Законы какой теории составляют фундамент изучения строения вещества
Обновлено: 05.05.2024
Иначе химические явления называют химическими реакциями .
Каждое вещество обладает строго определёнными свойствами.
Свойства веществ – признаки, позволяющие отличить одни вещества от других, или установить сходство между ними.
Физические свойства :
m - масса, V - объём, ρ - плотность.
Масса может быть выражена в граммах, объем в миллилитрах (если это жидкость) или литрах (если это газ).
1 мл = 1 см3, 1 л = 1 дм3, 1000 л = 1 м3
Поэтому плотность измеряют в г/мл, г/см3 (если это жидкость), или в г/л, г/дм3 (если это газ).
Если принять V = 1, то плотность - это масса единичного объёма вещества.
Так же можно сказать, что химические свойства - это те химические реакции, которые характеризуют группу веществ (класс веществ). Например, мы будем в дальнейшем изучать свойства воды, свойства класса оксидов, свойства класса алканов и т.д.
ООсновы атомно – молекулярного учения
Идея о том, что вещества состоят из мельчайших частиц возникла в Древней Греции в философских учениях Левкиппа и его ученика Демокрита. Эти частицы они назвали атомами (неделимые).
Существование атомов было доказано эмпирическим путём в конце 16 – начале 17 века Джоном Дальтоном и М. В. Ломоносовым. Ими же были заложены основы атомно – молекулярного учения .
В настоящее время, в связи с открытием делимости атома и появлением теории химической связи, основные положения атомно – молекулярного учения существенно изменились. Его суть можно свести к ряду важных положений, которые необходимо запомнить.
Все вещества, существующие в природе, представляют собой совокупность очень большого числа частиц (атомов, молекул или ионов). В зависимости от типа частиц все вещества условно подразделяют на две группы: вещества молекулярного строения и вещества немолекулярного строения (атомного или ионного).
Вещества немолекулярного строения – вещества, основными структурными единицами которых являются атомы или ионы.
Частицы, из которых состоит данное вещество, взаимодействуют между собой посредством электромагнитных (кулоновских) сил и находятся в постоянном движении. Движение частиц ограничено силами взаимодействия между ними.Каждое вещество, в зависимости от условий (температуры, давления) может находиться в определённом агрегатном состоянии.
В твёрдом агрегатном состоянии вещества, составляющие его частицы находятся относительно упорядоченно (кристаллическое состояние), их кинетическая энергия (энергия движения) существенно меньше чем потенциальная (энергия покоя). В газообразном состоянии, частицы свободно движутся в предоставленном им объёме и их кинетическая энергия существенно выше чем потенциальная.
В жидкости же потенциальная энергия частиц примерно равна их кинетической энергии. Это связано с тем, что часть частиц жидкости находится относительно упорядоченно в составе так называемых кластеров (англ. cluster — скопление). Другие же частицы свободно перемещаются по объёму жидкости. Чем ниже температура жидкости, тем больше в ней кластеров и наоборот.
Следует отметить, что существуют еще два дополнительные "состояния". Это жидкокристаллическое состояние и состояние плазмы .
Цитоплазматическая мембрана клетки - типичный пример жидкого кристалла. Молекулы фосфолипидов в биологической мембране относительно упорядоченно распределяются в двух слоях, но при этом могут в пределах слоя свободно перемещаться, а также "перескакивать" из одного слоя в другой.
Жидкие кристаллы имеют широкое применение в технике (напр., ЖК-мониторы компьютеров).
Плазма в своём составе содержит свободные электроны, катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы).
Так как плазма содержит заряженные частицы, то она проводит электрический ток и на неё можно воздействовать внешним магнитным полем. Различают низкотемпературную и высокотемпературную плазму.
Изучает свойства плазмы наука физика.
Вещество из одного агрегатного состояния может переходить в другие агрегатные состояния при изменении внешних условий - температуры (T) и давления (P). Такие переходы принято называть фазовыми переходами .
Так, при повышении температуры, твердое вещество превращается в жидкость, а жидкость при ещё большей температуре превращается в газ. Дальнейшее повышение температуры переводит газ в плазму. При таких переходах вещество в другие вещества не превращается. Напомним, что такие явления мы называем физическими. Поэтому фазовые переходы - это физические явления.
