головна сторінка головна сторінка головна сторінка головна сторінка

Атоми й молекули

Наука и техника
 
ru - ua - en - fr - by - de - es

Усі речовини складаються з малюсіньких часток - атомів. Атоми з'єднуються в молекули, найбільші з яких мають складна будова, що полягає з тисяч атомів

Про те, що все суще складається із часток, знали ще стародавні греки. Близько 420 г. до н.е. філософ Демокрит підтримав гіпотезу, що матерія складається з малюсіньких, неподільних часток. По-гречески atomos означає "неподільний", тому ці частки назвали атомами

Інші філософи дотримувалися іншої точки зору, і в IV столітті до н.е. Аристотель висловився в підтримку думки, відповідно до якої матерія складається з різних комбінацій так званих чотирьох стихій - землі, повітря, вогню й води. Ця ідея одержала широке поширення й лягла в основу алхімії - примітивної форми хімії, що панувала в науці до XVII століття

Однієї з головних завдань алхімії було створення "еліксиру життя" - зілля, яке дозволило б людині жити вічно. Інша полягала в створенні багатств шляхом перетворення звичайних металів у золото. Багато алхіміків затверджували, що розв'язали ці завдання, однак ніхто з них так і не добився реального успіху


Переворот у науці

Деякі вчені продовжували дотримуватися думки, що матерія складається з атомів, але тільки на початку XIX століття були отримане експериментальні дані, що підтверджують цю теорію. Англійський хімік і письменник Джон Дальтон проводив досвіди з газами й вивчав шляху їх з'єднання. Так, він виявив, що кисень і водень, утворюючи воду, завжди з'єднуються в тих самих пропорціях по масі. Інші вчені також зустрічалися з подібними даними, але саме Дальтон уперше усвідомив їхнє значення. Він зробив висновок, що речовини складаються з атомів, і що всі атоми простої речовини мають однакову масу. При з'єднанні простих речовин кількості, що з'єднуються атомів перебувають у певній незмінній пропорції. Атомістика Дальтона пояснювала, чому речовини з'єднуються в незмінній масовій пропорції, а також з'явилася основою для детального вивчення матерії. Речовини складаються з атомів, а із чого полягають атоми? Перші ключі до розгадки цієї таємниці з'явилися наприкінці XIX століття, коли дослідники вивчали проходження електрики через розрядні трубки, що містять розріджений повітря. Іноді стінки трубки випромінювали зелене світло при подачі високої напруги на дві металеві пластини - електроди. Світіння виникало при влученні невидимих променів від негативного електрода, або катода, на стінки трубки

Call центры открываются в Москве.

В 18908х роках англійський фізик Дж. Томсон довів, що ці катодні промені ( як їхнім тоді називали) - не що інше, як потоки негативно заряджених часток. Передбачалося, що ці частки виходять із атомів, хоча їх розташування усередині атомів залишалося неясним. Томсон висловив припущення, що атом може бути схожий на різдвяний пудинг, у якім більша, але легка по масі позитивно заряджена сфера засіяна численними негативно зарядженими частками (електронами). Однак різні досвіди по вивченню будови атома довели, що це - безумовно помилкова теорія


Будова атома

Будова атомаВ 1911 році Эрнест Резерфорд, британський фізик, уродженець Нової Зеландії, що працював разом з Томсоном, запропонував будову атома, що реально пояснює його поведінка під час експериментів. Резерфорд припустив, що центр (або ядро) атома має позитивний заряд і відносно більшу масу, а навколо ядра обертаються вкрай легені й негативно заряджені електрони

Однак Резерфорд не усвідомлював, що звичайно в ядрі атома перебувають як позитивно заряджені, так і нейтральні частки. Існування позитивне заряджених часток було визнано в 1920 р., і вони одержали назву протони. В 1932 р. англійський фізик Джеймс Чэдвик відкрив незаряджені частки й назвав їхніми нейтронами. У результаті картина будови атома була завершена й з тих пор є основою нашого розуміння матерії


Елементи

Будь-яка речовина, у якім усі атоми мають однакова кількість протонів, називається елементом. Число протонів у кожному атомі - атомний номер елемента. Існують 92 природних елемента, їх атоми мають від 1 до 92 протонів. Крім того, деякі інші елементи із ще більшим числом протонів в атомі можна одержати за допомогою обладнання за назвою прискорювач елементарних часток. До природних елементів ставляться залізо, ртуть і водень

У багатьох речовинах атоми поєднуються в групи, називані молекулами. Так, газ водень складається з молекул, кожна з яких містить два атоми водню. Часто, однак, молекули речовини складаються з атомів більш одного елемента. Такі речовини називаються з'єднаннями. Наприклад, вода є з'єднанням, де кожна молекула складається із двох атомів водню й одного атома кисню. У багатьох молекулах налічується набагато більша кількість атомів. Деякі білкові молекули являють собою складні з'єднання з декількох тисяч атомів. Деякі природні елементи зустрічаються тільки в з'єднаннях. Так, натрій - це метал, що настільки легко з'єднується з іншими речовинами, що його не можна виявити в чистому виді. Він широко відомий у комбінації із хлором у вигляді хлориду натрію - повареної солі


Зв'язки

Зв'язкиАтоми в молекулах зв'язуються різними шляхами, при цьому вони розділяють між собою електрони або обмінюються ними. Двома простими видами хімічного зв'язку є ковалентна й іонна

Ковалентний зв'язок виникає, коли атоми мають загальні електрони. Так, молекула водневого газу складається із двох атомів водню, зв'язаних ковалентним зв'язком. Єдиний електрон кожного атома водню обертається навколо ядер обох атомів, зв'язуючи їх воєдино.

У випадку іонного зв'язку один атом передає електрони іншому атому. У результаті виникає електрична сила, що зв'язує атоми воєдино. Як правило, кількість позитивна заряджених протонів і негативно заряджених електронів в атомі однаково. Їхні позитивні й негативні заряди врівноважують один одного, і тому атом не має загального заряду. Однак в атомі, що віддає електрони, створюється надлишок позитивного заряду, а атом, що одержує електрони, здобуває загальний негативний заряд. Такі заряджені атоми називаються іонами. Іони протилежних зарядів притягаються друг до друга, і саме це електричне притягання втримує атоми разом при іонному зв'язку. Наприклад, молекула повареної солі формується за допомогою іонного зв'язку, коли атом натрію передає електрон атому хлору

Усі атоми одного речовини мають однакова кількість протонів, але різна кількість нейтронів. Так, у вуглеці ядро більшості атомів містить шість нейтронів, але приблизно в кожному сотому з них є сім нейтронів. Ці різні типи атомів того самого елемента називаються ізотопами. Усі ізотопи даного елемента мають однакові хімічні властивості - усі вони з'єднуються з іншими речовинами й утворюють ті самі хімічні сполуки. Але окремі фізичні властивості ізотопів різняться - наприклад, вони мають різні точки замерзання або кипіння

Говорячи про конкретний ізотоп того або іншого елемента, учені називають його масове число. Наприклад, вуглець-12 - це звичайний природний ізотоп вуглецю. Його атом містить шість протонів і шість нейтронів. Більш рідкий природний ізотоп, у ядрі кожного атома якого перебуває зайвий нейтрон, називається вуглець-13.


Атомна вага

Протон і нейтрон мають майже однакову масу, яка більш ніж в 1800 раз перевищує масу електрона. Тому коли мова йде про масу атома, як правило, не буде помилкою посилатися на нього масове число

Атомна вага елемента, або його відносна атомна маса, звичайно являє собою середню масу суміші ізотопів, що зустрічаються в природі. Молекулярна вага речовини, або його відносна молекулярна маса, - це сума атомних ваг усіх атомів в одній молекулі даного речовини


Багатоскладовий атом

З тих пор учені, що експериментували із прискорювачами, відкрили сотні інших видів часток в атомах. Але, на щастя, проста модель атома достатня для того, щоб пояснити більшу частину властивостей матерії

Rambler's Top100