Какие модели сложного строения атома вы знаете в чем достоинства и недостатки

Chemistry48.Ru

Сайт учителя химии и биологии МБОУ СОШ №2 с.Казаки Елецкого р-на Липецкой обл. Радиной М.В.

Модели строения атома

Первые указания о сложном строении атома были получены при изучении процессов прохождения электрического тока через жидкости. Опыты выдающегося английского ученого М.Фарадея в тридцатых годах XIX в. навели на мысль о том, что электричество существует в виде отдельных единичных зарядов.

Модель Резерфорда. Суть планетарной модели строения атома (Э.Резерфорд, 1911 г.) можно свести к следующим утверждениям:

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.

3. Вокруг ядра вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.

Эта модель оказалась очень наглядной и полезной для объяснения многих экспериментальных данных, но она сразу обнаружила и свои недостатки. В частности, электрон, двигаясь вокруг ядра с ускорением (на него действует центростремительная сила), должен был бы, согласно электромагнитной теории, непрерывно излучать энергию. Это привело бы к тому, что электрон должен был бы двигаться вокруг ядра по спирали и в конце концов упасть на него. Никаких доказательств того, что атомы непрерывно исчезают, не было, отсюда следовало, что модель Резерфорда в чем-то ошибочна.

1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по произвольным, а только по строго определенным (стационарным) круговым орбитам.

Радиус орбиты r и скорость электрона v связаны квантовым соотношением Бора:

2. При движении по стационарным орбитам электрон не излучает и не поглощает энергии.

Бор, используя данное уравнение, рассчитал частоты линий спектра атома водорода, которые очень хорошо согласовывались с экспериментальными значениями, но было обнаружено также и то, что для других атомов эта теория не давала удовлетворительных результатов.

Квантовая модель строения атома. В последующие годы некоторые положения теории Бора были переосмыслены и дополнены. Наиболее существенным нововведением явилось понятие об электронном облаке, которое пришло на смену понятию об электроне только как частице. Теорию Бора сменила квантовая теория, которая учитывает волновые свойства электрона и других элементарных частиц, образующих атом.

Свойства элементарных частиц, образующих атом

Источник

Модель атома Резерфорда. Достоинства и недостатки

Резерфорд предложил Планетарную модель атома:

В центре атома находится маленькое плотное положительное Ядро, а вокруг его вращаются отрицательные электроны. Размер атома определяется диаметром орбиты вращения электронов вокруг ядра. В целом атом электронейтрален. Данная модель хорошо согласовалась со всеми известными явлениями, включая и опыты по рассеянию a-частиц.

Строение 3-х первых атомов таблицы Менделеева по Резерфорду:

Не 2 протона, 2 нейтрона, 2 электрона;

Достоинства модели Резерфорда:

Хорошо описывает геометрическое строение атома.

Недостатки модели Резерфорда:

Не объясняет энергетическую устойчивость атома. Электрон вращается вокруг ядра, следовательно, имеет центростремительное ускорение, следовательно, излучает энергию, радиус вращения уменьшается и электрон должен упасть на ядро. А это не происходит.

Источник

Сравнительная характеристика моделей атомов Томсона, Резерфорда и Бора

Сравнительная характеристика моделей атомов

Томсона, Резерфорда и Бора

Введение

В работе Сравнительная характеристика моделей атома Томсона, Резерфорда и Бора пять частей.

В первой части план сравнительной характеристики следующий. В главной таблице части есть таблица, в которой дана краткая характеристика моделей по следующим пунктам:

— Год появления модели атома в рамках физических законов.

— Ученый, открывший модель

— Общий вид модели и ее краткое описание

— Важное открытие модели.

Во второй части представлена таблица, в которой есть общие элементы всех трех моделей атома.

— важные элементы моделей атома

В третьей части представлена таблица, в которой есть различные элементы всех трех моделей атома.

— характеристика с точки зрения химических элементов

— Расхождение с данными, полученными экспериментальным путем

— Движение по круговым орбитам

Разбирая литературу по моделям, можно выявить некоторые недостатки и достоинства. В четвертой части есть таблицы 3, 4 и 5, где представлены все эти качества и дана краткая характеристика по моделям.

Подводя итог работы, стоит отметить, что все эти модели атомов сопровождались различного рода легендами, домыслами, высказываниями, про что будет рассказано в пятой части.

В заключении приведены краткие выводы по моделям, а после окончания работы приведены ссылки на сайты, где бралась информация.

1 часть. Описание моделей.

В первой части план сравнительной характеристики следующий. Общий обзор по моделям. В таблице дана краткая характеристика моделей по следующим пунктам:

— Год появления модели атома в рамках физических законов.

— Ученый, открывший модель

— Общий вид модели и ее краткое описание

— Важное открытие модели.

После таблицы каждая модель атома имеет свою главную характеристику, благодаря которой она вошла в историю и описание новых разделов физики, которые сейчас популярны в нашем мире.

Таблица 1. Ураткая характеристика моделей

Ученый, открывший модель

Атом – положительно заряженная сфера с вкрапленными в нее электронами.

Маленькое очень массивное положительно заряженное ядро, от которого как раз и отскакивали альфа-частица в описанных опытах, расположено в центре атома Резерфорда. Вокруг ядра вращаются легкие отрицательно заряженные электроны.

Теория атома Н. Бора позволяла дать точное описание атома водорода, состоящего из одного протона и одного электрона трудностями. Чем подробнее теоретики пытались описать движение электронов в атоме, определить их орбиты, тем большим было расхождение теоретических результатов с экспериментальными данными.

Электрон, вращаясь вокруг ядра, должен излучать электромагнитные волны и терять вследствие этого энергию. При этом скорость его должна была бы замедлиться, и он должен был бы упасть на ядро. Однако опыт свидетельствует, что практически все атомы в природе устойчивы.

Базировалась на планетарной модели Э. Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теории строения атома

Важное открытие модели

Несмотря на свое несовершенство томсоновская модель позволяла объяснить явления испускания, поглощения и рассеяния света атомами, а также установить число электронов в атомах легких элементов.

Большую часть пространства внутри атома заполняет пустота. В целом модель очень похожа на нашу Солнечную систему.

Постулаты Бора объясняют устойчивость атомов: находящиеся в стационарных состояниях электроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии.

Итак, впервые попытался атом создать Дж.Дж.Томсон в 1903 году, когда были накоплены экспериментальные данные и знания, которые помогли бы открыть такое явление, как атом. Его модель была проста, положительно заряженный шар, очень маленького радиуса, внутри которого находятся электроны. Томсон сразу определил, что атом нейтрален, так как отрицательный заряд всех электронов по модулю совпадает с положительным зарядом ядра. Через много лет будет доказано, что его теория неверна, так как нет распределенного внутри атома положительного заряда, но слава о нем распространилась на века.