При понижении температуры происходят обратные фазовые переходы - газ превращается в жидкость, а жидкость переходит в твердое состояние.
Фазовые переходы имеют названия.
Твердое ---> Жидкое (плавление, обратный переход - кристаллизация)
Жидкое ---> Газообразное (испарение, обратный переход - конденсация)
Газообразное ---> Плазма (ионизация, обратный переход - деионизация)
Твердое ---> Газообразное (сублимация или возгонка, обратный переход - десублимация)
Вещество – совокупность большого числа частиц, находящаяся в определённом агрегатном состоянии в зависимости от условий (температуры и давления).
Поэтому, например, такая фраза как: "Вода - жидкое вещество", является некорректной. Если мы говорим об агрегатном состоянии вещества, то следует обязательно уточнить условия в которых находится вещество - температуру и давление. Такая фраза как: "При нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре, вода - жидкое по агрегатному состоянию вещество", является правильной.
С точки зрения физики, что более точно, вещество - это форма материи, состоящая из частиц, обладающих массой покоя. Существуют частицы, не обладающие массой покоя, например, фотоны. Материя, состоящая из частиц, не обладающих массой покоя называется поле .
Протоны, нейтроны, электроны - это частицы, обладающие массой покоя, следовательно это частицы вещества. Но химия не изучает вещество, состоящее, к примеру, из электронов (электронный газ), или вещество, состоящее из нейтронов (нейтронный газ). Это удел физики.
Химия изучает вещества, состоящие из атомов, молекул или ионов.
Ввиду этого вещество условно можно подразделить на физическое (электронный газ в проводнике, нейтронный газ и т.д.) и химическое (состоящее из атомов, молекул, ионов, свободных радикалов).
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ – раздел молекулярной физики, изучающий свойства вещества на основе представлений об их молекулярном строении и определенных законах взаимодействия между атомами (молекулами), из которых состоит вещество. Считается, что частицы вещества находятся в непрерывном, беспорядочном движении и это их движение воспринимается как тепло.
До 19 в. весьма популярной основой учения о тепле была теория теплорода или некоторой жидкой субстанции, перетекающей от одного тела к другому. Нагревание тел объяснялось увеличением, а охлаждение – уменьшением содержащегося внутри них теплорода. Понятие об атомах долго казалось ненужным для теории тепла, однако многие ученые уже тогда интуитивно связывали тепло с движением молекул. Так, в частности, думал русский ученый М.В.Ломоносов. Прошло немало времени, прежде чем молекулярно-кинетическая теория окончательно победила в сознании ученых и стала неотъемлемым достоянием физики.
Многие явления в газах, жидкостях и твердых телах находят в рамках молекулярно-кинетической теории простое и убедительное объяснение. Так давление, оказываемое газом на стенки сосуда, в котором он заключен, рассматривается как суммарный результат многочисленных соударений быстро движущихся молекул со стенкой, в результате которых они передают стенке свой импульс. (Напомним, что именно изменение импульса в единицу времени приводит по законам механики к появлению силы, а сила, отнесенная к единице поверхности стенки, и есть давление). Кинетическая энергия движения частиц, усредненная по их огромному числу, определяет то, что принято называть температурой вещества.
Истоки атомистической идеи, т.е. представления о том, что все тела в природе состоят из мельчайших неделимых частиц-атомов, восходят еще к древнегреческим философам – Левкиппу и Демокриту. Более двух тысяч лет назад Демокрит писал: «…атомы бесчисленны по величине и по множеству, носятся же они во вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается все сложное: огонь, вода, воздух, земля». Решающий вклад в развитие молекулярно-кинетической теории был внесен во второй половине 19 в. трудами замечательных ученых Дж.К.Максвелла и Л.Больцмана, которые заложили основы статистического (вероятностного) описания свойств веществ (главным образом, газов), состоящих из огромного числа хаотически движущихся молекул. Статистический подход был обобщен (по отношению к любым состояниям вещества) в начале 20 в. в трудах американского ученого Дж.Гиббса, который считается одним из основоположников статистической механики или статистической физики. Наконец, в первые десятилетия 20 в. физики поняли, что поведение атомов и молекул подчиняется законам не классической, а квантовой механики. Это дало мощный импульс развитию статистической физики и позволило описать целый ряд физических явлений, которые ранее не поддавались объяснению в рамках обычных представлений классической механики.
