§ 1 M.V. Lomonosov como o fundador da teoria atômica e molecular

Desde o século 17, a ciência tem uma teoria molecular que tem sido usada para explicar fenômenos físicos. A aplicação prática da teoria molecular em química foi limitada pelo fato de que suas disposições não podiam explicar a essência do curso das reações químicas, responder à questão de como novas substâncias são formadas a partir de algumas substâncias no decorrer de um processo químico.

A solução desse problema acabou sendo possível com base na teoria atômico-molecular. Em 1741, no livro "Elements of Mathematical Chemistry", Mikhail Vasilyevich Lomonosov realmente formulou os fundamentos da teoria atômica e molecular. O cientista-enciclopedista russo considerou a estrutura da matéria não como uma certa combinação de átomos, mas como uma combinação de partículas maiores - corpúsculos, que, por sua vez, consistem em partículas menores - elementos.

A terminologia de Lomonosov sofreu mudanças ao longo do tempo: o que ele chamava de corpúsculos passou a ser chamado de moléculas, e o termo elemento foi substituído pelo termo átomo. No entanto, a essência das ideias e definições expressas por ele resistiu brilhantemente ao teste do tempo.

§ 2 História do desenvolvimento da ciência atômica e molecular

A história do desenvolvimento e estabelecimento da teoria atômica e molecular na ciência acabou sendo muito difícil. Trabalhar com objetos do microcosmo causou grandes dificuldades: era impossível ver átomos e moléculas e, assim, estar convencido de sua existência, e as tentativas de medir massas atômicas muitas vezes terminavam em resultados errôneos. 67 anos após a descoberta de Lomonosov, em 1808, o famoso cientista inglês John Dalton apresentou a hipótese atômica. Segundo ele, os átomos são as menores partículas de matéria que não podem ser divididas em partes constituintes ou transformadas umas nas outras. Segundo Dalton, todos os átomos de um elemento têm exatamente o mesmo peso e diferem dos átomos de outros elementos. Ao combinar a teoria dos átomos com a teoria dos elementos químicos desenvolvida por Robert Boyle e Mikhail Vasilievich Lomonosov, Dalton forneceu uma base sólida para futuras pesquisas teóricas em química. Infelizmente, Dalton negou a existência de moléculas em substâncias simples. Ele acreditava que apenas substâncias complexas são compostas de moléculas. Isso não contribuiu para o desenvolvimento e aplicação da teoria atômica e molecular.

As condições para a disseminação das ideias da teoria atômica e molecular nas ciências naturais se desenvolveram apenas na segunda metade do século XIX. Em 1860, no Congresso Internacional de Naturalistas na cidade alemã de Karlsruhe, foram adotadas definições científicas de átomo e molécula. Não havia nenhuma doutrina da estrutura das substâncias naquela época, portanto, foi aceita a posição de que todas as substâncias consistem em moléculas. Acreditava-se que substâncias simples, como metais, consistiam em moléculas monoatômicas. Posteriormente, essa extensão contínua do princípio da estrutura molecular a todas as substâncias acabou sendo errônea.

§ 3º Disposições básicas da teoria atômica e molecular

1. Molécula - a menor parte de uma substância que retém sua composição e propriedades essenciais.

2. As moléculas são feitas de átomos. Os átomos de um elemento são semelhantes entre si, mas diferem dos átomos de outros elementos químicos.

M. V. Lomonosov, J. Dalton, A. Lavoisier, J. Proust, A. Avogadro, J. Berzelius, D. I. Mendeleev, A. M. Butlerov fizeram uma grande contribuição para o desenvolvimento da teoria atômica e molecular. O primeiro a definir a química como ciência foi MV Lomonosov. Lomonosov criou a doutrina da estrutura da matéria, lançou as bases para a teoria atômico-molecular. Ele se resume ao seguinte:

1. Cada substância consiste nas menores partículas fisicamente indivisíveis (Lomonosov as chamou de corpúsculos, mais tarde foram chamadas de moléculas).

