Сформулировал основы атомно молекулярного учения: Основные положения атомно-молекулярного учения — Справочник химика 21

Основные положения атомно-молекулярного учения — Справочник химика 21

    Таким образом, основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать следующим образом  [c.17]

    Основные положения атомно-молекулярного учения [c.7]

    АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ 3. Основные положения атомно-молекулярного учения [c.8]

    Основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать так  [c.7]

    Основные положения атомно-молекулярного учения закономерно изменялись в процессе его исторического развития. [c.11]

    ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО УЧЕНИЯ [c.12]

    Основные положения атомно-молекулярного учения Ломоносова изложены в работе Элементы математической химии (1741 г.) этим учением пронизаны и многие другие его работы. [c.12]

    Однако пройдет еще около 100 лет, прежде чем химики вплотную займутся исследованием газов. Тогда-то и последует каскад открытий простых веществ водород, кислород, азот, хлор. А несколько позже газы помогут установить те законы, которые принято называть основными законами химии. Они и позволят сформулировать основные положения атомно-молекулярного учения. 

[c.14]

    Именно по такой схеме построена тема Первоначальные химические понятия после накопления фактов осуществляется обобщение, формулирование основных положений атомно-молекулярного учения, которое затем применяется в течение вводного курса. Наглядно это можно выразить схемой 3.2. При ее рассмотрении видно, как осторожно и последовательно формируются представления, как тесно связаны они между собой системой логических связей. По единому направлению стрелок можно заключить, что логическая последовательность введения понятий не нарушается. Возражение вызывает лишь место обобщающего урока. Основные положения атомно-молекулярного учения — это более широкое обобщение, чем типы химических реакций. Поэтому разумнее его провести в самом конце темы. 

[c.216]

    В XVII—XVIII вв. атомизм приобрел механический характер. По сравнению с. предыдущим он был несколько более конкретным, но все же в большой мере оставался абстрактным н мало связанным с экспериментом. Выдающимися представителями здесь были Р. Бойль, который положил атомистику в основу своих химических представлений и объяснял асе химические превращения соединением и разъединением атомов М. В. Ломоносов, он сформулировал основные положения атомно-молекулярного учения. И. Ньютон объяснял взаимодействия атомов при помощи гравитационных сил с использованием атомно-молекулярного учения. [c.11]

    В чем состоят основные положения атомно-молекулярного учения Каково их обоснование  [c.29]

    Основные положения атомно-молекулярного учения. М. В. Ломоносов как основоположник атомно-молекулярного учения. Атомный вес. Молекулярный вес. Грамм-атом, грамм-молекула. Закон сохранения массы веществ, открытый М. В. Ло.моносовым. Постоянство состава вещества. Объяснение основных законов химии с точки зрения атомномолекулярного учения. Закон Авогадро. Грамм-молекулярный объем газообразных веществ. 

[c.11]

    Молекула каждого сложного вещества имеет постоянный атомный состав, т. е. всегда состоит из одних и тех же атомов различных элементов. Вес каждого атома, образующего моле] улу, тоже постоянен. Поэтому остается постоянным и весовое отношение между элементами, образующими сложное вещество. Таким образом, закон постоянства состава вещества может быть иыведен с помощью основных положений атомно-молекулярного учения. [c.25]

    С созданием основных положений атомно-молекулярного учения в химии все чаще возникало стремление установить взаимосвязь между различными свойствами атомов и молекул. Если создание Дальтоном атомной теории привело к широкому изучению и экспериментальному определению атомных весов, то введение понятия о молекуле привело не только к развитию методов определения молекулярных весов, но и к изучению свойств составляющих молекулу атомов (атомные объемы, изоморфизм, валентность). 

[c.52]

    Вопросы для самопроверки 1. В чем суть ленинского определения материи 2. Каковы основные положения атомно-молекулярного учения Что означают понятия элемент, атом, молекула вещество 3. Что такое атомная масса элемента, в каких единицах она измеряется Какие методы определения атомных масс элементов известны 4. Что называется относительной плотностью газа Какова зависимость между молекулярной массой газа и его плот- [c.8]

    И только в начале XIX столетия английский ученый Джон Дальтон возвращается к атомам как наименьшим частицам материи и вводит в науку этот термин. Этому предшествовали работы таких замечательных ученых, как Р. Бойль (в книге Химик-скептик он нанес сокрушительный удар по представлениям алхимиков), Дж. Пристли и К. В. Шееле (открытие кислорода), Г. Кавендиш (открытие водорода), А. Л. Лавуазье (попытка составить первую таблицу простых веществ), М. В. Ломоносов (основные положения атомно-молекулярного учения, закон сохранения массы), Ж. л. Пруст (закон постоянства состава) и многие другие. 

[c.3]

    Современные комментарии основных положений атомно-молекулярного учения [c.14]

    Ломоносов создал стройное атомно-молекулярное учение и впервые применил его в химии. Основные положения атомно-молекулярного учения Ломоносова изложены в работе Элементы математической химии (1Т41) этим учением пронизаны и многие другие его работы. [c.10]

    Число Авогадро. Равное число грамм-молекул различных газов при одинаковой температуре и одинаковом давлении занимает равный объем. Согласно закону Авогадро, в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое ч-исло молекул. Следовательно, одна грамм-молекула любого газа содержит одно и то же число молекул. Это число называется числом Авогадро. По наиболее точным измерениям это число Авогадро равно 6,023-10 . Оно определено различными методами (измерение вязкости газов, коэффициента диффузии, электропроводности электролитов и др.). Совпадение результатов, полученных многими методами, служит доказательством справедливости закона Авогадро и основных положений атомно-молекулярного учения. 

[c.23]

---

ГДЗ / ответы Химия 8 класc Кузнецова Н.Е. 2019 §8 Атомно-молекулярное учение в химии » Крутые решение для вас от GDZ.cool

ГДЗ / ответы Химия 8 класc Кузнецова Н.Е. 2019 §8 Атомно-молекулярное учение в химии

Красным цветом даются ответы, а фиолетовым ― объяснения.

Задание 1 Когда и где возникли первые представления об атомах? Понятие об атоме как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано древнегреческими философами Левкиппом и его учеником Демокритом (V в. до н.э.). Данная философская теория получила название атомизм. Древнегреческие философы вообще не проводили экспериментов, они искали истину в дискуссиях. Атомистическое учение было забыто почти на 2000 лет.  

В 1741 г. в книге «Элементы математической химии» М.В. Ломоносов фактически сформулировал основы атомно-молекулярного учения, где рассматривал строение вещества не как определённую комбинацию атомов, но как сочетание более крупных частиц ― корпускул, которые, в свою очередь, состоят из более мелких частиц ― элементов.
В 1808 году английский ученый Джон Дальтон нашёл экспериментальное подтверждение атомной гипотезы, согласно которой атомы представляют собой мельчайшие частицы вещества, которые невозможно разделить на составные части или превратить друг в друга. Для атома Дальтон ввел такие характеристики, как вес и размеры.

Задание 2 К каким явлениям относятся диффузия и броуновское движение? К физическим явлениям.
С помощью какой теории и как объясняются эти явления? С помощью атомно-молекулярной теории. Эти явления объясняются тем, что молекулы (атомы, частицы) находятся в непрерывном хаотическом движении.

Броуновское движение ― беспорядочное движение малых частин, взвешеных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды. Диффузия ― явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Задание 3 3 В одной из работ М.В. Ломоносов писал: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо меньших и отличных между собою тел…. Корпускулы есть собрание элементов в одну небольшую массу…. Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединённых одинаковым образом…. Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел». Перепишите заменив в цитате выделенные слова современными терминами.
Атом есть часть тела, не состоящая из каких-либо меньших и отличных между собою тел…. Молекулы есть собрание атомов в одну небольшую массу…. Молекулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же атомов, соединённых одинаковым образом…. Молекулы разнородны, когда атомы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел.

То, что Ломоносов М.В. называл корпускулами, стали называть молекулами, а элемент ― атомом.

Атомно — молекулярная теория

Атомно-молекулярное учение – совокупность положений, аксиом и законов, которые описывают все вещества как набор молекул, состоящих из атомов.

Древнегреческие философы задолго до начала нашей эры в своих трудах уже выдвигали теорию существования атомов. Отвергая существование богов и потусторонних сил, они пытались объяснить все непонятные и загадочные явления природы естественными причинами – соединением и разъединением, взаимодействием и смешиванием невидимых человеческому глазу частичек – атомов. Но служители церкви на протяжении многих веков преследовали приверженцев и последователей учения об атомах, подвергали их гонениям. Но из-за отсутствия необходимых технических приспособлений философы древности не могли скрупулезно изучить природные явления, и под понятием «атом» у них скрывалось современное понятие «молекула».

Лишь в середине ХVIII века великий русский  учёный М.В. Ломоносов  обосновал атомно-молекулярные представления в химии. Основные положения его учения изложены в работе «Элементы математической химии» (1741 г.) и ряде других. Ломоносов назвал теорию корпускулярно-кинетической теорией.

М.В. Ломоносов четко разграничивал две ступени в строении вещества: элементы (в современном понимании – атомы) и корпускулы (молекулы). В основе его корпускулярно-кинетической теории (современного атомно-молекулярного учения) лежит принцип прерывности строения (дискретности) вещества: любое вещество состоит из отдельных частиц.

В 1745 году М.В. Ломоносов писал: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо меньших и отличных между собою тел… Корпускулы есть собрание элементов в одну небольшую массу. Они однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединённых одинаковым образом. Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел.

Молекула является наименьшей частицей вещества, обладающей всеми его химическими свойствами. Вещества, имеющие молекулярную структуру, состоят из молекул (большинство неметаллов, органические вещества). Значительная часть неорганических веществ состоит из атомов (атомная решётка кристалла) или ионов (ионная структура). К таким веществам относятся оксиды, сульфиды, различные соли, алмаз, металлы, графит и др. Носителем химических свойств в этих веществах является комбинация элементарных частиц (ионы или атомы), то есть кристалл представляет собой гигантскую молекулу.

Молекулы состоят из атомов. Атом – мельчайшая, далее химически неделимая составная часть молекулы.

