На основе представлений о строении атомов поясните чем металлы


На основе представлений о строении атомов поясните, чем металлы по химическим свойствам отличаются от неметаллов

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
поделиться знаниями или
запомнить страничку
  • Все категории
  • экономические 42,905
  • гуманитарные 33,439
  • юридические 17,873
  • школьный раздел 597,938
  • разное 16,713

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали?  Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

История атома - Теории и модели - Сложный процент

Нажмите для увеличения

Вся материя состоит из атомов. Это то, что мы сейчас принимаем как данность, и это одна из вещей, которую вы изучаете еще в начале уроков химии в средней или средней школе. Несмотря на это, наши представления о том, что такое атом , на удивление недавние: всего сто лет назад ученые все еще обсуждали, как именно выглядит атом. На этом рисунке показаны ключевые модели, предложенные для атома, и то, как они менялись с течением времени.

Хотя наша графика началась в 1800-х годах, идея атомов появилась задолго до этого. Фактически, нам нужно вернуться в Древнюю Грецию, чтобы найти его происхождение. Слово «атом» на самом деле происходит от древнегреческого и примерно переводится как «неделимый». Древнегреческую теорию приписывают нескольким различным ученым, но чаще всего ее приписывают Демокриту (460–370 гг. До н.э.) и его наставнику Левкиппу. Хотя их представления об атомах были рудиментарными по сравнению с нашими сегодняшними представлениями, они изложили идею о том, что все состоит из атомов, невидимых и неделимых сфер материи бесконечного типа и числа.

Эти ученые представляли атомы различной формы в зависимости от типа атома. Они представляли атомы железа как имеющие крючки, скрепляющие их вместе, объясняя, почему железо остается твердым при комнатной температуре. Атомы воды были гладкими и скользкими, что объясняло, почему вода при комнатной температуре была жидкостью и ее можно было переливать. Хотя теперь мы знаем, что это не так, их идеи легли в основу будущих атомных моделей.

Однако нужно было долго ждать, прежде чем этот фундамент был построен.Лишь в 1803 году английский химик Джон Дальтон начал разрабатывать более научное определение атома. Он опирался на идеи древних греков, описывая атомы как маленькие, твердые сферы, которые неделимы, и что атомы данного элемента идентичны друг другу. Последнее утверждение в значительной степени остается верным, за исключением изотопов различных элементов, которые различаются по количеству нейтронов. Однако, поскольку нейтрон не будет открыт до 1932 года, мы, вероятно, можем простить Далтону эту оплошность.Он также выдвинул теории о том, как атомы соединяются, чтобы образовать соединения, а также придумал первый набор химических символов для известных элементов.

Изложение теории атома Дальтоном было началом, но по-прежнему мало что рассказало нам о природе самих атомов. Последовало еще одно, более короткое затишье, когда наши познания в атомах не продвинулись так сильно. Были некоторые попытки определить, как могут выглядеть атомы, такие как предположение лорда Кельвина о том, что они могут иметь вихревую структуру, но только на рубеже 20-го века прогресс в выяснении атомной структуры действительно начал подбирать.

Первый прорыв произошел в конце 1800-х годов, когда английский физик Джозеф Джон (Дж. Дж.) Томсон обнаружил, что атом не так неделим, как утверждалось ранее. Он провел эксперименты с использованием катодных лучей, возникающих в разрядной трубке, и обнаружил, что лучи притягиваются положительно заряженными металлическими пластинами, но отталкиваются отрицательно заряженными. Из этого он заключил, что лучи должны быть заряжены отрицательно.

Измерив заряд частиц в лучах, он смог сделать вывод, что они в две тысячи раз легче водорода, и, изменив металл, из которого сделан катод, он смог сказать, что эти частицы присутствуют во многих типах атомов. .Он открыл электрон (хотя и называл его «корпускулой») и показал, что атомы не неделимы, а имеют более мелкие составные части. Это открытие принесло ему Нобелевскую премию 1906 года.

В 1904 году он выдвинул свою модель атома, основанную на своих открытиях. Названная «моделью сливового пудинга» (хотя и не самим Томсоном), она представляла атом как сферу положительного заряда с электронами, разбросанными повсюду, как сливы в пудинге. Ученые начали вглядываться во внутренности атома, но модель Томсона не продержалась долго - и именно один из его учеников предоставил доказательства, чтобы передать ее в историю.