2. As moléculas estão em movimento constante e espontâneo.

3. As moléculas consistem em átomos (Lomonosov os chamou de elementos).

4. Os átomos são caracterizados por um certo tamanho e massa.

5. As moléculas podem consistir em átomos idênticos e diferentes.

Uma molécula é a menor partícula de uma substância que retém sua composição e propriedades químicas. A molécula não pode ser decomposta sem alterar as propriedades químicas da substância. Entre as moléculas de uma substância existe uma atração mútua, que é diferente para diferentes substâncias. Moléculas em gases são atraídas umas pelas outras muito fracamente, enquanto entre as moléculas de substâncias líquidas e sólidas, as forças de atração são relativamente grandes. As moléculas de qualquer substância estão em constante movimento. Esse fenômeno explica, por exemplo, a mudança no volume das substâncias quando aquecidas.

Os átomos são as menores partículas quimicamente indivisíveis que compõem as moléculas. Um átomo é a menor partícula de um elemento que retém suas propriedades químicas. Os átomos diferem em cargas nucleares, massa e tamanho. Nas reações químicas, os átomos não surgem e não desaparecem, mas formam moléculas de novas substâncias. Um elemento deve ser considerado como uma espécie de átomos com a mesma carga nuclear.

As propriedades químicas dos átomos do mesmo elemento químico são as mesmas, tais átomos podem diferir apenas em massa. Variedades de átomos do mesmo elemento com massas diferentes são chamadas de isótopos. Portanto, existem mais variedades de átomos do que elementos químicos.

É necessário distinguir entre os conceitos de "elemento químico" e "substância simples".

Uma substância é um determinado conjunto de partículas atômicas e moleculares em qualquer um dos três estados de agregação.

Estados agregados da matéria - um estado da matéria caracterizado por certas propriedades (a capacidade de manter a forma, o volume).

Existem três estados principais de agregação: sólido, líquido e gasoso. Às vezes, não é totalmente correto classificar o plasma como um estado de agregação. Existem outros estados de agregação, por exemplo, cristais líquidos ou condensado de Bose-Einstein.

Um elemento químico é um conceito geral de átomos com a mesma carga nuclear e propriedades químicas.

As propriedades físicas características de uma substância simples não podem ser atribuídas a um elemento químico.

Substâncias simples são substâncias constituídas por átomos do mesmo elemento químico. O mesmo elemento pode formar várias substâncias simples.

Apresentação moderna das principais disposições da teoria atômica e molecular:

1. Todas as substâncias são feitas de átomos.
2. Os átomos de cada tipo (elemento) são iguais entre si, mas diferem dos átomos de qualquer outro tipo (elemento).
3. Quando os átomos interagem, formam-se moléculas: homonucleares (durante a interação de átomos de um elemento) ou heteronucleares (durante a interação de átomos de diferentes elementos).
4. Nos fenômenos físicos, as moléculas são preservadas, nos fenômenos químicos são destruídas; Nas reações químicas, os átomos, ao contrário das moléculas, são preservados.
5. As reações químicas consistem na formação de novas substâncias a partir dos mesmos átomos que compõem as substâncias originais.

De excepcional importância para o desenvolvimento da química foi a teoria atômica e molecular, cujo berço é a Grécia Antiga. A atomística dos materialistas gregos antigos está separada de nós por um período do século 25, no entanto, a lógica dos gregos é tão marcante que a doutrina filosófica da estrutura discreta da matéria, desenvolvida por eles, involuntariamente se funde na consciência com nossa atual Ideias. Como surgiu o atomismo? O principal método científico dos antigos filósofos gregos era a discussão, a disputa. Para buscar “raízes” nas disputas, muitos problemas lógicos foram discutidos, um dos quais foi o problema de uma pedra: o que acontece se você começar a esmagá-la?

A maioria dos filósofos acreditava que esse processo poderia continuar indefinidamente. E apenas Leucippus (500-440 aC) e sua escola afirmaram que esse processo não é infinito: quando esmagado, no final, será obtida tal partícula, cuja divisão posterior será simplesmente impossível. Com base nesse conceito, Leucipo argumentou: o mundo material é discreto, consiste nas menores partículas e no vazio. O aluno de Leucippus Democritus (460-370 aC) chamou as partículas menores de “indivisíveis”, que em grego significa “átomo”. Ainda hoje usamos este nome. Demócrito, desenvolveu uma nova doutrina - "atomismo", atribuiu aos átomos propriedades "modernas" como tamanho e forma, a capacidade de se mover.