Получается, молекулярная теория объясняет физические явления, которые происходят с веществами. Учение об атомах приходит на помощь молекулярной теории при объяснении химических явлений. Обе эти теории – молекулярная и атомная – объединяются в атомно-молекулярное учение. Сущность этого учения можно сформулировать в виде нескольких законов и положений:

1. вещества состоят из атомов;
2. при взаимодействии атомов образуются простые и сложные молекулы;
3. при физических явлениях молекулы сохраняются, их состав не изменяется; при химических – разрушаются, их состав изменяется;
4. молекулы веществ состоят из атомов; при химических реакциях атомы в отличие от молекул сохраняются;
5. атомы одного элемента сходны друг с другом, но отличаются от атомов любого другого элемента;
6. химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.

Благодаря своей атомно-молекулярной теории М.В. Ломоносов  по праву считается родоначальником научной химии.

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Тест по химии. Тема «Атомно-молекулярное учение»

Тема урока:  Атомно­молекулярное учение Проверяемые знания и умения: У6, З1, З2, З3 1. Дайте определение: Химия ­ _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Молекула­___________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Атом­_______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Молекулярные вещества ­ _____________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Немолекулярные вещества ­ ___________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2. Найди соответствие: Ученый 1. Роберт Бойль 2. Ван Гельмонт 3. Левкипп 4. М.В. Ломоносов Научное открытие А.Ввел понятие «газ» Б.Сформулировал основные понятия атомно­ молякулярного учения В. Объяснил разность свойств различных веществ  тем, что они построены из разных частиц  (корпускул), которые и отвечают за свойства  вещества Г. Считал, что все в мире состоит из мельчайших  неделимых частиц — атомов — и пустоты 3. Сформулируйте основные положения атомно­молекулярного учения: 1­ _______________________________________________________________________ 2­ _______________________________________________________________________ 3­ _______________________________________________________________________ 4­ _______________________________________________________________________ 5­ _______________________________________________________________________ 6­ _______________________________________________________________________ 7­ _______________________________________________________________________ 8­ _______________________________________________________________________ 9­ _______________________________________________________________________ Эталон ответов: Тема урока:  Атомно­молекулярное учение Проверяемые знания и умения: У6, З1, З2, З3 1. Химия ­ наукой о веществах и их превращениях Молекулы – мельчайшие частицы вещества, состав которых и химические свойства такие  же, как у данного вещества. Атомы – это мельчайшие химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы.  Молекулярные вещества ­ это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются молекулы Немолекулярные   вещества ­   это   вещества,   мельчайшими   структурными   частицами которых являются атомы или ионы. 2. 1­В       2­ А     3­ Г     4 –Б. 3.    Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением.  Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества и температуры. Наибольшие расстояния имеются между молекулами газов.   Молекулы   находятся   в   непрерывном   движении.   Скорость   движения   молекул   зависит   от температуры. С повышением температуры скорость движения молекул возрастает.  Между   молекулами   существуют   силы   взаимного   притяжения   и   отталкивания.   В   наибольшей степени эти силы выражены в твердых веществах, в наименьшей — в газах.  Молекулы состоят из атомов, которые, как и молекулы, находятся в непрерывном движении.  Атомы одного вида отличаются от атомов другого вида массой и свойствами.  При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются.  У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллических решето находятся   молекулы.   Связи   между   молекулами,   расположенными   в   узлах   кристаллической решетки, слабые и при нагревании разрываются. Поэтому вещества с молекулярным строением, как правило, имеют низкие температуры плавления.  У веществ с немолекулярным строением в узлах кристаллических решеток находятся атомы или другие частицы. Между этими частицами существуют сильные химические связи, для разрушения которых   требуется   много   энергии.   Поэтому   вещества   с   немолекулярным   строением   имеют высокие температуры плавления.

Каковы основные положения атомно-молекулярной теории?

Каковы основные положения атомно-молекулярной теории?

☰

Атомно-молекулярная теория включает представления о том, что вещества состоя из химически неделимых атомов, составляющих молекулы, которые изменяются в химических реакциях. Атомно-молекулярная теория лежит в основе современной науки, она была сформулирована англичанином Д. Дальтоном в начале XIX века.

Положения атомно-молекулярной теории:

• Материя состоит из атомов.
• Атомы химически неделимы. Они не могут создаваться и разрушаться в химических реакциях.
• Атомы одного химического элемента одинаковы по ряду существенных характеристик (заряд ядра, масса) и отличаются по ним от атомов других химических элементов.
• Для молекул какого-либо вещества всегда характерен определенный атомный состав и количество атомов.
• Масса молекулы равна сумме масс атомов, которые ее составляют.
• В химических реакциях молекулы разрушаются. При физических явлениях молекулы сохраняются.
• В процессе химической реакции количество и атомный состав не меняется. Из атомов исходных веществ образуются молекулы новых веществ.

Например, при сжигании угля (C) вроде бы ничего не остается. Однако это не так, так как образуются углекислый газ, который мы не видим. В углекислый газ (CO₂) входят атомы кислорода. Как известно, горение возможно на воздухе, т. к. в нем есть кислород. Значит уголь вступает в реакцию с кислородом с образованием углекислого газа:

C + O₂ = CO₂↑

Однако современная наука внесла некоторые изменения в атомно-молекулярную теорию, сформулированную Дальтоном. Не все вещества состоят из молекул. В некоторых атомы образуют кристаллические решетки, где нет начала и конца для каждой молекулы. Есть только повторяющиеся участки, которые условно можно принять за молекулы, чтобы записать формулу вещества. К таким веществам относятся металлы, поваренная соль, алмаз, графит, различные природные минералы и др.

Copyright © 2019. All Rights Reserved

1.2. Атомно-молекулярное учение

Представления об атомах как мельчайших неделимых частицах зародились в древней Греции. Основы современного атомно-молекулярного учения впервые сформулировал М.В. Ломоносов (1748), но его представления, изложенные в частном письме, были неизвестны большинству учёных. Поэтому основоположником современного атомно-молекулярного учения считается английский ученый Дж. Дальтон, который сформулировал (1803–1807) его основные постулаты.

1. Каждый элемент состоит из очень мелких частиц – атомов.

2. Все атомы одного элемента одинаковы.

3. Атомы различных элементов имеют разные массы и обладают разными свойствами.

4. Атомы одного элемента не превращаются в атомы других элементов в результате химических реакций.

5. Химические соединения образуются в результате комбинации атомов двух или нескольких элементов.

6. В данном соединении относительные количества атомов различных элементов всегда постоянны.

Эти постулаты вначале были косвенно доказаны совокупностью стехиометрических законов. Стехиометрия  часть химии, которая изучает состав веществ и его изменение в ходе химических превращений. Это слово образовано от греческих слов «стехион»  элемент и «метрон»  мера. К законам стехиометрии относятся законы сохранения массы, постоянства состава, кратных отношений, объемных отношений, закон Авогадро и закон эквивалентов.

1.3. Стехиометрические законы

Законы стехиометрии считаются составными частями АМУ. На основании этих законов было введено понятие о химических формулах, химических уравнениях и валентности.

1.4. Относительные атомные и молекулярные массы

Установление стехиометрических законов позволило приписать атомам химических элементов строго определенную массу. Массы атомов чрезвычайно малы. Так, масса атома водорода составляет 1,67∙10^–27кг, кислорода  26,60∙10^-27 кг, углерода  19,93∙10^–27 кг. Пользоваться такими числами при различных расчетах очень неудобно. Поэтому с 1961 года за единицу массы атомов принята ¹/₁₂ массы изотопа углерода ¹²С  атомная единица массы (а.е.м.). Раньше её называли углеродной единицей (у.е.), но сейсчас это название использовать не рекомендуется.

Масса а.е.м. составляет 1,66^.10^–27 кг или 1,66^.10^–24 г.

Относительной атомной массой элемента (Аr) называют отношение абсолютной массы атома к ¹/₁₂ части абсолютной массы атома изотопа углерода ¹²С. Иначе говоря, А_r показывает, во сколько раз масса атома данного элемента тяжелее ¹/₁₂ массы атома ¹²С. Например, округлённое до целого числа значение А_r кислорода равно 16; это означает, что масса одного атома кислорода в 16 раз больше ¹/₁₂ массы атома ¹²С.

Относительные атомные массы элементов (Аr) приводятся в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Относительной молекулярной массой (М_r) вещества называется масса его молекулы, выраженная в а.е.м. Она равна сумме атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы вещества и вычисляется по формуле вещества. Например, относительная молекулярная масса серной кислоты H₂SO₄ слагается из атомных масс двух атомов водорода (1∙2 = 2), атомной массы одного атома серы (32) и атомной массы четырех атомов кислорода (4∙16 = 64). Она равна 98.

Это означает, что масса молекулы серной кислоты в 98 раз больше ¹/₁₂ массы атома ¹²С.

Относительные атомные и молекулярные массы  величины относительные, а потому  безразмерные.

МИР ВОКРУГ НАС: Атомно — молекулярное учение

Мы уже знаем,что многие вещества состоят из молекул, а молекулы — из атомов. Сведения об атомах и молекулах объединяются в атомно-молекулярное учение. Вам известно, что основные положения этого учения были разработаны великим русским ученым М. В. Ломоносовым. С тех пор прошло более двухсот лет, учение об атомах и молекулах получило дальнейшее развитие. Так, например, теперь известно, что не все вещества состоят из молекул. Большинство твердых веществ, с которыми мы встретимся в неорганической химии, имеют немолекулярное строение.

Однако относительные молекулярные массы вычисляются как для веществ с молекулярным, так и для веществ с немолекулярным строением. Для последних понятия «молекула» и «относительная молекулярная масса» употребляют условно.

Основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать так:

1. Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением. 

2. Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества и температуры. Наибольшие расстояния имеются между молекулами газов. Этим объясняется их легкая сжимаемость. Труднее сжимаются жидкости, где промежутки между молекулами значительно меньше. В твердых веществах промежутки между молекулами еще меньше, поэтому они почти не сжимаются.

3. Молекулы находятся в непрерывном движении. Скорость движения молекул зависит от температуры. С повышением температуры скорость движения молекул возрастает.

4. Между молекулами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания. В наибольшей степени эти силы выражены в твердых веществах, в наименьшей — в газах.

5. Молекулы состоят из атомов, которые, как и молекулы, находятся в непрерывном движений.

6. Атомы одного вида отличаются от атомов другого вида массой и свойствами. 

7. При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются.

8. У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллических решеток находятся молекулы. Связи между молекулами, расположенными в узлах кристаллической решетки, слабые при нагревании разрываются. Поэтому вещества с молекулярным строением, как правило, имеют низкие температуры плавления.