Эрнест Резерфорд был физиком из Новой Зеландии, учился в Кембриджском университете под руководством Томсона. Это была его более поздняя работа в Манчестерском университете, которая позволила глубже проникнуть в суть атома. Эта работа появилась после того, как он уже получил Нобелевскую премию в 1908 году за свои исследования в области химии радиоактивных веществ.

Резерфорд разработал эксперимент по исследованию атомной структуры, который включал стрельбу положительно заряженными альфа-частицами в тонкий лист золотой фольги.Альфа-частицы были настолько малы, что могли проходить через золотую фольгу, и, согласно модели Томсона, которая показывала, что положительный заряд рассеивается по всему атому, они должны проходить с небольшим отклонением или без него. Проведя этот эксперимент, он надеялся подтвердить модель Томсона, но в итоге сделал прямо противоположное.

Во время эксперимента большая часть альфа-частиц действительно прошла через фольгу с небольшим отклонением или без него. Однако очень небольшое количество частиц отклонялось от своего первоначального пути на очень большие углы.Это было совершенно неожиданно; как заметил сам Резерфорд: «Это было почти так же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом по куску папиросной бумаги, а он вернулся и попал в вас». Единственное возможное объяснение заключалось в том, что положительный заряд не распространялся по всему атому, а концентрировался в небольшом плотном центре: ядре. Большая часть остального атома была просто пустым пространством.

Открытие ядра Резерфордом означало, что модель атома нуждалась в переосмыслении. Он предложил модель, в которой электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра.Хотя это было усовершенствованием модели Томсона, оно не объясняло, что удерживает электроны на орбите, а не просто по спирали в ядре.

Входит Нильс Бор. Бор был датским физиком, который попытался решить проблемы с помощью модели Резерфорда. Он понял, что классическая физика не может должным образом объяснить, что происходит на атомном уровне; вместо этого он обратился к квантовой теории, чтобы попытаться объяснить расположение электронов. Его модель постулировала существование энергетических уровней или оболочек электронов.Электроны можно было найти только на этих определенных энергетических уровнях; другими словами, их энергия была квантована и не могла иметь никакого значения. Электроны могли перемещаться между этими энергетическими уровнями (называемыми Бором «стационарными состояниями»), но должны были делать это путем поглощения или излучения энергии.

Предложение Бора о стабильных энергетических уровнях решало проблему спиралевидного проникновения электронов в ядро ​​в некоторой степени, но не полностью. Точные причины немного сложнее, чем мы собираемся здесь обсуждать, потому что мы попадаем в сложный мир квантовой механики; и, как сказал сам Бор: «Если квантовая механика вас не сильно шокировала, значит, вы ее еще не поняли».Другими словами, это становится немного странным.

Модель

Бора не решает всех проблем с атомной моделью. Он хорошо работал с атомами водорода, но не мог объяснить наблюдения более тяжелых элементов. Это также нарушает принцип неопределенности Гейзенберга, один из краеугольных камней квантовой механики, согласно которому мы не можем знать точное положение и импульса электрона. Тем не менее, этот принцип был постулирован лишь через несколько лет после того, как Бор предложил свою модель. Несмотря на все это, модель атома Бора, вероятно, по-прежнему остается той моделью атома, с которой вы наиболее знакомы, поскольку зачастую она впервые появляется на курсах химии в средней или средней школе.Он все еще имеет свое применение; он очень удобен для объяснения химической связи и реакционной способности некоторых групп элементов на простом уровне.

Во всяком случае, модель все же требовала доработки. В этот момент многие ученые исследовали и пытались разработать квантовую модель атома. Главным среди них был австрийский физик Эрвин Шредингер, о котором вы, наверное, слышали раньше (он парень с кошкой и ящиком). В 1926 году Шредингер предположил, что электроны ведут себя как волны, а не электроны, движущиеся по фиксированным орбитам или оболочкам.Это кажется немного странным, но вы, наверное, уже помните, что свет может вести себя и как волна, и как частица (так называемая дуальность волна-частица), и, оказывается, электроны тоже.

Шредингер решил серию математических уравнений, чтобы создать модель распределения электронов в атоме. Его модель показывает ядро, окруженное облаками электронной плотности. Эти облака - облака вероятности; хотя мы не знаем, где именно находятся , где находятся электроны, мы знаем, что они, скорее всего, могут быть обнаружены в данных областях пространства.Эти области пространства называют электронными орбиталями. Возможно, понятно, почему уроки химии в старшей школе не соответствуют этой модели, хотя сегодня это общепринятая модель, потому что на то, чтобы разобраться, нужно немного больше времени!

