома, и электронов, которые вращаются вокруг, будто планеты;
- атом практически полностью состоит из пустоты.
Пример. Если удалить все пустоты атомов, из которых состоит человек, то все 7,5 миллиардов человек на нашей планете поместились бы в банке из-под Coca-Cola.
Проблема планетарной модели атома
В результате появилась планетарная модель атома, которую в основном запоминают школьники. Но от нее довольно быстро отказался сам Резерфорд, потому что согласно законам физики электроны, вращаясь вокруг ядра, должны были падать на ядро, а человечество — сжаться до объема яблока.
Но все же остановимся подробней на планетарной модели атома — это в химии пример, когда красивая, но неправильная «картинка» просто объясняет существование чего-то реального.
При ближайшем рассмотрении оказалось, что атом состоит из следующих элементов:
- электронов — отрицательно заряженных частиц, которые находятся где-то за пределами ядра;
- протонов — положительно заряженных частиц, которые составляют ядро;
- нейтронов — нейтральных частиц, которые соседствуют в ядре с протонами.
Свойства того или иного элемента зависят от количества этих частиц. У водорода-1 есть 1 протон и 1 электрон (но нет нейтронов), у гелия (№2 в таблице Менделеева) — 2 протона, 2 нейтрона и 2 электрона, у лития — по 3 протона, нейтрона и электрона.
У каждого следующего элемента этот набор отличается на 1, поэтому они имеют разные свойства. Более того, литию для чтобы оставаться литием, достаточно иметь всего 2 протона (число нейтронов у разных изотопов лития может отличаться).
То же касается и остальных элементов, для которых в дело вступает еще и размещение электронов на разных орбиталях, от которого зависит, насколько охотно и в каком сочетании этот элемент будет соединяться с другими.
В этом состоит вся химия, но модель атома, описанная Резерфордом, оказалась нерабочей. Достаточно скоро ей на смену пришла высказанная Нильсом Бором и усовершенствованная его последователями квантово-механическая модель, актуальная на сегодняшний момент.
Просто эту модель объяснить нельзя, но очень грубо можно сказать, что электрон не вращается вокруг ядра, а просто существует в каком-то положении и меняет его (не перемещается), поглощая или испуская фотон. С человеческой точки зрения это абсурд, но так работает микромир и это доказано экспериментами.
Занимайтесь на курсах ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu и получите максимум баллов на экзамене:
