§ 1 M.V. Lomonosov atomi- ja molekyyliteorian perustajana

Tieteellä on 1600-luvulta lähtien ollut molekyyliteoria, jota on käytetty fyysisten ilmiöiden selittämiseen. Molekyyliteorian käytännön soveltamista kemiassa rajoitti se, että sen määräykset eivät pystyneet selittämään kemiallisten reaktioiden kulun olemusta, vastaamaan kysymykseen, kuinka joistakin aineista muodostuu uusia aineita kemiallisen prosessin aikana.

Tämän ongelman ratkaisu osoittautui mahdolliseksi atomi-molekyyliteorian perusteella. Vuonna 1741 kirjassa "Elements of Matemaattisen kemian" Mihail Vasilyevich Lomonosov itse asiassa muotoili atomi- ja molekyyliteorian perusteet. Venäläinen tieteilijä-ensyklopedisti ei pitänyt aineen rakennetta tiettynä atomien yhdistelmänä, vaan suurempien hiukkasten - hiukkasten - yhdistelmänä, jotka puolestaan ​​koostuvat pienemmistä hiukkasista - elementeistä.

Lomonosovin terminologia muuttui ajan myötä: sitä, mitä hän kutsui verisoluiksi, alettiin kutsua molekyyleiksi, ja termi elementti korvattiin termillä atomi. Hänen ilmaisemiensa ideoiden ja määritelmien ydin kesti kuitenkin loistavasti ajan kokeen.

§ 2 Atomi- ja molekyylitieteen kehityshistoria

Tieteen atomi- ja molekyyliteorian kehityksen ja vakiinnuttamisen historia osoittautui erittäin vaikeaksi. Työskentely mikrokosmoksen esineiden kanssa aiheutti suuria vaikeuksia: atomeja ja molekyylejä oli mahdoton nähdä ja siten varmistua niiden olemassaolosta, ja atomimassan mittausyritykset päätyivät usein virheellisiin tuloksiin. 67 vuotta Lomonosovin löytämisen jälkeen vuonna 1808 kuuluisa englantilainen tiedemies John Dalton esitti atomihypoteesin. Sen mukaan atomit ovat aineen pienimpiä hiukkasia, joita ei voida jakaa ainesosiin tai muuttaa toisikseen. Daltonin mukaan yhden alkuaineen kaikilla atomeilla on täsmälleen sama paino ja ne eroavat muiden alkuaineiden atomeista. Yhdistämällä atomiteorian Robert Boylen ja Mihail Vasilievich Lomonosovin kehittämään kemiallisten alkuaineiden teoriaan Dalton loi vankan pohjan kemian teoreettiselle jatkotutkimukselle. Valitettavasti Dalton kiisti molekyylien olemassaolon yksinkertaisissa aineissa. Hän uskoi, että vain monimutkaiset aineet koostuvat molekyyleistä. Tämä ei edistänyt atomi- ja molekyyliteorian jatkokehitystä ja soveltamista.

Edellytykset atomi- ja molekyyliteorian ajatusten levittämiselle luonnontieteessä kehittyivät vasta 1800-luvun jälkipuoliskolla. Vuonna 1860 Saksan Karlsruhen kaupungissa järjestetyssä kansainvälisessä luonnontieteilijöiden kongressissa hyväksyttiin atomin ja molekyylin tieteelliset määritelmät. Aineiden rakenteesta ei tuolloin ollut oppia, joten hyväksyttiin kanta, että kaikki aineet koostuvat molekyyleistä. Uskottiin, että yksinkertaiset aineet, kuten metallit, koostuvat monoatomisista molekyyleistä. Myöhemmin tällainen molekyylirakenteen periaatteen jatkuva laajentaminen kaikkiin aineisiin osoittautui virheelliseksi.

§ 3 Atomi- ja molekyyliteorian perussäännökset

1. Molekyyli - aineen pienin osa, joka säilyttää koostumuksensa ja olennaiset ominaisuudet.

2. Molekyylit koostuvat atomeista. Yhden alkuaineen atomit ovat samanlaisia ​​​​toistensa kanssa, mutta eroavat muiden kemiallisten alkuaineiden atomeista.

