> Câți atomi sunt în Univers?
Descoperi câți atomi sunt în univers: cum a fost calculat, dimensiunea Universului vizibil, istoria nașterii și dezvoltării cu fotografii, numărul de stele, masa, cercetare.
Cu siguranță toată lumea știe că Universul este un loc la scară largă. Potrivit estimărilor generale, în fața noastră se deschid doar 93 de miliarde de ani lumină („Universul Vizibil”). Acesta este un număr uriaș, mai ales dacă nu uităm că aceasta este doar partea care este accesibilă dispozitivelor noastre. Și, având în vedere astfel de volume, nu ar fi ciudat să presupunem că și cantitatea de substanță ar trebui să fie semnificativă.
Este interesant să începem să studiem problema la scară mică. La urma urmei, Universul nostru conține 120-300 de sextilioane de stele (1,2 sau 3 x 10 23). Dacă creștem totul la nivel atomic, atunci aceste numere par pur și simplu de neconceput. Câți atomi sunt în Univers?
Conform calculelor, se dovedește că Universul este plin cu 10 78 -10 82 atomi. Dar nici măcar acești indicatori nu reflectă exact cât de multă substanță conține. S-a menționat mai sus că putem înțelege 46 de miliarde de ani lumină în orice direcție, ceea ce înseamnă că nu putem vedea întreaga imagine. În plus, Universul este în continuă expansiune, ceea ce îndepărtează obiectele de noi.
Nu cu mult timp în urmă, un supercomputer german a produs un rezultat care indică faptul că există 500 de miliarde de galaxii la vedere. Dacă apelăm la surse conservatoare, obținem 300 de miliarde. O galaxie poate conține 400 de miliarde de stele, deci cantitate totalăîn Univers poate ajunge la 1,2 x 10 23 – 100 sextilioane.
Greutatea medie a unei stele este de 10 35 de grame. Greutate totală – 10 58 grame. Calculele arată că fiecare gram conține 10 24 de protoni sau același număr de atomi de hidrogen (un hidrogen conține un proton). În total obținem 10 82 hidrogen.
Luăm ca bază Universul vizibil, în cadrul căruia această cantitate ar trebui distribuită uniform (peste 300 de milioane de ani lumină). Dar la o scară mai mică, materia va crea aglomerări de materie luminoasă, despre care știm cu toții.
Pentru a rezuma, majoritatea atomilor din Univers sunt concentrați în stele care creează galaxii, care se unesc în clustere, care la rândul lor formează superclustere și completează toate acestea cu formarea. Marele Zid. Aceasta este cu mărire. Dacă te duci la reversul iar la o scară mai mică, clusterele sunt umplute cu nori cu praf, gaz și alte materii.
Materia tinde să se răspândească izotrop. Adică, toate zonele cerești sunt aceleași și fiecare conține aceeași cantitate. Spațiul este saturat cu o undă de radiație izotropă puternică, echivalentă cu 2,725 K (puțin peste zero absolut).
Principiul cosmologic afirmă despre un Univers omogen. Pe baza acestuia, se poate argumenta că legile fizicii vor fi la fel de valabile oriunde în Univers și nu ar trebui încălcate la scară largă. Această idee este alimentată și de observațiile care demonstrează evoluția structurii universale după Big bang.
Cercetătorii sunt de acord că cea mai mare parte a materiei s-a format în momentul Big Bang-ului, iar expansiunea nu adaugă materie nouă. Mecanismele ultimilor 13,7 miliarde de ani sunt expansiunea și dispersarea maselor principale.
Dar teoria este complicată de echivalența masă-energie a lui Einstein, care reiese din relativitatea generală (adăugarea masei crește treptat cantitatea de energie).
Cu toate acestea, densitatea Universului rămâne stabilă. Modern ajunge la 9,9 x 10 30 de grame pe cm 3. Aici sunt concentrate 68,3% din energia întunecată, 26,8% din materia întunecată și 4,9% din materia luminoasă. Se pare că densitatea este de un atom de hidrogen la 4 m 3.