Schrödinger’s не было последним словом об атоме. В 1932 году английский физик Джеймс Чедвик (ученик Эрнеста Резерфорда) открыл существование нейтрона, завершив нашу картину субатомных частиц, составляющих атом.На этом история не заканчивается; С тех пор физики обнаружили, что протоны и нейтроны, составляющие ядро, сами делятся на частицы, называемые кварками, но это выходит за рамки данной статьи! Во всяком случае, атом дает нам отличный пример того, как научные модели могут меняться со временем, и показывает, как новые свидетельства могут привести к новым моделям.

Понравились этот пост и рисунок? Подумайте о поддержке сложного процента на Patreon и получайте предварительные просмотры будущих публикаций и многое другое!

Изображение в этой статье находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Международная лицензия. См. Рекомендации по использованию содержания сайта.

Ссылки и дополнительная литература

.

Структура атомов

Ученые обнаружили многое из того, что мы знаем о структуре атома, наблюдая за взаимодействием атомов с различными формами излучаемой или передаваемой энергии, например, с энергией, связанной с видимым светом, который мы обнаруживаем с помощью нашего глаза, инфракрасное излучение, которое мы воспринимаем как тепло, ультрафиолетовый свет, вызывающий солнечный ожог, и рентгеновские лучи, которые создают изображения наших зубов или костей. Все эти формы лучистой энергии должны быть вам знакомы. Мы начинаем обсуждение развития нашей нынешней модели атома с описания свойств волн и различных форм электромагнитного излучения.

Рисунок 6.1 Волна в воде

Когда капля воды падает на гладкую водную поверхность, она генерирует набор волн, которые распространяются наружу по кругу.

Свойства волн

Волна Периодическое колебание, передающее энергию через пространство. представляет собой периодическое колебание, передающее энергию через пространство. Любой, кто побывал на пляже или уронил камень в лужу, видел волны, движущиеся в воде (рис.6.1 «Волна в воде»). Эти волны возникают, когда ветер, камень или какое-либо другое возмущение, такое как проплывающая лодка, передает энергию воде, заставляя поверхность колебаться вверх и вниз по мере того, как энергия распространяется наружу от точки ее происхождения. Когда волна проходит через определенную точку на поверхности воды, все, что там плавает, движется вверх и вниз.

Рисунок 6.2 Важные свойства волн

(a) Длина волны (λ), частота (ν, обозначенная в Гц) и амплитуда указаны на этом рисунке волны.(b) Волна с самой короткой длиной волны имеет наибольшее количество длин волн в единицу времени (т. е. самую высокую частоту). Если две волны имеют одинаковую частоту и скорость, то энергия с большей амплитудой будет выше.

Волны обладают характерными свойствами (Рисунок 6.2 «Важные свойства волн»). Как вы могли заметить на рис. 6.1 «Волна в воде», волны - это периодические явления, такие как волны, которые регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени; то есть они регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени.Расстояние между двумя соответствующими точками в волне - между серединами двух пиков, например, или двух впадин - это длина волны (λ). Расстояние между двумя соответствующими точками в волне - между серединами двух пиков или двух впадин. Длины волн описываются единицей расстояния, обычно метрами. Частота (ν) Количество колебаний (т. Е. Волны), которые проходят определенную точку за данный период времени. волны - это количество колебаний, которые проходят определенную точку за заданный период времени.Обычными единицами измерения являются колебания в секунду (1 / с = с -1 ), что в системе СИ называется герцами (Гц). Амплитуда: Вертикальная высота волны, которая определяется как половина высоты от пика до впадины, или вертикальная высота волны определяется как половина высоты от пика до впадины; с увеличением амплитуды волны данной частоты увеличивается и ее энергия. Как вы можете видеть на Рисунке 6.2 «Важные свойства волн», две волны могут иметь одинаковую амплитуду, но разные длины волн, и наоборот.Расстояние, пройденное волной за единицу времени, - это ее скорость ( v ). Расстояние, пройденное волной за единицу времени, обычно измеряется в метрах в секунду (м / с). Скорость волны равна произведению ее длины волны на частоту:

.

