Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества




Скачать 357.92 Kb.
НазваниеИр микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества
страница1/7
Дата публикации19.04.2013
Размер357.92 Kb.
ТипДокументы
shkolnie.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7

М


ИР МИКРОСИСТЕМ

АТОМЫ И МОЛЕКУЛЫ


ТЕМА 1


АТОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ

ВЕЩЕСТВА



1.1. Модели атомов

Цели:

  1. Дать определение понятия «атом».

  2. Рассмотреть модели атомов.

  3. Взаимодействия в атоме.

  4. Рассмотреть структуру Периодической системы элементов и раскрыть физический смысл порядкового номера элемента, номера периода и номера группы.


Представления древних греков об атомах
Во времена древних никто из натурфилософов – так называют мудрецов тех времен, которые изучали природу и размышляли о строении Вселенной,  не мог ответить на вопрос о составе и строении самых обычных вещей. Но были гениальные догадки о том, как построен окружающий мир. Когда мы говорим о гениальных догадках, то имеем в виду умозрительные заключения. Умозрение – догадка ума или мыслительный вывод, основывающийся на рассуждениях, которые требуют проверки опытом.

Примерно 2500 лет тому назад греческий философ Левкипп рассматривал вопрос о строении вещества так: можно ли частичку вещества, как бы мала она ни была, разделить на еще более мелкие части? Существует ли предел для такого деления? Он решил, что не может быть бесконечного деления вещества. Должно быть что-то, являющееся первоначалом всего сущего.

Одним из учеников и последователей Левкиппа был Демокрит (род. около 460  умер около 370 г. до н.э.). Он разделял взгляды своего учителя и высказал мысль о том, что пределом деления вещества является атом – мельчайшая неделимая частичка. Любое вещество, предположил он, состоит из мельчайших неделимых частиц-атомов (др. греч.  неделимый).

Термин «атом» (неделимый), введенный Демокритом, унаследовали и мы. Какие свойства модели атома по Демокриту соответствуют объекту-оригиналу? Во-первых, атомы – мельчайшие частицы, во-вторых, они имеют размеры и форму.

Атомистическая теория для большинства философов древности, включая великого мыслителя древности Аристотеля (384  322 гг. до н.э.), оставалась непопулярной, но они не могли ее опровергнуть. Одним из приверженцев учения об атомах был Тит Лукреций Кар (около 95  55 гг. до н.э.). В своей поэме «О природе вещей» («De Rerum Natura») Лукреций изложил атомистические взгляды Демокрита. Примечательно, что в поэме ни разу не употребляется слово атом, приводятся лишь такие обозначения атома, как «тела, незримые нами». Дело в том, что Аристотель – признанный авторитет древней Греции, отрицал существование атомов, и Лукреций открыто не выступал против его взглядов.

Воздух нельзя увидеть, но мы его осязаем. Малы частицы ветра, но они есть, если все вместе способны разрушить громады судов. С позиций моделирования сторонники атомистического учения (Левкипп, Демокрит, Лукреций и другие) отразили в модели атома важнейшее свойство: частица-атом – предел деления вещества.
«...Выслушай то, что скажу, и ты сам, несомненно, признаешь,

Что существуют тела, которых мы видеть не можем.

Ветер, во-первых, неистово волны бичует,

Рушит громады судов и небесные тучи разносит,

Стало быть, ветры – тела, повторяю, незримые нами,

Раз и по свойствам они и по действиям могут сравниться

С водами мощными рек, обладающих видимым телом.

Далее запахи мы обоняем различного рода,

Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают.

Также палящей жары или холода нам не приметить

Зрением своим никогда, да и звук увидать невозможно.

Но это все обладает, однако, телесной природой,

Если способно оно приводить наши чувства в движение:

Ведь осязать, как и быть осязаемым, тело лишь может.

Искривленный плуга сошник незаметно стирается в почве:

Нам, очевидно, что вещь от стирания становится меньше,

Но отделение тел, из нее каждый миг уходящих,

Нашим глазам усмотреть запретила природа ревниво».
В течение тысячелетий суждение Демокрита о неделимых мельчайших частицах вещества оставалось гипотезой, которая ждала проверки. Предстояло доказать, что атом – частица, существующая реально, а не просто гениальная догадка натурфилософов древности. Требовалось определить размеры атомов и их массы, предстояло получить научные факты и точные цифры.

С 1813 г. по предложению шведского химика Берцелиуса (1779-1848) атомы стали обозначать одной или двумя начальными буквами латинского названия химического элемента. Например, водород обозначается символом Н (лат. hydrogenium), гелий Не (лат. helium), а литий Li (лат. litium). Здесь мы с вами впервые знакомимся с понятием химический элемент.

Все химические элементы великий русский химик Д.И Менделеев поместил в Периодическую систему, в соответствии с открытым им периодическим законом. В настоящее время известно более 110 видов атомов.

^ Определенный вид атомов называют химическим элементом.




В табл. 1 приведены некоторые элементы, входящие в Периодическую систему Д. И. Менделеева, их латинские и русские названия, а также произношение химического символа. Буквенные обозначения атомов ничего общего не имеют со строением атомов. Это условные обозначения соответствующего атома-оригинала.