M. V. Lomonosov, J. Dalton, A. Lavoisier, J. Proust, A. Avogadro, J. Berzelius, D. I. Mendelejev, A. M. Butlerov antoivat suuren panoksen atomi- ja molekyyliteorian kehitykseen. Ensimmäinen, joka määritteli kemian tieteeksi, oli MV Lomonosov. Lomonosov loi opin aineen rakenteesta, loi perustan atomi-molekyyliteorialle. Se tiivistyy seuraavaan:

1. Jokainen aine koostuu pienimmistä, edelleen fysikaalisesti jakamattomista hiukkasista (Lomonosov kutsui niitä verisoluiksi, myöhemmin niitä kutsuttiin molekyyleiksi).

2. Molekyylit ovat jatkuvassa, spontaanissa liikkeessä.

3. Molekyylit koostuvat atomeista (Lomonosov kutsui niitä elementeiksi).

4. Atomeille on ominaista tietty koko ja massa.

5. Molekyylit voivat koostua sekä identtisistä että erilaisista atomeista.

Molekyyli on aineen pienin hiukkanen, joka säilyttää koostumuksensa ja kemialliset ominaisuutensa. Molekyyliä ei voida hajottaa enempää muuttamatta aineen kemiallisia ominaisuuksia. Aineen molekyylien välillä on keskinäinen vetovoima, joka on erilainen eri aineilla. Kaasujen molekyylit vetoavat toisiinsa hyvin heikosti, kun taas nestemäisten ja kiinteiden aineiden molekyylien välillä vetovoimat ovat suhteellisen suuret. Minkä tahansa aineen molekyylit ovat jatkuvassa liikkeessä. Tämä ilmiö selittää esimerkiksi aineiden tilavuuden muutoksen kuumennettaessa.

Atomit ovat pienimpiä, kemiallisesti jakamattomia hiukkasia, jotka muodostavat molekyylejä. Atomi on alkuaineen pienin hiukkanen, joka säilyttää kemialliset ominaisuutensa. Atomit eroavat ydinvarauksista, massasta ja koosta. Kemiallisissa reaktioissa atomit eivät synny eivätkä katoa, vaan muodostavat uusien aineiden molekyylejä. Alkuainetta tulee pitää eräänlaisena atomina, jolla on sama ydinvaraus.

Saman kemiallisen alkuaineen atomien kemialliset ominaisuudet ovat samat, tällaiset atomit voivat erota vain massaltaan. Saman alkuaineen atomien lajikkeita, joilla on eri massat, kutsutaan isotoopeiksi. Siksi atomeja on enemmän kuin kemiallisia alkuaineita.

On tarpeen tehdä ero käsitteiden "kemiallinen alkuaine" ja "yksinkertainen aine" välillä.

Aine on tietty joukko atomi- ja molekyylihiukkasia missä tahansa kolmesta aggregaatiotilasta.

Aineen aggregaattitilat - aineen tila, jolle ovat ominaisia ​​tietyt ominaisuudet (kyky säilyttää muoto, tilavuus).

Aggregaatiossa on kolme päätilaa: kiinteä, nestemäinen ja kaasu. Joskus ei ole täysin oikein luokitella plasmaa aggregaatiotilaksi. On muitakin aggregaatiotiloja, esimerkiksi nestekiteet tai Bose-Einstein-kondensaatti.

Kemiallinen alkuaine on yleinen käsite atomeista, joilla on sama ydinvaraus ja kemialliset ominaisuudet.

Yksinkertaiselle aineelle ominaisia ​​fysikaalisia ominaisuuksia ei voida lukea kemiallisen alkuaineen ansioksi.

Yksinkertaiset aineet ovat aineita, jotka koostuvat saman kemiallisen alkuaineen atomeista. Sama alkuaine voi muodostaa useita yksinkertaisia ​​aineita.