Уравнение 6.1

(длина волны) (частота) = скорость λν = v (метровая волна) (волна-секунда) = метр-секунда

Водные волны медленнее звуковых волн, которые могут проходить через твердые тела, жидкости и газы.В то время как водные волны могут распространяться со скоростью несколько метров в секунду, скорость звука в сухом воздухе при 20 ° C составляет 343,5 м / с. Ультразвуковые волны, которые распространяются с еще большей скоростью (> 1500 м / с) и имеют большую частоту, используются в таких разнообразных приложениях, как определение местоположения подводных объектов и получение медицинских изображений внутренних органов.

Электромагнитное излучение

Водные волны передают энергию через пространство посредством периодических колебаний материи (воды). Напротив, энергия, которая передается или излучается в пространстве в виде периодических колебаний электрических и магнитных полей, известна как электромагнитное излучение. Энергия, которая передается или излучается в пространстве в форме периодических колебаний электрических и магнитных полей.(Рисунок 6.3 «Природа электромагнитного излучения»). Некоторые формы электромагнитного излучения показаны на рисунке 6.4 «Электромагнитный спектр». В вакууме все формы электромагнитного излучения - будь то микроволны, видимый свет или гамма-лучи - распространяются со скоростью света ( c ). Скорость, с которой все формы электромагнитного излучения распространяются в вакууме, фундаментальная физическая константа. со значением 2,99792458 × 10 8 м / с (что составляет примерно 3,00 × 10 8 м / с или 1.86 × 10 5 миль / с). Это примерно в миллион раз быстрее скорости звука.

Рисунок 6.3 Природа электромагнитного излучения

Все формы электромагнитного излучения состоят из перпендикулярных колеблющихся электрических и магнитных полей.

Поскольку разные виды электромагнитного излучения имеют одинаковую скорость ( c ), они различаются только длиной волны и частотой. Как показано на рисунке 6.4 «Электромагнитный спектр» и таблица 6.1 «Единицы измерения общей длины волны для электромагнитного излучения», длины волн известного электромагнитного излучения находятся в диапазоне от 10 1 м для радиоволн до 10 −12 м для гамма-лучей, которые излучаются ядерной энергетикой. реакции. Заменив v на

.

модель Резерфорда | Определение и факты

Модель Резерфорда , также называемая атомной моделью Резерфорда, ядерным атомом или планетарной моделью атома , описание структуры атомов, предложенное (1911) физиком из Новой Зеландии Эрнестом Резерфордом. Модель описывала атом как крошечное плотное положительно заряженное ядро, называемое ядром, в котором сосредоточена почти вся масса, вокруг которого на некотором расстоянии циркулирует свет, отрицательные составляющие, называемые электронами, подобно планетам, вращающимся вокруг Солнца. .

Модель атома Резерфорда

Физик Эрнест Резерфорд представил атом как миниатюрную солнечную систему с электронами, вращающимися вокруг массивного ядра, и в основном как пустое пространство, причем ядро ​​занимает лишь очень небольшую часть атома. Нейтрон не был открыт, когда Резерфорд предложил свою модель, в которой ядро ​​состояло только из протонов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Популярные вопросы

Какую модель атома предложил Эрнест Резерфорд?

У атома, по описанию Эрнеста Резерфорда, есть крошечное массивное ядро, называемое ядром.Ядро имеет положительный заряд. Электроны - это частицы с отрицательным зарядом. Электроны вращаются вокруг ядра. Пустое пространство между ядром и электронами занимает большую часть объема атома.

Что такое эксперимент Резерфорда с золотой фольгой?

В кусок золотой фольги попали альфа-частицы, имеющие положительный заряд. Большинство альфа-частиц прошли сквозь него. Это показало, что атомы золота в основном были пустым пространством. У некоторых частиц траектория искривилась под большими углами.Некоторые даже отскочили назад. Это могло произойти только в том случае, если бы внутри атома была небольшая тяжелая область положительного заряда.

Каковы были результаты эксперимента Резерфорда?

Предыдущая модель атома, модель атома Томсона или модель «сливового пудинга», в которой отрицательно заряженные электроны были подобны сливам в положительно заряженном пудинге атома, была опровергнута. Модель атома Резерфорда опиралась на классическую физику. Модель атома Бора, основанная на квантовой механике, построена на модели Резерфорда для объяснения орбит электронов.

Что правильно и неправильно в атомной модели Эрнеста Резерфорда?