Опровергнул теорию Томсона Резерфорд, хотя и существовал его атом недолгое время. По данной теории электрон при своем вращении вокруг ядра излучает электромагнитные волны и затем теряет энергию. При этом по законам физики скорость должна уменьшится, и атом должен упасть на ядро. Однако это не происходит, поэтому стало понятным, что все атомы устойчивы. Однако никто не смог объяснить, почему это так. Из данной ситуации нашел выход Нильс Бор. Он считал, что основным недостатком модели Резерфорда2 было то, что Резерфорд считал, что атом должен излучать электромагнитные волны, а этого не происходит. Никто из ученых не смог объяснить данное явление, в том числе и Бор. Однако, будучи человеком практичным, он просто повторил, что если нет излучения, значит, так и должно быть. На свет появилась новая теория – теория постулатов, а затем и новая физика – квантовая, которая противоречила классической не только по законам, но и поведением отдельных частиц.

На основании этого можно сказать, что очередность появления моделей следующая3( Рисунок).

Поэтому первая важная характеристика трех моделей: Модель Томсона была построена в рамках классической физики, Резерфорда в рамках ядерной физики, а теория Бора в рамках квантовой физики.

2 часть. Общие особенности моделей

Во второй части представлена таблица, в которой есть общие элементы всех трех моделей атома.

— важные элементы моделей атома

Как ни странно, но все три ученых сошлись в одном мнении, хотя и рассматривали свои модели атома в разные времена, что все описанные характеристики одинаковы и ни у кого нет сомнения в их неправильном предположении. Кроме этого, по своей структуре все модели одинаковые, хотя и есть различия, но по общим чертам они не существенные.

Таблица 2. Общие элементы данных моделей

Важные частицы моделей

Электроны и положительное ядро.

По мнению всех ученых, важную роль играют электроны, которые должны быть в паре с положительным ядром.

Все ученые сошлись на том, что электроны устойчивы, поэтому они движутся. Из этого следует, что они излучают электромагнитную энергию. В противном случае, электроны потеряли бы всю свою энергию и улетели бы из атома.

Все ученые сошлись на том, что в целом атом нейтрален4.

суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заря­ду шара

Так как атомы нейтральны, то заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т. е. вокруг ядра должно вращаться Z электронов.

К сожалению, Томсон данное явление не смог получить, так как в его модели атомы не излучают энергию.

Потому что энергию атом излучает квантами (фотонами), что в предположении Бора и Резерфорда должно было отвечать
переходу электрона в атоме с одного квантового уровня на другой.

Все три ученых: Томсон, Резерфорд, Бор склонялись к тому, что ядро должно иметь обязательно положительную и отрицательную часть. Это не противоречит ни одному мнению классической физики: раз есть плюс, значит, есть и минус. Так как электрон был уже открыт во времена Томсона, но не до конца изучен, то Томсон правильно предположил, что электрон отрицательный, значит, ядро будет положительным. Его догадку использовал и Резерфорд, доказав свою планетарную модель строения атом, однако уже в тот момент не хватало еще одной частицы, а именно, нейтрона, поэтому этот ученый согласился с мнением Томсона о том, что ядро положительное. Нильс Бор согласился с таким предположением сразу, так как вся его теория строилась только на этом.

Из того, что ядро положительное, а электроны отрицательные следовало, что в целом атом нейтрален. Данное явление ни у кого из трех ученых не вызвало сомнения, отсюда и строилась вся теория атом. Однако по таблице 2 видно, что Томсон и Резерфорд по-разному понимали, что такое нейтральность атома, значит, идет небольшое различие в понимании строения атома.

Кроме того, одинаковой характеристикой было то, что все три ученых понимали, что должна излучаться энергия, но объясняли все три это по разному.

Таким образом, можно сказать, что одинаковыми в модели были следующие элементы( Рисунок).

Все три характеристики относятся к трем моделям одниково.

Часть 3. Различные элементы моделей.

В третьей части представлена таблица, в которой есть различные элементы всех трех моделей атома.

— характеристика с точки зрения химических элементов

— Расхождение с данными, полученными экспериментальным путем

— Движение по круговым орбитам

По своей структуре все модели одинаковые, хотя и есть различия, но по общим чертам они не существенные.

Таблица 2. Общие элементы данных моделей

С точки зрения химических элементов

Открытие электрона, как отрицательного элемента

Все известные химические элементы

Точное описание атома водорода, состоящего из одного протона и одного электрона трудностями.

Расхождение с данными, полученными экспериментальным путем

Модель Томсона предположила, но ничего не было подтверждено экспериментальным путем.

Все данные, которые получал Резерфорд были одинаковыми с таблицей Д.И.Менделеева

При описании движение электронов и определения их орбиты поучали днанные, которые противоречили экспериментальным данным Резерфорда

К сожалению, Томсон данное явление не смог получить, так как в его модели атомы не излучают энергию

Планетарная модель атома не могла объяснить устойчивость атома.

Постулаты Бора6 объясняют почему устойчивы атомы. Так как они находятся в стационарных состояниях и не излучают электромагнитную энергию.

В свое время Томсону не хватило знаний и умений, чтобы получить такое явление, как спектр, так как он действовал только по законам классической физики

Невозможность объяснить характер спектр, так как происходило противоречие законам классической физики

Бор объяснил излучение, тем самым сформулировав новые законы, которые он назвал Постулатами.

Модель считалась слишком наивной для большого круга людей, которые использовали в своей работе труды Томсона, поэтому многие из них старались найти более интересную и лучшую модель.

Самая важная и общепринятая модель, с самого начала у нее было много отрицательных отзывов, но пока никто не нашел более правильную и более интересную модель.

Модель была проста, но только для водорода, остальные элементы были очень сложны для данной модели атома

Движение электронов по круговым орбитам

Такого понятия Томсон не использовал, потому что считал, что все электроны просто равномерно распределены в атоме

По мнению Резерфорда, электрон движется по круговым орбитам, испускает электромагнитные волны и теряет энергию.

По мнению Бора, электрон движется по круговым орбитам, испускает электромагнитные волны, но не теряет энергию.

Итак, различные подходы к описанию моделей атома, позволяют увидеть, что только модель атома Резерфорда позволила рассмотреть все химические элементы. Остальные модели описывали только самый простой химический элемент – это водород. Больше ни один из них не был правильно и верно рассмотрен. В этом случае происходило расхождение с данными, полученными экспериментальным путем.

Второе отличие – это устойчивость атома. Только Бор смог объяснить стабильность атома. По его мнению, все атомы находятся в стационарных состояниях и не излучают электромагнитную энергию. В этом случае характер спектра Бор объяснил появлением новых законов, а впоследствии и новыми постулатами, которые ни Томсон, ни Резерфорд не смогли объяснить.