Nykyaikainen esitys atomi- ja molekyyliteorian pääsäännöistä:

1. Kaikki aineet koostuvat atomeista.
2. Kunkin tyypin (alkuaineen) atomit ovat keskenään samat, mutta eroavat minkä tahansa muun tyypin (alkuaineen) atomeista.
3. Atomien vuorovaikutuksessa muodostuu molekyylejä: homonukleaarisia (yhden alkuaineen atomien vuorovaikutuksen aikana) tai heteronukleaarisia (eri alkuaineiden atomien vuorovaikutuksen aikana).
4. Fysikaalisissa ilmiöissä molekyylit säilyvät, kemiallisissa ilmiöissä ne tuhoutuvat; Kemiallisissa reaktioissa atomit säilyvät, toisin kuin molekyylit.
5. Kemialliset reaktiot muodostuvat uusien aineiden muodostumisesta samoista atomeista, jotka muodostavat alkuperäiset aineet.

Poikkeuksellisen tärkeä kemian kehityksen kannalta oli atomi- ja molekyyliteoria, jonka kehto on muinainen Kreikka. Muinaisten kreikkalaisten materialistien atomismin erottaa meistä 25-luvun ajanjakso, mutta kreikkalaisten logiikka on niin silmiinpistävää, että heidän kehittämänsä filosofinen oppi aineen diskreetistä rakenteesta sulautuu tahattomasti tietoisuudessa nykyiseen. ideoita. Miten atomismi sai alkunsa? Antiikin kreikkalaisten filosofien tärkein tieteellinen menetelmä oli keskustelu, kiista. "Perussyiden" etsimiseksi riita-asioissa keskusteltiin monista loogisista ongelmista, joista yksi oli kiven ongelma: mitä tapahtuu, jos sitä alkaa murskata?

Useimmat filosofit uskoivat, että tätä prosessia voitaisiin jatkaa loputtomiin. Ja vain Leucippus (500-440 eKr.) ja hänen koulunsa väittivät, että tämä prosessi ei ole loputon: murskattaessa lopulta saadaan sellainen hiukkanen, jonka jakaminen on yksinkertaisesti mahdotonta. Tämän käsitteen perusteella Leucippus väitti: aineellinen maailma on diskreetti, se koostuu pienimmistä hiukkasista ja tyhjyydestä. Leucippus Demokrituksen (460-370 eKr.) oppilas kutsui pienimpiä hiukkasia "jakamattomiksi", mikä kreikaksi tarkoittaa "atomia". Käytämme tätä nimeä edelleen. Demokritos kehitti uuden opin - "atomismin", joka johtui atomeille sellaisista "moderneista" ominaisuuksista kuin koko ja muoto, kyky liikkua.

Epikuros (342-270 eKr.), Demokritoksen seuraaja, täydensi antiikin kreikkalaisen atomismin olettaen, että atomeilla on sisäinen liikkeen lähde ja ne itse pystyvät olemaan vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Kaikki antiikin kreikkalaisen atomismin säännökset näyttävät hämmästyttävän modernilta, ja ne ovat meille luonnollisesti ymmärrettäviä. Loppujen lopuksi kuka tahansa meistä voi tieteen kokemukseen viitaten kuvata monia mielenkiintoisia kokeita, jotka vahvistavat minkä tahansa ehdotetun käsitteen pätevyyden. Mutta ne olivat täysin käsittämättömiä 20-25 vuosisataa sitten, koska antiikin kreikkalaiset atomistit eivät pystyneet tarjoamaan mitään kokeellista näyttöä, joka vahvistaisi ideoidensa pätevyyden. Joten vaikka muinaisten kreikkalaisten atomismi näyttää yllättävän modernilta, mitään sen säännöksistä ei tuolloin todistettu. Näin ollen "Leukippoksen, Demokritoksen ja Epikuroksen kehittämä atomistiikka oli ja on edelleen vain arvaus, rohkea olettamus, filosofinen käsite, mutta käytännön tukema. Tämä johti siihen, että yksi ihmismielen loistavista oletuksista unohtui vähitellen.

Oli muitakin syitä, miksi atomistien opetukset unohdettiin pitkäksi aikaa. Valitettavasti atomistit eivät jättäneet jälkeensä systemaattisia töitä, ja yksittäiset muistiinpanot riidaista ja keskusteluista, jotka tehtiin vain vaikeina, mahdollistivat oikean käsityksen muodostamisen opin kokonaisuudesta. Pääasia on, että monet atomismin käsitteet olivat harhaoppisia eikä virallinen kirkko voinut tukea niitä.