Модель атома Резерфорда верна в том, что атом в основном представляет собой пустое пространство. Большая часть массы находится в ядре, и ядро ​​заряжено положительно. Вдали от ядра находятся отрицательно заряженные электроны. Но модель атома Резерфорда использовала классическую физику, а не квантовую механику. Это означало, что электрон, вращающийся вокруг ядра, испускал электромагнитное излучение. Электрон потеряет энергию и упадет в ядро.В модели Бора, которая использовала квантовую теорию, электроны существуют только на определенных орбитах и ​​могут перемещаться между этими орбитами

Какое влияние оказала теория Эрнеста Резерфорда?

Эксперимент с золотой фольгой показал, что атом состоит из небольшого массивного положительно заряженного ядра, а отрицательно заряженные электроны находятся на большом расстоянии от центра. Нильс Бор основывался на модели Резерфорда, чтобы создать свою собственную. В модели Бора орбиты электронов объяснялись квантовой механикой.

Ядро было постулировано как маленькое и плотное, чтобы объяснить рассеяние альфа-частиц на тонкой золотой фольге, как это наблюдалось в серии экспериментов, проведенных студентом Эрнестом Марсденом под руководством Резерфорда и немецкого физика Ганса Гейгера в 1909 году. источник, излучающий альфа-частицы (т.е. положительно заряженные частицы, идентичные ядру атома гелия и в 7000 раз более массивные, чем электроны), был заключен в защитный свинцовый экран. Излучение фокусировалось в узкий пучок после прохождения через щель в свинцовом экране.Перед щелью помещали тонкий срез золотой фольги, а экран, покрытый сульфидом цинка для придания ему флуоресценции, служил счетчиком для обнаружения альфа-частиц. Когда каждая альфа-частица попадала на флуоресцентный экран, он производил вспышку света, называемую сцинтилляцией, которую можно было увидеть в обзорный микроскоп, прикрепленный к задней части экрана. Сам экран был подвижным, что позволяло Резерфорду и его коллегам определять, отклоняются ли какие-либо альфа-частицы золотой фольгой.

Эксперимент Резерфорда с золотой фольгой

В 1909 году Резерфорд опроверг сэра Дж. Дж. Модель атома Томсона как равномерно распределенного вещества. Поскольку лишь очень немногие из альфа-частиц в его луче рассеивались под большими углами после столкновения с золотой фольгой, в то время как большинство из них проходило полностью, Резерфорд знал, что масса атома золота должна быть сконцентрирована в крошечном плотном ядре.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Большинство альфа-частиц проходят прямо через золотую фольгу, что означает, что атомы в основном состоят из открытого пространства.Некоторые альфа-частицы слегка отклонялись, что свидетельствовало о взаимодействии с другими положительно заряженными частицами внутри атома. Еще другие альфа-частицы рассеялись под большими углами, а очень немногие даже отскочили обратно к источнику. (Позднее Резерфорд сказал знаменитую фразу: «Это было почти так же невероятно, как если бы вы выпустили 15-дюймовый снаряд по куску папиросной бумаги, а он вернулся и попал в вас».) Только положительно заряженная и относительно тяжелая частица-мишень, такая как предполагаемое ядро ​​могло объяснить такое сильное отталкивание.Отрицательные электроны, электрически уравновешивающие положительный заряд ядра, считались движущимися по круговым орбитам вокруг ядра. Электростатическую силу притяжения между электронами и ядром сравнивали с гравитационной силой притяжения между вращающимися планетами и Солнцем. Большая часть этого планетарного атома находилась в открытом космосе и не оказывала сопротивления прохождению альфа-частиц.

Модель Резерфорда вытеснила атомную модель «сливового пудинга» английского физика сэра Дж.Дж. Томсона, в котором электроны были погружены в положительно заряженный атом, как сливы в пудинге. Основанная полностью на классической физике, сама модель Резерфорда через несколько лет была заменена атомной моделью Бора, которая включала некоторую раннюю квантовую теорию.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня Редакторы Encyclopaedia Britannica. Последняя редакция и обновление этой статьи проводились старшим редактором Эриком Грегерсеном.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

.

Общая химия / строение атома / история строения атома

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Найдите Общая химия / атомная структура / история атомной структуры в одном из родственных проектов Викиучебника: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , за исключением первого символа; пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления здесь к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

Смотрите также