Молекулярно-кинетическая теория газов.
Газовое состояние (см. ГАЗ) – одно из тех состояний вещества, описание которого на основе методов молекулярно-кинетической теории уже с самого начала ее развития дало наиболее полные и ощутимые результаты. В первую очередь это относится к так называемому идеальному газу, молекулы которого большую часть времени проводят в состоянии свободного хаотического движения, резко меняя свою скорость лишь в моменты кратковременных столкновений. Молекулярно-кинетическая теория успешно объясняет все известные экспериментальные законы идеального газа (закон Бойля – Мариотта, закон Гей-Люссака, закон Авогадро и формулируемое на их основе уравнение состояния Менделеева – Клапейрона). На базе этой теории получили свое полное объяснение процессы переноса в газах: диффузия, вязкость и теплопроводность.
Давление газа.
В качестве одного из примеров применения молекулярно-кинетической теории можно рассмотреть вывод выражения для давления газа. Сначала определяется среднее число столкновений молекул, происходящих за единицу времени с поверхностью стенки сосуда. В газе выделяются три взаимно перпендикулярных оси, соответствующие декартовой системе координат. Если в сосуде содержится N молекул, то из-за огромного их числа логично предположить, что в любой момент времени вдоль каждого из направлений будут двигаться примерно N/3 молекул. Очевидно, что в направлении самой стенки сосуда перпендикулярно к ней будет в среднем двигаться 1/6 часть всех молекул.
Пусть есть плоский элемент поверхности на стенке сосуда D S. Предполагается, для простоты, что все молекулы движутся с одинаковой скоростью v. Тогда за время D t до элемента стенки D S долетят все движущиеся по направлению к нему молекулы, которые заключены в объеме цилиндра с основанием D S и высотой v D t (рис. 1).
Если n = N/V – число молекул в единице объема, то число молекул, долетевших до стенки и ударившихся об нее, равно D v = (n/6)v D S D t. Соответственно, число ударов молекул об единичную площадку в единицу времени оказывается равным
Каждая молекула, летящая к стенке, при столкновении с ней передает стенке свой импульс. Поскольку скорость молекулы при упругом столкновении со стенкой меняется от величины v до –v, величина передаваемого импульса равна 2mv. Сила, действующая на поверхность стенки D S за время D t, определяется величиной полного импульса, передаваемого всеми молекулами достигнувшим стенки за этот промежуток времени, т.е. F = 2mv n c D S/ D t, где n c определено выражением (1). Для величины давления p = F/ D S в этом случае находим: p = (1/3)nmv2.
Для получения окончательного результата можно отказаться от предположения об одинаковой скорости молекул, выделив независимые группы молекул, каждая из которых имеет свою приблизительно одинаковую скорость. Тогда средняя величина давления находится усреднением квадрата скорости по всем группам молекул или
Это выражение можно представить также в виде
где – средняя кинетическая энергия молекул газа (в расчете на одну молекулу).
Тепловое равновесие, понятие температуры. Известно, что тепло всегда перетекает от горячего тела к холодному, т.е. температура соприкасающихся тел стремится выравняться. Это явление характеризуют как переход системы в состояние теплового равновесия. Понятие температуры является не столь очевидным, как многие привычные понятия механики: масса, сила, энергия и т.д. Температура связана с весьма неопределенным понятием теплоты и холода, которые располагаются в сознании человека где-то рядом с запахом и вкусом. Одно из главных достижений молекулярно-кинетической теории состоит в том, что теплота рассматривается просто как одна из форм энергии, а именно – кинетическая энергия атомов и молекул. Эта величина, усредненная по огромному числу беспорядочно движущихся частиц, и оказывается мерилом того, что называется температурой тела. Такое представление распространяется на все вещества – твердые, жидкие и газообразные. Частицы нагретого тела движутся быстрее, чем холодного. Если два тела, имеющие первоначально разные температуры, входят в соприкосновение друг с другом, движение частиц в одном из них замедляется, в другом наоборот ускоряется: средняя кинетическая энергия частиц становится везде одинаковой. Это и означает, что система в целом приходит в состояние полного теплового равновесия.