Epicuro (342-270 aC), um seguidor de Demócrito, completou a atomística grega antiga assumindo que os átomos têm uma fonte interna de movimento e eles próprios são capazes de interagir uns com os outros. Todas as disposições do atomismo grego antigo parecem incrivelmente modernas e são naturalmente compreensíveis para nós. Afinal, qualquer um de nós, referindo-se à experiência da ciência, pode descrever muitos experimentos interessantes que confirmam a validade de qualquer um dos conceitos propostos. Mas eles eram completamente incompreensíveis 20-25 séculos atrás, já que os antigos atomistas gregos não podiam fornecer nenhuma evidência experimental confirmando a validade de suas ideias. Assim, embora o atomismo dos antigos gregos pareça surpreendentemente moderno, nenhuma de suas disposições foi comprovada naquela época. Consequentemente, “a atomística, desenvolvida por Leucipo, Demócrito e Epicuro, foi e continua sendo apenas uma suposição, uma suposição ousada, um conceito filosófico, mas sustentado pela prática. Isso levou ao fato de que uma das conjecturas brilhantes da mente humana foi gradualmente esquecida.

Houve outras razões pelas quais os ensinamentos dos atomistas foram esquecidos por muito tempo. Infelizmente, os atomistas não deixaram trabalhos sistemáticos, e os registros individuais das disputas e discussões que foram feitas apenas com dificuldade permitiram formar uma ideia correta da doutrina como um todo. O principal é que muitos conceitos de atomismo eram heréticos e a igreja oficial não podia apoiá-los.

Os ensinamentos dos atomistas não foram lembrados por quase 20 séculos. E só no século XVII. As ideias dos antigos atomistas gregos foram revividas graças ao trabalho do filósofo francês Pierre Gassendi (1592-1655). Quase 20 anos ele passou; restaurar e reunir os conceitos esquecidos dos antigos filósofos gregos, que ele detalhou em seus escritos “C) a vida, costumes e ensinamentos de Epicuro” e “Código de Filosofia de Epicuro”. Esses dois livros, nos quais os pontos de vista dos materialistas gregos antigos foram apresentados sistematicamente pela primeira vez, tornaram-se um "livro-texto" para cientistas e filósofos europeus. Antes disso, a única fonte que forneceu informações sobre os pontos de vista de Demócrito - Epicuro, foi o poema do poeta romano Lucrécio "Sobre a natureza das coisas". A história da ciência conhece muitas coincidências surpreendentes. Aqui está um deles: o renascimento da atomística grega antiga coincide no tempo com o estabelecimento por R. Boyle (1627-1691) de uma regularidade fundamental que descreve as mudanças no volume de um gás a partir de sua pressão. Uma explicação qualitativa dos fatos observados por Boyle só pode ser dada pela atomística: se um gás tem uma estrutura discreta, ou seja, consiste em átomos e vazio, então a facilidade de sua compressão se deve à aproximação dos átomos como resultado de uma diminuição do espaço livre entre eles. A primeira tentativa de aplicar o atomismo para explicar fenômenos naturais quantitativamente observáveis ​​leva a duas conclusões muito importantes:

• 1. Passando de uma hipótese filosófica a um conceito científico, a atomística pode se tornar uma ferramenta poderosa que permite dar a única interpretação correta dos mais diversos fenômenos naturais.
• 2. Para a rápida transformação do atomismo de hipótese filosófica em conceito científico, a prova da existência dos átomos deve, antes de tudo, ser buscada no estudo dos gases, e não das substâncias líquidas e sólidas, de que se tratava anteriormente. pelos químicos. No entanto, levará cerca de 100 anos até que os químicos comecem a estudar os gases. Em seguida, seguir-se-á uma cascata de descobertas de substâncias simples: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, cloro. E um pouco mais tarde, os gases ajudarão a estabelecer aquelas leis que são comumente chamadas de leis básicas da química. Eles permitirão formular as principais disposições da teoria atômica e molecular.

