Ατομο. Αναπαράσταση της δομής του ατόμου. Ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια
Ατομο - ένα στοιχειώδες σωματίδιο μιας ουσίας (χημικό στοιχείο), που αποτελείται από ένα ορισμένο σύνολο πρωτονίων και νετρονίων (ο πυρήνας ενός ατόμου) και ηλεκτρονίων.
Ο πυρήνας ενός ατόμου αποτελείται από πρωτόνια (p+) και νετρόνια (n0). Αριθμός πρωτονίων N(p+) ίσο με το πυρηνικό φορτίο(Ζ) και αριθμός στοιχείουστη φυσική σειρά στοιχείων (και στο περιοδικό σύστημα στοιχείων). Το άθροισμα του αριθμού των νετρονίων N(n0), που συμβολίζεται απλώς με το γράμμα N, και του αριθμού των πρωτονίων Z ονομάζεται μαζικός αριθμός και συμβολίζεται με το γράμμα A. Το ηλεκτρονικό κέλυφος ενός ατόμου αποτελείται από ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από τον πυρήνα(μι-). Αριθμός ηλεκτρονίωνΤο N(e-) στο ηλεκτρονιακό κέλυφος ενός ουδέτερου ατόμου είναι τον αριθμό των πρωτονίωνΤο Z στον πυρήνα του.
Η ιδέα του σύγχρονου κβαντομηχανικού μοντέλου του ατόμου. Χαρακτηρισμός της κατάστασης των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο χρησιμοποιώντας ένα σύνολο κβαντικών αριθμών, η ερμηνεία και οι επιτρεπόμενες τιμές τους
Ατομο - ο μικρόκοσμος στον οποίο λειτουργούν οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής.
Η κυματική διαδικασία της κίνησης των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο γύρω από τον πυρήνα περιγράφεται χρησιμοποιώντας την κυματική συνάρτηση psi (ψ), η οποία θα πρέπει να έχει τρεις παραμέτρους κβαντοποίησης (3 βαθμοί ελευθερίας).
φυσική έννοια – τρισδιάστατο πλάτος ηλ. κυματιστά.
n είναι ο κύριος κβαντικός αριθμός, char. ενεργητικός. επίπεδο σε ένα άτομο.
l – πλευρά (τροχιακή γ.χ.) l=0…n-1, χαρακτηρίζει ενεργειακά. υποεπίπεδα στο άτομο και το σχήμα του ατομικού τροχιακού.
m l – μαγνητικό c.h. ml= -l… +l, χαρακτηρίζει τον προσανατολισμό του στοιχείου σε m.p.
ms είναι ο αριθμός περιστροφής. Χρήση Επειδή κάθε ηλεκτρόνιο έχει τη δική του ορμή
Η ακολουθία πλήρωσης ενεργειακών επιπέδων και υποεπιπέδων με ηλεκτρόνια σε άτομα πολλαπλών ηλεκτρονίων. Αρχή Pauli. Ο κανόνας του Γκουντ. Η αρχή της ελάχιστης ενέργειας.
Και τα λοιπά. Γκούντα: η πλήρωση γίνεται διαδοχικά με τέτοιο τρόπο ώστε το άθροισμα των αριθμών περιστροφής (η στιγμή της κίνησης) να είναι μέγιστο.
Αρχή Pauli: Δεν μπορούν να υπάρχουν 2 ηλεκτρόνια σε ένα άτομο που να έχουν και τα 4 κβαντικά. Οι αριθμοί θα ήταν ίδιοι
Xn– μέγιστος αριθμός ελ. για ενέργεια ur.
Ξεκινώντας από την 3η περίοδο, παρατηρείται ένα φαινόμενο καθυστέρησης, το οποίο εξηγείται από την αρχή της ελάχιστης ενέργειας: ο σχηματισμός του ηλεκτρονιακού κελύφους του ατόμου συμβαίνει με τέτοιο τρόπο ώστε το el. καταλαμβάνουν μια ενεργειακά ευνοϊκή θέση, όταν η ενέργεια δέσμευσης με τον πυρήνα είναι η μέγιστη δυνατή και η αυτοενέργεια του ηλεκτρονίου είναι η ελάχιστη δυνατή.
Και τα λοιπά. Ο Κλιτσέφσκι- τα πιο ενεργειακά ωφέλιμα είναι αυτά τα ανόητα, σε μια γάτα. το άθροισμα των κβαντικών αριθμών n και l τείνει στο min.
Ενέργεια ιοντισμού και ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων. Η φύση της αλλαγής τους κατά περιόδους και ομάδες του περιοδικού συστήματος του D.I. Mendeleev. Μέταλλα και αμέταλλα.
Ενέργεια ιοντισμού ενός ατόμου- Η ενέργεια που απαιτείται για να αποσπαστεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα μη διεγερμένο άτομο ονομάζεται ενέργεια πρώτου ιονισμού (δυναμικό).
συγγένεια ηλεκτρονίων- Η ενεργειακή επίδραση της προσκόλλησης ενός ηλεκτρονίου σε ένα ουδέτερο άτομο ονομάζεται συγγένεια ηλεκτρονίων (E).
Η ενέργεια ιονισμού αυξάνεταισε περιόδους από αλκαλικά μέταλλα έως ευγενή αέρια και μειώνεταισε ομάδες από πάνω προς τα κάτω.
Για στοιχεία βασικών υποομάδων η συγγένεια ηλεκτρονίων αυξάνεταισε περιόδους από αριστερά προς τα δεξιά και μειώνεταισε ομάδες από πάνω προς τα κάτω.
Περιοδικός Νόμοςκαι το περιοδικό σύστημα στοιχείων του D.I. Mendeleev. Περίοδοι, ομάδες και υποομάδες του περιοδικού συστήματος. Σύνδεση του περιοδικού συστήματος με τη δομή των ατόμων. Ηλεκτρονικές οικογένειες στοιχείων.
διατύπωση του περιοδικού νόμου είναι:
«Οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων (δηλαδή οι ιδιότητες και η μορφή των ενώσεων που σχηματίζουν) είναι μέσα περιοδική εξάρτησηαπό το φορτίο του πυρήνα των ατόμων των χημικών στοιχείων.
Ο περιοδικός πίνακας του Mendeleev αποτελείται από 8 ομάδες και 7 περιόδους.
Οι κάθετες στήλες ενός πίνακα ονομάζονται ομάδες. Τα στοιχεία σε κάθε ομάδα έχουν παρόμοια χημικά και φυσικές ιδιότητες. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι τα στοιχεία μιας ομάδας έχουν παρόμοιες ηλεκτρονικές διαμορφώσεις του εξωτερικού στρώματος, ο αριθμός των ηλεκτρονίων στα οποία είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας. Εν Η ομάδα χωρίζεται σε κύριες και δευτερεύουσες υποομάδες.
Προς το MainΟι υποομάδες περιλαμβάνουν στοιχεία των οποίων τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στα εξωτερικά υποεπίπεδα ns και np. Οι παρενέργειεςΟι υποομάδες περιλαμβάνουν στοιχεία των οποίων τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στο εξωτερικό ns-υποεπίπεδο και στο εσωτερικό (n - 1) d-υποεπίπεδο (ή (n - 2) f-υποεπίπεδο).
Όλα τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα, ανάλογα με το υποεπίπεδο(s-, p-, d- ή f-) υπάρχουν ηλεκτρόνια σθένους ταξινομημένα σε: s-στοιχεία (στοιχεία των κύριων υποομάδων των ομάδων I και II), p-στοιχεία (στοιχεία των κύριων υποομάδων των ομάδων III-VII ), d-στοιχεία (πλευρικές υποομάδες στοιχείων), f-στοιχεία (λανθανίδες, ακτινίδες).
Οι οριζόντιες σειρές του πίνακα ονομάζονται τελείες.. Τα στοιχεία στις περιόδους διαφέρουν μεταξύ τους, αλλά έχουν κοινό ότι τα τελευταία ηλεκτρόνια βρίσκονται στο ίδιο ενεργειακό επίπεδο (ο κύριος κβαντικός αριθμός n είναι ο ίδιος).
Μέθοδος δεσμού σθένους
Στο σχηματισμό ομοιοπολικών χημικών δεσμών συμμετέχουν μόνο ατομικά τροχιακά σθένους (ηλεκτρόνια) και τα υπόλοιπα εντοπίζονται κοντά στον πυρήνα του ατόμου.
Βασικές διατάξεις:
Μόνο τα ατομικά τροχιακά σθένους εμπλέκονται στο σχηματισμό του συνχημικού φωτός
Το ομοιοπολικό sv σχηματίζεται από δύο ηλεκτρόνια με αντιπαράλληλα σπιν
Η επικοινωνία εντοπίζεται προς την κατεύθυνση στην οποία η πιθανότητα επικάλυψης νεφών ηλεκτρονίων είναι ελάχιστη
8. Δύο μηχανισμοί σχηματισμού ομοιοπολικού δεσμού: συμβατικός και δότης-δέκτης.