Третье важное отличие – простота. Модель Томсона была слишком наивной, поэтому ученые искали более интересную и лучшую модель. Резерфорд нашел и до сегодняшнего дня считается, что его модель – это важная и общепринятая модель, и хотя с самого начала у нее было много отрицательных отзывов, но пока никто не нашел более правильную и более интересную модель. Модель Бора была также проста, но только для водорода, остальные элементы были очень сложны для данной модели атома.

Таким образом, модель атома Резерфорда – планетарная модель, как ее еще называют, пока лучшая из всех трех представленных моделей атома. У Бора более интересный атом, но он не подходит для других химических элементов. Среди всех выделяется модель Томсона, это начало новой эры для всех физиков – эры ядерной и квантовой физики. Все, что сегодня происходит в мире: роботы, телефония, гаджеты и прочее были изобретены га основании тех знаний, которые нам дал сначала Томсон, затем Резерфорд, а потом Бор.

Часть 4. Достоинства и недостатки моделей

Разбирая литературу по моделям, можно выявить некоторые недостатки и достоинства. В таблице 3, 4 и 5 представлены все эти качества и дана краткая характеристика по моделям.

Таблица 3. Недостатки и достоинства модели атома Томсона

Недостатки модели атома

Достоинства модели атома

Большой недостаток модели, а, следовательно, и ее главная ошибка состоит в том, что Томсон считал, что весь положительный заряд был внутри атома

Простота модели, даже ее наивность позволила открыть вход в новую эру физику – эру квантов и фотонов.

Дискретный характер излучения и устойчивость атома никак не объяснялась данной моделью.

По этой модели нельзя понять, каковы размеры атомов

Противоречила моделям Резерфорда и Бора

Модель Томсона обнаруживала сходство с законами Менделеева, но объяснить все химические элементы она не могла

Итак, данная модель имела больше недостатков, чем достоинств, но она открыла новую эру в физике – век ядерной и квантовой физики.

В таблице 4 представлены недостатки и достоинства модели атома Резерфорда. На сегодняшний день это пока единственная общепринятая модель строения атома.

Таблица 4. Недостатки и достоинства модели атома Резерфорда7

Недостатки модели атома

Достоинства модели атома

Не был объяснен такой факт, как энергетическая устойчивость атома

Геометрическое строение атома описывалось данной моделью

Невозможно было объяснить наблюдаемые оптические спектры атомов.

Была не совместима с законами классической физики

Энергия перехода с одной орбиты на другую сопровождается тем, что энергия не излучается

Это приводит к тому8, что началась новая эра – эра ядерной физики. Все это ведет к тому, что открываются новые химические элементы, новые лекарства, новые изобретения, которые упрощают жизнь человека. Резерфорд первый доказал, что законы классической физики неверны к явлениям атомных масштабов.

В таблице 5 представлены все недостатки и достоинства модели Бора, которые встретились на просторах Интернета. Однако не стоит умалчивать тот факт, что вся эта теория нам сейчас помогает в жизни.

Таблица 5. Недостатки и достоинства модели атома Бора

Недостатки модели атома

Достоинства модели атома

Модель Бора не отвечает на главный вопрос: Что излучает энергию, когда электрон переходит с одной орбиты на другую

Помогла объяснить дискретность всех энергетических состояний водородоподобных атомов

Не смогла объяснить интенсивность спектральных линий в спектре.

Модель атома Бора – квантовая модель атома, которая существовала в начале 20 века

Справедлива только для водородоподобных атомов

Предположение Бора о том, что существуют стационарные состояния и скачкообразные переходы, были применены в будущем для других микросистем

Нашел границу таблицы Менделеева, доказав, что последний элемент 137, а начиная с 138 скорость движени будет равна больше скорости света.

Таким образом9, Сам Бор предполагал, что его модель атома проживет не более 10 лет, и очень быстро физики найдут более удачную модель атома. Но прошло более 100 лет, а до сих пор никто из ученых не смог предложить лучшую модель, лучше, чем у Томсона, Резерфорда и Бора.

Часть 5. Интересные факты о моделях.

Все эти модели атомов сопровождались различного рода легендами, домыслами, высказываниями, про что будет рассказано в данной части.

Первая модель, как было отмечено в предыдущих частях, был положительный атом, внутри которого находились электроны. Все британцы сравнивали ее с десертом, пудингом с изюмом, отсюда пошло название и интересный факт о модели Томсона. Впрочем, сам ученый ее так не называл и не сравнивал, но слава об этом дошла до наших дней. Кроме этого, ранняя гипотеза о «туманном атоме» или пудинге представляла собой туманный атом, который состоит из нематериальных вихрей. Часть из них из микроскопических отрицательно заряженных корпускул, а другая часть была положительной, туманной, да еще и плохо определенной. Так что первая модель сопровождалась кучей различных легенд, которые живы и в настоящее время. Когда физики говорят об булочке с изюмом, невольно вспоминается модель Томсона.

Очень интересный факт о другой описываемой модели атома Резерфорда. Здесь ученый описывает атом, состоящего из положительно заряженного ядра, вокруг которой вращаются электроны. На совете ученых, выступая с такой моделью, ученые обратили внимание, что атом похож на Солнечную систему, отсюда и пошло название «планетарная». В центре Солнце или ядро, как его назвал Резерфорд, а вокруг движутся электроны или планеты, как дружно подхватили ученые. Был или не был в действительности такой факт, но до сих пор многие школьники только и понимают название «планетарная модель» строения атома. Эта модель пришла на смену «модели сливового пудинга» Джозефа Джона Томсона.

Если рассмотреть модель Бора, то сто лет назад Бор смешал классическую физику с каким-то новым непонятным фотоном и получил… А получил квантовую физику, описывающую основополагающую реальность Вселенной. Только этот ученый уловил идею отказа здравого смысла в пользу сумасшедшей теории квантов и фотонов. Он видел более глубоко, чем его современники, и считал, что квантовая физика – это ключ к разгадкам природы скрытых идей. Когда физики того времени были в отчаянии, Бор знал, что надо принимать то, что несовместимо и непонятно.

В течение многих десятилетий Бор был проводником для других физиков в мир квантовой теории, поэтому р развитии современной квантовой физики наблюдается «глубоко творческий, тонкий и критически дух Нильса Бора». Этого ученого называли «отцом атома», а он гордился своим потомством и как любой родитель видел в своем творении недостатки. Он с самого начала знал, что его модель атома была слишком простой, чтобы охватить все сложности.

Заключение

В работе Сравнительная характеристика моделей атома Томсона, Резерфорда и Бора были описаны данные в пяти частях.

В первой части была описана краткая характеристика моделей. Во второй части разобраны общие элементы всех трех моделей атома. В третьей части рассмотрены различные элементы всех трех моделей атома. В четвертой части были выявлены. В пятой части рассмотрели интересные факты об модели атома Томсона, Резерфорда и Бора.

Источник

История атома: теории и модели

Сегодня я привожу мою адаптацию, перевод и дополнение статьи «The History of the Atom – Theories and Models» ( http://www.compoundchem.com/2016/10/13/atomicmodels/ ) от Compaund Interest, а также небольшую представляю инфографику по статье!