Oamenii de știință încă nu pot descifra proprietățile, așa că este imposibil să spunem cu siguranță dacă sunt distribuite uniform sau formează aglomerări dense. Dar se crede că materia întunecată încetinește expansiunea, dar energie întunecată lucrează pentru accelerare.
Toate numerele date cu privire la numărul de atomi din Univers sunt estimări aproximative. Nu uita Ideea principală: Vorbim despre calcule ale universului vizibil.
În procesul dezvoltării științei, chimia s-a confruntat cu problema calculării cantității de substanță pentru efectuarea reacțiilor și a substanțelor obținute în cursul lor.
Astăzi, pentru astfel de calcule ale reacțiilor chimice dintre substanțe și amestecuri, se utilizează valoarea masei atomice relative incluse în tabelul periodic al elementelor chimice de către D. I. Mendeleev.
Procesele chimice și influența proporției unui element în substanțe asupra cursului reacției
Știința modernă sub definiția „masei atomice relative element chimic„implică de câte ori masa unui atom dintr-un anumit element chimic este mai mare decât a douăsprezecea parte a unui atom de carbon.
Odată cu apariția erei chimiei, a crescut nevoia de determinări precise a cursului unei reacții chimice și a rezultatelor acesteia.
Prin urmare, chimiștii au încercat în mod constant să rezolve problema maselor exacte de elemente care interacționează dintr-o substanță. Unul dintre cele mai bune solutii pe atunci exista o legătură cu cel mai ușor element. Și greutatea atomului său a fost luată ca una.
Cursul istoric al numărării materiei
Inițial a fost folosit hidrogen, apoi oxigen. Dar această metodă de calcul s-a dovedit a fi inexactă. Motivul pentru aceasta a fost prezența izotopilor cu mase 17 și 18 în oxigen.
Prin urmare, având un amestec de izotopi, tehnic a produs un număr diferit de șaisprezece. Astăzi, masa atomică relativă a unui element este calculată pe baza greutății atomului de carbon luată ca bază, într-un raport de 1/12.
Dalton a pus bazele masei atomice relative a unui element
Abia ceva timp mai târziu, în secolul al XIX-lea, Dalton și-a propus să efectueze calcule folosind cel mai ușor element chimic - hidrogenul. La cursurile adresate studenților săi, el a demonstrat pe figuri sculptate din lemn cum sunt conectați atomii. Pentru alte elemente, el a folosit date obținute anterior de alți oameni de știință.
Conform experimentelor lui Lavoisier, apa conține 15% hidrogen și 85% oxigen. Cu aceste date, Dalton a calculat că masa atomică relativă a elementului care alcătuiește apa este în acest caz, oxigenul este 5,67. Eroarea în calculele sale provine din faptul că a crezut incorect în ceea ce privește numărul de atomi de hidrogen dintr-o moleculă de apă.
În opinia sa, exista un atom de hidrogen pentru fiecare atom de oxigen. Folosind datele chimistului Austin că amoniacul conține 20% hidrogen și 80% azot, el a calculat masa atomică relativă a azotului. Cu acest rezultat, a ajuns la o concluzie interesantă. S-a dovedit că masa atomică relativă (formula amoniacului a fost luată în mod eronat cu o moleculă de hidrogen și azot) a fost de patru. În calculele sale, omul de știință s-a bazat pe sistemul periodic al lui Mendeleev. Conform analizei, el a calculat că masa atomică relativă a carbonului este de 4,4, în loc de cele douăsprezece acceptate anterior.
În ciuda greșelilor sale grave, Dalton a fost primul care a creat un tabel cu unele elemente. A suferit modificări repetate în timpul vieții omului de știință.
Componenta izotopică a unei substanțe afectează valoarea exactă a greutății atomice relative
Când luați în considerare masele atomice ale elementelor, veți observa că precizia fiecărui element este diferită. De exemplu, pentru litiu este de patru cifre, iar pentru fluor este de opt cifre.
