§ 1 M.V. Lomonossow als Begründer der Atom- und Molekulartheorie

Seit dem 17. Jahrhundert gibt es in der Wissenschaft eine Molekulartheorie, die zur Erklärung physikalischer Phänomene verwendet wird. Die praktische Anwendung der Molekulartheorie in der Chemie wurde dadurch eingeschränkt, dass ihre Bestimmungen nicht das Wesen des Ablaufs chemischer Reaktionen erklären, die Frage beantworten konnten, wie aus einigen Stoffen im Laufe eines chemischen Prozesses neue Stoffe gebildet werden.

Die Lösung dieses Problems erwies sich auf der Grundlage der Atom-Molekular-Theorie als möglich. 1741 formulierte Mikhail Vasilyevich Lomonosov in dem Buch "Elemente der mathematischen Chemie" tatsächlich die Grundlagen der Atom- und Molekültheorie. Der russische Wissenschaftler-Enzyklopädist betrachtete die Struktur der Materie nicht als eine bestimmte Kombination von Atomen, sondern als eine Kombination größerer Teilchen - Korpuskeln, die wiederum aus kleineren Teilchen - Elementen bestehen.

Lomonossows Terminologie änderte sich im Laufe der Zeit: Was er Korpuskeln nannte, wurde nun Moleküle genannt, und der Begriff Element wurde durch den Begriff Atom ersetzt. Die Essenz der von ihm zum Ausdruck gebrachten Ideen und Definitionen hat sich jedoch hervorragend bewährt.

§ 2 Entwicklungsgeschichte der Atom- und Molekularwissenschaft

Die Geschichte der Entwicklung und Etablierung der Atom- und Molekültheorie in der Wissenschaft gestaltete sich als sehr schwierig. Die Arbeit mit Objekten des Mikrokosmos bereitete große Schwierigkeiten: Es war unmöglich, Atome und Moleküle zu sehen und sich somit von ihrer Existenz zu überzeugen, und Versuche, Atommassen zu messen, endeten oft mit fehlerhaften Ergebnissen. 67 Jahre nach der Entdeckung von Lomonosov, im Jahr 1808, stellte der berühmte englische Wissenschaftler John Dalton die Atomhypothese auf. Demnach sind Atome die kleinsten Materieteilchen, die nicht in Bestandteile zerlegt oder ineinander umgewandelt werden können. Alle Atome eines Elements haben nach Dalton genau das gleiche Gewicht und unterscheiden sich von den Atomen anderer Elemente. Durch die Kombination der Atomtheorie mit der von Robert Boyle und Mikhail Vasilievich Lomonosov entwickelten Theorie der chemischen Elemente schuf Dalton eine solide Grundlage für die weitere theoretische Forschung in der Chemie. Leider leugnete Dalton die Existenz von Molekülen in einfachen Substanzen. Er glaubte, dass nur komplexe Substanzen aus Molekülen zusammengesetzt sind. Dies trug nicht zur Weiterentwicklung und Anwendung der Atom- und Molekültheorie bei.

Die Bedingungen für die Verbreitung der Ideen der Atom- und Molekültheorie in den Naturwissenschaften entwickelten sich erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. 1860 wurden auf dem Internationalen Kongress der Naturforscher in der deutschen Stadt Karlsruhe wissenschaftliche Definitionen des Atoms und des Moleküls angenommen. Zu dieser Zeit gab es keine Lehre vom Aufbau der Substanzen, daher wurde die Position akzeptiert, dass alle Substanzen aus Molekülen bestehen. Man glaubte, dass einfache Substanzen wie Metalle aus einatomigen Molekülen bestehen. Eine solche durchgängige Erweiterung des Prinzips der Molekülstruktur auf alle Substanzen stellte sich später als Irrtum heraus.

§ 3 Grundbestimmungen der Atom- und Molekulartheorie

1. Molekül - der kleinste Teil einer Substanz, der seine Zusammensetzung und seine wesentlichen Eigenschaften behält.

2. Moleküle bestehen aus Atomen. Die Atome eines Elements sind einander ähnlich, unterscheiden sich aber von den Atomen anderer chemischer Elemente.