1. Existem substâncias de estrutura molecular e não molecular.

2. Para substâncias de estrutura molecular no estado sólido, existem moléculas nos nós das redes cristalinas.

3. Para substâncias de estrutura não molecular, íons ou átomos estão localizados nos nós das redes cristalinas.

4. Existem lacunas entre as moléculas, cujas dimensões dependem do estado de agregação da substância e da sua temperatura. As maiores distâncias existem entre as moléculas de gás, então os gases são facilmente comprimidos. Nos sólidos, as lacunas entre as partículas são as menores e, portanto, essas substâncias quase não estão sujeitas à compressão.

5. As moléculas estão em movimento contínuo. Sua velocidade depende da temperatura. À medida que a temperatura aumenta, a velocidade do movimento aumenta.

6. Nos fenômenos físicos, as moléculas são preservadas, nos fenômenos químicos são destruídas.

7. As moléculas são feitas de átomos que, como as moléculas, estão em constante movimento. Uma forma de movimento atômico é uma reação química.

8. Os átomos de um elemento diferem dos átomos de outro elemento em tamanho, massa e propriedades.

9. Os átomos são preservados em reações químicas.

10. Uma reação química é a formação de novas substâncias a partir dos mesmos átomos que formaram as substâncias originais.

Já sabemos que muitas substâncias são feitas de moléculas, e as moléculas são feitas de átomos. Informações sobre átomos e moléculas são combinadas em uma doutrina atômico-molecular. Você sabe que as principais disposições desta doutrina foram desenvolvidas pelo grande cientista russo M. V. Lomonosov. Mais de duzentos anos se passaram desde então, e a teoria dos átomos e moléculas foi desenvolvida. Por exemplo, sabe-se agora que nem todas as substâncias são compostas de moléculas. A maioria dos sólidos que encontramos na química inorgânica são não moleculares.

No entanto, os pesos moleculares relativos são calculados tanto para substâncias com estrutura molecular quanto para substâncias com estrutura não molecular. Para este último, os conceitos de "molécula" e "peso molecular relativo" são usados ​​condicionalmente.

As principais disposições da teoria atômico-molecular podem ser formuladas da seguinte forma:

1. Existem substâncias com estrutura molecular e não molecular.

2. Existem lacunas entre as moléculas, cujas dimensões dependem do estado de agregação da substância e da temperatura. As maiores distâncias existem entre as moléculas de gás. Isso explica sua fácil compressibilidade. É mais difícil comprimir líquidos onde os espaços entre as moléculas são muito menores. Nos sólidos, as lacunas entre as moléculas são ainda menores, de modo que dificilmente se comprimem.

3. As moléculas estão em movimento contínuo. A velocidade molecular depende da temperatura. À medida que a temperatura aumenta, a velocidade das moléculas aumenta.

4. Entre as moléculas existem forças de atração e repulsão mútuas. Na maior medida, essas forças são expressas em sólidos, no mínimo - em gases.

5. As moléculas são feitas de átomos que, como as moléculas, estão em movimento contínuo.

6. Átomos de um tipo diferem de átomos de outro tipo em massa e propriedades.

7. Nos fenômenos físicos, as moléculas são preservadas, nos fenômenos químicos, via de regra, elas são destruídas.

8. Para substâncias com estrutura molecular no estado sólido, existem moléculas nos nós das redes cristalinas. As ligações entre as moléculas localizadas nos nós da rede cristalina, fracas quando aquecidas, são quebradas. Portanto, substâncias com estrutura molecular, como regra, têm baixos pontos de fusão.

9. Substâncias com estrutura não molecular têm átomos ou outras partículas nos nós das redes cristalinas. Existem fortes ligações químicas entre essas partículas, que exigem muita energia para quebrar.

Exercício

1. Selecione um slide com uma das disposições dos Ensinamentos Atômicos e Moleculares. Pegue ilustrações e exemplos da vida que comprovam essa posição.

Prazos: 25.01-30.01.16
2. Avalie o próximo slide após o seu de acordo com os seguintes critérios:

1. A presença de uma ilustração correspondente a esta disposição. 0-1b

2. Os fatos selecionados comprovam essa posição. 0-1b

3. O material é apresentado em linguagem acessível. 0-1b

4. Design estético (ilustração de boa qualidade, texto legível). 0-1b