Вся материя состоит из атомов. Это то, что мы теперь представляем, как само собой разумеющееся, и одна из первых вещей, которую вы узнаете сразу в начале своего обучения химии. Несмотря на это, наши представления о том, что же такое атом появилось совсем недавно: всего за сто лет назад, причем ученые до сих пор спорят, как именно атом выглядит.

Древнегреческие философы предположили, что атомы отличаются своей формой в зависимости от типа. Например, атомы железа представлялись виде крючков, которые цеплялись друг за друга, что объясняло почему железо было твердым при комнатной температуре, а атомы воды были гладкими и скользкими, поэтому вода была жидкой при комнатной температуре. И хоть теперь мы знаем, что это не так, их идеи были заложены в основу будущих атомных моделей.

Новое представление об атоме появилось лишь в 1803 году, когда английский химик Джон Дальтон начал развивать научное определение атома. Он основывался на идеи древних греков в описании атомов как маленьких, твердых, неделимых сфер, как и у греческих философов, у Дальтона атомы одного элемента идентичны друг другу. Последний пункт по-прежнему является в значительной степени верным, исключением являются изотопы различных элементов, которые отличаются по числу нейтронов. Однако, так как нейтрон не был обнаружен до 1932 года, мы, вероятно, можем простить Дальтону эту ошибку. Дальтон также придумал теорию о том, как атомы объединяются, образуя соединения, а также представил первый набор химических символов для известных элементов.

Первый прорыв произошел в конце 1800-х годов, когда английский физик Джозеф Джон Томсон обнаружил, что атом не был столь же неделимым, как заявлялось ранее. Он проводил эксперименты с использованием катодных лучей (электронных пучков), произведенных в разрядной трубке, и обнаружил, что лучи притягиваются положительно заряженными металлическими пластинами, но отталкивается отрицательно заряженными. Из этого он сделал вывод, что лучи должны быть заряжены отрицательно.

Изучая частицы в лучах, он смог сделать вывод о том, что они были в две тысячи раз легче, чем водород, а также путем изменения металла катода, он продемонстрировал, что эти частицы присутствовали во многих типах атомов. Таким образом он открыл электрон (хотя он называл его как «корпускул»), и показал, что атомы не являются неделимыми. За это открытие он получил Нобелевскую премию в 1906 году.

В 1904 году он выдвинул свою модель атома на основе своих выводов, названную «пудинговой моделью атома». Данная модель представляла атом как положительно заряженную сферу, с электронами, усеянными в сфере, как сливы в пудинге. Модель Томсона была вскоре опровергнута его учеником.

Эрнест Резерфорд являлся физиком из Новой Зеландии, обучался в Кембриджском университете у Томсона. Работая в Университете Манчестера, он представил новое представление о модели атома. Его работа была опубликована уже после того, как он получил Нобелевскую премию в 1908 году за исследования в химии радиоактивных веществ.

Открытие Резерфордом ядра означало необходимость переосмысления атомной модели. Он предложил модель, в которой электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Однако, он не объяснил, что держит электроны, вращающиеся вокруг ядра вместо того, чтобы просто упасть на ядро.

Новая модель была представлена Нильсом Бором. Бор был датским физик, который приступил к решению проблем, связанных с моделью Резерфорда. Так как, классическая физика не могла правильно объяснить, что происходит на атомном уровне, он обратился к квантовой теории для объяснения расположение электронов. Его модель постулировала существование энергетических уровней или электронных оболочек. Электроны могут находится только на этих энергетических уровнях; Другими словами, их энергия квантуется, и не может принять только какое-либо значение между квантованными уровнями. Электроны могут перемещаться между этими энергетическими уровнями (именуемыми Бором как «стационарные состояния»), но при условии поглощения или испускания энергии.

Модель Бора не решает всех проблем атомной модели. Она хорошо подходит для атомов водорода, но не может объяснить наблюдения за более тяжелыми элементами. Это также нарушает принцип неопределенности Гейзенберга, один из краеугольных камней квантовой механики, в которой говорится, что мы не можем знать точное местоположение и импульс электрона одновременно. Тем не менее, модель атома Бора наиболее широко распространена и известна, что связано с удобством объяснения химической связи и реакционной способности некоторых групп элементов на начальном этапе обучения.

Во всяком случае, модель все еще требует переработки. На данный момент, многие ученые проводили исследования и пытаясь разработать квантовую модель атома. Главным среди них являлся австрийский физик Эрвин Шредингер, которого вы, вероятно, знаете благодаря «Коту Шредингера». В 1926 Шредингер предположил, что, электроны и другие элементарные частицы ведут себя подобно волнам на поверхности океана. С течением времени пик волны (соответствующий месту, в котором скорее всего будет находиться электрон) смещается в пространстве в соответствии с описывающим эту волну уравнением. То есть то, что мы традиционно считали частицей, в квантовом мире ведёт себя во многом подобно волне.

Шредингер решил ряд математических уравнений для описания модели распределения электрона в атоме. Его модель демонстрирует ядро, окруженное облаками электронной плотности. Эти облака являются облаками вероятности; хотя мы не знаем точно где электроны в тот или иной момент времени, но мы знаем в каких заданных областях пространства они вероятно могут находится. Эти участки пространства называются электронными орбитами. Становится понятно, почему в средней школе уроки химии зачастую не приводят эту модель, хотя это модель считается наиболее точной!

Лига образования

1.9K постов 16.6K подписчиков

Правила сообщества

Публиковать могут пользователи с любым рейтингом. Однако мы хотим, чтобы соблюдались следующие условия:

-уважение к читателю и открытость

-публикация недостоверной информации

-конструктивные дискуссии на тему постов

-личные оскорбления и провокации

-неподкрепленные фактами утверждения

Замечание по оформлению: заголовки в виде цитат не смотрятся.

Спасибо большое! Очень познавательно :3

Химиллиун

Сегодня мы с моими учениками изучали науку Хэллоуина. Для этого нам пришлось призвать газового призрака:

А также дух тыквенный головы:

Ну и куда же без жутких и загадочных огней?

А вы празднуете Halloween 🎃 👻 👽?

Плюсы и минусы работы учителем в США

Всем привет! Хочу поделиться с вами своим небольшим, но все же опытом.

Пара моментов, так как в США нет централизованного министерства образования, а каждый штат сам выбирает школьные стандарты, длину учебного года, время каникул, я буду говорить только о том, что происходит Мэриленде. Также я не буду затрагивать другие предметы, кроме науки: биология, химия, физика, экология, наука о Земле (геология + метеорология).

Я оптимист по натуре поэтому начну с плюсов. Учебный год у нас 190 рабочих дней, с перерывом на Thanksgiving break (в этом году 24 ноября по 28 ноября), зимние каникулы (20 декабря по 2 января) и весенний отрыв (с 14апреля по 18 апреля). Учебный год должен закончиться 16 июня, если не будет «снежных» дней. Субтропики. здесь снег это трагедия.

Также мой супервайзер каждый год заключает контакты на обновление измерительных инструментов- в этом году нас порадовала компания Vernier:

Итак, из плюсов пока набралось- снабжение, работа супервайзера (выше директора школы, в моем дистрикте этот человек принимает решение об увольнении и наеме учителей Науки), и свобода. Свобода даже в оформлении классной комнаты:

И у нас проходят очень классные курсы повышения квалификации- в этом году мы исследовали биосферу Assawoman Bay

С самым большим минусом я столкнулась в том году. 6 недель декрета! Это ещё супер-супер. Очень тяжело выходить на работу с таким маленьким ребёнком.

Из-за свободы преподавания, дети в одной школе могут получать несколько разный уровень предмета. А если ребёнок меняет учителя, он может просто пропустить (читай не изучить) какой-то большой блок.

Что же на сегодня я остановлюсь здесь. Если тема окажется интересной, то продолжу в следующий раз. На последок, обожаю когда мои «ученые» увлечены процессом:

Извиняюсь за грамматику, стараюсь писать правильно, но получается как-то так 😬

Химические мемы часть №8

Ну вот как-то получается так!:)

Бензол реагирует с хлором по разному. Если на свету, то рушится кольцо и идет реакция присоединения, если же в присутствии катализатора (напр.: AlCl3) идет реакция замещения.

Озон более сильный окислитель, чем молекулярный кислород (оба они состоят из атомарного кислорода).

Шутка в том, что железо более широко применяется из-за большого количества сплавов с разными свойствами и простоты обработки. А остальные металлы с более качественными характеристиками завидуют!:)

Металлические свойства франция сильнее, чем у лития, т.к. у него больше радиус.

А вот Вы знали, что раньше натрий называли содиум? Вот и калий изначально имель другое название. Какое спросите Вы? Поташ!

Химические мемы!

Больше недели прошло, а значит мемасы химические подкопились, выкатываю еще порцайку. )

Сложности при обучении

Что-то я не уверен, что читатели реально просят пост, я пишу в первую очередь тут ради себя, просто чтобы рассказать что-то, поделиться умными и не очень умными мыслями с кем-то.

Хочу рассказать о том, что мне давно не дает покоя. У примерно половины неуспевающих в школе учеников, которые мне попадаются, возникают одни и те же проблемы. У них безумно плохо развито абстрактное мышление. Первое о чём мне хочется узнать у таких учеников, это их успеваемость по математике. Очень часто на первом занятии я даю им простую задачу на логику, чтобы оценить их способности в этом направлении, ибо школьные оценки мало показывают реальные навыки.

Покажу на простом примере что именно меня беспокоит. Возьмем две простейшие задачи.

Эти задачи изоморфны, т.е. отличаются в них только названия объектов, названия величин, и значения. Но структура задачи и формулы, связывающие величины идентичны. В том смысле, что это не просто похожие задачи, а буквально структурно одинаковые, с различиями лишь в данных цифрах. Если данные задачи обозначить буквенными обозначениями, получатся одинаковые задачи.

Если бы вместо массы мяча по футболу, я написал «мяч по футболу на 406,5 грамм тяжелее мяча для тенниса», то задачи перестали быть изоморфными, хотя остались бы похожими.

Чтобы замечать подобное не нужны годы тренировок и какие-то сверхспособности, структуры задач простые и подобное могут заметить даже младшеклассники. А даже если и не замечают, то нам кажется очевидным, что человек, легко решающий первую задачу, легко решит и вторую задачу, ведь они отличаются только цифрами.

Подобное должно работать точно так же и в задачах по химии или физике, а вот тут возникают сложности. Существует очень много учеников, которые имея за плечами понимание и знание всех основных формул и зависимостей величин из химии, не могут решить задачу по химии, при этом влегкую решают изоморфную задачу учебника математики.

Например, типичная задача из ОГЭ по химии

Если ученик напишет реакцию и посчитает молярные массы веществ (это обычно делается в первую очередь), то задача станет изоморфной этой задаче

Лично я замечаю, что чем легче школьнику дается математика в школе, тем быстрее он может абстрактно взглянуть на задачу.

Я распишу аналогичные моменты, из этих задач чтобы было лучше видно, что они изоморфны. Красным выделил то, что в условии не написано прямо. Молярные массы считаются из таблицы Менделеева, а написание реакции, это единственная химическая вещь в задаче, при решении задач реакцию пишут в первую очередь.

Если вы можете решить задачу про пирожки, то и химическая задачка вам должна быть под силу, ведь решения там должны получиться совпадающими. Если в своем решении вы делите заработок от продажи пирожков на цену пирожков, то в химической задаче на этом же месте вам пришлось делить массу осадка на молярную массу хлорида серебра. Если в вашем решении есть строчка, где вы умножаете массу теста на цену теста, то в решении химической задачи, соответственно, вы умножаете количество нитрата серебра на его молярную массу.

Ни в коем случае не нужно воспринимать подобное как способ решения, никто в здравом уме не будет деконструировать задачу до самого конца, я порой использую изоморфные задачи, чтобы понять в чём именно проблема у ученика, проблема с логической сложностью, он не до конца смог воспринять химические понятия, или просто между химией и логикой у него стена.

Кстати, что-то подобное наблюдается и в тех случаях, когда необходимо воспользоваться навыками из другого предмета. У многих школьников будто стоит какой-то блок на навыки из других предметов, как только они уходят с физики, и идут заниматься какой-нибудь биологией, они будто отключают воспоминания отвечающие за физику. Межпредметных связей в школьной программе катастрофически не хватает. Школьникам одинаково тяжело найти параллели как между литературой и историей, так и между химией и физикой. Мне кажется, что проектная деятельность может помочь такие связи наладить, т.к. для многих проектов необходимо привлекать навыки из многих предметных областей. И еще, наверное, были бы полезны дни, где разделения на предметы нет, где доклад одного предмета может плавно перетекать в другой, или где в обсуждении проблемы используют взгляды от разных предметов. Но на такие смелые реформы могут пойти только где-нибудь в Финляндии, но точно не у нас. У нас даже еще не смогли отойти довольно сомнительного формата уроков литературы, придуманного в СССР, где учитель объясняет ученикам смысл произведений.

Стал ли ЕГЭ по химии сложнее?

В этом году, как и в прошлом, сразу после экзамена по химии выпускники стали жаловаться на усложнение экзамена по химии, в сравнении с прошлым годом и пробниками. Особенно их расстроило именно усложнение по отношению к пробникам.

В этом посте я попробую разобраться, были ли задания в 2021 году действительно сложнее заявленных и попробую рассказать свой взгляд на данную «проблему». Сам я готовлю школьников и студентов к экзаменам и олимпиадам уже больше пяти лет, и многие преподаватели согласны со мной в том откуда растут ноги у подобной истерии.

Для начала, давайте спросим себя, а что такое вообще сложность/трудность? Давайте представим себе простейшую контрольную по математике за шестой-седьмой класс с тремя заданиями.

Если я добавлю четвертое задание, на ту же тему что и первое, станет ли тест сложнее? Ну как бы да, ведь времени придется потратить больше. Но это не концептуальное усложнение.

Хорошо, а если я добавлю ко второму заданию лишнюю скобку, станет ли оно сложнее?

Никаких новых приемов или концепций тут не появилось. Просто теперь второе задание придется делать чуть дольше. Можно сказать, что я ровно так же просто увеличил объем заданий, а не их сложность.

Ну а если я вместо равенства возьму неравенство, станет ли контрольная сложнее?

Да, и вот тут у нас уже будет концептуальное усложнение, ведь неравенство требует другого понимания и с ними нужно работать иначе нежели с уравнениями. Это уже будет концептуальное усложнение. Некоторые для этого как раз используют слово «трудное», а для первого случая используют слово «сложное».

Это очень грубое деление, но оставим десятки сложных классификаций заданий для педагогов профессионалов, нам хватит и этих двух крайностей.

А что будет, если я вместо целых чисел возьму в квадратном уравнении дробные коэффициенты?

Вы наверное скажете, что это всё же не концептуальное усложнение, и мол теперь просто дольше считать дискриминант и дольше считать корни, при этом способ решения не поменяется, станут лишь больше расчеты. И вы были бы правы, если бы школьникам был доступен этот способ решения. Если мы представим, что учебных часов не хватило, и им рассказали лишь про теорему Виета. Вот кстати она

То становится очевидно, что в нашем первом варианте найти корни крайне легко (это 2 и 3), а вот в последнем варианте, подобрать корни таким способом уже становится нетривиальной задачей. При оценке сложности мы не должны забыть про навыки, которые дали школьникам на вооружение. Может быть учитель совсем дикий и вообще заставил заучить школьников таблицу с различными целыми коэффициентами и корнями (поверьте, подобная дичь на уроках химии в школах встречается).

Так что там с ЕГЭ по химии? В этом году ЕГЭ по химии в основном «удивило» школьников 34-ым заданием, об этом говорили и некоторые мои ученики, и мои коллеги жаловались в чате, и в комментах на ютубе под разборами можно найти подобные жалобы.

Для иллюстрации покажу лишь разницу между заданием из пробника и заданием с реального экзамена.

Вы заметили разницу? Её практически нет. Если в пробниках деление раствора было на две части, в настоящем ЕГЭ его стали делить на 3 части. Задание усложнилось лишь объемом, но никак не усложнилось концептуально. Почему же тогда так много проблем оно вызвало у школьников? Ответ, увы, дают они сами. Самый частый комментарий под разбором заданий был «блин, не видел такое при подготовке».

Как же так, задание на экзамене один в один, требуют тех же навыков и знаний, увеличили лишь его объем, но ученики в глаза не могут узнать свои же задания, которые они решали пачками при подготовке?

Вероятнее всего, мы тут видим ситуацию аналогичную той, которую мы придумали с квадратным уравнением. Школьникам дали навык, который помогает решать только задачи с двумя колбами, и не просили их решать эти задачи более общим способом, который бы подошел для задач любого объема.

С реакциями в 30-ом задании всё еще хуже, школьники как один писали «я не решил, так как эту реакцию не видел на уроках». Это лишь лишний раз подчеркивает, что ученики опираются на запоминание ключевых реакций, а не на понимание основных закономерностей. И в этом беда не учеников и даже не ЕГЭ, а банальной школьной программы по химии.

Во-первых, количество часов слишком мало. Химии в обычной школе всего 2 часа, в профильных школах их 4 часа (но это не делает погоду, так как сама программа ужасна). Во-вторых, в программе просто убого много всего, что тебе придется запоминать. Вместо упора на более глубокое понимание, программа делает шаги в ширину, а не в глубину.

Где-то год назад пикабушник сделал диаграммки, показывающие разницу в количестве органических реакций в нашем ЕГЭ, и Английском A-Level (профиль по химии в Великобритании).

И в комментариях правильно подметили, если вы возьмете учебник для A-level, вы увидите разбор механизмов реакций, это «глубокая» химия, можно сказать смотрят как реакции работают «под капотом». В нашей программе, предлагается изучить в несколько раз больше органических реакций, имея под руками от 2 до 4-x часов в неделю. Ученикам не остается выбора, их приходится запоминать, учитель же в ловушке, ему некогда рассказывать про механизмы и общие принципы, а имеем мы то что имеем.

Если хотите посмеяться или погрустить, почитайте гневные отзывы выпускников.

Они там даже очередную петицию пишут.

Так, а теперь самое главное, что нам скажет сухая статистика и средний балл (который мин.обр. может покручивать). Средний балл на ЕГЭ по химии почти не менялся, он как и был в 2019 примерно 55, так и в 2020 примерно 55, и в 2021 на том же месте стоит. Но поменялась дисперсия, учеников сдавших хуже и лучше в 2020 стало больше чем в 2019. В этом году результаты повторяют прошлый год. Экзамен стал лучше дифференцировать, что было ожидаемо.

Электролиз растворов электролитов | Химия

Сегодня мы разберемся с электролизом водных растворов, а также познакомимся с катодными и анодными процессами электролиза солей водных растворов.
Химия — это несложно!

Что такое быть PhD студентом в атомной энергетике

Почти два года назад я начал обучение в аспирантуре университета МакМастера в Канаде по направлению атомной энергетики. До этого момента ни единого рабочего дня в своей жизни я не провёл за работой отличной от атомной энергетики. То ли неуничтожимая внутренняя мотивация, то ли случайность, но так сложилось. Успел и подкритическую сборку перегружать вручную, и на Кольской атомной станции побакланить на практике, покататься к Калининской, Нововоронежской, Ростовской АЭС на разных этапах жизненного цикла в составе подряда, проанализировать исследовательский реактор в НИКИЭТе, ну и спроектировать некоторые технологические схемы для АЭС в Бангладеш. Опыт интересный, каждый раз новые и знания даются всё приятнее и легче.

За несколько месяцев ты узнаешь про десятки видов научного софта, разбираешься в системных кодах, моделировании, начинаешь любить линукс и консоль, учишься искать самую важную информацию на любом языке, а мир разных фреймворков, языков программирования и анализа больших объёмов данных затягивает тебя с головой. Если раньше ты мог только промычать несколько слов, то теперь чувствуешь постоянное напряжение в извилинах и смело дискутируешь на тему экологии и изменения климата, как ни странно. Приходит странное ощущение того, что весь атомный мир очень тесен, плотно знает друг друга, и кругом всплывают одни и те же фамилии. Ты по фамилии можешь вспомнить целый пласт, заложенный человеком и выдержки из его статей.