Поскольку понятие температуры тесно связано с усредненной кинетической энергией молекул, было бы естественным и в качестве единиц ее измерения использовать энергетические единицы (например, эрг или джоуль). Однако, энергия теплового движения частиц фактически очень мала по сравнению с эргом (не говоря уже о джоуле), поэтому использование этой величины оказывается неудобным. В молекулярной физике пользуются практически удобной условной единицей измерения температуры – градусом, который определяется таким образом, что интервал температур между точками кипения и замерзания воды при атмосферном давлении полагается равным 100 градусам.
Если температура T измеряется в градусах Кельвина (К), то связь ее со средней кинетической энергией молекул имеет вид
где k = 1,38·10 –16 эрг/K – переводный коэффициент, определяющий, какая часть эрга содержится в градусе. Величина k называется постоянной Больцмана (она была введена Планком в 1899).
Уравнение состояния. Газовые законы.
Подстановка соотношений (4) в (3), приводит к известному уравнению состояния идеального газа
(5) p = nkT
Из соотношений (2) и (5) следует также выражение для средне-квадратичной скорости молекул
Этой формуле удобно придать другой вид, умножив числитель и знаменатель под знаком квадратного корня на число Авогадро
Здесь M = mNA – атомная или молекулярная масса, величина R = kNA = 8,318·10 7 эрг называется газовой постоянной.
Средняя скорость молекул в газе даже при умеренных температурах оказывается очень большой. Так, для молекул водорода (H2) при комнатной температуре (T = 293K) эта скорость равна около 1900 м/c , для молекул азота в воздухе – порядка 500 м/с. Скорость звука в воздухе при тех же условиях равна 340 м/с.
Учитывая, что n = N/V, где V – объем, занимаемый газом, N – полное число молекул в этом объеме, легко получить следствия из (5) в виде известных газовых законов. Для этого полное число молекул представляется в виде N = vNA, где v – число молей газа, и уравнение (5) принимает вид
(8) pV = vRT,
которое носит название уравнения Клапейрона – Менделеева.
При условии T = const давление газа меняется обратно пропорционально занимаемому им объему (закон Бойля – Мариотта).
В замкнутом сосуде фиксированного объема V = const давление меняется прямо пропорционально изменению абсолютной температуры газа Т. Если газ находится в условиях, когда постоянным сохраняется его давление p = const, но изменяется температура (такие условия можно осуществить, например, если поместить газ в цилиндр, закрытый подвижным поршнем), то объем, занимаемый газом, будет меняться пропорционально изменению его температуры (закон Гей-Люссака).
Пусть в сосуде есть смесь газов, т.е. имеются несколько разных сортов молекул. В этом случае величина импульса, передаваемого стенке молекулами каждого сорта, не зависит от наличия молекул других сортов. Отсюда следует, что давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений, которые создавал бы каждый газ в отдельности, если бы занимал весь объем. В этом состоит еще один из газовых законов – известный закон Дальтона.
Длина свободного пробега молекул. Одним из первых, кто еще в 1850-х дал разумные оценки величины средней тепловой скорости молекул различных газов, был австрийский физик Клаузиус. Полученные им непривычно большие значения этих скоростей сразу же вызвали возражения. Если скорости молекул действительно так велики, то запах любого пахучего вещества должен был бы практически мгновенно распространяться из одного конца замкнутого помещения в другой. На самом деле распространение запаха происходит очень медленно и осуществляется, как теперь известно, посредством процесса так называемой диффузии в газе. Клаузиус, а затем и другие исследователи, сумели дать убедительное объяснение этому и другим процессам переноса в газе (таким как теплопроводность и вязкость) с помощью понятия средней длины свободного пробега молекул, т.е. среднего расстояния, которое пролетает молекула от одного столкновения до другого.
Каждая молекула в газе испытывает очень большое число столкновений с другими молекулами. В промежутке между столкновениями молекулы движутся практически прямолинейно, испытывая резкие изменения скорости лишь в момент самого столкновения. Естественно, что длины прямолинейных участков на пути молекулы могут быть различными, поэтому имеет смысл говорить лишь о некоторой средней длине свободного пробега молекул.