M. V. Lomonosov, J. Dalton, A. Lavoisier, J. Proust, A. Avogadro, J. Berzelius, D. I. Mendeleev, A. M. Butlerov leisteten einen großen Beitrag zur Entwicklung der Atom- und Molekültheorie. Der erste, der die Chemie als Wissenschaft definierte, war MV Lomonosov. Lomonosov schuf die Lehre von der Struktur der Materie und legte den Grundstein für die atommolekulare Theorie. Es läuft auf Folgendes hinaus:

1. Jede Substanz besteht aus kleinsten, weiter physikalisch unteilbaren Teilchen (Lomonosov nannte sie Korpuskeln, später wurden sie Moleküle genannt).

2. Moleküle sind in ständiger, spontaner Bewegung.

3. Moleküle bestehen aus Atomen (Lomonosov nannte sie Elemente).

4. Atome zeichnen sich durch eine bestimmte Größe und Masse aus.

5. Moleküle können sowohl aus gleichen als auch aus verschiedenen Atomen bestehen.

Ein Molekül ist das kleinste Teilchen einer Substanz, das seine Zusammensetzung und seine chemischen Eigenschaften behält. Das Molekül kann nicht weiter zerlegt werden, ohne die chemischen Eigenschaften der Substanz zu verändern. Zwischen den Molekülen eines Stoffes besteht eine gegenseitige Anziehung, die für verschiedene Stoffe unterschiedlich ist. Moleküle in Gasen werden sehr schwach voneinander angezogen, während zwischen den Molekülen flüssiger und fester Stoffe die Anziehungskräfte relativ groß sind. Die Moleküle jeder Substanz sind in ständiger Bewegung. Dieses Phänomen erklärt beispielsweise die Volumenänderung von Stoffen bei Erwärmung.

Atome sind die kleinsten, chemisch unteilbaren Teilchen, aus denen Moleküle bestehen. Ein Atom ist das kleinste Teilchen eines Elements, das seine chemischen Eigenschaften behält. Atome unterscheiden sich in Kernladungen, Masse und Größe. Bei chemischen Reaktionen entstehen und verschwinden keine Atome, sondern bilden Moleküle neuer Substanzen. Ein Element sollte als eine Art Atom mit gleicher Kernladung betrachtet werden.

Die chemischen Eigenschaften von Atomen desselben chemischen Elements sind gleich, solche Atome können sich nur in der Masse unterscheiden. Sorten von Atomen desselben Elements mit unterschiedlichen Massen werden Isotope genannt. Daher gibt es mehr Arten von Atomen als chemische Elemente.

Es muss zwischen den Begriffen „chemisches Element“ und „einfacher Stoff“ unterschieden werden.

Eine Substanz ist eine bestimmte Menge atomarer und molekularer Teilchen in einem der drei Aggregatzustände.

Aggregatzustände der Materie - ein Zustand der Materie, der durch bestimmte Eigenschaften gekennzeichnet ist (die Fähigkeit, Form, Volumen beizubehalten).

Es gibt drei Hauptaggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. Manchmal ist es nicht ganz richtig, Plasma als Aggregatzustand zu klassifizieren. Es gibt noch andere Aggregatzustände, zum Beispiel Flüssigkristalle oder Bose-Einstein-Kondensat.

Ein chemisches Element ist ein allgemeines Konzept von Atomen mit der gleichen Kernladung und den gleichen chemischen Eigenschaften.

Die für einen einfachen Stoff charakteristischen physikalischen Eigenschaften können keinem chemischen Element zugeschrieben werden.

Einfache Substanzen sind Substanzen, die aus Atomen desselben chemischen Elements bestehen. Dasselbe Element kann mehrere einfache Substanzen bilden.

Moderne Darstellung der wichtigsten Bestimmungen der Atom- und Molekültheorie:

1. Alle Substanzen bestehen aus Atomen.
2. Die Atome jeder Art (Element) sind untereinander gleich, unterscheiden sich aber von den Atomen jeder anderen Art (Element).
3. Wenn Atome interagieren, werden Moleküle gebildet: homonuklear (während der Interaktion von Atomen eines Elements) oder heteronuklear (während der Interaktion von Atomen verschiedener Elemente).
4. Bei physikalischen Phänomenen bleiben Moleküle erhalten, bei chemischen Phänomenen werden sie zerstört; Bei chemischen Reaktionen bleiben Atome im Gegensatz zu Molekülen erhalten.
5. Chemische Reaktionen bestehen in der Bildung neuer Substanzen aus denselben Atomen, aus denen die ursprünglichen Substanzen bestehen.