MOOSE как один из новомодных примеров глубокой интеграции разного софта. Поражает воображение.

Сейчас я занимаюсь тем, что анализирую безопасность на атомных блоках нового поколения (когда выпущу первые статьи, то поделюсь ими на понятном языке). Вы когда-нибудь прикасались к чему-то настолько новому, что ваши маленькие шажки могут существенно повлиять на дальнейшее развитие этого нового? Ощущение нахождения на переднем краю технической науки опьяняет, каждый человек, который встречается вам на пути является важным винтиком огромного локомотива, несущегося в космос, и, чёрт подери, с ними настолько интересно, что хочется, чтобы встречи, конференции и работа в этом направлении для вас не заканчивались никогда.

Ох уж этот экоактивизм. Разрушим окружающую среду в угоду себе и климату.

По факту ты обычный человек, который любит свою работу, пытается заниматься просвещением по мере сил, а также разбирается в физике, математике и анализе безопасности, просто область твоя настолько узка, что хочется за бокальчиком пива поговорить об этом, а не с кем. Одна женщина в поезде в сторону Москвы вообще мне рассказала, что из-за таких как я животные отращивают третьи ноги, пятые руки и бегают по Зоне Отчуждения, а людей зомбируют на то, чтобы они никому не говорили про миллионы погибших после ЧАЭС с помощью 25-го кадра. С тобой в разговорах всегда хотят приплести политику по двум причинам:

1) Ты русский атомщик, значит ты точно знаешь что-то про какие-то крутые ядерные вундервафли и оружие

2) Если всё так с атомкой хорошо в России, то почему ты учишься за рубежом?

Политика сидит в печёнках настолько серьёзно, что ты старательно обходишь даже нейтральные, но связанные с энергетикой темы стороной, как и разговор о своей специальности, чтобы не дай бог не спровоцировать человека на полуторачасовой разговор ни о чём.

Многим даже невдомёк что 95% всей информации (моя попытка просвещения для сохранения в закладки) по атомным станциям, технологиям, инженерии и расчётам находятся в открытом доступе, на открытом обсуждении на разных площадках, и изложены языком любой степени сложности, просто никто не удосужится прочитать ИНСАГ по Чернобылю, отчёт по Фукусиме, книги по проектированию и прошерстить википедию на предмет ответов на свои вопросы. С одной стороны ты устаёшь давать одинаковые ответы, с другой стороны понимаешь, что этот разговор может изменить отношение человека к делу твоей жизни на 180 градусов.

Опасный реактор на территории универа! Вы не представляете что случилось с этими людьми! Они только.

Спасибо что дочитали до конца. Желаю всем успехов в саморазвитии, карьере, любви, да во всех начинаниях в общем. Вы классные, кем бы вы ни были.

P.S. Ниже все ссылки из поста, просто если лень читать.

История развития атомистической теории. Древняя Греция

Любовь Новикова, репетитор по химии, рассказывает об истоках возникновения атомистической теории. Почему люди решили, что атом существует, и как они пытались это доказать?

Благодарим за предоставленное помещение БЦО «Современник».

Привет, меня зовут Любовь Новикова, это SciTeam, и сегодня я хочу поговорить с вами об истоках возникновения атомистической теории или другими словами: почему люди решили, что атом существует и как они пытались это доказать?

Сейчас мы уже наверняка знаем, что атом существует, мы можем его видеть в какие-нибудь крутые микроскопы, проведено куча опытов и экспериментов, которые доказывают, то что атом существует и в принципе система работает, если предположить, что он есть.

Но как изначально возникла идея, а атом это в первую очередь идея, что атом существует и для того, чтобы разобраться в этом вопросе нам нужно будет переместиться в 4-3 тысячелетие до н.э. в Египет.

В это время Египет является крупнейшим рабовладельческим государством в Северной Африке, в котором за счет как раз наличия дешевой рабочей силы – рабов, происходит активное развитие практической химии. Да так там хорошо все развивается, что Египет становится лидером в химической технологии того времени. Т.е. в период с 3 тысячелетия до н.э. до 3 века до н.э. люди научились: делать керамические горшочки и расписывать их, красить ткани и ткать, научились дублению кожи, они делали различные украшения из стекла и других камней, при этом они умели красить стекло и делать украшения разнообразными, они развивали фармацевтику с травками, по типу экстрагирования, выпаривания, вываривания, настаивания, выжимания, сбраживания, они возводили огромные пирамиды, развивали металлургию и многое другое.

Т.е. шел процесс огромного накопление знаний в практической химии, и что самое главное это все происходит под эгидой храмов, и жрецы тщательно записывают и сохраняют химические технологии и рецептуры. Параллельно с Египтом начинает развиваться не менее важное для развития атомистической теории, а даже ключевое для развития атомистической теории государство – Греция. Между Египтом и Грецией происходит культурный обмен, и предприимчивые греки активно перенимают все знания, которые были накоплены Египтом.

И видя наработки египетских ремесленников и как происходят все эти процессы греки начинают задаваться вопросов: а почему оно именно так происходит? И эта мысль, собственно, поменяла вектор развития химии. Если раньше в Египте люди больше делали ставку на практическую химии и задавались вопросом: как это сделать, то греки задали качественно другой вопрос, они перешли к теоретической химии и стали задаваться вопросом: почему оно так происходит.

Первый, кто серьезно поставил вопрос о природе вещества и решил в нем разобраться был древнегреческий философ Фалес, и произошло это в 5-6 веке до н.э. Он даже основал свою философскую милетскую школу, в которой, собственно и разбирался как устроена наша вселенная.

Мы можем предположить, как размышлял в то время Фалес:

Если одно вещество может перейти в другое, как голубоватый камен (азурит) переходит в красную медь, то какова же истинная природа вещества? Что представляет собой это вещество – камень или медь или ни то и ни другое? Любое ли вещество переходит в другое вещество (хотя бы постепенно), и если любое, то не являются ли все вещества разными вариантами одного и того же основного вещества? На последний вопрос Фалес отвечал утвердительно и оставалось только решить, что же является этим веществом. Для Фалеса этим веществам являлась вода.

Вода окружает сушу, насыщает воздух парами, пробивается через землю ручьями и реками, и самое главное – без воды невозможна сама жизнь. Фалес в принципе представлял себе Землю как плоский диск, накрытый полусферической крышкой и плывущий в бесконечном океане.

Учение Фалеса было подхвачено другими философами, оставался лишь вопрос: действительно ли первовеществом является вода.

Так, древнегреческий философ Гераклит, предполагал, что первоосновой является огонь. Анаксимен, считал, что это воздух.

Эмпедокл считал, что это земля. Точнее он добавил в эту систему землю и сказал, что вообще все четыре элемента являются первовеществом, но тогда никто не воспринял его теорию всерьез.

В итоге все споры о природе вещества выделились в две основные теории: это теория Аристотеля о 4-х элементах и атомистическая теория Демокрита.

О чем же были эти теории?

По Аристотелю мы имеем: единую, неделимую, бесконечную первоматерию, которая обладает определенными качествами сухость, тепло, влажность и холод. И при сочетании этих четырех качеств она проявляет себя в различных элементах. Например, при сочетании тепла и сухости получается огонь. И любое вещество, вообще вся вселенная состоит при комбинации вот этих четырех элементов.

Вывод о наличие того или иного элемента в теле делался на основе чувственного опыта, т.е., например, что-то горючее содержит в себе огонь, а что-то текучее воду и т.д.

Также важной мыслью в теории Аристотеля было то, что одно вещество может переходит в другое вещество, в последствии в алхимический период это стало называться трансмутацией.

Такова была теория Аристотеля.

Что же нам говорил атомизм.

Это была совершенно другая концепция и совершенно другой подход к мысли. Большинство воззрений атомистов дошли до нас благодаря поэме Лукреция Кара «О природе вещества». Родоначальником атомистической теории считается Левкипп, впоследствии его теория была развита его учеником Демокритом.

Демокрит утверждал, что вся вселенная состоит из маленьких неделимых частей атомов и пустоты. Атомы двигаются в этой пустоте, сталкиваются и образуют вещество и соединяются они за счет наличия каких-нибудь зубцов или крючков.

Концепцию атомизма было очень сложно доказать. Если теория Аристотеля о 4х элементах была логически совершенная, и также ее можно было доказать чувственным опытом: т.е. вот горячее там огонь, текучее там вода, все просто. То представить атомы было в то время очень сложно.

И вообще концепция атомизма противоречила тогда главенствующим в обществе идеям о том, какая должна быть первоматерия.

Все эти факты не сыграли на руку атомистической теории, и она была забыта вплоть до начала 17 века в то время как теория Аристотеля о 4х элементах получила широкое распространение в эллинистический период и средние века.

Атомы металлов, снятые на микроскоп с апертурной решеткой

Почему атомы взаимодействуют между собой, или как работает химия.

Всем привет. В своё время меня просто поразило, когда я узнал, почему же атомы взаимодействуют между собой. Вот сегодня, я хочу с вами этим поделится.

Дело в том, что атомы несовершенны. И они, стремясь к гармонии, ищут того, с кем они это могут сделать. Звучит поразительно, но на деле всё так и есть, а теперь подробней.

Для начала давайте посмотрим, как устроен атом. Он довольно сильно похож на солнечную систему. Внутри у него массивное ядро, а вокруг летают относительно маленькие электроны. Поподробней рассмотрим самый простой атом во вселенной – атом водорода. Ядро у него в подавляющем большинстве случаев представляет обычный протон. Массивную положительно заряженную частицу. А электрончик заряжен отрицательно, вспомнив что разноимённо заряженные частицы притягиваются, понимаем почему электрон вокруг протона крутится, он попросту притягивается кулоновскими силами.

Теперь частности. Порой, это происходит довольно редко, в ядре водорода присутствует не только протон, но и ещё одна массивная частица – нейтрон. Она не имеет заряда, а имеет только массу, примерно такую же, как и протон. И мы получаем атом водорода, который весит вдвое больше, чем его собрат из первого примера, но обладает теми же химическими свойствами.

Такие атомы одно и того же элемента которые отличаются только массами называются крутым словом – изотоп. Обычно для них не придумывают отдельных названий, просто говорят уран 235 или уран 238. Но для водорода сделали исключения и все три его возможных изотопа имеют свои имена, протий – одинокий протон, дейтерий – протон + нейтрон, и тритий – протон + два нейтрона.

О том сколько и каких изотопов на нашей земле, мы можем примерно узнать из таблицы Менделеева, достаточно посмотреть на относительную атомную массу, которая написана рядышком с каждым элементом

Для водорода это 1,00794. Атомная масса чистого протона + электрон немного меньше. Разница получается от того, что в природе есть изотопы. Взяли миллион атомов взвесили их, но не в килограммах, а в относительных атомных массах, которая равна кстати 1/12 массы изотопа углерода С12, а потом результат разделили на миллион и получили 1,00794. Другими словами, это число сумма масс изотопов, умноженных на их процентное содержание на земле.

Теперь подробней об атомах. Электроны крутятся вокруг ядра, но не где захотят, а только на особых орбитах, которые называются энергетические орбитали. И вот здесь начинается самое интересное. Орбитали представляют собой концентрические сферы, т.е одна внутри другой, как матрёшки, а внутри есть ещё такая штука как подуровень. И у каждого подуровня есть максимальное количество атомов, которые он может уместить внутри, также есть определённые правила заполнения. Если атом имеет полностью завершённую внешнюю орбиталь, то он – совершенный. Ему вообще ничего не нужно, он и сам по себе крутой. Он вообще не будет участвовать в химических реакциях (ну или делает это крайне неохотно). В химии такие атомы называют – благородными, или инертными. Это, например гелий, неон аргон.

Остальным атомам, которые имеют незавершённые подуровни энергетических орбиталей, тоже хочется совершенства, и они начинают взаимодействовать друг с другом. Самый простой пример может нам показать атом тот же атом водорода, у которого вокруг ядра болтается одинокий электрон. Его внешняя энергетическая орбиталь может вместить два, а потому он несовершенен. И он ходит вокруг, ищет такого же бедолагу, с которым можно задружится. При встрече с другим атомом водорода, они соединяются. Их электроны теперь не принадлежат одному, а одновременно обоим атомам, и вроде теперь на энергетической орбитали каждого из них по два электрона. Они теперь счастливы. Они теперь не атомы, вместе они стали молекулой. Это молекула довольно гармонична и каждый атом участник обладает одинаковыми правами, потому что тянет к себе электрон с одинаковой силой. Такая связь атомов называется ковалентная неполярная.

Я немного слукавил, говоря о том, что кислороду нужно раздать 6 электронов, я не упомянул о подуровнях. У него есть возможность отдать только два электрона чтобы получить завершённость подуровней. Но таких профитов как при полностью завершённой внешней орбитали он не получит, поэтому делает так крайне неохотно.

Ещё более жестокий пример, когда атому не хватает всего одного электрона на внешней орбитали и он хочет принять этот электрон очень сильно, а другой так же сильно хочет его отдать. В этом случае мы получаем ситуацию, когда один атом совсем отбирает электрон у другого, и два этих атома держатся друг около друга за счёт электромагнитных сил. В этом случае говорят о ионной связи. Самый яркий пример такой связи — это молекула обычной соли NaCl.

В целом желание атомов завершить свою орбиталь и образует всё многообразие химических реакций, дальше частности.

Не путайте химические реакции с реакциями синтеза или распада, при которых получаются не новые химические вещества, а новые элементы таблицы Менделеева. Об этом я обязательно расскажу ка нибудь в другой раз.

Источник