За время D t молекула проходит сложный зигзагообразный путь, равный v D t. Изломов траектории на этом пути столько, сколько произошло столкновений. Пусть Z означает число столкновений, которое испытывает молекула в единицу времени Средняя длина свободного пробега равна тогда отношению длины пути к полному числу столкновений Z D t, испытанных молекулой на этом пути,
Для оценки величины Z принимается, что молекулы представляют собой твердые упругие шарики радиуса a, которые равномерно распределены в объеме газа с плотностью n. Сначала предполагается, что молекула движется в среде, где все остальные молекулы неподвижны. Можно видеть, что молекула пролетает мимо другой молекулы, не испытав столкновения с ней, если расстояние между центрами молекул превышает 2a. Следовательно, за время t, равное 1c, молекула взаимодействует только с теми партнерами по столкновению, центры которых расположены в объеме цилиндра длиной и с площадью основания s = 4p a2 (рис.2). На самом деле, после каждого столкновения направление движения молекулы меняется, и нужно рассматривать ее движение в цилиндре, составленном как бы из отдельных колен, однако смысл рассуждений не меняется, если считать этот коленчатый цилиндр выпрямленным.
Величину s называют эффективным поперечным сечением столкновений молекул. Число молекул в объеме цилиндра равно n s . Таким же будет число столкновений, т.е. Z = n s . Используя (9), находим
На самом деле, конечно, в газе одновременно находятся в движении все молекулы, поэтому в выражение для Z должна входить средняя скорость относительного движения молекул, так что Z = n отн. s . Более точный расчет, проведенный впервые Максвеллом, показывает, что . В результате получается известная в элементарной кинетической теории формула
Характерный радиус молекул для различных газов можно оценить из экспериментальных данных по вязкости (внутреннему трению) в газе. Для молекул N2, например, a » 2,0·10 –10 м. В таблице 1 приведены рассчитанные по формуле (10) значения l 0 в мкм (1мкм = 10 –6 м) для некоторых газов при нормальных условиях (p = 1атм, T=273K). Эти значения оказываются примерно в 100–300 раз больше собственного диаметра молекул.
Слово «атом» — греческого происхождения, и переводится оно «неделимый». Принято считать, что первым идею о том, что кажущаяся гладкой и непрерывной материя на самом деле состоит из великого множества мельчайших и потому невидимых частиц, выдвинул древнегреческий философ Демокрит (чей «расцвет», согласно восхитительному по образности выражению классиков, пришелся на V век до н. э.). О жизни Демокрита нам, однако, практически ничего неизвестно, и оригинальные труды этого мыслителя до наших дней не дошли. Поэтому об идеях Демокрита остается судить в основном по цитатам из его работ, которые мы находим у других авторов, прежде всего у Аристотеля.
Логика рассуждений Демокрита, если перевести ее на современный язык, была крайне проста. Представим, говорил он, что у нас есть самый острый в мире нож. Берем первый попавшийся под руку материальный объект и разрезаем его пополам, затем одну из получившихся половинок также разрезаем пополам, затем разрезаем пополам одну из получившихся четвертинок и так далее. Рано или поздно, утверждал он (основываясь, как и все древнегреческие мыслители, прежде всего на философских соображениях), мы получим частицу столь мелкую, что дальнейшему делению на две она не поддается. Это и будет неделимый атом материи.
По представлениям Демокрита атомы были вечными, неизменными и неделимыми. Изменения во Вселенной происходили исключительно из-за изменений в связях между атомами, но не в них самих. Тем самым он тонко обошел давнишний спор древнегреческих философов о том, подвержена ли переменам сама суть видимого мира или все перемены в нем носят чисто внешний характер.
От древнегреческих представлений об атоме на сегодняшний день сохранилось разве что само слово «атом». Теперь мы знаем, что атом состоит из более фундаментальных частиц (см. Элементарные частицы). Ясно, что между древнегреческой теорией и современными научными исследованиями мало общего: идеи Демокрита не основывались ни на каких наблюдениях или практических опытах. Демокрит, подобно всем натурфилософам античности, просто рассуждал и делал умозрительные заключения относительно природы мира.