Т а б л и ц а 1

Символы некоторых химических элементов


Заряд

ядра

Zя

Латинское

название

Символ

химического элемента

Русское

название

Произношение химического

символа

+1

Hydrogenium

Н

Водород

Аш

+2

Helium

Не

Гелий

Гелий

+3

Litium

Li

Литий

Литий

+4

Beryllium

Be

Бериллий

Бериллий

+5

Borum

B

Бор

Бор

+6

Carbonеum

C

Углерод

Цэ

+7

Nitrogenium

N

Азот

Эн

+8

Oxygenium

O

Кислород

О

+9

Fluorum

F

Фтор

Фтор

+10

Neon

Ne

Неон

Неон

+11

Natrium

Na

Натрий

Натрий

+13

Аluminium

Al

Алюминий

Алюминий

Продолжение табл.1

1

2

3

4

5

+14

Silicium

Si

Кремний

Силициум

+15

Phosphorus

P

Фосфор

Пэ

+16

Sulfur

S

Сера

Эс

+26

Ferrum

Fe

Железо

Феррум

+29

Cuprum

Cu

Медь

Купрум


^ Современные модели атомов
Путь формирования атомно-молекулярного учения от Демокрита до современных представлений об атоме оказался чрезвычайно сложным.

В конце ХIХ и начале ХХ века были сделаны открытия, которые показали, что атом не является неделимым и состоит из еще более мелких частиц. Английский физик Дж. Томсон, который открыл мельчайшую отрицательно заряженную частицу – электрон, установил, что ее масса меньше массы самого легкого из всех атомов – атома водорода. А так как эти частицы вырываются при особых условиях из металлических пластинок, то, следовательно, они входят в состав атомов металла.

В 1910 г. английский физик Эрнст Резерфорд экспериментально доказал, что атом любого химического элемента представляет собой сложную систему, состоящую из положительно заряженного ядра и электронов, движущихся вблизи ядра подобно движению планет в Солнечной системе. Датский физик Нильс Бор ввел постулаты, которые еще требовали доказательств, но точно отражали сущность состояний атома водорода: электроны в атоме притягиваются ядром, но не падают на ядро. Добавим, что атомы являются устойчивыми системами хотя бы потому, что мир, состоящий из атомов и молекул, существует миллиарды лет.

Самым простым по строению и составу является атом водорода Н. Он состоит всего из двух заряженных частиц: положительно заряженного протона (ядра) и отрицательно заряженного электрона.

Опыты показали, что движение электрона в поле положительно заряженного ядра происходит на большом пространстве по сравнению с размерами ядра.

^ Область пространства вокруг ядра, охватываемая движущимся электроном, называется атомной орбиталью.




Модель атома водорода представлена на рис. 15.


Атомная орбиталь с одним движущимся электроном


Положительно заряженное ядро




Рис. 15. Модель атома водорода
Масса электрона почти в 2000 раз меньше массы ядра атома водорода, поэтому масса атома почти полностью сосредоточена в положительно заряженном ядре. С другой стороны отрицательно заряженный электрон при своем движении в пространстве атомной орбитали определяет размеры атома.

Чтобы реально представить соотношение между размерами атомной орбитали и ядра, положим в центре футбольного поля горошину, тогда охватывающая такое ядро орбиталь будет выходить за пределы футбольного поля.

Атом гелия Не имеет более сложное строение, чем атом водорода. Ядро атома гелия состоит их двух положительно заряженных протонов и двух незаряженных нейтронов (рис. 16.). Массы протонов и нейтронов практически одинаковые, но нейтрон – незаряженная частица. Это означает, что заряд ядра атома гелия равен +2, а его масса увеличилась в четыре раза по сравнению с массой атома водорода, так как ядро атома водорода состоит из одного протона. Ядро атома гелия охватывает атомная орбиталь, заселенная двумя электронами.

Электроны в атоме движутся с очень высокой скоростью, приближающейся к скорости света. Движение электронов это «движение без траектории». Мы не знаем и никогда не узнаем, как электрон движется в атоме, но можем установить область (орбиталь), где он движется.

Атомная орбиталь с двумя движущимися электронами

Положительно заряженное ядро, содержащее два протона и два нейтрона









Рис. 16. Модель атома гелия (Не)
Обратите внимание на различие понятий «орбита» и «орбиталь». Движение по орбите предполагает знание точного положения объекта в каждый момент времени, а также скорости его перемещения. Например, так движутся планеты вокруг Солнца. В атоме орбиталь соответствует области, где можно обнаружить движущийся электрон.

Электронные орбитали имеют разную форму, размеры, расположение в пространстве относительно атомного ядра. Теоретические расчеты, выполненные учеными, показали, что ближайшая к ядру орбиталь имеет сферическую форму. Например, такую форму имеют орбитали в атомах водорода и гелия (рис. 15, 16).

Чтобы указать число электронов, находящихся на соответствующей орбитали, используют стрелки, направленные вверх  или вниз . Каждая стрелка обозначает один электрон. Тогда атомы водорода и гелия можно представить следующими моделями (рис. 17).