9. У веществ с немолекулярным строением в узлах кристаллических решеток находятся атомы или другие частицы. Между этими частицами существуют сильные химические связи, для разрушения которых требуется много энергии. 

Задание 

1. Выберите слайд с одним из положений Атомно-молекулярного учения. Подберите иллюстрации и примеры из жизни, доказывающие это положение.

  Сроки выполнения: до 17.10.20
2.Оцените следующий после вашего слайд по следующим критериям:

   1.    Наличие иллюстрации, соответствующей данному положению. 0-1б

   2.    Подобранные факты доказывают данное положение. 0-1б

   3.    Материал изложен доступным языком. 0-1б

   4.  Эстетическое оформление (иллюстрация хорошего качества, текст читаем). 0-1б

   5.    Указаны данные участников группы. 0-1б

      Оценки запишите в форму под презентацией.

     

Совместная презентация 8-1 класса 

История строения атома | Безграничная химия

Ранние идеи об атомах

Представление об атоме как неделимом строительном блоке материи было зафиксировано еще в V веке до нашей эры.

Цели обучения

Опишите ранние разработки, приведшие к современной концепции атома

Основные выводы

Ключевые моменты

• Древнегреческие философы Демокрит и Левкипп записали концепцию atomos , неделимого строительного блока материи, еще в V веке до нашей эры.
• Идея неделимой частицы получила дальнейшее развитие и исследование рядом ученых и философов, включая Галилея, Ньютона, Бойля, Лавуазье и Далтона.
• Джону Далтону, английскому химику и метеорологу приписывают первую современную атомную теорию, основанную на его экспериментах с атмосферными газами.

Ключевые термины

• атом : наименьшее возможное количество вещества, которое все еще сохраняет свою идентичность как химический элемент, который, как теперь известно, состоит из ядра, окруженного электронами.
• Закон множественных пропорций : Закон, гласящий, что реагенты всегда будут объединяться в заданных целочисленных соотношениях.

Ранняя история атома

Материя состоит из неделимых строительных блоков. Эта идея была зафиксирована еще в V веке до нашей эры Левкиппом и Демокритом. Греки назвали эти частицы atomos , что означает неделимые, и современное слово «атом» происходит от этого термина. Демокрит предположил, что разные типы и комбинации этих частиц ответственны за различные формы материи.Однако в то время эти идеи в значительной степени игнорировались, поскольку большинство философов придерживалось аристотелевской точки зрения.

Концепция атома была пересмотрена и развита многими учеными и философами, включая Галилея, Ньютона, Бойля и Лавуазье. В 1661 году Бойль представил обсуждение атомов в своей книге The Skeptical Chymist . Однако английскому химику и метеорологу Джону Далтону приписывают первую современную атомную теорию, как это объясняется в его A New System Химической философии .

Джона Далтона Новая система химической философии : Химические структуры из Новой системы химической философии Далтона.

Эксперименты Дальтона с газами привели к одним из самых ранних измерений атомных масс и к концепции атомной структуры и реакционной способности. Атомная теория Далтона содержала следующие идеи:

• Все атомы данного элемента идентичны.
• Атомы разных элементов различаются по массе и размеру.
• Атомы неразрушимы. Химические реакции могут привести к их перегруппировке, но не к их созданию или разрушению.

Дальтон также обрисовал в общих чертах закон множественных пропорций, который описывает, как реагенты будут сочетаться в заданных соотношениях. Как и ранние философы, теории Дальтона не были широко распространены на протяжении большей части 19 ^— века, но с тех пор его идеи были приняты с поправками, касающимися субатомных частиц и взаимного преобразования энергии и массы.

Модели временной шкалы атома — YouTube : Это видео о различных способах, которыми ученые изображали атомы на протяжении многих лет. Он начинается с Демокрита и Левкиппа, первых философов, которые обсуждали атомы. Видео также охватывает работы Далтона, Томпсона, Резерфорда, Нильса Бора и Шредингера.

Закон сохранения массы

Закон сохранения массы гласит, что масса в изолированной системе не создается и не разрушается.

Цели обучения

Определите закон сохранения массы

Основные выводы

Ключевые моменты

• Закон сохранения массы гласит, что масса в изолированной системе не создается и не разрушается химическими реакциями или физическими преобразованиями.
• Согласно закону сохранения массы, масса продуктов химической реакции должна равняться массе реагентов.
• Закон сохранения массы полезен для ряда вычислений и может использоваться для решения неизвестных масс, например количества газа, потребляемого или производимого во время реакции.

Ключевые термины

• закон сохранения массы : Закон, который гласит, что масса не может быть создана или разрушена; он просто переставлен.
• продукт : Химическое вещество, образующееся в результате химической реакции.
• реагент : любой из участников, присутствующий в начале химической реакции. Кроме того, молекула до того, как претерпит химическое изменение.

История закона сохранения массы

Антуан Лавуазье : Портрет Антуана Лавуазье, ученого, которому приписывают открытие закона сохранения массы.

Древние греки впервые предложили идею о том, что общее количество материи во Вселенной постоянно. Однако Антуан Лавуазье описал закон сохранения массы (или принцип сохранения массы / материи) как фундаментальный принцип физики в 1789 году.

Этот закон гласит, что, несмотря на химические реакции или физические преобразования, масса сохраняется, то есть не может быть создана или уничтожена в изолированной системе. Другими словами, в химической реакции масса продуктов всегда будет равна массе реагентов.

Закон сохранения массы-энергии

Этот закон был позже изменен Эйнштейном в законе сохранения массы-энергии, который описывает тот факт, что полная масса и энергия в системе остаются постоянными. Эта поправка включает тот факт, что масса и энергия могут быть преобразованы друг в друга. Однако закон сохранения массы остается полезным понятием в химии, поскольку энергия, производимая или потребляемая в типичной химической реакции, составляет ничтожное количество массы.

Таким образом, мы можем визуализировать химические реакции как перегруппировку атомов и связей, в то время как количество атомов, участвующих в реакции, остается неизменным. Это предположение позволяет нам представить химическую реакцию в виде сбалансированного уравнения, в котором количество молей любого элемента, участвующего в ней, одинаково с обеих сторон уравнения. Дополнительным полезным приложением этого закона является определение масс газообразных реагентов и продуктов. Если суммы твердых или жидких реагентов и продуктов известны, любую оставшуюся массу можно отнести к газу.

Сохранение атомов — YouTube : В этом видео рассказывается, как атомы сохраняются в химической реакции.

Закон определенного состава

Закон определенного состава гласит, что химические соединения состоят из фиксированного соотношения элементов, определяемого массой.

Цели обучения

Определите закон определенного состава

Основные выводы

Ключевые моменты

• Закон определенного состава был предложен Джозефом Прустом на основе его наблюдений за составом химических соединений.
• Пруст предположил, что соединение всегда состоит из элементов одинаковой пропорции по массе.
• Хотя поначалу противоречивый закон определенного состава был поддержан атомной теорией Дальтона.

Ключевые термины

• элемент : любое одно из простейших химических веществ, которое не может быть разложено в результате химической реакции или каким-либо химическим способом и состоит из атомов, имеющих одинаковое количество протонов.
• Закон определенного состава : Закон, который гласит, что химические соединения образуются из постоянных и определенных соотношений элементов, определяемых массой.

История закона определенного состава или пропорций

Джозеф Пруст : Портрет Джозефа Пруста

Французский химик Жозеф Пруст предложил закон определенного состава или пропорций, основываясь на своих экспериментах, проведенных между 1798 и 1804 годами по элементному составу воды и карбоната меди.

В 1806 году Пруст обобщил свои наблюдения в виде того, что сейчас называется законом Пруста. В нем говорилось, что химические соединения состоят из постоянных и определенных соотношений элементов, определяемых массой.Например, диоксид углерода состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Следовательно, по массе углекислый газ можно описать фиксированным соотношением 12 (масса углерода): 32 (масса кислорода) или упростить как 3: 8.

В то время теория Пруста вызывала разногласия и оспаривалась рядом химиков, в первую очередь еще одним французским химиком, Клодом Луи Бертолле. Бертолле поддерживал идею о том, что элементы могут смешиваться в любом соотношении. Однако формулировка теории атома английским химиком Джоном Дальтоном поддержала идею Пруста на атомном уровне, поскольку Дальтон предположил, что химические соединения состоят из заданных составов атомов из различных элементов.Закон множественных пропорций Дальтона расширил закон определенного состава, чтобы постулировать, что в ситуациях, когда элементы могут объединяться, образуя множественные комбинации, соотношение элементов в этих соединениях может быть выражено в виде небольших целых чисел.

Джон Далтон и закон определенных пропорций — YouTube : Это видео исследует закон определенных пропорций и закон множественных пропорций.

Применение закона определенного состава или пропорций

Закон определенного состава применим как к молекулярным соединениям с фиксированным составом, так и к ионным соединениям, поскольку они требуют определенных соотношений для достижения электрической нейтральности.Есть некоторые исключения из закона определенного состава. Эти соединения известны как нестехометрические соединения, и их примеры включают закись железа. Кроме того, закон определенного состава не учитывает изотопные смеси.

Закон кратных пропорций

Закон множественных пропорций гласит, что элементы объединяются в небольших целочисленных соотношениях, образуя соединения.

Цели обучения

Определите закон кратных пропорций.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Закон кратных пропорций — это правило стехиометрии.
• Джон Дальтон сформулировал закон множественных пропорций как часть своей теории, согласно которой атомы образуют основной неделимый строительный блок материи.
• Закон множественных пропорций гласит, что когда элементы образуют соединения, пропорции элементов в этих химических соединениях могут быть выражены в небольших целочисленных отношениях.
• Закон множественных пропорций является расширением закона определенного состава, который гласит, что соединения будут состоять из определенных соотношений элементов.

Ключевые термины

• Закон множественных пропорций : Закон, гласящий, что если два элемента образуют соединение, то отношение массы второго элемента к массе первого элемента будет небольшим целочисленным соотношением.
• атом : наименьшее возможное количество вещества, которое все еще сохраняет свою идентичность как химический элемент, теперь известно, что оно состоит из ядра, окруженного электронами.