9. Υβριδισμός ατομικών τροχιακών σθένους: sp-, sp 2 -, sp 3-υβριδισμός. Γεωμετρικό σχήμα και πολικότητα μορίων. Τα κύρια χαρακτηριστικά των ομοιοπολικών δεσμών: μήκος, ενέργεια, κατεύθυνση, κορεσμός, γωνίες δεσμού.
Παραγωγή μικτών γενών- αυτή είναι μια ενεργειακή ευθυγράμμιση ατομικών τροχιακών σθένους, που συνοδεύεται από μια ευθυγράμμιση των μορφών email. σύννεφα
Τα υβριδικά ατομικά τροχιακά έχουν το σχήμα ενός κατευθυνόμενου οκτώ σε ένα επίπεδο, σε τρισδιάστατο χώρο - έναν κοντύτερο αλτήρα, που ονομάζεται q-a.o.
Η πολικότητα των μορίων καθορίζεται από τη σύνθεση και το γεωμετρικό τους σχήμα.
Το μη πολικό (p = O) θα είναι:
α) μόρια απλών ουσιών, καθώς περιέχουν μόνο μη πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς.
β) πολυατομικά μόρια σύνθετων ουσιών, αν το γεωμετρικό τους σχήμα είναι συμμετρικό.
Η πολική (p > O) θα είναι:
α) διατομικά μόρια σύνθετων ουσιών, καθώς περιέχουν μόνο πολικούς δεσμούς.
β) πολυατομικά μόρια σύνθετων ουσιών, εάν η δομή τους είναι ασύμμετρη, δηλαδή το γεωμετρικό τους σχήμα είναι είτε ατελές είτε παραμορφωμένο, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση ενός συνολικού ηλεκτρικού διπόλου, για παράδειγμα, για μόρια NH3, H2O, HNO3 και HCN.
Ενέργεια kov.sv. | Π.χ. (kJ / mol)-ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά την εμφάνιση χημικού φωτός σε όγκο 1 mole στοιχείων
Kov μήκος sv- ορίζεται ως μια ευθεία γραμμή που συνδέει τους πυρήνες των ατόμων των χημικών στοιχείων
Κορεσμός cov chemical sv– κάθε σθένος α.α. ένα άτομο μπορεί να σχηματίσει μόνο έναν χημικό δεσμό δηλ. επικάλυψη με α.ο. μόνο 1 φορά άλλα άτομα
Προσανατολισμός- καθορίζει τη μοριακή δομή των ουσιών και γεωμετρική. το σχήμα των μορίων τους. Οι γωνίες μεταξύ 2 δεσμών ονομάζονται σθένος.
Πόλωση- προκαλείται από μια ανομοιόμορφη κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων λόγω διαφόρων ηλεκτραρνητικών ατόμων σε ένα μόριο που σχηματίζεται από άτομα του ίδιου ηλεκτρονίου (o2, cl2 ...) συνολικού email. το νέφος κατανέμεται συμμετρικά ως προς τους πυρήνες των ατόμων, αφού διαφορά ηλεκτραρνητικότητας = 0. Τέτοιοι χημικοί δεσμοί ονομάζονται πολικός.
Σε μόρια τύπου HF HCl, το ολικό νέφος ηλεκτρονίων μετατοπίζεται προς τον πυρήνα των σωματιδίων με μεγαλύτερη η.ο. τέτοιες συνδέσεις ονομάζονται μη πολικό
Οι αντιδράσεις που διαφέρουν ως προς τη θερμική επίδραση είναι ενδο- και εξώθερμες. Μετασχηματισμοί ενέργειας σε χημικές αντιδράσεις. Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής. Συναρτήσεις κατάστασης: εσωτερική ενέργεια, ενθαλπία, εντροπία, ενέργεια Gibbs.
εξώθερμη αντίδραση- μια χημική αντίδραση που συνοδεύεται από απελευθέρωση θερμότητας.
Ενδόθερμη αντίδρασηΜια χημική αντίδραση κατά την οποία απορροφάται θερμότητα.
Η ενέργεια απελευθερώνεται ή απορροφάται με τη μορφή θερμότητας. Αυτό μας επιτρέπει να κρίνουμε την παρουσία σε ουσίες μιας ορισμένης ποσότητας κάποιας ενέργειας ( εσωτερική ενέργεια αντίδρασης).
Κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, ένα μέρος της ενέργειας που περιέχεται σε ουσίες απελευθερώνεται, αυτό ονομάζεται θερμική επίδραση της αντίδρασης. με την οποία είναι δυνατόν να κριθεί η μεταβολή της ποσότητας εσωτερική ενέργειαουσίες.
Κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων, υπάρχει ένας αμοιβαίος μετασχηματισμός των ενεργειών - η εσωτερική ενέργεια των ουσιών σε θερμική, ακτινοβολία, ηλεκτρική και μηχανική και αντίστροφα.
Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος κατά τη μετάβασή του από τη μια κατάσταση στην άλλη είναι ίση με το άθροισμα του έργου των εξωτερικών δυνάμεων και της ποσότητας θερμότητας που μεταφέρεται στο σύστημα:
όπου ΔU είναι η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας, A είναι το έργο των εξωτερικών δυνάμεων, Q είναι η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο σύστημα.
Από το (ΔU = A + Q) ακολουθεί ο νόμος διατήρησης της εσωτερικής ενέργειας. Εάν το σύστημα είναι απομονωμένο από εξωτερικές επιρροές, τότε A = 0 και Q = 0, και, κατά συνέπεια, ΔU = 0.
Για οποιεσδήποτε διεργασίες συμβαίνουν σε ένα απομονωμένο σύστημα, η εσωτερική του ενέργεια παραμένει σταθερή.
Αν η δουλειά γίνεται από το σύστημα και όχι εξωτερικές δυνάμεις, τότε η εξίσωση (ΔU = A + Q) γράφεται ως:
όπου Α" είναι το έργο που κάνει το σύστημα (Α" = -Α).
Η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο σύστημα χρησιμοποιείται για την αλλαγή της εσωτερικής του ενέργειας και για την εκτέλεση εργασιών σε εξωτερικά σώματα από το σύστημα.
Λειτουργία κατάστασηςονομάζεται ένα τέτοιο μεταβλητό χαρακτηριστικό του συστήματος, το οποίο δεν εξαρτάται από την προϊστορία του συστήματος και η αλλαγή στην οποία κατά τη μετάβαση του συστήματος από τη μια κατάσταση στην άλλη δεν εξαρτάται από το πώς έγινε αυτή η αλλαγή.
Εσωτερική ενέργειαχαρακτηρίζει τη συνολική παροχή του συστήματος (όλα τα είδη ενέργειας του συστήματος)
Εντροπίαείναι ένα μέτρο της διαταραχής του συστήματος. Το Entpropy εισάγεται ως συνάρτηση κατάστασης, η αλλαγή της οποίας καθορίζεται από την αναλογία της ποσότητας θερμότητας που λαμβάνεται ή εκχωρείται από το σύστημα στο t - T.
Ενθαλπία σχηματισμού σύνθετη ουσίααπό απλές ουσίες ονομάζεται η θερμική επίδραση της αντίδρασης σχηματισμού μιας δεδομένης ουσίας από απλές ουσίες σε πρότυπες καταστάσεις, που αναφέρεται σε 1 mole της ουσίας που προκύπτει
Ενέργεια Gibbsείναι μια ποσότητα που δείχνει τη μεταβολή της ενέργειας κατά τη διάρκεια χημική αντίδραση.
Βασικές έννοιες της χημικής κινητικής. Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης. Παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης σε ομοιογενείς και ετερογενείς διαδικασίες.
Χημική κινητική – μελετά τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης και την εξάρτησή της από διάφορους παράγοντες, καθώς και τον μηχανισμό των χημικών αντιδράσεων.
χημική ταχύτητααντιδράσειςονομάζεται ο αριθμός των στοιχειωδών πράξεων της αντίδρασης που συμβαίνουν ανά μονάδα χρόνου.
Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης εξαρτάται από:
1) συγκεντρώσεις αντιδρώντων ουσιών.
2) θερμοκρασία?
3) η παρουσία καταλυτών.
4) τη φύση των αντιδρώντων ουσιών.
5) ο βαθμός λείανσης του στερεού.
6) ανάμειξη, εάν οι ουσίες είναι σε διαλυμένη κατάσταση.
V ist = 
μέση ταχύτητακάθε αντίδραση καθορίζεται από την αλλαγή στη μοριακή συγκέντρωση του αντιδρώντος in-in σε μια χρονική περίοδο. (mol/(λίτρα*s))
21. Επίδραση της συγκέντρωσης στον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης. Ο νόμος των ενεργών μαζών.
Ο νόμος της δράσης της μάζας δείχνει την εξάρτηση της ταχύτητας της χημικής ουσίας. αντίδραση από τη συγκέντρωση του αντιδρώντος. in-in.
