2. Строение атома и периодический закон д.И. Менделеева. Ключевая роль строения атома в химии. Периодическая система Менделеева – основной закон химии

Гипотеза Дж. Томсона. Одна из первых моделей строения атома была предложена Дж. Томсоном в 1913 г. Атом представлялся как “сфера положительного электричества” одинаковой плотности по всему объему диаметром 0,1 нм. Электроны как бы плавают в этой сфере, нейтрализуя положительный заряд.

Планетарная модель Э. Резерфорда. Для проверки гипотезы Дж. Томсона, Э. Резерфорд провел серию опытов по рассеиванию α-частиц (ядра атома гелия). Суть планетарной модели Э. Резерфорда (1911) можно свести к следующим положениям:

1. в центре атома находится положительно заряженное ядро;

2. весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточена в ядре;

3. вкруг ядра вращаются электроны.

Строение атома по Н. Бору. В 1913 году Н. Бор основываясь на планетарной модели строения атома Э. Резерфорда и теории М. Планка предложил свою гипотезу строения атома, которую сформулировал в виде постулатов:

1. электрон может вращаться вокруг ядра не по произвольным, а по строго определенным (стационарным) круговым орбитам;

2. двигаясь по стационарной орбите электрон не излучает и не поглощает энергии;

3. излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.

Квантово-механическая модель строения атома. В 1924 году Луи де Бройль высказал предположение, что электрон характеризуется корпускулярно-волновым дуализмом (обладает свойствами волны и частицы). В 1927 году В. Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, согласно которому положение и скорость движения микрочастицы невозможно определить с абсолютной точность в любой момент времени.

К середине XIX века было известно больше шести десятков химических элементов. Ученые разных стран стали по-всякому сопоставлять их свойства и прикидывать, нельзя ли все сведения по химии собрать в стройную систему.

Русский химик Дмитрий Иванович Менделеев расположил все известные к тому времени элементы в порядке возрастания их атомных масс и обнаружил, что через определенные интервалы этого ряда химические свойства веществ повторяются. В 1869 году Менделеев так сформулировал Периодический закон: Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов.

Следовало бы, во-первых, заменить в этой фразе “атомные веса” на атомные массы. А во-вторых, надо учесть еще одно важное обстоятельство. Дело в том, что атомная масса – не самая важная характеристика атома, к тому же она слишком сильно зависит от изотопного состава. Ведь для элемента за атомную массу принимают среднее значение масс изотопов с учетом их содержания в природном элементе. Поэтому, если внимательно приглядеться, в Периодической системе элементов можно найти несколько случаев, когда элемент с большей атомной массой опережает своего более легкого соседа (например, никель Ni стоит впереди кобальта Co, а теллур Te – впереди иода I).

Располагая химические элементы в таком порядке, Д.И. Менделеев руководствовался их химическими свойствами - то есть способностью образовывать те или иные соединения. А химические свойства зависят от числа электронов и расположения вокруг атома электронных облаков. Вот почему более важным, чем атомная масса, характерным признаком атома служит атомный номер, он же дает нам и заряд ядра, и число электронов на атомных орбиталях!

Для элемента атомный номер - такая же исчерпывающая характеристика, как для человека отпечатки пальцев.

Современная формулировка Периодического закона такова:

Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от порядковых (атомных) номеров.

На основании Периодического закона Менделеевым была создана Периодическая система химических элементов, в которой каждой клеточке с записанной в ней химической персоной отвечают определенные координаты элемента – номер его группы и номер периода.

Группы объединяют между собой элементы с одинаковым строением внешнего валентного уровня. В периодах собраны вместе ряды элементов, у которых идет заполнение одного и того же внешнего электронного уровня.

По координатам элемента в Периодической системе можно не только совершенно точно узнать строение его электронной оболочки, но и предсказать его химические свойства. Именно эта возможность предсказывать неизвестное привела Периодический закон и его создателя к всемирному триумфу.