Тем не менее труды Демокрита не остались без признания и в современном мире. На последней греческой монете достоинством 10 драхм (теперь она выведена из обращения и заменена евро) на лицевой стороне изображен портрет Демокрита, а на оборотной — схематическая модель атома. Я весьма признателен своему другу Гансу фон Байеру, обратившему мое внимание на то, что на монете изображен атом с тремя электронами — стало быть, это атом лития. Демокрита называли «смеющимся философом» (похоже, он обладал несвойственным другим античным философам чувством юмора). Не потому ли на монете, увековечивающей его память, изображен именно атом лития — химического элемента, который теперь широко используется для лечения депрессии?
Идея об атомном строении материи так и оставалась чисто философским умопостроением вплоть до начала XIX века, когда сформировались основы химии как науки. Химики первыми и обнаружили, что многие вещества в процессе реакций распадаются на более простые компоненты. Например, вода распадается на водород и кислород. Однако некоторые вещества — те же водород и кислород — разложению на составляющие при помощи химических реакций не поддаются. Такие вещества назвали химическими элементами. К началу XIX века было известно около 30 химических элементов (на момент написания этой статьи их открыто более 110, включая искусственно полученные в лабораторных условиях; см. Периодическая система). Кроме того, было установлено, что в процессе химических реакций количественное соотношение веществ, участвующих в данной реакции, не изменяется. Так, для получения воды неизменно берутся восемь массовых долей кислорода и одна доля водорода (см. Закон Авогадро).
Первым осмысленную интерпретацию этих фактов предложил Джон Дальтон, чьё имя увековечено в открытом им законе Дальтона. В своих химических опытах он исследовал поведение газов (см. Закон Бойля—Мариотта, Закон Шарля и Основной закон термодинамики), но этим круг его интересов не ограничивался. В 1808 году он приступил к публикации своего фундаментального двухтомного труда «Новая система химической философии», радикально повлиявшего на дальнейшее развитие химии. В этой работе Дальтон предположил, что осмыслить и интерпретировать последние достижения экспериментальной химии можно только приняв, что каждому химическому элементу в этих опытах соответствует уникальный для него атом, и что именно смешение и объединение в различных пропорциях этих атомов приводит к образованию наблюдаемых в природе химических веществ. Например, вода, по Дальтону, состоит из сочетания двух атомов водорода и одного атома кислорода (общеизвестная формула H2O). Тот факт, что все атомы одного вида неразличимы между собой, удачно объяснял, почему при химических реакциях они всегда обнаруживаются в неизменных пропорциях. Так, в случае с водой, два атома водорода всегда одни и те же, где бы мы ни взяли эту воду, и всегда находятся в одной и той же связи с единственным атомом кислорода.
Для Дальтона, как и для Демокрита, атомы оставались неделимыми. В черновиках и книгах Дальтона мы находим рисунки, где атомы представлены в виде шариков. Однако основное положение его работы — что каждому химическому элементу соответствует особый тип атома — легло в основу всей современной химии. Этот факт остается непреложным и теперь, когда мы знаем, что каждый атом сам по себе является сложной структурой (см. Опыт Резерфорда) и состоит из тяжелого, положительно заряженного ядра и легких, отрицательно заряженных электронов, вращающихся по орбитам вокруг ядра. Достаточно обратиться к сложностям квантовой механики (см. также Атом Бора и Уравнение Шрёдингера), чтобы понять, что концепция атома не исчерпала себя и в XXI веке.
Неплохо, однако, для идеи, зародившейся в философских спорах 2500 лет назад!
Само слово "атом" имеет греческое происхождение и в буквальном переводе означает – неделимый. Считается, что саму идею о том, что гладкая и на беглый взгляд непрерывная материя в реальности состоит из огромного количества микроскопических (а поэтому и невидимых) частиц, предложил древнегреческий философ Демокрит, который блистал своим умом в V веке до нашей эры.
К сожалению, труды самого философа-мыслителя до наших дней не дошли, и о его работах мы судим в основном на основании авторов других работ, которые цитировали выдержки его трудов. И в основном ориентируемся на Аристотеля.
Простая логика Демокрита
Если попытаться адаптировать логику философа к современным реалиям, то получится вот такая цепочка рассуждений:
Возьмем абсолютно любой объект (который попадется вам под руку) и начнем его разрезать самым острым в мире ножом. Затем берем одну из получившихся половинок и ее так же разрезаем пополам. И продолжаем этот процесс снова и снова.
