Модуль №2 Основные положения атомно-молекулярного учения

Комплексная цель

В результате изучения данного модуля предстоит познакомиться с современными положениями атомно-молекулярного учения и их краткой аргументацией, с кратким изложением основных принципов строения веществ.

2.1 Положение об атомном составе веществ

Все вещества, изучаемые химией, свойства которых подчиняются химическим законам, в конечном итоге состоят из атомов. Атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся масса, и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Размеры атомов ничтожно малы (d ≈ 1Å = 10^‒10м), но современными методами прецизионной микроскопии очертания крупных малоподвижных атомов (на поверхности твердых тел) удается наблюдать. В обычном состоянии атом нейтрален. Его принадлежность тому или иному элементу определяется зарядом ядра. В химических превращениях с ядрами атомов никаких изменений не происходит, таким образом, атомы в химических реакциях не разрушаются, а лишь по-новому перегруппировываются. При этом часто, но незначительно меняется их электронное строение, и образуются одноатомные или многоатомные ионы. Положительные ионы (катионы) получаются за счет потери атомом части своих электронов (K⁺, NH₄⁺, Ва²⁺), отрицательные ионы (анионы) получаются за счет присоединения дополнительных, избыточных электронов: S^2‒, PO₄^3‒.

2. Положение о самопроизвольном связывании атомов

Все атомы (за исключением атомов инертных/благородных газов) склонны к самопроизвольному связыванию и существуют в виде двухатомных и более сложных группировок или многоатомных полимерных структур. Взаимодействие изолированных атомов всегда проходит экзотермично. Чтобы вызвать распад межатомных (межионных) связей, необходимо затратить энергию извне (тепловую – нагрев, электромагнитную – облучение, электрическую – электрические разряды, механическую – истирание, взрывные воздействия). Тот факт, что связывание атомов энергетически выгодно означает, что система связанных атомов имеет меньший запас энергии, чем система изолированных атомов. Тогда сближение атомов должно сопровождаться понижением их суммарной энергии. Схематично, без детализации зависимость энергии от расстояния между атомами показана на рис.2.1. Принципиальным элементом графика является минимум. Его координаты имеют важный химический смысл: r_O – самое энергетически выгодное межатомное расстояние, длина химической связи; Е_О – минимально достижимое значение энергии, энергия межатомной связи. Именно такое значение энергии выделяется при связывании изолированных атомов, именно такой запас энергии требуется затратить, что разорвать межатомную связь (связи) и удалить атомы на бесконечное расстояние друг от друга.

Важной характеристикой связи является ее полярность. Полярность связи зависит от электроотрицательности связанных атомов: чем больше разница электроотрицательностей, тем более атомы склонны к перераспределению между собой своих валентных электронов, тем более полярной оказывается связь соответствующая связь.

Рис.2.1.– Принципиальный вид зависимости энергии взаимодействующих атомов от расстояния между ними.