Atomistien opetuksia ei muistettu lähes 20 vuosisataan. Ja vasta XVII vuosisadalla. Muinaisten kreikkalaisten atomistien ideat heräsivät henkiin ranskalaisen filosofin Pierre Gassendin (1592-1655) työn ansiosta. Hän vietti lähes 20 vuotta; palauttaa ja kerätä yhteen antiikin kreikkalaisten filosofien unohdetut käsitteet, joita hän kuvaili kirjoituksissaan "C) Epikuroksen elämä, tavat ja opetukset" ja "Epikuroksen filosofian koodi". Näistä kahdesta kirjasta, joissa antiikin kreikkalaisten materialistien näkemykset esiteltiin systemaattisesti ensimmäistä kertaa, tuli "oppikirja" eurooppalaisille tiedemiehille ja filosofeille. Tätä ennen ainoa lähde, joka antoi tietoa Demokrituksen - Epikuroksen näkemyksistä, oli roomalaisen runoilijan Lucretiuksen runo "Asioiden luonteesta". Tieteen historia tuntee monia hämmästyttäviä yhteensattumia. Tässä on yksi niistä: antiikin kreikkalaisen atomistiikan elpyminen osuu ajallisesti yhteen R. Boylen (1627-1691) perustavanlaatuisen säännönmukaisuuden kanssa, joka kuvaa kaasun tilavuuden muutoksia sen paineesta. Kvalitatiivisen selityksen Boylen havaitsemille tosiasioille voi antaa vain atomistiikka: jos kaasulla on erillinen rakenne, eli se koostuu atomeista ja tyhjyydestä, niin sen puristamisen helppous johtuu atomien lähestymisestä atomien seurauksena. niiden välisen vapaan tilan väheneminen. Ensimmäinen arka yritys soveltaa atomismia kvantitatiivisesti havaittavien luonnonilmiöiden selittämiseen johtaa kahteen erittäin tärkeään johtopäätökseen:

• 1. Filosofisesta hypoteesista tieteelliseksi käsitteeksi muuttunut atomistiikka voi muodostua tehokkaaksi työkaluksi, jonka avulla voidaan antaa ainoa oikea tulkinta mitä erilaisimmista luonnonilmiöistä.
• 2. Jotta atomismi muuttuisi nopeasti filosofisesta hypoteesista tieteelliseksi käsitteeksi, todisteita atomien olemassaolosta on etsittävä ennen kaikkea kaasujen, ei nestemäisten ja kiinteiden aineiden tutkimuksessa, joita aiemmin käsiteltiin. kemistien toimesta. Kestää kuitenkin noin 100 vuotta, ennen kuin kemistit saavat otteen kaasujen tutkimuksesta. Sitten seuraa yksinkertaisten aineiden löytöjen kaskadi: vety, happi, typpi, kloori. Ja vähän myöhemmin kaasut auttavat vahvistamaan ne lait, joita kutsutaan yleisesti kemian peruslaiksi. Niiden avulla on mahdollista muotoilla atomi- ja molekyyliteorian pääsäännöt.

1. On olemassa aineita, joilla on molekyylirakenne ja ei-molekyylirakenne.

2. Kiinteässä tilassa oleville aineille, joilla on molekyylirakenne, on molekyylejä kidehilojen solmukohdissa.

3. Ei-molekyylirakenteisilla aineilla ionit tai atomit sijaitsevat kidehilojen solmukohdissa.

4. Molekyylien välissä on rakoja, joiden mitat riippuvat aineen aggregaatiotilasta ja lämpötilasta. Kaasumolekyylien välillä on suurimmat etäisyydet, joten kaasut puristuvat helposti kokoon. Kiinteissä aineissa hiukkasten väliset raot ovat pienimmät, ja vastaavasti nämä aineet eivät läheskään ole puristettavissa.

5. Molekyylit ovat jatkuvassa liikkeessä. Niiden nopeus riippuu lämpötilasta. Lämpötilan noustessa liikenopeus kasvaa.

6. Fysikaalisissa ilmiöissä molekyylit säilyvät, kemiallisissa ilmiöissä ne tuhoutuvat.

7. Molekyylit koostuvat atomeista, jotka, kuten molekyylit, ovat jatkuvassa liikkeessä. Yksi atomiliikkeen muoto on kemiallinen reaktio.