Н

Не


Рис. 17. Модели атомов водорода и гелия с обозначением числа электронов на атомных орбиталях
Направление стрелок означает, что электроны в атоме различаются характером движения. Но в чем различие движений, если все электроны имеют одинаковый заряд и массу? Электроны обладают, как говорят ученые, собственным моментом количества движения, что условно обозначается разными стрелками  и . Различаясь собственным моментом количества движения, электроны не мешают друг другу совместно двигаться на одной орбитали. Третий электрон на орбитали будет лишним, он мешает совместному движению, так как будет совпадать с движением одного из электронов. Поэтому на орбитали не может быть больше двух электронов.

Воспользуемся механическим аналогом согласованного совместного движения двух шестеренок, чтобы пояснить, сказанное выше, наглядным примером (рис. 18 а).

Две одинаковые шестеренки при совместном вращении не мешают друг другу в том случае, если одна шестеренка вращается по часовой стрелке, а другая – против часовой стрелки. Вращение в зацепленном состоянии по часовой и против часовой стрелки аналогично понятию «собственного момента количества движения электрона». Остальные характеристики шестеренок одинаковые как одинаковы заряды и массы электронов.








а

б

Рис. 18. Механическая модель совместного движения двух и трех шестеренок: а) вращаются в зацеплении; б) не вращаются в равноценном зацеплении
Третья шестеренка, чтобы быть равной в зацеплении двум другим, должна располагаться так, как показано на рис. 18 б. Любые другие способы зацепления шестеренок делают их неравными между собой, а это недопустимо, как недопустимо оспаривать факт, что электроны имеют одинаковую массу и заряд.

Рисунок 18 б ясно показывает, что третья шестеренка является лишней, так как мешает движению двух других, как и третий электрон на атомной орбитали.

Механический аналог движения электронов на орбитали подтверждает, что движущиеся электроны должны различаться собственным моментом количества движения, и таких электронов на одной орбитали не может быть больше двух.

Вернемся к атомам других химических элементов. Следующий по количеству протонов в ядре атом лития. Ядро атома лития имеет три протона и четыре нейтрона и, соответственно, в атоме три электрона. Они располагаются на двух сферических орбиталях.






Li


Рис. 19. Модель атома лития

Орбиталь, расположенная ближе всего к ядру, обозначается как 1s-орбиталь. На ней находятся два электрона. Места для третьего электрона на 1s-орбитали в атоме лития нет, и мы знаем почему. Третий электрон располагается на следующей тоже сферической 2s-орбитали (рис. 19).


Математические расчеты, справедливые для частиц микромира, позволили ученым дать современные модели всех известных атомов. Строение некоторых из них мы рассмотрим ниже, а на основании тех моделей, которые уже обсудили, дадим следующее определение атома:

атом – это микросистема, состоящая из ядра и электронов, движущихся в поле ядра.



Как следует из вышеприведенных моделей, крошечное атомное ядро, в котором сосредоточена вся масса атома, состоит из частиц двух видов – положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Нейтроны не несут заряда, но имеют массу, практически равную массе протона.

Поскольку атом электронейтрален, то


число протонов и электронов в атоме одинаково. Оно равняется порядковому номеру, под которым химический элемент располагается в Периодической системе элементов.



  1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества icon1. Атомный уровень организации вещества Атомы. Ионы. Катионы и анионы....
...
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества icon1. атомный уровень организации вещества 11 Модели атома. Экспериментальное доказательство
Сплавы алюминия. Алюмотермия 163 Взаимодействие алюминия с водой, кислородом, галогенами
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества iconМолекулярный уровень организации вещества
В отличие от атома молекула представляет собой более сложную микросистему. В ней атомы связаны и образуют единое целое
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества iconТема: «Молекулярный уровень организации жизни»
Дана одна цепочка молекулы ДНК (а-а-ц-г-г-т-а-ц). Постройте комплементарную вторую цепочку. (1 балл)
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества icon1. Все атомы, образ молекулы орган вещ-в, связаны в опред послед согласно их валентностям
Все атомы, образ молекулы орган вещ-в, связаны в опред послед согласно их валентностям
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества iconФундаментальный закон электродинамики
В начале 80-х, прошлого столетия, экспериментально было установлено, что все микрообразования материальных тел – атомы, молекулы...
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества iconПростые вещества
А. Молекулы простых веществ — неметаллов образованы при помощи ковалентной неполярной связи
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества iconУрок химии по теме «Кислоты вещества содержащие атомы водорода»
Оборудование и материалы: видеопроектор, экран, доска, раздаточный материал (тест, бланк ответов, лист-путеводитель)
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества iconУрок химии по теме «Кислоты вещества содержащие атомы водорода»
Оборудование и материалы: видеопроектор, экран, доска, раздаточный материал (тест, бланк ответов, лист-путеводитель)
Ир микросистем атомы и молекулы тема 1 атомный уровень организации вещества iconАбсорбционные оптические методы. Атомно-абсорбционный анализ. Молекулярно-абсорбционный...
Рокое распространение как на промышленных предприятиях, так и в научно-исследовательских лабораториях. При поглощении света атомы...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница