ActionTeaser.ru - тизерная реклама

**Атомно-молекулярная теория

Атомно-молекулярная теория строения вещества возникла в результате попыток ученых решить два основных вопроса. 1) Из чего состоят вещества? 2) Почему вещества бывают разными и почему одни вещества могут превращаться в другие? Основные положения этой теории можно сформулировать следующим об- v разом:

  1. Все вещества состоят из молекул. Молекула — наимень­шая частица вещества, обладающая его химическими свойст­вами.
  2. Молекулы состоят из атомов. Атом — наименьшая части­ца элемента в химических соединениях. Разным элементам соот­ветствуют разные атомы.
  3. При химических реакциях молекулы одних веществ превра­щаются в молекулы других веществ. Атомы при химических реакциях не изменяются.

Рассмотрим кратко историю создания и развития атом- но-молекулярной теории.

Атомы были придуманы в Греции в V в. до н. э. Философ Левкипп задался вопросом, можно ли каждую часть материи, какая бы малая она ни была, разделить на еще более мелкие части. Левкипп считал, что в результате такого деления можно получить настолько малую частицу, что дальнейшее деление станет невозможным. Ученик Левкиппа, философ Демокрит на­звал эти крошечные частицы «атомами». Он считал, что атомы каждого элемента имеют особые размеры и форму и что именно этим объясняются различия в свойствах элементов. Вещества, которые мы видим и ощущаем, представляют собой соединения атомов различных элементов, и, изменив природу этого соедине­ния, можно одно вещество превратить в другое. Демокрит создал атомную теорию почти в современном виде. Однако эта те­ория — лишь плод философских размышлений, не подтвержден­ный экспериментальными наблюдениями.

Первые эксперименты, подтверждающие атомную природу вещества, были проведены лишь в XVII в., когда Роберт Бойль и Эдм Мариотт в опытах по сжатию воздуха установили, что при постоянной температуре выполняется соотношение:

 

pV=coast.

Объяснить сжатие воздуха можно только, если признать, что он состоит из частиц, разделенных пустым пространством. Сжа­тие воздуха обусловлено сближением атомов и уменьшением объема пустого пространства.

Если газы состоят из отдельных частиц, то можно допустить, что твердые вещества и жидкости тоже состоят из этих частиц, поскольку твердые вещества могут превращаться в жидкости, а последние — в газы, значит, они состоят из одинаковых частиц.

Таким образом, эксперименты Бойля и Мариотта подтвер­дили существование мельчайших частиц вещества. Оставалось выяснить, что собой представляют эти частицы.

В течение последующих 150 лет основные усилия химиков были направлены на установление состава различных веществ. Вещества, которые разлагались на более простые вещества, были названы «соединениями» (сложными веществами), например во­да, углекислый газ, железная окалина. Вещества, которые нельзя далее разложить, назывались «элементами» (простыми вещест­вами), например водород, кислород, медь, золото.

Развитие техники количественных измерений и методов хими­ческого анализа позволило определять соотношение элементов в соединениях. Французский химик Ж. Пруст после тщательных экспериментов с рядом веществ установил закон постоянства состава, согласно которому все соединения содержат элементы в строго определенных массовых пропорциях, независимо от способа получения. Так, например, сернистый газ, полученный сжиганием серы, или действием кислот на сульфиты, или любым другим способом, всегда содержит 1 массовую часть серы и 1 массовую часть кислорода.

Оппонент Пруста, французский химик К. Бертолле, напротив, утверждал, что состав соединений зависит от способа их получе­ния. Он считал, что если в реакции двух элементов один из них взят в большом избытке, то и в образующемся соединении массовая доля данного элемента будет больше. Пруст, однако, доказал, что Бертолле получил ошибочные результаты из-за неточного анализа и использования недостаточно чистых ве­ществ.

Закон Пруста имел для химии фундаментальное значение. Он привел к мысли о существовании молекул. В самом деле, поче­му в сернистом газе массовое соотношение серы и кислорода всегда одно и то же? Этот результат легко объяснить, если предположить, что атомы серы соединяются с определенным числом атомов кислорода и образуют частицы сернистого газа (эти частицы и были впоследствии названы «молекулами»), при­чем общая масса атомов серы равна общей массе атомов кисло­рода.

А что происходит, если два элемента могут образовывать между собой несколько соединений? Английский химик Дж. Да­льтон показал, что в этом случае на единицу массы одного из элементов приходятся такие массы другого элемента, которые относятся друг к другу как небольшие целые числа. Так, в газооб­разных оксидах азота на единицу массы кислорода приходятся 1,750, 0,875 и 0,438 массовых частей азота соответственно. От­ношение этих чисел равно 1,750:0,875:0,438 = 4:2:1. Это экс­периментальное правило было названо законом кратных от­ношений.

Из закона кратных отношений следует, что атомы соединяют­ся в молекулы, причем молекулы содержат небольшое число атомов. Измерение массового содержания элементов позволяет, с одной стороны, определять молекулярные формулы соедине­ний, а с другой стороны — находить относительные массы атомов.

Например, 1 массовая часть водорода соединяется с 8 мае- у совыми частями кислорода, образуя воду. Если молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, то атом кислорода в 16 раз тяжелее атома водорода. Обратно, если мы знаем, например, что атом кислорода в 1,14 раза тяжелее, чем атом азота, то из соотношения масс m(N) :m(0) = 1,75 следует, что на один атом кислорода в данном соединении приходится 1,75 * 1,14=2 два атома азота, т. е. фор­мула соединения — N20.

Рассуждая подобным образом, Дальтон составил первую в истории таблицу атомных масс элементов. К сожалению, она оказалась во многих отношениях неверной, поскольку при опре­делении атомных масс Дальтон часто исходил из неправиль­ных молекулярных формул. Он считал, что атомы элементов почти всегда (за редким исключением) соединяются попарно. Формула воды по Дальтону — НО. Кроме того, Дальтон был уверен, что молекулы всех простых веществ содержат по одному атому.


Правильные формулы воды и многих других веществ были определены при исследовании химических реакций в газовой фазе. Французский химик Ж.-JI. Гей-Люссак обнаружил, что объемы реагирующих газов относятся друг к другу и к объемам газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа. Так, например, один объем водорода реагирует с одним объемом хлора и получаются два объема хлороводорода. Это эмпиричес­кое правило было опубликовано в 1808 г. и получило название закона объемных отношений.

Подлинный смысл этого закона выяснился после открытия А. Авогадро, который предположил, что в равных объемах лю­бых газов содержится одинаковое число молекул при постоянных

 

температуре и давлении. Это означает, что все газы ведут себя в некотором смысле одинаково и что объем газа при заданных условиях не зависит от химической природы газа, а определяется только числом частиц. Измеряя объем, можно определить число частиц (атомов и молекул) в газовой фазе.

Анализируя объемные соотношения Гей-Люссака и используя свою гипотезу (которую впоследствии назвали законом), Авогад- ро установил, что молекулы газообразных простых веществ (кис­лорода,чазота, водорода, хлора) двухатомны. Действительно, при реакции водорода с хлором объем не изменяется, следовательно, число частиц также не меняется. Если предположить, что водо­род и хлор одноатомны, то за счет реакции присоединения объем должен уменьшиться в два раза. Но раз объем не изменяется, значит, молекулы водорода и хлора содержат по два атома, и реакция идет по уравнению

Н2+Сl2=2НСl

Аналогично можно установить молекулярные формулы воды, аммиака, углекислого газа и других веществ.

Привычный вид атомно-молекулярная теория приобрела по­сле работ итальянского химика С. Канницаро, который пред­ложил знакомые нам определения атома и молекулы (см. ниже) и внес полную ясность в понятия «атомный вес»[1] и «молеку­лярный вес». В 1860 г. в г. Карлсруэ (Германия) состоялся Первый международный химический конгресс, на котором основ­ные положения атомно-молекулярной теории получили всеобщее признание.

Таким образом, в создании атомно-молекулярной теории мо­жно выделить три фундаментальных этапа: 1) рождение идеи о существовании атомов (Левкипп и Демокрит); 2) первое экс­периментальное подтверждение атомной теории в опытах со сжатым воздухом (закон Бойля — Мариотта); 3) открытие воз­можности соединения атомов в молекулы (закон кратных от­ношений Дальтона) и установление формул газообразных про­стых веществ (гипотеза Авогадро).

[1]В настоящее время общепринятое определение — атомная масса и моле­кулярная масса.

Other Posts

Рубрики: Новости

Комментарии

No Комментарии

Leave a reply

Тизерная сеть GlobalTeaser