8. Yhden alkuaineen atomit eroavat toisen alkuaineen atomeista kooltaan, massaltaan ja ominaisuuksiltaan.

9. Atomit säilyvät kemiallisissa reaktioissa.

10. Kemiallinen reaktio on uusien aineiden muodostumista samoista atomeista, jotka muodostivat alkuperäiset aineet.

Tiedämme jo, että monet aineet koostuvat molekyyleistä ja molekyylit koostuvat atomeista. Tietoa atomeista ja molekyyleistä yhdistetään atomi-molekyylidoktriiniksi. Tiedät, että tämän opin pääsäännöt on kehittänyt suuri venäläinen tiedemies M. V. Lomonosov. Siitä on kulunut yli kaksisataa vuotta, ja atomien ja molekyylien teoriaa on kehitetty edelleen. Esimerkiksi nyt tiedetään, että kaikki aineet eivät koostu molekyyleistä. Suurin osa kiinteistä aineista, joita kohtaamme epäorgaanisessa kemiassa, ovat ei-molekyylisiä.

Suhteelliset molekyylipainot lasketaan kuitenkin sekä aineille, joilla on molekyylirakenne, että aineille, joilla on ei-molekyylirakenne. Jälkimmäisessä tapauksessa käsitteitä "molekyyli" ja "suhteellinen molekyylipaino" käytetään ehdollisesti.

Atomi-molekyyliteorian päämääräykset voidaan muotoilla seuraavasti:

1. On aineita, joilla on molekyylirakenne ja ei-molekyylirakenne.

2. Molekyylien välillä on rakoja, joiden mitat riippuvat aineen aggregaatiotilasta ja lämpötilasta. Kaasumolekyylien välillä on suurimmat etäisyydet. Tämä selittää niiden helpon puristettavuuden. Nesteitä on vaikeampi puristaa, jos molekyylien väliset raot ovat paljon pienemmät. Kiinteissä aineissa molekyylien väliset raot ovat vielä pienempiä, joten ne tuskin puristuvat.

3. Molekyylit ovat jatkuvassa liikkeessä. Molekyylinopeus riippuu lämpötilasta. Lämpötilan noustessa molekyylien nopeus kasvaa.

4. Molekyylien välillä on molemminpuolista vetovoimaa ja hylkimistä. Suurimmassa määrin nämä voimat ilmaistaan ​​kiinteissä aineissa, vähiten - kaasuissa.

5. Molekyylit koostuvat atomeista, jotka, kuten molekyylit, ovat jatkuvassa liikkeessä.

6. Yhden lajin atomit eroavat toisentyyppisistä atomeista massoiltaan ja ominaisuuksiltaan.

7. Fysikaalisissa ilmiöissä molekyylit säilyvät, kemiallisissa ilmiöissä ne pääsääntöisesti tuhoutuvat.

8. Aineille, joiden molekyylirakenne on kiinteässä tilassa, molekyylejä on kidehilojen solmukohdissa. Kidehilan solmukohdissa olevien molekyylien väliset sidokset, jotka ovat kuumennettaessa heikkoja, katkeavat. Siksi aineilla, joilla on molekyylirakenne, on yleensä alhaiset sulamispisteet.

9. Aineilla, joilla on ei-molekyylirakenne, atomit tai muut hiukkaset sijaitsevat kidehilojen solmukohdissa. Näiden hiukkasten välillä on vahvoja kemiallisia sidoksia, jotka vaativat paljon energiaa murtaakseen.

Harjoittele

1. Valitse dia, jossa on jokin atomi- ja molekyyliopetuksen säännöksistä. Poimi kuvituksia ja esimerkkejä elämästä, jotka todistavat tämän kannan.

Määräajat: 25.01-30.01.16
2. Arvioi seuraava dia omasi jälkeen seuraavien kriteerien mukaan:

1. Tätä säännöstä vastaavan kuvan läsnäolo. 0-1b

2. Valitut tosiasiat todistavat tämän kannan. 0-1b

3. Aineisto esitetään ymmärrettävällä kielellä. 0-1b

4. Esteettinen muotoilu (laadukas kuvitus, luettava teksti). 0-1b