Так вот, продолжая такой процесс деления, мы с вами обязательно дойдем до того момента, что получим столь малую частицу материи, которую будет уже невозможно поделить на две половинки. Это и будет искомый и неделимый атом материи.
По рассуждениям Демокрита, атомы являлись вечными, неделимыми и оставались неизменными постоянно. А все изменения во Вселенной происходили исключительно за счет изменений связей между атомами.
Вот так зародилась теория Атома.
Современные представления об атоме
На текущий момент от умозаключений древних философов осталось лишь одно название – «атом». Теперь практически каждый школьник знает, что атом сам состоит из множества так называемых фундаментальных частиц.
Но для того, чтобы все это понять, современным ученым пришлось провести огромное количество опытов. А древний философ мог положиться только на силу своего разума и в ходе рассуждений делал заключения относительно мироустройства.
И сама идея атомарного устройства мира была лишь философской вплоть до 19 века. Именно в это время началось формирование такой науки как химия. Именно химики первые установили, что в ходе реакций очень многие вещества разлагаются на более простые составные компоненты.
Например, вода (H2O) распадается на кислород и водород, а вот уже сам кислород и водород дальнейшему разложению (при химических реакциях) не подвергается.
Вещества, которые никак не изменялись в ходе химических реакций, получили название "химические элементы".
Помимо этого было установлено крайне важное обстоятельство. Оказывается, что во время протекания химической реакции количественное соотношение веществ в одной реакции остается неизменной.
Объяснил все эти моменты ученый Джон Дальтон. Так в 1808 году он опубликовал двухтомник "Новая система химической философии".
Если кратко, то в своих трудах он предложил принять тот факт, что каждому химическому элементу принадлежит уникальный атом. И в результате смешения именно этих уникальных атомов образуются все химические вещества в мире.
Возьмем ту же воду. По Дальтону вода состоит из единственного атома кислорода и пары атомов водорода.
Причем неважно, где бы вы ни взяли воду, она всегда будет состоять из одних и тех же элементов.
Так вот, как и для Демокрита, для Дальтона атомы - это абсолютно неделимые кирпичики мироздания. Но главная мысль трудов ученого 19 века в том, что каждому химическому элементу присущ особый атом, до сих пор является основополагающей для современной химии.
И это несмотря на то, что мы прекрасно знаем, что атом — это сложная конструкция из множества более мелких элементов.
Получается, что несмотря на прошедшие тысячелетия сама концепция атома не исчерпана и в начале 21 столетия.
Понравился материал? Тогда оцените его лайком, репостом и комментарием. Спасибо, что прочитали до конца.
1985 год. Советский Союз. Я - молодая, стройная аспирантка в одном из НИИ РАМН полностью поглощена тайнами генной инженерии и молекулярной биологии. В один прекрасный день мне позвонили близкие люди и попросили поработать с девочкой Инной, выпускницей средней школы, золотой медалисткой, которая приехала из глубокой провинции покорять столичные медицинские ВУЗы. Времени до экзаменов совсем мало - чуть больше месяца. Пришлось заниматься каждый день по много часов. В то время у меня еще не было опыта работы репетитором. За плечами только Университет и небольшая педпрактика в школе. Но было желание вложить в свою первую ученицу все свои знания и опыт. Наша работа увенчалась успехом - Инна поступила в Первый Ленинградский медицинский институт им. И.П. Павлова!
Сегодня я - известный репетитор , разработала результативную методику системно-аналитического изучения химии и биологии, написала огромное количество учебной и методической литературы, подготовила в медицинские ВУЗы целую армию учеников, уже учу их детей, но свою первую ученицу Инну и наши занятия вспоминаю с теплыми чувствами до сих пор. Вам интересно узнать, кем стала хрупкая девочка Инна из далекой провинции? Я обязательно расскажу вам об этом в конце статьи.
Атомно-молекулярное учение
Одной из основ химии, описывающей строение вещества, является атомно-молекулярная теория. Основателями представлений об атомно-молекулярном строении вещества считают древнегреческих философов Левкиппа (500-428 г. до н.э.) и его ученика Демокрита (460-370 г. до н.э.).
Левкипп полагал, что вещество можно делить до тех пор, пока не образуются мельчайшие неделимые частицы. Он считал, что вещество образуется, когда сталкиваются и связываются между собой в различных соотношениях движущиеся в пустоте частицы.
