1. Атомно-мол.Теория

Первый определил химию как науку М. В. Ломоносов, Он считал, что химия должна строиться на точных количественных Онсоздал учение о строении вещества, заложил основу атомно-молекулярной теории. Оно сводится к следующим положениям:

1. Каждое вещество состоит из мельчайших, далее физически неделимых частиц ( Ломоносов называл их корпускулами, впоследствии они были названы молекулами).

2. Молекулы находятся в постоянном, самопроизвольном движении.

3. Молекулы состоят из атомов.

4. Атомы характеризуются опр размером и массой.

5. Молекулы сост как из одинак, так и разл атомов.

Молекула - это наименьшая частица вещества. Молекула не может дробиться дальше без изменения химических свойств вещества. Между молекулами вещества взаимное притяжение, различное у разных веществ.

Атомами называются мельчайшие, химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы. Атом - это наименьшая частица элемента, сохраняющая его химические свойства. Атомы различаются зарядами ядер, массой и размерами.

Элемент следует рассматривать как вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Химические свойства атомов одного хим элемента одинаковы, такие атомы могут отличаться только массой. Разновидности атомов одного и того же элемента с различной массой, называются изотопами. Поэтому, разновидностей атомов больше, чем химических элементов.

Необходимо различать понятия "химический элемент" и "простое вещество".

Вещество - это определенная совокупность атомных и молекулярных частиц в любом из трех агрегатных состояний. Химический элемент - это общее понятие об атомах с одинаковым зарядом ядра и химическими свойствами. Физических свойств, характерных для простого вещества, химическому элементу приписать нельзя.

Простые вещества - это вещества, состоящие из атомов одного и того же химического элемента. Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ.

Современное изложение основных положений атомно-молекулярного учения:

1. Все вещества состоят из атомов.

2. Атомы каждого вида (элемента) одинаковы между собой, но отличаются от атомов любого другого вида (элемента).

3. При взаимодействии атомов образуются молекулы: гомоядерные (при взаимодействии атомов одного элемента) или гетероядерные (при взаимодействии атомов разных элементов).

4. При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических - разрушаются; при химических реакциях атомы в отличие от молекул сохраняются.

5. Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состоят первоначальные вещества.

Благодаря своей атомно-молекулярной теории М.В. Ломоносов по праву считается родоначальником научной химии.

2. История развития пред-й о строении атома

До конца 19 столетия большинство учёных представляло атом как неразложимую и неделимую частицу элемента. Считалось , атомы неизменны: атом данного элемента ни при каких условиях не может превращаться в атом какого – либо другого элемента.

Конец 19 и начало 20 веков характ. нов открытиями в физике и химии, изменившими взгляд на атом, как на неизменимую частицу. Открытие электрона английским физиком Томсоном в 1897 г., открытие и изучение радиоактивности в конце 90 – х годов 19 в. А. Беккерелем, Марией и Пьером Кюри, Э. Резерфордом.

Прим в начале ХХ в. исследования привели к выводу, энергия распространяется и передаётся, поглощается и испускается не непрерывно, а дискретно, отдельными порциями – квантами. Энергия системы микрочастиц также может принимать только определённые значения, которые являются кратными числами квантов.

Предположение о квантовой энергии впервые высказано М. Планком (1900). Энергия кванта Е пропорциональна частоте излучения ν:

Е=h•ν,

где h – постоянная Планка (6,626 10-34 с), ν=Дж – длина волны., с – скорость света,

В 1905 г. А. Эйнштейн предсказал, что любое излучение представляет собой поток квантов энергии, называемых фотонами. Из теории Эйнштейна следует, что свет имеет двойственную природу.

В 1911 г. Резерфорд предложил ядерную планетарную модель атома, состоящего из тяжёлого ядра, вокруг которого двигаются по орбитали электроны, подобно планетам солнечной системы. Однако, как показывает теория электромагнитного поля, электроны в этом случае должны двигаться по спирали и падать на ядро.

Постулаты Бора:

1) Электрон может вращаться вокруг ядра, не излучая энергии, только по определенным (стационарным) орбитам.

Бор рассчитал радиус круговых орбит для стационарных состояний, скорость движения электрона и его энергию. В нормальном состоянии атома электроны находятся на ближайшей к ядру орбите и энергия его минимальна (основное состояние). В возбужденном состоянии электрон обладает большей энергией по сравнению с основным состоянием

2) Переход электрона с орбиты, имеющей меньшую энергию на орбиту с большей энергией должен сопровождаться поглощением кванта энергии. Обратный переход - испусканием такого же кванта энергии.

Датский учёный Н. Бор, используя модель Резерфорда, предложил первую квантовую модель (1913г.) строения атома водорода, согласно которой электроны двигаются вокруг ядра не по любым, а лишь по разрешённым орбитам, на которых электрон обладает определёнными энергиями. При переходе электрона с одной орбиты на другую атом поглощает или испускает энергию в виде квантов. Теория Бора позволила рассчитать энергию электронов, значения квантов энергии, испускаемых при переходе электрона с одного уровня на другой. Она объяснила физическую природу атомных спектров как результат перехода электронов с одних стационарных орбит на другие, но и впервые позволила рассчитывать спектры. Расчёт спектраатома водорода, дал: вычисленное положение спектральных линий в видимой части спектра совпало с их действительным местоположением в спектре. Но теория Бора не смогла объяснить поведение электрона в магнитном поле и все атомные спектральные линии, оказалась непригодной для многоэлектронных атомов. Возникла необходимость в новой модели атома.

1.4. Современная квантовомеханическая модель атома

В 1924г. французский физик Луи де Бройль высказал предположение, что электрон обладает не только свойствами частицы, но и свойствами волны (корпускулярно-волновая двойственность электрона).

3. Квантово-волновой дуализм материальных обьектов

Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм (или Ква́нтово-волново́й дуали́зм) — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля.

В 1924г. Луи де Бройль (Франция) выдвинул предположение, что электрон, как и другие микрочастицы, характеризуется корпускулярно – волновым дуализмом. предложил уравнение, связывающее длину волны λ электрона или любой другой частицы с массой m и скоростью v:

λ=h/(mv).

Волны частиц материи де Бройль назвал материальными волнами. Они свойственны всем частицам или телам, но, как следует из уравнения, для макротел длина волны настолько мала, что в настоящее время не может быть обнаружена.

Для характеристики прерывного и непрерывного в структуре материи следует также упомянуть единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц и фотонов.

Поведение потока частиц – электронов, атомов, молекул – при встрече с препятствиями или отверстиями атомных размеров подчиняется волновым законам: наблюдаются явления дифракции, интерференции, отражения, преломления и т.п. Луи де Бройль предположил, что электрон – это волна определенной длинны.

Дифракция подтверждает волновую гипотезу, отсутствие увеличения энергии вырабатываемых светом частиц – квантовую. Это и получило название корпускулярно – волнового дуализма.

В 1927г. В. Гейзенберг (Германия) постулировал принцип неопределённости, согласно которому положение и импульс движения субатомной частицы принципиально невозможно определить с абсолют точностью. В кажд момент времени мож опр только лишь одно из этих свойств.

Бор выдвигает принцип дополнительности, согласно которому точ­ная локализация микрообъекта в пространстве и времени и точное применение к нему динамических законов сохра­нения исключают друг друга.Если в одной экспериментальной ситуации проявляются корпускулярные свойства микрообъекта, то волновые свойства оказывают­ся незаметными. В другой экспериментальной ситуации, наоборот, проявляются волновые свойства и не проявляют­ся корпускулярные. То есть в зависимости от постановки эксперимента микрообъект показывает либо свою корпус­кулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Э. Шредингер (Австрия) в 1926г. вывел математическое описание поведения электрона в атоме. Сущность, что движение электронов в атоме описывается волновым уравнением, а определение местоположения электрона производится по вероятностным принципам. Уравнение Шредингера, являющееся основой современной квантово – механической теории строения атома, имеет вид (в простейшем случае):

– ( + + ) + U = E , где h – постоянная Планка; m – масса частицы; U – потенциальная энергия; Е – полная энергия; x, y, z – координаты; ψ – волновая функция.

Особо важное значение для хар-ки состояния электрона имеет волновая функция ψ. Определённый физический смысл имеет её квадрат – ψ2. Величина ψ2 dv выражает вероятность нахождения электрона в объёме пространства dv, окружающего атомное ядро. В настоящее время уравнение имеет точное решение только для водорода и водородоподобных частиц Не+, Li2+, т.е. для одноэлектронных частиц. Работы Планка, Эйнштейна, Бора, де Бройля, Гейзенберга, Шредингера заложили основу квантовой механики, изучающей движение и взаимодействие микрочастиц. Она основывается на представлении о квантовой энергии, волновом характере движения микрочастиц и вероятностном (статистическом) методе описания микрообъектов.