Закон Далтона

Закон множественных пропорций, также известный как закон Далтона, был предложен английским химиком и метеорологом Джоном Далтоном в его работе 1804 г. A New System of Chemical Philosophy .Это правило стехиометрии. Закон, основанный на наблюдениях Дальтона над реакциями атмосферных газов, гласит, что, когда элементы образуют соединения, пропорции элементов в этих химических соединениях могут быть выражены в небольших целочисленных отношениях.

Например, реакция элементов углерода и кислорода может давать как моноксид углерода (CO), так и диоксид углерода (CO ₂ ). В CO ₂ отношение количества кислорода к количеству углерода является фиксированным соотношением 1: 2, отношением простых целых чисел.В СО соотношение составляет 1: 1.

В своей теории атомной структуры и состава Дальтон представил концепцию, согласно которой вся материя состоит из различных комбинаций атомов, которые являются неделимыми строительными блоками материи. Закон множественных пропорций Дальтона является частью основы современной атомной теории, наряду с законом определенного состава Джозефа Пруста (который гласит, что соединения образуются при определенных соотношениях масс реагирующих элементов) и законом сохранения массы, который был предложен Антуаном. Лавуазье.Эти законы проложили путь к нашему нынешнему пониманию атомной структуры и состава, включая такие концепции, как молекулярные или химические формулы.

Джон Дальтон и теория атома

Дальтон представил теорию, согласно которой элементы различаются массой атомов.

Цели обучения

Определить основные положения атомной теории Дальтона

Основные выводы

Ключевые моменты

• Атомная теория Дальтона предполагала, что вся материя состоит из атомов, неделимых и неразрушимых строительных блоков.Хотя все атомы элемента были идентичны, у разных элементов были атомы разного размера и массы.
Атомная теория
• Дальтона также утверждала, что все соединения состоят из комбинаций этих атомов в определенных соотношениях.
• Дальтон также предположил, что химические реакции приводят к перегруппировке реагирующих атомов.

Ключевые термины

• атом : наименьшее возможное количество вещества, которое все еще сохраняет свою идентичность как химический элемент, который, как теперь известно, состоит из ядра, окруженного электронами.
• единица атомной массы : Стандартная единица измерения массы атома.

История атомной теории Дальтона

Хотя концепция атома восходит к идеям Демокрита, английский метеоролог и химик Джон Далтон сформулировал первое современное описание атома как фундаментального строительного блока химических структур. Дальтон разработал закон множественных пропорций (впервые представленный в 1803 году), изучая и расширяя работы Антуана Лавуазье и Жозефа Пруста.

Пруст изучил оксиды олова и обнаружил, что их массы были либо 88,1% олова и 11,9% кислорода, либо 78,7% олова и 21,3% кислорода (это были оксид олова (II) и диоксид олова соответственно). Дальтон отметил, исходя из этих процентных соотношений, что 100 г олова будут соединяться либо с 13,5 г, либо с 27 г кислорода; 13,5 и 27 образуют соотношение 1: 2. Дальтон обнаружил, что атомная теория вещества может элегантно объяснить эту общую закономерность в химии — в случае оксидов олова Пруста один атом олова соединяется с одним или двумя атомами кислорода.

Дальтон также считал, что атомная теория может объяснить, почему вода поглощает разные газы в разных пропорциях: например, он обнаружил, что вода поглощает углекислый газ намного лучше, чем азот. Дальтон предположил, что это произошло из-за различий в массе и сложности соответствующих частиц газа. Действительно, молекулы углекислого газа (CO ₂ ) тяжелее и крупнее молекул азота (N ₂ ).

Дальтон предположил, что каждый химический элемент состоит из атомов одного уникального типа, и, хотя они не могут быть изменены или разрушены химическими средствами, они могут объединяться в более сложные структуры (химические соединения).Поскольку Дальтон пришел к своим выводам путем экспериментов и изучения результатов эмпирическим путем, это стало первой действительно научной теорией атома.

Джона Далтона Новая система химической философии : На этом изображении из книги Далтона «Новая система химической философии», опубликованной в 1808 году, изображены различные атомы и молекулы.

Атомная теория Дальтона

Основные положения атомной теории Дальтона:

1. Все состоит из атомов, которые являются неделимыми строительными блоками материи и не могут быть разрушены.
2. Все атомы элемента идентичны.
3. Атомы разных элементов различаются по размеру и массе.
4. Соединения образуются с помощью различных целочисленных комбинаций атомов.
5. Химическая реакция приводит к перегруппировке атомов в реагентах и ​​продуктах.

Теория атома была пересмотрена с годами, чтобы включить в нее существование атомных изотопов и взаимное преобразование массы и энергии. Кроме того, открытие субатомных частиц показало, что атомы можно разделить на более мелкие части.Однако важность Дальтона в развитии современной атомной теории была признана путем обозначения атомной единицы массы как Дальтон.

Развитие атомной теории

Теория раннего атома Хотя идея атом был впервые предложен Демокритом в четвертом веке. До н.э., его предположения были бесполезны для объяснения химических явлений, потому что там не было экспериментальных доказательств, подтверждающих их.Это было только в конце 1700-е годы что первые химики начали объяснять химическое поведение с точки зрения атом. Джозеф Пристли, Антуан Лавуазье и другие подготовили почву для основание химия. Они продемонстрировали, что вещества могут объединяться, образуя новые материалы. Это был английский химик Джон Далтон, который сложил кусочки из вместе и разработали атомную теорию в 1803 году. Далтона атомная теория содержит пять основных предположения: Все материя состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Далтон и другие представляли атомы, из которых состоит вся материя, как крошечные, твердые сферы на разных стадиях движения. Атомы нерушимы и неизменны . Атомы элемента не могут быть созданы, уничтожены, разделены на более мелкие части или превращается в атомы другого элемента. На базе Далтона эта гипотеза о закон сохранения массы, сформулированный Антуаном Лавуазье и другие около 1785 г. Элементы характеризуется массой их атомов . Далтон предположил, что все атомы одного и того же элемента имеют одинаковый вес. Следовательно, каждый атом такого элемента, как кислород, идентичен к каждому второму атому кислорода. Однако атомы разных элементов, например как кислород и ртуть, отличаются друг от друга. В химических реакциях атомы объединяются в малые целые числа .Эксперименты Далтона и другие выполненные показали, что химические реакции протекают согласно отношениям атома к атомам, которые были точными и четко определенными. Когда элементы реагируют, их атомы могут объединяться более чем в одно целое число соотношение . Далтон использовал это предположение, чтобы объяснить, почему соотношения двух элементов в различных соединения, такие как кислород и азот в оксидах азота, отличались кратные друг другу. Джон Атомная теория Дальтона была общепринятой. потому что он объяснил законы сохранения масса, определенные пропорции, множественные пропорции и другие наблюдения. Хотя исключения из Далтона теория сейчас известно, его теория достаточно хорошо сохранилась, с изменениями, на протяжении года.

2: Атомно-молекулярная теория

Foundation

В нашем мире более 18 миллионов известных веществ.Мы начнем с предположения, что все материалы сделаны из элементов , материалов, которые не могут быть разложены на более простые вещества. Предположим, что мы определили все эти элементы, а их очень мало. Все другие чистые вещества, которые мы называем соединениями , состоят из этих элементов и могут разлагаться на эти элементы. Например, металлическое железо и газообразный кислород являются элементами и не могут быть восстановлены до более простых веществ, но ржавчина железа или закись железа представляет собой соединение, которое может быть восстановлено до элементарного железа и кислорода.Элементы не могут быть преобразованы: один элемент не может быть преобразован в другой. Наконец, мы все предполагаем, что продемонстрировали Закон сохранения массы , закон .

Закон сохранения массы

Общая масса всех продуктов химической реакции равна общей массе всех реагентов этой реакции.

Эти утверждения представляют собой краткое изложение многих наблюдений, для достижения которых потребовалось огромное количество экспериментов и даже более творческого мышления для систематизации в том виде, в каком мы их здесь записали.Делая эти предположения, мы можем приступить непосредственно к экспериментам, которые привели к развитию атомно-молекулярной теории.

Голы

Приведенные выше утверждения, хотя и верны, на самом деле более расплывчаты, чем они могут показаться на первый взгляд. Например, что именно мы имеем в виду, когда говорим, что все материалы сделаны из элементов? Почему элементы нельзя разложить? Что значит объединять элементы в соединение? Мы хотим больше узнать о природе элементов и соединений, чтобы мы могли описать процессы, с помощью которых элементы объединяются в соединения, с помощью которых соединения разлагаются на элементы и с помощью которых соединения превращаются друг в друга во время химических реакций.

Один из способов ответить на эти вопросы — предположить, что соединение образуется, когда неразрушимые элементы просто смешиваются вместе, как, например, если мы представляем себе перемешивание смеси сахара и песка. При этом ни песок, ни сахар не разлагаются. А смесь можно разложить обратно на исходные компоненты. В этом случае, однако, полученная смесь проявляет свойства обоих компонентов : например, смесь будет иметь сладкий вкус из-за сахарного компонента, но зернистый, характерный для песчаного компонента.

Напротив, соединение, которое мы называем железной ржавчиной, мало похоже на элементарное железо: железная ржавчина не показывает цвет, плотность, твердость, магнетизм элементарного железа и т. Д. Поскольку свойства элементов не поддерживаются соединением, то соединение не должно быть простой смесью элементов.

Мы могли бы, конечно, сразу перейти к ответам на эти вопросы, заявив, что сами элементы состоят из атомов: неделимых, идентичных частиц, отличительных от этого элемента.Затем соединение образуется путем объединения атомов составных элементов. Конечно, закон сохранения массы легко объяснить существованием неизменных атомов с фиксированной массой.

Однако, если мы решим поспешно с выводами и предположим существование атомов без дополнительных доказательств (как поступили ведущие химики семнадцатого и восемнадцатого веков), это ни к чему не приведет. Что происходит с железом, когда после длительного нагревания на воздухе оно превращается в железную ржавчину? Почему полученная комбинация железа и воздуха не сохраняет свойств ни того, ни другого, как можно было бы ожидать, если бы атомы каждого из них были смешаны вместе? Атомный взгляд на природу еще не дал бы никакого понимания того, как воздух и железо взаимодействовали или объединились, чтобы сформировать новое соединение, и мы не можем сделать никаких прогнозов относительно того, сколько железа будет производить, сколько железа ржавчины.Нет никаких оснований делать какие-либо утверждения о свойствах этих атомов. Нам нужны дальнейшие наблюдения.

Наблюдение 1: Массовые отношения во время химических реакций

Закон сохранения массы сам по себе не требует атомарного взгляда на элементы. Массу можно было бы сохранить, даже если бы материя не была атомной. Важность Закона сохранения массы состоит в том, что он показывает, что мы можем с пользой измерить массы элементов, содержащихся в фиксированной массе соединения.Например, мы можем разложить карбонат меди на составляющие его элементы, медь, кислород и углерод, взвесив каждый и определив соотношение этих масс. В результате каждый образец карбоната меди состоит из \ (51,5 \% \) меди, \ (38,8 \% \) кислорода и \ (9,7 \% \) углерода. Другими словами, массы меди, кислорода и углерода находятся в соотношении 5,3: 4: 1 для каждого измерения каждого образца карбоната меди. Точно так же сульфид свинца — это \ (86,7 \% \) свинец и \ (13,3 \% \) сера, так что массовое отношение свинца к сере в сульфиде свинца всегда равно 6.5: 1. Каждый образец карбоната меди и каждый образец сульфида свинца будут давать эти элементарные пропорции, независимо от того, сколько материала мы разлагаем или откуда он взялся. Эти результаты являются примерами общего принципа, известного как Закон об определенных пропорциях .

Закон определенных пропорций

Когда два или более элемента объединяются в соединение, их массы в этом соединении находятся в фиксированном и определенном соотношении.

Эти данные помогают обосновать атомарный взгляд на материю.Мы можем просто возразить, что, например, сульфид свинца образуется при соединении одного атома свинца с одним атомом серы. Если бы это было правдой, то мы также должны сделать вывод, что отношение массы свинца атома к массе атома серы такое же, как отношение массы свинца к массе серы 6.5: 1, которое мы нашли для основного сульфида свинца. . Это атомарное объяснение выглядит как окончательный ответ на вопрос о том, что значит объединить два элемента в соединение, и оно даже должно позволить предсказать, какое количество сульфида свинца будет произведено данным количеством свинца.Например, \ (6.5 \: \ text {g} \) свинца будет производить ровно \ (7.5 \: \ text {g} \) сульфида свинца, \ (50 \: \ text {g} \) свинца. будет производить \ (57.7 \: \ text {g} \) сульфида свинца и т. д.

Однако есть проблема. Мы можем проиллюстрировать это на примере трех соединений, образованных из водорода, кислорода и азота. Три измерения массовых долей приведены в следующей таблице. Сначала мы исследуем оксид азота, чтобы обнаружить, что массовое соотношение кислорода к азоту составляет 8: 7. Если это один атом азота в сочетании с одним атомом кислорода, мы ожидаем, что масса атома кислорода будет \ (8/7 = 1.В 14 \) раз больше, чем у атома азота. Во-вторых, мы исследуем аммиак, который представляет собой комбинацию азота и водорода с массовым соотношением азота к водороду 7: 1,5. Если это один азот в сочетании с одним водородом, мы ожидаем, что масса атома азота в 4,67 раза больше массы атома водорода. Эти два ожидания предсказывают связь между массой атома кислорода и массой атома водорода. Если масса атома кислорода в 1,14 раза больше массы атома азота и если масса атома азота равна 4.В 67 раз больше массы атома водорода, то мы должны заключить, что атом кислорода имеет массу, которая в \ (1,14 \ раз 4,67 = 5,34 \) раз больше массы атома водорода.

Но есть проблема с этим расчетом. Третья строка следующей таблицы показывает, что соединение, образованное из водорода и кислорода, представляет собой воду, которая, как установлено, имеет массовое соотношение кислорода к водороду 8: 1. Таким образом, мы ожидаем, что масса атома кислорода в 8,0 раз больше массы атома водорода. Таким образом, три измерения в следующей таблице, по-видимому, приводят к противоречивым ожиданиям относительно атомных отношений масс.Как согласовать эти результаты?

Таблица 2.1: Массовые отношения для водорода, азота и кислородных соединений

Соединение	Общая масса	Масса водорода	Масса азота	Масса кислорода	«Ожидаемая» относительная атомная масса водорода	«Ожидаемая» относительная атомная масса азота	«Ожидаемая» относительная атомная масса кислорода
оксид азота	\ (15.0 \: \ text {g} \)	–	\ (7.0 \: \ text {g} \)	\ (8.0 \: \ text {g} \)	–	7,0	8,0
Аммиак	\ (8.5 \: \ text {g} \)	\ (1.5 \: \ text {g} \)	\ (7.0 \: \ text {g} \)	–	1,5	7,0	–
Вода	\ (9.0 \: \ text {g} \)	\ (1.0 \: \ text {g} \)	–	\ (8.0 \: \ text {g} \)	1,0	–	8,0

Одна из возможностей заключается в том, что были ошибочными предположения, что существуют атомы элементов, которые объединяются, чтобы сформировать различные соединения. Если так, то мы не удивимся, увидев различия в относительных массах сочетающихся материалов.

Другая возможность состоит в том, что мы ошиблись в наших рассуждениях. Оглядываясь назад, мы видим, что мы должны предположить, сколько атомов каждого типа содержится в каждом соединении, чтобы найти относительные массы атомов. В каждом из приведенных выше примеров мы предполагали, что соотношение атомов в каждом соединении составляет 1: 1. Если есть атомы элементов, то это предположение должно быть неверным, поскольку оно дает относительные атомные массы, которые различаются от соединения к соединению. Как мы могли найти правильные атомные отношения? Помогло бы, если бы мы знали соотношение атомных масс: например, если бы мы знали, что массовое отношение кислорода к водороду составляет 8: 1, то мы могли бы заключить, что атомное соотношение в воде было бы 1 кислородом и 1 водородом.Наши рассуждения кажутся круговыми: чтобы знать атомные массы, мы должны знать формулу , формулу соединения (количество атомов каждого типа), но чтобы знать формулу, мы должны знать массы.

Какая из этих возможностей верна? Без дальнейших наблюдений мы не можем с уверенностью сказать, состоит ли материя из атомов или нет.

Наблюдение 2: множественные отношения масс

Существенное понимание вышеупомянутой проблемы можно найти при изучении различных соединений, образованных из одних и тех же элементов.Например, на самом деле существует три оксида азота, то есть соединения, состоящие только из азота и кислорода. Сейчас мы будем называть оксид А, оксид В и оксид С. Массовое отношение кислорода к азоту оксида А составляет 2,28: 1. Оксид B имеет массовое отношение кислорода к азоту 1,14: 1, а оксид C имеет массовое отношение кислорода к азоту 0,57: 1.

Тот факт, что существует три соотношения масс, может показаться противоречащим Закону Определенных пропорций, который на первый взгляд, кажется, гласит, что должно быть только одно соотношение.Однако каждая комбинация масс дает совершенно уникальное химическое соединение с очень разными химическими свойствами. Например, оксид A очень токсичен, а оксид C используется в качестве анестезии. Верно также и то, что соотношение масс не является произвольным или непрерывно изменяемым: мы не можем выбрать любую комбинацию масс при объединении кислорода и азота, скорее мы должны подчиняться одной из трех. Таким образом, нет никакого противоречия: нам просто нужно быть осторожными с Законом Определенных Пропорций, чтобы сказать , что каждое уникальное соединение имеет определенное соотношение масс комбинируемых элементов.

Эти новые числа отношения масс весьма наводят на мысль о следующем. Обратите внимание, что в каждом случае мы взяли отношение массы кислорода к массе азота, равное 1, и что полученные соотношения имеют очень простое соотношение:

\ [\ begin {align} 2.28: 1.14: 0.57 & = 2: 1: 0.5 \\ & = 4: 2: 1 \ end {align} \]

Масса кислорода, содержащегося в этих соединениях, выражается в простых целочисленных отношениях, когда мы берем фиксированное количество азота. Появление этих простых целых чисел очень важно.Эти целые числа означают, что соединения содержат количество кислорода, кратное фиксированной единице массы. Самым простым объяснением этой фиксированной единицы массы является то, что кислород — это частиц . Мы называем фиксированную единицу массы атомом . Теперь мы предполагаем, что соединения образовались из комбинаций атомов с фиксированными массами, и что разные соединения имеют разное количество атомов. Из массовых соотношений видно, что оксид B содержит вдвое больше атомов кислорода (на атом азота), чем оксид C, и вдвое меньше атомов кислорода (на атом азота), чем оксид A.Простые отношения масс должны быть результатом простых соотношений, в которых атомы объединяются в молекулы. Если, например, оксид C имеет молекулярную формулу \ (\ ce {NO} \), тогда оксид B имеет формулу \ (\ ce {NO_2} \), а оксид A имеет формулу \ (\ ce {NO_4} \). Есть и другие возможности: если оксид B имеет молекулярную формулу \ (\ ce {NO} \), тогда оксид A имеет формулу \ (\ ce {NO_2} \), а оксид C имеет формулу \ (\ ce {N_2O} \) . Или, если оксид A имеет формулу \ (\ ce {NO} \), тогда оксид B имеет формулу \ (\ ce {N_2O} \), а оксид C имеет формулу \ (\ ce {N_4O} \).Эти три возможности перечислены в следующей таблице.

Таблица 2.2: Возможные молекулярные формулы для оксидов азота

Предполагая, что:	Оксид C представляет собой \ (\ ce {NO} \)	Оксид B представляет собой \ (\ ce {NO} \)	Оксид А представляет собой \ (\ ce {NO} \)
Оксид А —	\ (\ ce {NO_4} \)	\ (\ ce {NO_2} \)	\ (\ ce {NO} \)
Оксид B составляет	\ (\ ce {NO_2} \)	\ (\ ce {NO} \)	\ (\ ce {N_2O} \)
Оксид C составляет	\ (\ ce {NO} \)	\ (\ ce {N_2O} \)	\ (\ ce {N_4O} \)

У нас нет способа (по этим данным) узнать, какая из этих молекулярных формул верна.Но мы можем утверждать, что прав либо один из них, либо аналогичный им.

Подобные данные можно найти для любого набора соединений, образованных из общих элементов. Например, есть два оксида углерода: один с массовым отношением кислорода к углероду 1,33: 1, а другой с массовым соотношением 2,66: 1. Второй оксид должен иметь в два раза больше атомов кислорода на атом углерода, чем первый. Общее утверждение этого наблюдения — Закон множественных пропорций .

Закон множественной пропорции

Когда два элемента объединяются в более чем одно соединение, масса элемента A, который объединяется в первом соединении с заданным количеством элемента B, имеет простое целочисленное отношение с массой элемента A, который объединяется во втором соединении с такая же заданная масса элемента B.

Звучит запутанно, но пример поясняет это утверждение. Рассмотрим оксиды углерода, и пусть углерод будет элементом B, а кислород — элементом A. Возьмите фиксированную заданную массу углерода (элемент B), скажем, 1 грамм. Масса кислорода, который соединяется с 1 граммом углерода с образованием первого оксида, составляет 1,33 грамма. Масса кислорода, который соединяется с 1 граммом углерода с образованием второго оксида, составляет 2,66. Эти массы находятся в соотношении 2,66: 1,33 = 2: 1, простом целочисленном соотношении.

Объясняя наши наблюдения Закона множественных пропорций для оксидов углерода и оксидов азота, мы пришли к выводу, что простое отношение масс возникает из простого отношения атомов, содержащихся в отдельных молекулах.Таким образом, мы установили следующие постулаты атомно-молекулярной теории .

Теория: Атомно-молекулярная теория

• элементы состоят из одинаковых атомов
• все атомы одного элемента имеют одинаковую характеристическую массу
• количество и массы этих атомов не изменяются во время химического превращения
• соединения состоят из идентичных молекул, состоящих из атомов, объединенных в простое целочисленное отношение

Обзор и вопросы для обсуждения

Предположим, что материя не состоит из атомов.Покажите на примере, как это предположение приводит к гипотетическим предсказаниям, противоречащим Закону множественных пропорций. Противоречат ли эти гипотетические примеры Закону определенных пропорций? Требуются ли оба наблюдения для подтверждения атомной теории?

Два соединения, A и B, полностью образованы из водорода и углерода. Соединение A представляет собой \ (80,0 \% \) углерод по массе и \ (20,0 \% \) водород, тогда как соединение B представляет собой \ (83,3 \% \) углерод по массе и \ (16,7 \% \) водород. Продемонстрируйте, что эти два соединения подчиняются Закону множественных пропорций.Объясните, почему эти результаты убедительно указывают на то, что элементы углерод и водород состоят из атомов.

Во многих химических реакциях масса не является постоянной величиной. Например, когда жестяная банка ржавеет, образовавшаяся ржавая жестяная банка имеет большую массу, чем до ржавления. Когда свеча горит, оставшаяся свеча неизменно имеет меньшую массу, чем до того, как она была зажжена. Объясните эти наблюдения и опишите эксперимент, который продемонстрирует, что масса действительно сохраняется в этих химических реакциях.

На экзамене был задан следующий вопрос:
Неизвестный неметаллический элемент (Q) образует два газообразных фторида неизвестной молекулярной формулы. Образец \ (3.2 \: \ text {g} \) Q реагирует с фтором с образованием \ (10.8 \: \ text {g} \) неизвестного фторида A. A \ (6.4 \: \ text {g} \) образец Q реагирует с фтором с образованием \ (29.2 \: \ text {g} \) неизвестного фторида B. Используя только эти данные, с помощью вычислений и объяснений продемонстрируйте, что эти неизвестные соединения подчиняются Закону множественных пропорций.

Студент ответил следующим образом:
Закон множественных пропорций гласит, что, когда два элемента образуют два или более соединений, отношения масс элементов между двумя соединениями в простом целочисленном соотношении. Итак, глядя на данные выше, мы видим, что отношение массы элемента Q в соединении A к массе элемента Q в соединении B составляет 3,2: 6,4 = 1: 2, что является простым целочисленным соотношением. Это демонстрирует, что эти соединения подчиняются Закону множественных пропорций.

Оцените точность ответа учащихся. В своей оценке вы должны определить, какая информация верна, а какая неверна, предоставить правильную информацию там, где это необходимо, объяснить, является ли рассуждение логичным или нет, и предоставить логическое обоснование, где это необходимо.

Авторы и авторство

Атомная теория материи

2.1: Атомная теория материи

Самое раннее записанное обсуждение основной структуры материи принадлежит древнегреческим философам.Левкипп и Демокрит утверждали, что вся материя состоит из маленьких конечных частиц, которые они назвали atomos , что означает «неделимый». Позже Аристотель и другие пришли к выводу, что материя состоит из различных комбинаций четырех «элементов» — огня, земли, воздуха и воды — и может быть разделена до бесконечности. Интересно, что эти философы считали атомы и «элементы» философскими концепциями, но, по-видимому, никогда не рассматривали возможность проведения экспериментов для проверки своих идей.

Аристотелевский взгляд на состав вещества господствовал более двух тысяч лет, пока английский ученый Джон Дальтон не произвел революцию в химии, выдвинув гипотезу о том, что поведение вещества можно объяснить с помощью атомной теории. Впервые опубликованные в 1807 году, многие гипотезы Дальтона о микроскопических свойствах материи все еще актуальны в современной теории атома.

Вот постулаты атомной теории Дальтона:

1. Материя состоит из очень маленьких частиц, называемых атомами.Атом — это наименьшая единица элемента, которая может участвовать в химическом изменении.
2. Элемент состоит только из одного типа атомов, масса которого характерна для данного элемента и одинакова для всех атомов этого элемента. Макроскопический образец элемента содержит невероятно большое количество атомов, каждый из которых имеет идентичные химические свойства.
3. Атомы одного элемента отличаются по свойствам от атомов всех остальных элементов.
4. Соединение состоит из атомов двух или более элементов, объединенных в небольшом целочисленном соотношении.В данном соединении количество атомов каждого из его элементов всегда присутствует в одном и том же соотношении
5. Атомы не создаются и не разрушаются во время химического изменения, а вместо этого перестраиваются, чтобы получить вещества, которые отличаются от тех, что присутствовали до изменения.

Дальтон использовал три закона химических реакций в качестве основы своей теории: (1) Закон сохранения массы, (2) Закон определенных пропорций и (3) Закон множественных пропорций. Атомная теория Дальтона дает микроскопическое объяснение многих макроскопических свойств материи.

Закон сохранения массы был открыт французским химиком Антуаном Лавуазье. Он утверждает, что атомы не создаются и не разрушаются во время химического изменения; общая масса вещества, присутствующего при переходе вещества от одного типа к другому, остается постоянной.

Дальтон также знал об экспериментах французского химика Жозефа Пруста, который продемонстрировал, что все образцы чистого соединения содержат одни и те же элементы в одинаковой пропорции по массе.Это утверждение известно как закон определенных пропорций или закон постоянного состава . Предположение, что числа атомов элементов в данном соединении всегда существуют в одном и том же соотношении, согласуется с этими наблюдениями.

Дальтон также использовал данные Пруста, а также результаты своих собственных экспериментов, чтобы сформулировать еще один интересный закон. Закон множественных пропорций гласит, что когда два элемента реагируют с образованием более одного соединения, фиксированная масса одного элемента будет реагировать с массами других элементов в соотношении малых целых чисел.

Теория Дальтона предоставила основу, которая позже была расширена, чтобы продемонстрировать, что атом состоит из субатомных частиц и что атомы одного и того же элемента могут различаться по массе, известной как изотопы.

Этот текст адаптирован из Openstax, Chemistry 2e, раздел 2.1: Ранние идеи в теории атома.

Атомная теория — обзор

2 Интеллектуальная одиссея

Общее философское развитие Оствальда можно разделить на четыре перекрывающихся, но достаточно разных периода.Во время первого из них, которое длилось примерно до 1890 года, он был ярым, хотя и все более осторожным, защитником многих вещей, лежащих в основе механического мировоззрения. Оствальд не всегда был противником атомной теории в химии или кинетических и молекулярных теорий в целом. Напротив, он с энтузиазмом поддерживал такие взгляды в работах до начала 1880-х годов и оставался их квалифицированным сторонником, пока почти десять лет спустя не начал серьезно писать об энергетике (см. [Görs, 1999; Deltete, 2007a]).Это ясно видно в его развитии — поначалу довольно наивном, но позже более осмотрительном — атомных и кинетических теорий в различных эссе и учебниках. И это также очевидно в его защите и вкладе в теорию Аррениуса и Ван’т Гоффа, оба из которых разработали частичные взгляды на вещества в растворе. За некоторыми исключениями, Оствальд больше не предлагал реалистичных интерпретаций таких теорий примерно после 1885 года, но отстаивал их эвристическую ценность до конца десятилетия.

В то же время, однако, Оствальд начал ценить больше, чем раньше, эвристические преимущества феноменологической термодинамики — ее большой успех в ясном и кратком получении старых результатов и в предсказании новых без осложнений и неопределенностей, связанных с молекулярные и механические обходные пути [1887a; 1887b; 1891; 1892]. Первоначально это было очевидно для него в областях физической химии, в которые он сам уже внес важный вклад, но вскоре он осознал силу термодинамических рассуждений и в других областях.Он думал, что ключом к этой силе является внимание, уделяемое термодинамике энергии и ее преобразованиям. Оствальд постепенно пришел к выводу, что, хотя теории, основанные на микромеханических гипотезах, не достигли большого прогресса в решении многих проблем, немеханистические подходы, основанные на энергии, оказались чрезвычайно успешными. Эти успехи побудили его более внимательно изучить различные формы энергии для себя (см. Deltete 1995b и 2007a).

Второй период, который частично перекрывает первый, простирается с конца 1880-х годов до начала нового века.Он отмечен отрицанием Оствальдом атомизма и механизма — в любой из их форм — и его усилиями по обеспечению всеобъемлющей энергетической альтернативы. В первые годы этого периода Оствальд начал сомневаться даже в эвристической ценности молекулярных и механических теорий. Он поставил под сомнение сложность их математического развития и их опору на, как он это видел, произвольные и неоправданные гипотезы. Он все чаще считал многие такие теории безответственными спекулятивными и ненаучными.Фактически, после середины 1890-х годов отношение Оствальда даже к устоявшимся механическим теориям было настолько враждебным, что он иногда отрицал, что они когда-либо вообще имели какую-либо ценность. Несколько общих работ тех лет представляют собой не более чем радикальное осуждение механического мировоззрения (например, [1895b]).

Взгляды Оствальда на энергетику в этот период развивались в два довольно разных этапа. В работах с 1887 по 1890 год он был озабочен прежде всего установлением важности энергии наряду с материей как центральной для прогрессивной естествознания [1887a; 1887b; Дельтете, 2007а].Там он настаивал на важности энергетических соображений не только для химии, но и для других наук. Акцент в этих работах постепенно смещается от химической энергии и ее преобразований к созданию общей теории энергии. Он все чаще видел в любом успехе исследований, в которых использовалось количество энергии, основание полагать, что теория энергии может объединить естественные науки. Первые попытки Оствальда построить такую ​​теорию были предварительными и неполными (например, [1889]), но он стал смелее, когда обрел уверенность в своем подходе и его очевидных результатах.

В 1891 году Оствальд начал утверждать сначала приоритет, а затем и абсолютное превосходство энергии — концептуально, методологически и онтологически. Хотя он утверждал реальность и субстанциальность энергии еще в 1887 году, его амбиции в отношении нее росли по мере развития его мысли, и к середине десятилетия он был готов однозначно утверждать, что энергия была единственной реальностью. В те же годы Оствальд предпринимал самые настойчивые попытки построить последовательную и последовательную науку об энергетике.На эти усилия повлияло множество факторов: дискуссии с коллегами и студентами; продолжение размышлений о концептуальной структуре термодинамики; изучение ранних энергетических сочинений, особенно Георга Хельма; поощрение Хельма, Больцмана и других выражать свои мысли об энергии в систематической форме; и решающая встреча с термодинамическими работами Уилларда Гиббса (см. [Deltete, 1995a; 1995b]). В серии работ, опубликованных между 1891 и 1895 годами, Оствальд стремился показать, как основные результаты механики, термодинамики и химии могут быть получены из первых энергетических принципов [1891; 1892; 1893a; 1893b; 1895а].Его первые заявления об успехе, как правило, были предварительными и тщательно сформулированными, но заявления конца 1890-х годов становились все более решительными. К концу десятилетия он был убежден, что, хотя отдельные проблемы все еще остаются, основная теоретическая основа для их решения была прочно установлена. Но к тому времени такие остаточные проблемы также интересовали Оствальда меньше, чем другой амбициозный проект, который привлек его внимание.

Далее я сосредоточусь на этих двух периодах в развитии Оствальда, в течение которых его усилия в области энергетики имели основу в физической науке.Третий период, который длился примерно с рубежа веков до начала Первой мировой войны, был центром более широкого философского проекта. Эти годы — большинство из них после того, как он оставил свою кафедру в Лейпциге, — характеризовались его попыткой показать, что науки о жизни и разуме, такие как биология и психология, также были охвачены энергетикой. Однако в то же время изменился характер, а не только содержание его сочинений. Оствальд интересовался философскими вопросами (например, научной методологией) еще со студенческих лет, но с конца 1890-х годов такие вопросы стали доминировать в его мыслях.Он все больше полагался на общие философские аргументы в защиту энергетики, а глобальные ссылки на «Monismus» и «Weltanschauung» заменили подробные обсуждения химического сродства и форм энергии (например, [1902; 1908]). Большинство свидетелей считали, что первое десятилетие этого столетия ознаменовало упадок энергетики как серьезного научного предложения и ее продолжение только как довольно расплывчатое философское движение (например, [Arrhenius, 1923; Nernst, 1932]).

Здесь не будет предпринято никаких попыток обсудить работы четвертого периода (который включает развитие его новой теории цветов), завершающих интеллектуальную одиссею Оствальда, за исключением того, что мы скажем, что непосредственно перед началом Первой мировой войны и до конца В своей жизни Оствальд пытался сформулировать глобальные социальные и политические теории, основанные на принципах энергетики (e.г. [1911; 1912; Deltete, 2008а]). В его усилиях есть чем восхищаться (Оствальд был интернационалистом, антивоенным и сторонником окружающей среды), но они имеют в лучшем случае лишь смутную связь с энергетической теорией, которую он предложил двумя десятилетиями ранее.

Джон Далтон предлагает свою атомную теорию и закладывает основу современной химии

Обзор

С наступлением девятнадцатого века серьезной проблемой, которая оставалась в химических науках, была конечная природа материи.Была ли материя непрерывной и, следовательно, не имела более тонкой структуры, или она была прерывистой и, таким образом, состояла из крошечных частиц? Химическая революция, связанная с работами Антуана Лавуазье (1743-1794) и его кружком, произошедшая в последние два десятилетия восемнадцатого века, прояснила представление о том, что такое элементы, разработала всеобъемлющий и последовательный химический словарь и привела к к внедрению количественных методов в химические исследования. Однако, чтобы полностью понять природу химических реакций, нужно было иметь способ визуализировать, как элементы объединяются вместе.Атомная теория материи, предложенная Джоном Далтоном в его Новой системе химической философии (Часть I, 1808 г .; Часть II, 1810 г.), была первой успешной попыткой решить эту проблему.

Предпосылки

Идея о том, что материя может состоять из частиц, возникла в греческой натурфилософии. В V веке до н. Э. Демокрит (ок. 460–370 до н. э.) предположил, что материя состоит из отдельных неразрушимых частиц (называемых «атомами» по-гречески «неразрезанный») и что размер и форма этих частиц ответственны за свойства материи.В атомной теории греческих философов не было никаких доказательств, основанных на наблюдениях, измерениях и проверках экспериментом. Эти идеи, хотя и интересные, не могли считаться научной теорией.

Идея атома была отвергнута большинством греческих философов, особенно Аристотелем (384-322 гг. До н.э.), из-за парадокса, что эти атомы не обладали осязаемыми свойствами — но они должны были отвечать за все свойства материи, которые можно было ощутить. например, горячий предмет.Концепция атомов также означала бы, что, возможно, в природе существует бесконечное количество первичных веществ. Это прямо противоречило идее о том, что четыре элемента — земля, воздух, огонь и вода — являются основными строительными блоками всего на Земле. Еще одна проблема заключалась в том, что если бы материя была частицей, то между материей были бы промежутки или пустоты, что сделало бы движение невозможным. Наконец, если бы материя состояла из атомов, тогда было бы возможно чисто механическое объяснение человеческих действий и поведения.В средние века такое объяснение было отвергнуто, потому что оно предполагало возможность того, что человеческие действия не приводились в движение божественным существом. Возрождение атомизма придется подождать до подъема экспериментальной науки в семнадцатом веке.

Роберт Бойль (1627-1691) в своей работе Skeptical Chemist (1661) предположил, что вся материя состоит из твердых частиц, которые могут быть преобразованы в новые вещества. Что отличает эти разные типы материи, так это их размер, форма и структурный образец.Исаак Ньютон (1642-1727) в своей работе Opticks (1704) также предложил частичное представление о материи, и он также предположил, что между этими частицами существуют сильные силы ближнего действия, которые могут иметь притягивающую или отталкивающую природу. Он использовал это, чтобы объяснить, почему одни химические реакции происходили, а другие — нет. Как и в случае с греками, Бойль, Ньютон и другие не имели доказательств, подтверждающих свои утверждения. Однако их мнение о том, что материя состоит из частиц, сигнализировало о растущем консенсусе среди ученых той эпохи — консенсусе, который сделает теорию, предложенную Далтоном, гораздо более приемлемой.

Джон Далтон (1766-1844) был самым неподходящим человеком, который разработал атомную теорию. Он родился в набожной семье квакеров в сельской местности на северо-западе Англии. В детстве он увлекся естественными науками. Его формальное образование было неоднородным, и он был в основном самоучкой. Какое-то время он был эквивалентом учителя средней школы в Манчестере, Англия. Он оставил занятия в классе в 1800 году, чтобы проводить частные занятия по естествознанию и математике в Манчестере, что он и делал для баланса своей жизни.

Толчком для развития атомной теории был давний интерес Дальтона к метеорологии и изучению газов. Этот интерес возник в результате его общения в юности с другим квакером Джоном Гофом, который дал Далтону большую часть своего формального образования в области естественных наук и математики.

Далтон разработал свою атомную теорию, пытаясь ответить на определенные вопросы об атмосфере. В восемнадцатом веке было показано, что атмосфера представляет собой смесь газов, а не одно вещество.Личность многих из этих газов была установлена ​​только недавно. Дальтон задавался вопросом, была ли атмосфера простой смесью газов, таких как кислород, азот, углекислый газ и водяной пар, или, возможно, между этими газами происходила какая-то химическая реакция. Поскольку атмосфера казалась гомогенной смесью газов, в конце восемнадцатого века было единодушное мнение, что различные компоненты химически объединены и растворены в водяном паре.Дополнительным доказательством этой точки зрения было то, что если бы атмосфера была простой (то есть физической) смесью компонентов, то можно было бы ожидать, что различные газы будут оседать в соответствии с их массами, причем самые тяжелые будут располагаться ближе всего к поверхности, а самые легкие — наверху. Поскольку это не то, что было обнаружено, казалось логичным, что воздух представляет собой химическое соединение.

Дальтон полагал, что атмосфера представляет собой физическую смесь, основываясь на своем убеждении, что водяной пар не может химически соединяться с газами в воздухе.Дальтон рассматривал материю как состоящую из сферических частиц и полагал, что эти частицы или атомы содержат вокруг себя тепловой щит. Это было важно для Дальтона, чтобы объяснить, почему разные частицы имеют тенденцию отталкиваться друг от друга и, таким образом, создавать физическую смесь газов в атмосфере. Идея тепловой оболочки, или, как ее называли, «калорийности», была взята из модели газообразного состояния Лавуазье и веры в то, что тепло является материальным элементом. Дальтон использовал термин атом для этих частиц, чтобы показать, что первоначальная концепция возникла в греческой натурфилософии.

Каждый атом в природе имеет свой размер, который зависит от объема и радиуса его тепловой оболочки. Дальтон сформулировал эти идеи между 1801 и 1803 годами, но доказательства отсутствовали. Его предоставил близкий друг Далтона из Манчестера Уильям Генри (1774-1836). Генри обнаружил, что если поддерживать постоянную температуру жидкости, такой как вода, количество инертного газа, которое может быть растворено в ней, будет увеличиваться по мере увеличения давления на нее. Это заставило Дальтона в 1803 году подозревать, что именно вес частиц газов был ключевым определяющим фактором.Он измерил относительный вес различных газов по их составу и представил свою первую таблицу относительных атомных весов для различных газов и других веществ.

До этого момента Дальтон не проявлял особого интереса к химии, но к 1804 году он понял, что если атомы считались первичной частицей в природе и что у каждого атома была своя собственная особый вес, это могло бы объяснить наблюдения, которые были сделаны относительно состава соединений. По мере совершенствования методов анализа соединений было обнаружено, что соединение всегда имеет один и тот же состав — независимо от того, было ли оно получено из природных источников или получено синтетическим путем.Таким образом, если проанализировать дождевую воду и воду, полученную путем объединения водорода и кислорода в лаборатории, можно обнаружить, что в каждом случае будет 11,2% водорода и 88,8% кислорода. Это стало известно как закон определенных пропорций, и именно атомная теория показала, почему это так. Если водород и кислород объединяются в соотношении 1: 1, то атом кислорода должен быть в восемь раз тяжелее атома водорода, чтобы получить постоянный состав воды.

Удар

Способность атомной теории Дальтона объяснять закон определенных пропорций была только началом ее воздействия на область химии.Другой химической проблемой, которую Дальтон смог решить с помощью атомной теории, было наблюдение, что определенный элемент, такой как, например, азот, может соединяться с кислородом и образовывать ряд уникальных соединений, содержащих азот и кислород. Анализ этих соединений показал, что существует регулярная зависимость между количеством азота, который соединяется с кислородом. Таким образом, если у вас есть фиксированное количество азота, количество соединенного кислорода будет выражаться в виде ряда целых чисел — i.е. 1: 1,1: 2,1: 3 и так далее. Это стало известно как закон множественных пропорций и было загадкой до Дальтона. Он смог объяснить множественные пропорции, предположив, что атом азота может реагировать с одним, двумя или более атомами кислорода с образованием ряда соединений.

Объяснение Дальтона множественных пропорций было использовано Уильямом Хайдом Волластоном (1766-1828) и Томасом Томсоном в 1807 году для объяснения взаимосвязи бикарбоната калия и карбоната калия. Томсон, который обсуждал атомную теорию с Далтоном в 1804 году, когда он посетил Манчестер, был настолько впечатлен тем, как это решило его проблему, что он устроил Далтону лекцию в университетах Эдинбурга и Глазго о его взглядах на химические реакции с использованием атомной теории. .Эти лекции, прочитанные в 1807 году, были хорошо приняты и в конечном итоге легли в основу Новой системы химической философии, первой части, опубликованной в 1808 году. Сама атомная теория занимала только пять из 916 страниц этой первой части Новой системы. Система.

В целом влияние атомной теории можно резюмировать следующим образом:

1) Определение элемента как состоящего из атомов и идея о том, что каждый атом имеет свои уникальные свойства, привели, наконец, к четкое понимание того, что такое элемент.

2) Поскольку не было ограничений на количество различных атомов, возможных в природе, то казалось совершенно разумным, что есть элементы, которые еще не были обнаружены. Это привело к поиску новых элементов, поиску, который занимал многих химиков в девятнадцатом веке и который привел к открытию множества элементов.

3) Поскольку элементы состоят из атомов, и многие различные элементы, кажется, имеют схожие химические свойства, возникает вопрос, почему одни группы элементов похожи по природе, а другие сильно различаются.Это способствовало разработке схем классификации элементов, кульминацией которой стало создание Дмитрием Менделеева (1834-1907) первой периодической таблицы элементов в 1869 году.

4) Поскольку атомы объединяются в молекулы, атомная теория стимулировала исследования как к причинам, по которым одни атомы объединяются, а другие — нет. Это привело к развитию теорий химической связи в девятнадцатом веке.

Представление Дальтона о том, что материя состоит из этих несжимаемых частиц, окруженных теплой атмосферой, было трудно принять химикам девятнадцатого века.Однако если использовать понятие атомного веса как инструмент, то синтез соединений значительно упростился. Атомная модель, в которой атомы всегда сохраняли свою идентичность, показала, почему в природе существует закон сохранения массы и почему трансмутация элементов не могла произойти: атом свинца никогда не мог превратиться в атом золота, поскольку атомы всегда сохраняли свою личность, независимо от того, что вы с ними сделали. Атомная теория утверждает, что атомов столько же, сколько элементов в природе, и что внутри элемента все атомы одинаковы.

Теория атома вызвала большой скептицизм по нескольким причинам. Наиболее очевидной была неспособность Дальтона физически продемонстрировать присутствие атомов в материи.

Однако, даже если вы не можете показать их физическое присутствие, относительный вес атомов был полезен как средство химического синтеза. Именно в этом свете атомная теория имела его наибольшая полезность в первой половине девятнадцатого века. Когда Дальтон был награжден медалью Королевского общества в 1826 году, это было сделано за «разработку теории определенных пропорций, обычно называемой атомной теорией химии».»

MARTIN D. SALTZMAN

Дополнительная литература

Brock, William H. The Norton History of Chemistry. New York: Norton, 1993.

Knight, DM Atoms and Elements. Hutchinson, 1967.

Rocke, AJ Химический атомизм в девятнадцатом веке. Columbus, OH: Ohio State University Press, 1984.

Наука и ее времена: понимание социального значения научных открытий

Краткая история атомной науки. Теория

Атомная теория — это научное описание природы атомов и материи, сочетающее в себе элементы физики, химии и математики.Согласно современной теории, материя состоит из крошечных частиц, называемых атомами, которые, в свою очередь, состоят из субатомных частиц. Атомы данного элемента во многих отношениях идентичны и отличаются от атомов других элементов. Атомы соединяются в фиксированных пропорциях с другими атомами, образуя молекулы и соединения.

Со временем теория эволюционировала от философии атомизма до современной квантовой механики. Вот краткая история теории атома:

Атом и атомизм

Греческий философ Демокрит.

Оджиморена / Getty Images

Атомная теория возникла как философская концепция в Древней Индии и Греции. Слово «атом» происходит от древнегреческого слова atomos , что означает неделимый. Согласно атомизму, материя состоит из дискретных частиц. Однако эта теория была одним из многих объяснений материи и не была основана на эмпирических данных. В пятом веке до нашей эры Демокрит предположил, что материя состоит из неразрушимых неделимых единиц, называемых атомами.Римский поэт Лукреций записал эту идею, поэтому она пережила темные века для дальнейшего рассмотрения.

Атомная теория Далтона

Владимир Годник / Getty Images

Только в конце 18 века наука предоставила конкретные доказательства существования атомов. В 1789 году Антуан Лавуазье сформулировал закон сохранения массы, согласно которому масса продуктов реакции равна массе реагентов. Десять лет спустя Жозеф Луи Пруст предложил закон определенных пропорций, который гласит, что массы элементов в соединении всегда находятся в одной и той же пропорции.

Эти теории не ссылались на атомы, но Джон Дальтон основал их, чтобы разработать закон множественных пропорций, который гласит, что отношения масс элементов в соединении являются небольшими целыми числами. Закон множественных пропорций Дальтона основан на экспериментальных данных. Он предположил, что каждый химический элемент состоит из одного типа атома, который нельзя разрушить никакими химическими средствами. Его устное выступление (1803 г.) и публикация (1805 г.) положили начало научной теории атома.

В 1811 году Амедео Авогадро исправил проблему с теорией Дальтона, когда он предположил, что равные объемы газов при одинаковой температуре и давлении содержат одинаковое количество частиц. Закон Авогадро позволял точно оценивать атомные массы элементов и проводить четкое различие между атомами и молекулами.

Еще один значительный вклад в теорию атома был внесен в 1827 году ботаником Робертом Брауном, который заметил, что частицы пыли, плавающие в воде, казалось, перемещаются беспорядочно по неизвестной причине.В 1905 году Альберт Эйнштейн предположил, что броуновское движение обусловлено движением молекул воды. Модель и ее подтверждение в 1908 году Жаном Перреном поддержали теорию атома и теорию частиц.

Модель сливового пудинга и модель Резерфорда

ДЖЕСПЕР КЛАУСЕН / НАУЧНАЯ ФОТОБИБЛИОТЕКА / Getty Images

До этого момента атомы считались мельчайшими единицами материи. В 1897 г. Томсон открыл электрон. Он считал, что атомы можно разделить.Поскольку электрон нес отрицательный заряд, он предложил модель атома, состоящую из сливового пудинга, в которой электроны были погружены в массу с положительным зарядом, давая электрически нейтральный атом.

Эрнест Резерфорд, один из учеников Томсона, опроверг модель сливового пудинга в 1909 году. Резерфорд обнаружил, что положительный заряд атома и большая часть его массы находятся в центре или ядре атома. Он описал модель планеты, в которой электроны вращаются вокруг небольшого положительно заряженного ядра.

Модель атома Бора

исмагилов / Getty Images

Резерфорд был на правильном пути, но его модель не могла объяснить ни спектры излучения и поглощения атомов, ни то, почему электроны не врезаются в ядро. В 1913 году Нильс Бор предложил модель Бора, согласно которой электроны вращаются вокруг ядра только на определенных расстояниях от ядра. Согласно его модели, электроны не могли закручиваться в ядро ​​по спирали, но могли совершать квантовые скачки между уровнями энергии.

Квантовая теория атома

вчал / Getty Images

Модель Бора объясняла спектральные линии водорода, но не распространялась на поведение атомов с множеством электронов. Несколько открытий расширили понимание атомов. В 1913 году Фредерик Содди описал изотопы, которые были формами атома одного элемента, содержащего разное количество нейтронов. Нейтроны были открыты в 1932 году.

Луи де Бройль предложил волнообразное поведение движущихся частиц, которое Эрвин Шредингер описал с помощью уравнения Шредингера (1926).Это, в свою очередь, привело к принципу неопределенности Вернера Гейзенберга (1927), согласно которому невозможно одновременно знать положение и импульс электрона.

Квантовая механика привела к атомной теории, в которой атомы состоят из более мелких частиц. Электрон потенциально может быть найден где угодно в атоме, но с наибольшей вероятностью находится на атомной орбите или уровне энергии. Современная атомная теория описывает не круговые орбиты модели Резерфорда, а орбитали, которые могут быть сферическими, гантелевидными и т. Д.Для атомов с большим количеством электронов вступают в игру релятивистские эффекты, поскольку частицы движутся со скоростью, составляющей долю от скорости света.

Современные ученые обнаружили более мелкие частицы, из которых состоят протоны, нейтроны и электроны, хотя атом остается самой маленькой единицей материи, которую нельзя разделить химическими средствами.