Демокрит назвал эти частицы атомами (греч. "atomos" - неделимый) и высказал предположение о том, что различие веществ вызвано различием форм, размеров и положения в пространстве атомов, их образующих.
В середине XVII в. атомно-молекулярная теория была впервые подтверждена экспериментально Р.Бойлем и Э.Мариоттом в работах по изучению газов и в основном сформулирована М.В.Ломоносовым в 1741 г. в работе «Элементы математической химии».
Основные положения атомно-молекулярного учения
1. Все вещества состоят из «корпускул» (молекул).
2. Молекулы состоят из «элементов» (атомов).
3. Частицы (молекулы и атомы) находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел - есть результат движения этих частиц.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых, сложных - из различных атомов.
В 1808 г. английский ученый Д. Дальтон в работе «Новая система химической философии» изложил основные положения химической атомистики.
1. Впервые определил соединительные массы (эквиваленты) известных тогда элементов.
2. Для обозначения атомов ввел значки - кружки, в которых помещались другие условные знаки.
3. Отрицал существование молекул у простых веществ, полагал, что простые вещества состоят только из атомов, а сложные вещества - из «сложных атомов».
В 1814 г. шведский химик Я. Берцелиус предложил буквенные химические знаки.
В 1860 г. на международном съезде химиков в г. Карлсруэ были приняты определения понятий атома и молекулы.
Атом (лат. atomos - неделимый) - электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Массы атомов малы: масса атома водорода m(H) = 1,674•10-24 г, кислорода m(O) = 2,667•10-23 г, углерода m(C) = 1,993•10-23 г.
Атомы элементов могут существовать в свободном состоянии и в соединении с атомами того же элемента или атомами других элементов, образуя молекулы.
Молекула (лат. moles - масса) - наименьшая частица простого или сложного вещества, обладающая его основными химическими свойствами. По числу входящих в молекулу атомов различают двухатомные, трехатомные и т.д. молекулы. Если число атомов в молекуле велико - это макромолекула (молекулы белка, нуклеиновых кислот).
Химический элемент
Химический элемент - это вид атомов с определенным зарядом ядра.
В настоящее время известно 118 элементов, около 90 из которых существуют в природе, а остальные получены искусственно путем ядерных реакций. Названия и символы элементам с порядковыми номерами от 104 до 109 были присвоены комиссией ИЮПАК в 1995 г.
Наибольшее распространение в природе имеют элементы малой атомной массы: в космосе - водород и гелий, в живых организмах - водород, кислород, азот и углерод, в земной коре - кислород, кремний, алюминий и железо. Вне Земли в пределах, досягаемых для наблюдения, не обнаружены элементы, отличающихся от тех, которые уже открыты.
Инна Шейнер, известный ведущий геронтолог США (Тампа, Флорида)
"Я помню, как это было трудно и сколько эмоций возникает, когда тебя впервые называют студентом. Наша профессия интернациональна, она не имеет границ. Как быстро идет время. Кажется, совсем недавно я готовилась к поступлению у Богуновой Валентины Георгиевны. С того времени прошло тридцать три года. Но и сейчас я с большой теплотой вспоминаю о своем первом настоящем Учителе!
Химия и биология даются очень трудно. Методика Богуновой строится на заинтересованности в предмете, и уважительном отношении к ученику. При таком подходе все становится понятным. Помню, как после первого самостоятельного решения сложной задачи я шла окрыленной и уверенной в своих силах. Такой настрой сохранялся во мне все время, по мере усложнения материала. К концу обучения я могла решать очень сложные задачи. Знания, которые она смогла вложить в мою голову, помогли мне поступить в (тогда еще Ленинградский) медицинский институт имени академика Павлова.
В 1992 году, я выиграла грант и поехала в США. В Америке смогла блестяще пересдать экзамены, пройти резидентуру и получить место на кафедре университета. Я до сих пор с теплотой вспоминаю Валентину Георгиевну и ее наставления"
PS! Если вы не можете со мной связаться из-за большого количества звонков от моих читателей, пишите мне в личку ВКонтакте, или на Facebook. Я обязательно отвечу вам.
Читайте также: