Урок №7. Атомы и молекулы. Ионы

Атомы и молекулы

Эта лекция посвящена следующим понятиям: атом, молекула, ион, элементарные частицы в составе атома.

Этапы возникновения представлений об атомах и молекулах

2500 лет назад древнегреческий философ Демокрит высказал мысль о том, что все тела в природе состоят из мельчайших невидимых, непроницаемых, неделимых, вечно движущихся частиц – атомов.
Слово “атом” в переводе означает “неделимый”.
В средние века, учение об атомах преследовалось религией, которая тормозила развитие науки в целом, и химии в частности.
В середине 18 века великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711 – 1765 гг.) было разработано учение о молекулах и атомах. Он утверждал, что тела в природе состоят из корпускул (молекул), в состав которых входят элементы (атомы). Многообразие веществ ученый прозорливо объяснял соединением разных атомов в молекулах и различным расположением атомов в них. Удивительно верной и смелой для того времени была мысль М. В. Ломоносова о том, что некоторые корпускулы (молекулы) могут состоять из одинаковых элементов (атомов).
Учение об атомах получило дальнейшее развитие в трудах известного английского ученого Джона Дальтона (1766 – 1844 гг.).

Экспериментальным доказательством того, что молекулы состоят из атомов, является реакция разложения воды под действием электрического тока.

Опыт "Электролиз воды"

При пропускании постоянного тока через воду в одной из трубок аппарата Гофмана (рис. 1) собирается газ, в котором тлеющая лучинка ярко вспыхивает. Это кислород. В другой трубке собирается вдвое больше газа, который от зажженной лучинки загорается. Это водород.

Аппарат Гофмана — используется для электролиза воды, изобрёл немецкий химик-органик Август Вильгельм Гофман.

Молекула воды (Н₂О) состоит из 2 атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 2). При пропускании постоянного тока через воду ее молекулы распадаются и образуются химически неделимые частицы – атомы кислорода и водорода. Затем атомы соединяются по два, и из двух молекул воды образуется одна – двухатомная молекула кислорода (О₂) и две двухатомные молекулы водорода (Н₂).

Рис. 1. Аппарат Гофмана

Рис. 2. Схема разложения воды электрическим током

Атомы и ионы

Атомы, взаимодействуя друг с другом, могут терять или, наоборот, приобретать один или более электронов.

В результате электрически нейтральный атом превращается в заряженную частицу — ион.

Если атом теряет один или несколько электронов, его называют положительно заряженным ионом.

Атом, дополнительно присоединивший один или несколько электронов, называют отрицательно заряженным ионом.

Противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу.

А⁰- ne^-=Aⁿ⁺

А⁰– нейтрально заряженный атом

Aⁿ⁺ – положительно заряженный ион – катион

А⁰+ ne^-=A^n-

А⁰– нейтрально заряженный атом

A^n- – отрицательно заряженный ион – анион

Ион - это атом или группа атомов, обладающих положительным или отрицательным зарядом.

Например, Na⁺, Cl^-. (см. "ТАБЛИЦУ РАСТВОРИМОСТИ")

Протоны, нейтроны, электроны

Некоторые представления об атомах и молекулах, высказанные М. В. Ломоносовым за полвека до Д. Дальтона, оказались более достоверными и научными.

Например, английский ученый категорически отрицал возможность существования молекул, состоящих из одинаковых атомов. Его взгляды отрицательно сказались на развитии химии.

Учение о молекулах и атомах окончательно было принято только в 1860 г. на Всемирном съезде химиков в Карлсруэ.

Молекулы – мельчайшие частицы вещества, состав которых и химические свойства такие же, как у данного вещества. Молекулы – предельный результат механического дробления вещества.

Атомы – это мельчайшие химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы. Молекулы, в отличие от атомов, являются химически делимыми частицами.

В конце XIX—начале XX в. было обнаружено, что атомы состоят из более мелких частиц, названных «элементарными частицами».

В центре любого атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные частицы — электроны (е^-). Заряд электрона принято считать равным (-1).

Ядро атома, в свою очередь, также состоит из элементарных частиц. В состав ядер атомов входят положительно заряженные частицы — протоны (⁺р) и частицы, имеющие почти такую же массу, как протоны, но не имеющие заряда, — нейтроны (⁰n). Заряд протона численно равен заряду электрона, но имеет противоположный знак (+1).

Например, атом углерода (рис. 3) состоит из ядра, в котором находятся 6 протонов, 6 нейтронов, а также 6 электронов:

Рис. 3. Модель атома углерода