Von herausragender Bedeutung für die Entwicklung der Chemie war die Atom- und Molekültheorie, deren Wiege das antike Griechenland ist. Die Atomistik der antiken griechischen Materialisten ist durch eine Periode des 25. Jahrhunderts von uns getrennt, aber die Logik der Griechen ist so auffällig, dass die von ihnen entwickelte philosophische Lehre von der diskreten Struktur der Materie unwillkürlich im Bewusstsein mit unserer Strömung verschmilzt Ideen. Wie ist der Atomismus entstanden? Die wichtigste wissenschaftliche Methode der antiken griechischen Philosophen war Diskussion, Streit. Um bei Streitigkeiten nach „Grundursachen“ zu suchen, wurden viele logische Probleme diskutiert, eines davon war das Problem eines Steins: Was passiert, wenn man anfängt, ihn zu zertrümmern?

Die meisten Philosophen glaubten, dass dieser Prozess unbegrenzt fortgesetzt werden könnte. Und nur Leukippos (500-440 v. Chr.) Und seine Schule behaupteten, dass dieser Prozess nicht endlos ist: Wenn er zerkleinert wird, erhält man am Ende ein solches Teilchen, dessen weitere Teilung einfach unmöglich sein wird. Basierend auf diesem Konzept argumentierte Leukippus: Die materielle Welt ist diskret, sie besteht aus kleinsten Teilchen und Leere. Der Schüler von Leukippus Demokrit (460-370 v. Chr.) nannte die kleinsten Teilchen „unteilbar“, was auf Griechisch „Atom“ bedeutet. Diesen Namen verwenden wir heute noch. Demokrit entwickelte eine neue Doktrin - "Atomismus", die den Atomen solche "modernen" Eigenschaften wie Größe und Form, die Fähigkeit, sich zu bewegen, zuschrieb.

Der Anhänger von Demokrit Epikur (342-270 v. Chr.) vervollständigte die altgriechische Atomistik, indem er annahm, dass Atome eine innere Bewegungsquelle haben und selbst in der Lage sind, miteinander zu interagieren. Alle Bestimmungen des altgriechischen Atomismus sehen erstaunlich modern aus und sind für uns natürlich verständlich. Schließlich kann jeder von uns unter Bezugnahme auf die Erfahrung der Wissenschaft viele interessante Experimente beschreiben, die die Gültigkeit eines der vorgeschlagenen Konzepte bestätigen. Aber sie waren vor 20-25 Jahrhunderten völlig unverständlich, da die antiken griechischen Atomisten keine experimentellen Beweise für die Gültigkeit ihrer Ideen liefern konnten. Obwohl also der Atomismus der alten Griechen überraschend modern aussieht, wurde damals keine seiner Bestimmungen bewiesen. Folglich „war und bleibt die von Leukippos, Demokrit und Epikur entwickelte Atomistik nur eine Vermutung, eine kühne Annahme, ein philosophisches Konzept, aber von der Praxis gestützt. Dies führte dazu, dass eine der brillanten Vermutungen des menschlichen Geistes allmählich in Vergessenheit geriet.

Es gab noch andere Gründe, warum die Lehren der Atomisten lange in Vergessenheit gerieten. Leider haben die Atomisten keine systematischen Arbeiten hinterlassen, und die einzelnen Aufzeichnungen der Streitigkeiten und Diskussionen, die nur mit Mühe geführt wurden, ermöglichten es, sich ein richtiges Bild von der Lehre im Ganzen zu machen. Die Hauptsache ist, dass viele Konzepte des Atomismus ketzerisch waren und die offizielle Kirche sie nicht unterstützen konnte.