Problema este că componenta izotopică a fiecărui element este diferită și nu constantă. De exemplu, apa obișnuită conține trei tipuri de izotopi de hidrogen. Acestea includ, pe lângă hidrogenul obișnuit, deuteriu și tritiu.
Masa atomică relativă a izotopilor de hidrogen este de două, respectiv trei. Apa „grea” (formată din deuteriu și tritiu) se evaporă mai puțin ușor. Prin urmare, există mai puțini izotopi de apă în stare de vapori decât în stare lichidă.
Selectivitatea organismelor vii față de diferiți izotopi
Organismele vii au o proprietate selectivă față de carbon. Pentru a construi molecule organice, se folosește carbonul cu o masă atomică relativă de doisprezece. Prin urmare, substanțele de origine organică, precum și o serie de minerale precum cărbunele și petrolul, conțin mai puțin conținut izotopic decât materialele anorganice.
Microorganismele care procesează și acumulează sulf lasă în urmă izotopul de sulf 32. În zonele în care bacteriile nu procesează, proporția izotopului de sulf este de 34, adică mult mai mare. Pe baza raportului de sulf din rocile din sol, geologii ajung la o concluzie despre natura originii stratului - indiferent dacă are o natură magmatică sau sedimentară.
Dintre toate elementele chimice, doar unul nu are izotopi - fluorul. Prin urmare, masa sa atomică relativă este mai precisă decât alte elemente.
Existența unor substanțe instabile în natură
Pentru unele elemente, masa relativă este indicată între paranteze drepte. După cum puteți vedea, acestea sunt elementele situate după uraniu. Cert este că nu au izotopi stabili și se descompun odată cu eliberarea de radiații radioactive. Prin urmare, cel mai stabil izotop este indicat în paranteze.
De-a lungul timpului, a devenit clar că este posibil să se obțină un izotop stabil de la unele dintre ele în condiții artificiale. A fost necesară modificarea maselor atomice ale unor elemente transuraniu din tabelul periodic.
În procesul de sinteză de noi izotopi și de măsurare a duratei de viață a acestora, uneori a fost posibil să se descopere nuclizi cu timpi de înjumătățire de milioane de ori mai lungi.
Știința nu stă pe loc; noi elemente, legi și relații între diferite procese din chimie și natură sunt în mod constant descoperite. Prin urmare, în ce formă vor apărea chimia și sistemul periodic de elemente chimice al lui Mendeleev în viitor, peste o sută de ani, este vagă și incertă. Dar aș vrea să cred că lucrările chimiștilor acumulate de-a lungul secolelor trecute vor servi cunoștințe noi și mai avansate ale descendenților noștri.
Chimia este știința substanțelor și a transformărilor lor unele în altele.
Substanțele sunt substanțe pure din punct de vedere chimic
O substanță chimic pură este o colecție de molecule care au aceeași compoziție calitativă și cantitativă și aceeași structură.
CH3-O-CH3-
CH3-CH2-OH
Moleculă - cele mai mici particule ale unei substanțe care au toate proprietățile sale chimice; o moleculă este formată din atomi.
Un atom este o particulă indivizibilă din punct de vedere chimic din care se formează molecule. (pentru gazele nobile molecula și atomul sunt la fel, He, Ar)
Un atom este o particulă neutră din punct de vedere electric constând dintr-un nucleu încărcat pozitiv în jurul căruia electronii încărcați negativ sunt distribuiți conform legilor lor strict definite. Mai mult, sarcina totală a electronilor este egală cu sarcina nucleului.
Nucleul unui atom este format din protoni (p) și neutroni (n) încărcați pozitiv, care nu poartă nicio sarcină. Numele comun pentru neutroni și protoni este nucleoni. Masa protonilor și neutronilor este aproape aceeași.
Electronii (e -) poartă o sarcină negativă egală cu sarcina unui proton. Masa lui e este de aproximativ 0,05% din masa protonului și neutronului. Astfel, întreaga masă a unui atom este concentrată în nucleul său.
Numărul p dintr-un atom, egal cu sarcina nucleului, se numește număr de serie (Z), deoarece atomul este neutru din punct de vedere electric, numărul e este egal cu numărul p.
Numărul de masă (A) al unui atom este suma protonilor și neutronilor din nucleu. În consecință, numărul de neutroni dintr-un atom este egal cu diferența dintre A și Z (numărul de masă al atomului și numărul atomic (N=A-Z).
17 35 CI р=17, N=18, Z=17. 17р + , 18n 0 , 17е - .
Nucleonii
Proprietățile chimice ale atomilor sunt determinate de structura lor electronică (numărul de electroni), care este egal cu numărul atomic (sarcina nucleară). Prin urmare, toți atomii cu aceeași sarcină nucleară se comportă chimic în același mod și sunt calculați ca atomi ai aceluiași element chimic.
Un element chimic este o colecție de atomi cu aceeași sarcină nucleară. (110 elemente chimice).
Atomii, având aceeași sarcină nucleară, pot diferi ca număr de masă, care este asociat cu un număr diferit de neutroni din nucleele lor.
Atomii care au același Z, dar numere de masă diferite se numesc izotopi.
17 35 Cl 17 37 Cl
Izotopi ai hidrogenului H:
Denumire: 1 1 N 1 2 D 1 3 T
Denumire: protium deuterium tritium
Compoziția miezului: 1р 1р+1n 1р+2n
Protiul și deuteriul sunt stabile
Se descompune tritiul (radioactiv) Folosit în bombele cu hidrogen.
Unitatea de masă atomică. numărul lui Avogadro. Mol.
Masele atomilor și moleculelor sunt foarte mici (aproximativ 10 -28 până la 10 -24 g pentru a afișa practic aceste mase, este indicat să introduceți propria unitate de măsură, ceea ce ar duce la o scară convenabilă și familiară).
Deoarece masa unui atom este concentrată în nucleul său, constând din protoni și neutroni de masă aproape egală, este logic să luăm masa unui nucleon ca unitate de masă atomică.
Am convenit să luăm o douăsprezece parte din izotopul de carbon, care are o structură nucleară simetrică (6p+6n), ca unitate de masă a atomilor și moleculelor. Această unitate se numește unitatea de masă atomică (amu), este numeric egală cu masa unui nucleon. La această scară, masele atomilor sunt apropiate de valori întregi: He-4; Al-27; Ra-226 a.u.m……
Să calculăm masa a 1 amu în grame.
1/12 (12 C) 
= =1,66*10 -24 g/a.u.m
Să calculăm câte amu sunt conținute în 1 g.
N O = 6,02 *-număr Avogadro
Raportul rezultat se numește numărul lui Avogadro și arată câte amu sunt conținute în 1 g.
Masele atomice date în Tabelul periodic sunt exprimate în amu
Masa moleculară este masa unei molecule, exprimată în amu, și se găsește ca suma maselor tuturor atomilor care formează o moleculă dată.
m(1 moleculă H2S04)= 1*2+32*1+16*4= 98 a.u.
Pentru a trece de la amu la 1 g, care se folosește practic în chimie, a fost introdus un calcul porțiune din cantitatea unei substanțe, fiecare porțiune conținând numărul N A de unități structurale (atomi, molecule, ioni, electroni). În acest caz, masa unei astfel de porțiuni, numită 1 mol, exprimată în grame, este numeric egală cu masa atomică sau moleculară exprimată în amu.
Să aflăm masa a 1 mol H 2 SO 4:
M(1 mol H2S04)=
98a.u.m*1,66**6,02*=
După cum se poate observa, moleculara și masa molara egal numeric.
1 mol– cantitatea de substanță care conține numărul Avogadro de unități structurale (atomi, molecule, ioni).
Greutate moleculară (M)- masa a 1 mol dintr-o substanta, exprimata in grame.
Cantitatea de substanță - V (mol); masa substanței m(g); masa molara M(g/mol) - legata prin relatia: V=;
2H2O+O22H2O
2 mol 1 mol
2.Legile de bază ale chimiei
Legea constanței compoziției unei substanțe - o substanță pură din punct de vedere chimic, indiferent de metoda de preparare, are întotdeauna o compoziție calitativă și cantitativă constantă.
CH3+2O2=CO2+2H2O
NaOH+HCI=NaCI+H2O
Substanțele cu o compoziție constantă se numesc daltonite. Prin excepție, se cunosc substanțe cu compoziție neschimbată - bertoliti (oxizi, carburi, nitruri)
Legea conservării masei (Lomonosov) - masa substanțelor care intră într-o reacție este întotdeauna egală cu masa produselor de reacție. De aici rezultă că atomii nu dispar în timpul reacției și nu se formează ei trec de la o substanță la alta. Aceasta este baza pentru selecția coeficienților în ecuația unei reacții chimice, numărul de atomi ai fiecărui element din partea stângă și dreaptă a ecuației trebuie să fie egal.
Legea echivalentului - în reactii chimice substanțele reacționează și se formează în cantități egale cu echivalentul (Câți echivalenți dintr-o substanță se consumă, exact același număr de echivalenți se consumă sau se formează dintr-o altă substanță).
Echivalentul este cantitatea de substanță care, în timpul unei reacții, adaugă, înlocuiește sau eliberează un mol de atomi de H (ioni). Masa echivalentă exprimată în grame se numește masă echivalentă (E).
Legile gazelor
Legea lui Dalton - presiunea totală a unui amestec de gaze este egală cu suma presiunilor parțiale ale tuturor componentelor amestecului de gaze.
Legea lui Avogadro: volume egale de gaze diferite în aceleași condiții conțin un număr egal de molecule.
Consecință: un mol de orice gaz în condiții normale (t=0 grade sau 273K și P=1 atmosferă sau 101255 Pascal sau 760 mm Hg. Col.) ocupă V=22,4 litri.
V care ocupă un mol de gaz se numește volum molar Vm.
Cunoscând volumul de gaz (amestec de gaze) și Vm în condiții date, este ușor de calculat cantitatea de gaz (amestec de gaze) =V/Vm.
Ecuația Mendeleev-Clapeyron leagă cantitatea de gaz de condițiile în care se găsește. pV=(m/M)*RT= *RT
Când se utilizează această ecuație, toate mărimile fizice trebuie exprimate în SI: p-presiunea gazului (pascal), V-volumul gazului (litri), m-masa gazului (kg), M-masa molară (kg/mol), T- temperatura pe o scară absolută (K), Nu-cantitate de gaz (mol), R-gaz constantă = 8,31 J/(mol*K).
D - densitatea relativă a unui gaz în comparație cu altul - raportul dintre gazul M și gazul M, ales ca standard, arată de câte ori un gaz este mai greu decât altul D = M1 / M2.
Metode de exprimare a compoziției unui amestec de substanțe.
Fracția de masă W - raportul dintre masa substanței și masa întregului amestec W=((m amestec)/(m soluție))*100%
Fracția molară æ este raportul dintre numărul de substanțe și numărul total al tuturor substanțelor. în amestec.
Majoritatea elementelor chimice din natură sunt prezente ca un amestec de diferiți izotopi; Cunoscând compoziția izotopică a unui element chimic, exprimată în fracții molare, se calculează valoarea medie ponderată a masei atomice a acestui element, care se transformă în ISHE. А= Σ (æi*Аi)= æ1*А1+ æ2*А2+…+ æn*Аn, unde æi este fracția molară a izotopului i, Аi este masa atomică a izotopului i.