An die Lehren der Atomisten wurde fast 20 Jahrhunderte lang nicht erinnert. Und erst im 17. Jahrhundert. Die Ideen der antiken griechischen Atomisten wurden dank der Arbeit des französischen Philosophen Pierre Gassendi (1592-1655) wiederbelebt. Fast 20 Jahre verbrachte er; um die vergessenen Konzepte der antiken griechischen Philosophen wiederherzustellen und zusammenzutragen, die er in seinen Schriften „C) das Leben, die Sitten und Lehren des Epikur“ und „Kodex der Philosophie des Epikur“ detailliert ausführte. Diese beiden Bücher, in denen die Ansichten der antiken griechischen Materialisten erstmals systematisch dargestellt wurden, wurden zu einem „Lehrbuch“ für europäische Wissenschaftler und Philosophen. Zuvor war die einzige Quelle, die Informationen über die Ansichten von Demokrit-Epikur lieferte, das Gedicht des römischen Dichters Lucretius "Über die Natur der Dinge". Die Wissenschaftsgeschichte kennt viele erstaunliche Zufälle. Hier ist einer von ihnen: Die Wiederbelebung des antiken griechischen Atomismus fällt zeitlich mit der Etablierung einer fundamentalen Regelmäßigkeit durch R. Boyle (1627-1691) zusammen, die Änderungen des Volumens eines Gases aufgrund seines Drucks beschreibt. Eine qualitative Erklärung der von Boyle beobachteten Tatsachen kann nur die Atomistik geben: Wenn ein Gas eine diskrete Struktur hat, das heißt, es besteht aus Atomen und Leere, dann ist die Leichtigkeit seiner Kompression auf die daraus resultierende Annäherung von Atomen zurückzuführen einer Verringerung des freien Raums zwischen ihnen. Der erste schüchterne Versuch, den Atomismus anzuwenden, um quantitativ beobachtbare Naturphänomene zu erklären, führt zu zwei sehr wichtigen Schlussfolgerungen:

• 1. Von einer philosophischen Hypothese zu einem wissenschaftlichen Konzept geworden, kann die Atomistik zu einem mächtigen Werkzeug werden, das es erlaubt, die einzig richtigen Interpretationen der unterschiedlichsten Naturphänomene zu geben.
• 2. Für die schnelle Umwandlung der Atomistik von einer philosophischen Hypothese in einen wissenschaftlichen Begriff muss der Beweis der Existenz von Atomen zuallererst in der Untersuchung von Gasen gesucht werden und nicht von flüssigen und festen Substanzen, die zuvor behandelt wurden von Chemikern. Es wird jedoch etwa 100 Jahre dauern, bis sich die Chemiker mit der Erforschung von Gasen auseinandersetzen. Dann folgt eine Kaskade von Entdeckungen einfacher Substanzen: Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Chlor. Und wenig später werden Gase dabei helfen, jene Gesetze aufzustellen, die gemeinhin als Grundgesetze der Chemie bezeichnet werden. Sie werden es ermöglichen, die wichtigsten Bestimmungen der Atom- und Molekulartheorie zu formulieren.

1. Es gibt Substanzen mit molekularer und nichtmolekularer Struktur.

2. Bei Substanzen mit molekularer Struktur im festen Zustand befinden sich Moleküle in den Knoten von Kristallgittern.

3. Bei Substanzen mit nichtmolekularer Struktur befinden sich Ionen oder Atome in den Knoten von Kristallgittern.

4. Zwischen den Molekülen befinden sich Lücken, deren Abmessungen vom Aggregatzustand des Stoffes und seiner Temperatur abhängen. Die größten Abstände bestehen zwischen Gasmolekülen, daher lassen sich Gase leicht komprimieren. In Feststoffen sind die Lücken zwischen Partikeln am kleinsten, und dementsprechend unterliegen diese Substanzen fast keiner Kompression.

5. Moleküle sind in ständiger Bewegung. Ihre Geschwindigkeit hängt von der Temperatur ab. Mit steigender Temperatur nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit zu.

6. Bei physikalischen Phänomenen bleiben Moleküle erhalten, bei chemischen Phänomenen werden sie zerstört.

7. Moleküle bestehen aus Atomen, die wie Moleküle in ständiger Bewegung sind. Eine Form der atomaren Bewegung ist eine chemische Reaktion.

8. Die Atome eines Elements unterscheiden sich von den Atomen eines anderen Elements in Größe, Masse und Eigenschaften.

9. Atome werden in chemischen Reaktionen konserviert.

10. Eine chemische Reaktion ist die Bildung neuer Substanzen aus denselben Atomen, aus denen die ursprünglichen Substanzen bestehen.

Wir wissen bereits, dass viele Substanzen aus Molekülen und Moleküle aus Atomen bestehen. Informationen über Atome und Moleküle werden zu einer atomar-molekularen Lehre kombiniert. Sie wissen, dass die Hauptbestimmungen dieser Doktrin von dem großen russischen Wissenschaftler M. V. Lomonosov entwickelt wurden. Seitdem sind mehr als zweihundert Jahre vergangen, und die Theorie der Atome und Moleküle wurde weiterentwickelt. Heute weiß man zum Beispiel, dass nicht alle Substanzen aus Molekülen bestehen. Die meisten Feststoffe, denen wir in der anorganischen Chemie begegnen, sind nicht molekular.

Relative Molekulargewichte werden jedoch sowohl für Substanzen mit molekularer als auch für Substanzen mit nichtmolekularer Struktur berechnet. Für letzteres werden die Begriffe "Molekül" und "relatives Molekulargewicht" bedingt verwendet.

Die Hauptbestimmungen der Atom-Molekular-Theorie lassen sich wie folgt formulieren:

1. Es gibt Substanzen mit molekularer und nichtmolekularer Struktur.

2. Zwischen den Molekülen befinden sich Lücken, deren Ausmaße vom Aggregatzustand des Stoffes und der Temperatur abhängen. Die größten Abstände bestehen zwischen Gasmolekülen. Dies erklärt ihre leichte Komprimierbarkeit. Es ist schwieriger, Flüssigkeiten zu komprimieren, bei denen die Lücken zwischen den Molekülen viel kleiner sind. In Festkörpern sind die Lücken zwischen den Molekülen noch kleiner, sodass sie sich kaum komprimieren.

3. Moleküle sind in ständiger Bewegung. Die Molekulargeschwindigkeit hängt von der Temperatur ab. Mit steigender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit der Moleküle zu.

4. Zwischen Molekülen gibt es Kräfte gegenseitiger Anziehung und Abstoßung. Diese Kräfte äußern sich zum größten Teil in Festkörpern, am wenigsten in Gasen.

5. Moleküle bestehen aus Atomen, die sich wie Moleküle in ständiger Bewegung befinden.

6. Atome einer Art unterscheiden sich von Atomen einer anderen Art in Masse und Eigenschaften.

7. Bei physikalischen Phänomenen bleiben Moleküle erhalten, bei chemischen Phänomenen werden sie in der Regel zerstört.

8. Bei Stoffen mit molekularer Struktur im Festkörper befinden sich Moleküle in den Knoten der Kristallgitter. Bindungen zwischen Molekülen, die sich an den Knoten des Kristallgitters befinden und bei Erwärmung schwach werden, werden aufgebrochen. Daher haben Substanzen mit molekularer Struktur in der Regel niedrige Schmelzpunkte.

9. Substanzen mit einer nichtmolekularen Struktur haben Atome oder andere Teilchen in den Knoten von Kristallgittern. Zwischen diesen Partikeln bestehen starke chemische Bindungen, deren Auflösung viel Energie erfordert.

Übung

1. Wählen Sie eine Folie mit einer der Bestimmungen der Atom- und Molekularlehre aus. Nehmen Sie Illustrationen und Beispiele aus dem Leben auf, die diese Position belegen.

Fristen: 25.01- 30.01.16
2. Bewerten Sie die nächste Folie nach Ihrer nach folgenden Kriterien:

1. Das Vorhandensein einer dieser Bestimmung entsprechenden Abbildung. 0-1 b

2. Die ausgewählten Tatsachen belegen diese Position. 0-1 b

3. Das Material wird in zugänglicher Sprache präsentiert. 0-1 b

4. Ästhetisches Design (hochwertige Illustrationen, lesbarer Text). 0-1 b