Fracția de volum (φ) este raportul dintre Vi și volumul întregului amestec. φi=Vi/VΣ
Cunoscând compoziția volumetrică a amestecului de gaze, se calculează Mav-ul amestecului de gaze. Мср= Σ (φi*Mi)= φ1*М1+ φ2*М2+…+ φn*Мn
Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează toate proprietățile chimice. Un atom este format dintr-un nucleu care are un pozitiv sarcina electrica, și electroni încărcați negativ. Sarcina nucleului oricărui element chimic egal cu produsul Z cu e, unde Z este numărul de serie al unui element dat din sistemul periodic de elemente chimice, e este valoarea sarcinii electrice elementare.
Electron este cea mai mică particulă a unei substanțe cu sarcină electrică negativă e=1,6·10 -19 coulombi, luată ca sarcină electrică elementară. Electronii, care se rotesc în jurul nucleului, sunt localizați în învelișurile de electroni K, L, M etc. K este învelișul cel mai apropiat de nucleu. Mărimea unui atom este determinată de mărimea învelișului său de electroni. Un atom poate pierde electroni și deveni un ion pozitiv sau poate câștiga electroni și deveni un ion negativ. Sarcina unui ion determină numărul de electroni pierduți sau câștigați. Procesul de transformare a unui atom neutru într-un ion încărcat se numește ionizare.
Nucleul atomic(partea centrală a atomului) constă din particule nucleare elementare - protoni și neutroni. Raza nucleului este de aproximativ o sută de mii de ori mai mică decât raza atomului. Densitatea nucleului atomic este extrem de mare. Protoni- acestea sunt particule elementare stabile cu o singură sarcină electrică pozitivă și o masă de 1836 de ori mai mare decât masa unui electron. Un proton este nucleul unui atom al celui mai ușor element, hidrogenul. Numărul de protoni din nucleu este Z. Neutroni este o particulă elementară neutră (fără sarcină electrică) cu o masă foarte apropiată de masa unui proton. Deoarece masa nucleului constă din masa protonilor și neutronilor, numărul de neutroni din nucleul unui atom este egal cu A - Z, unde A este numărul de masă al unui izotop dat (vezi). Protonul și neutronul care formează nucleul se numesc nucleoni. În nucleu, nucleonii sunt legați de forțe nucleare speciale.
Nucleul atomic conține o rezervă uriașă de energie, care este eliberată în timpul reacțiilor nucleare. Reacţiile nucleare apar când nuclee atomice cu particule elementare sau cu nucleele altor elemente. Ca rezultat al reacțiilor nucleare, se formează noi nuclee. De exemplu, un neutron se poate transforma într-un proton. În acest caz, o particulă beta, adică un electron, este ejectată din nucleu.
Tranziția unui proton la un neutron din nucleu poate fi efectuată în două moduri: fie o particulă cu o masă egală cu masa electronului, dar cu o sarcină pozitivă, numită pozitron (desintegrare a pozitronilor), este emisă din nucleul, sau nucleul captează unul dintre electronii din învelișul K cel mai apropiat de acesta (K -capture).
Uneori, nucleul rezultat are un exces de energie (este într-o stare excitată) și, la revenirea la starea normală, eliberează excesul de energie sub formă de radiație electromagnetică cu o lungime de undă foarte scurtă - . Energia eliberată în timpul reacțiilor nucleare este utilizată practic în diverse industrii.
Un atom (greacă atomos - indivizibil) este cea mai mică particulă a unui element chimic care are proprietățile sale chimice. Fiecare element este alcătuit dintr-un anumit tip de atom. Atomul este format dintr-un nucleu, care poartă o sarcină electrică pozitivă și electroni încărcați negativ (vezi), formând învelișurile sale de electroni. Mărimea sarcinii electrice a nucleului este egală cu Z-e, unde e este sarcina electrică elementară, egală ca mărime cu sarcina electronului (4,8·10 -10 unități electrice), iar Z este numărul atomic al acestui element. în sistemul periodic al elementelor chimice (vezi .). Deoarece un atom neionizat este neutru, numărul de electroni incluși în el este, de asemenea, egal cu Z. Compoziția nucleului (vezi Nucleul atomic) include nucleoni, particule elementare cu o masă de aproximativ 1840 de ori mai mare decât masa electronului. (egal cu 9,1 10 - 28 g), protoni (vezi), încărcați pozitiv și neutroni fără sarcină (vezi). Numărul de nucleoni din nucleu se numește număr de masă și este desemnat cu litera A. Numărul de protoni din nucleu, egal cu Z, determină numărul de electroni care intră în atom, structura învelișurilor de electroni și substanța chimică. proprietățile atomului. Numărul de neutroni din nucleu este A-Z. Izotopii sunt varietăți ale aceluiași element, ale căror atomi diferă între ei ca număr de masă A, dar au același Z. Astfel, în nucleele atomilor diferiților izotopi ai aceluiași element există număr diferit neutroni cu același număr de protoni. Când se notează izotopii, numărul de masă A este scris deasupra simbolului elementului, iar numărul atomic dedesubt; de exemplu, izotopii oxigenului sunt desemnați: 
Dimensiunile unui atom sunt determinate de dimensiunile învelișurilor de electroni și sunt pentru toate Z o valoare de ordinul 10 -8 cm, deoarece masa tuturor electronilor unui atom este de câteva mii de ori mai mică decât masa nucleului , masa atomului este proporțională cu numărul de masă. Masa relativă a unui atom al unui izotop dat este determinată în raport cu masa unui atom al izotopului de carbon C12, luată ca 12 unități, și se numește masa izotopului. Se dovedește a fi aproape de numărul de masă al izotopului corespunzător. Greutatea relativă a unui atom al unui element chimic este valoarea medie (ținând cont de abundența relativă a izotopilor unui element dat) a greutății izotopice și se numește greutate atomică (masă).
Atomul este un sistem microscopic, iar structura și proprietățile sale pot fi explicate doar folosind teoria cuantică, creată în principal în anii 20 ai secolului XX și menită să descrie fenomene la scară atomică. Experimentele au arătat că microparticulele - electroni, protoni, atomi etc. - pe lângă cele corpusculare, au proprietăți de undă, manifestate prin difracție și interferență. În teoria cuantică, pentru a descrie starea microobiectelor, se folosește un anumit câmp de undă, caracterizat printr-o funcție de undă (funcția Ψ). Această funcție determină probabilitățile stărilor posibile ale unui microobiect, adică caracterizează posibilitățile potențiale de manifestare a anumitor proprietăți ale acestuia. Legea de variație a funcției Ψ în spațiu și timp (ecuația lui Schrodinger), care permite găsirea acestei funcții, joacă același rol în teoria cuantică ca legile mișcării lui Newton în mecanica clasică. Rezolvarea ecuației Schrödinger în multe cazuri duce la stări posibile discrete ale sistemului. Deci, de exemplu, în cazul unui atom obținem seria funcții de undă pentru electroni corespunzători unor valori diferite (cuantificate) de energie. Sistemul de niveluri de energie atomică, calculat prin metodele teoriei cuantice, a primit o confirmare strălucitoare în spectroscopie. Tranziția unui atom de la starea fundamentală corespunzătoare celui mai scăzut nivel de energie E 0 la oricare dintre stările excitate E i are loc la absorbția unei anumite porțiuni de energie E i - E 0 . Un atom excitat ajunge la o stare mai puțin excitată sau fundamentală, de obicei prin emiterea unui foton. În acest caz, energia fotonului hv este egală cu diferența de energii ale atomului în două stări: hv = E i - E k unde h este constanta lui Planck (6,62·10 -27 erg·sec), v este frecvența de lumină.
Pe lângă spectrele atomice, teoria cuantică a făcut posibilă explicarea altor proprietăți ale atomilor. În special, au fost explicate valența, natura legăturilor chimice și structura moleculelor și a fost creată o teorie tabel periodic elemente.
De aceea este atât de important pentru noi să organizăm realitatea, să îi distribuim elementele în celule și să găsim un sistem. Altfel, memoria refuză să se supună, iar mintea refuză să analizeze. Nu este o coincidență că crearea tabelului periodic este considerată o descoperire atât de importantă - ordinea, sistemul și logica au triumfat. Impactul acestei descoperiri a fost atât de mare încât i-a inspirat pe mulți. De exemplu, Lyubishchev, geniul managementului timpului rus, și-a dezvoltat sistemul pentru a crea un tabel periodic al organismelor vii. Acest obiectiv nu a fost atins, dar faptul în sine dovedește importanța logicii pentru înțelegerea umană. Dar realitatea este mai bogată decât schemele frumoase. De exemplu, în tabelul principal de chimie, unele elemente sunt în ordine în funcție de masă. De ce? Puteți răspunde într-un singur cuvânt - „izotopi”. Acest cuvânt înseamnă literal „a lua un loc”.
Mulți au lucrat, dar nu toată lumea își amintește
Tabelul periodic este rodul muncii minuțioase a multor oameni de știință și nu doar a creatorului său. El a creat cu brio principiul în sine și a găsit tiparele de bază. Dar cifra de masă pe care o vedeți sub fiecare element este rodul muncii multor chimiști și, în plus, este inexactă. Cum poate fi asta? Poate ați observat vreodată că numărul atomic este un întreg frumos. Dar masa este o fracție cu un număr mare de zecimale. De ce? Și aceiași izotopi sunt de vină. Acest lucru este explicat destul de simplu. Dacă te uiți la numerele pentru elementul „azot”, lângă numărul de masă atomică vei vedea 14,0067. Cu toate acestea, dacă „prindeți” un atom de azot liber, acesta poate cântări fie 10, fie 25 de unități atomice. Ele sunt diferite. Care este această diferență? Masa unui izotop constă din masa de protoni și protoni - o valoare constantă, care este ceea ce face (azot - azot). Dar un atom poate fi fie bogat, fie sărac în neutroni. În exemplul cu azot, pot fi 18 dintre ele, sau doar 3 bucăți. Izotopii sunt tipuri de atomi ai unui element în funcție de numărul de neutroni din nucleu. Azotul are 16 izotopi. Alte elemente au mai multe.
Ce ar trebui să facă un om de știință?
Dacă ai fi om de știință, ce ai face? Cum ai scrie masa într-un tabel pentru calcule? Era posibil, desigur, să se ia media aritmetică. Dar mulți izotopi sunt obiecte foarte instabile, unii dintre ei sunt creați artificial. Prin urmare, ar fi greșit să se efectueze calcule bazate pe date inexacte. Oamenii de știință au acționat diferit - au calculat masa atomică a unui element proporțional cu abundența naturală a unui anumit izotop. Ca urmare, probabilitatea ca în timpul unei căutări aleatorii să dai peste exact un izotop cu 14 unități de masă este foarte mare. Nucleul unui izotop găsit întâmplător va conține cel mai probabil 7 protoni și 7 neutroni.
Motive pentru inexactitate
De ce nu este complet exact? Pentru că concluzia despre ea a fost făcută inductiv - de la particular la general. Nu știm compoziția exactă a Pământului sub scoarță, nu am explorat geologic nici măcar întreaga suprafață a Pământului. Prin urmare, cifra masei atomice este probabilistică. Se bazează pe cunoștințele pe care oamenii le au astăzi. De ce sunt oamenii de știință mulțumiți de asta? Deoarece este nevoie de o precizie mai mare doar pentru calculele banale ale cantităților, eroarea poate fi neglijată. Dar încălcarea ordinii în masă se explică prin faptul că pt proprietăți chimice Numărul de particule încărcate - protoni - este important. Și elementele sunt aranjate secvenţial după numărul de protoni.