Η ταχύτητα του χημ. αντιδρώ. Ευθέως ανάλογο με το συν. αντιδρώντας μέσα, λαμβανόμενες σε δυνάμεις των στοιχειομετρικών συντελεστών τους.
Για αντιδράσεις αερίων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μερική πίεση.
Ο νόμος ισχύει μόνο για ΟΜΟΙΟΓΕΝΗΣσυστήματα. Εάν το σύστημα είναι ετερογενές, τότε αντίδραση Εξαρτάται από το τμήμα pov-ti (βαθμός πίεσης) της στερεάς φάσης.
Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η εσωτερική ενέργεια των μορίων αυξάνεται. Όλο και περισσότεροι από αυτούς δραστηριοποιούνται. Ως συνέπεια αυτού, η αναλογία αποτελεσματικών συγκρούσεων μεταξύ μορίων ανά μονάδα χρόνου αυξάνεται, και ως εκ τούτου ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης.
Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι συγκεντρώσεις των αρχικών ουσιών στο μείγμα της αντίδρασης πρακτικά δεν αλλάζουν. Αυτό σημαίνει ότι μια αύξηση του ρυθμού αντίδρασης σύμφωνα με την κύρια κινητική εξίσωση θα πρέπει να συσχετιστεί με μια αύξηση στη σταθερά του ρυθμού της.
Ο Ολλανδός επιστήμονας van't Hoff προσδιόρισε πειραματικά ότι για χημικές αντιδράσεις (που έχουν κανονικό τύπο εξάρτησης της ταχύτητας από τη θερμοκρασία), με αύξηση της θερμοκρασίας για κάθε 10 βαθμούς, η σταθερά του ρυθμού αυξάνεται κατά 2-4 φορές. Επιπλέον, για κάθε χημική αντίδραση αυτός ο αριθμός είναι σταθερός και μπορεί να πάρει τόσο ακέραιες (2, 3, 4) όσο και κλασματικές τιμές από το καθορισμένο διάστημα. Προσδιορίζεται πειραματικά, ονομάζεται συντελεστής θερμοκρασίας της ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης ή συντελεστής van't Hoff και συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα γ:
γ = 
όπου k T είναι η σταθερά ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης σε θερμοκρασία ίση με T. k T + 10 - η σταθερά ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης σε θερμοκρασία αυξήθηκε κατά 10 μοίρες σε σύγκριση με την αρχική.
Η ενέργεια ενεργοποίησης μιας χημικής αντίδρασης (Ε α) σύμφωνα με φυσική έννοιαμπορεί να οριστεί ως η περίσσεια ενέργειας, σε σύγκριση με τη μέση ενέργεια των ανενεργών μορίων των αρχικών ουσιών στο σύστημα αντίδρασης σε μια δεδομένη θερμοκρασία, την οποία πρέπει να μεταδώσουν προκειμένου οι συγκρούσεις μεταξύ τους να οδηγήσουν σε χημική αντίδραση.
Το ελάχιστο ενεργειακό απόθεμα που πρέπει να έχουν τα μόρια για να εισέλθουν σε μια συγκεκριμένη αντίδραση μπορεί να θεωρηθεί ως ένα είδος ενεργειακού φραγμού για αυτήν την αντίδραση.
Επιπλέον, όσο υψηλότερο είναι, τόσο λιγότερα μόρια μπορούν να το ξεπεράσουν. Γνωρίζοντας τον συνολικό αριθμό των μορίων στο σύστημα και την τιμή της ενέργειας ενεργοποίησης για μια δεδομένη αντίδραση, ο αριθμός τέτοιων ενεργών μορίων μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με το νόμο Maxwell-Boltzmann
όπου N a είναι ο αριθμός των ενεργών μορίων, N o είναι ο συνολικός αριθμός των μορίων.
Τύποι υδρόλυσης αλάτων
Η χημική αλληλεπίδραση ιόντων άλατος με ιόντα νερού, που οδηγεί στο σχηματισμό ενός αδύναμου ηλεκτρολύτη και συνοδεύεται από αλλαγή στο pH του διαλύματος, ονομάζεται υδρόλυση άλατος.
Οποιοδήποτε άλας μπορεί να θεωρηθεί ως προϊόν αντίδρασης ενός οξέος και μιας βάσης. Ο τύπος της υδρόλυσης του άλατος εξαρτάται από τη φύση της βάσης και του οξέος που σχηματίζει το άλας. Υπάρχουν 3 τύποι υδρόλυσης αλάτων.
Υδρόλυση ανιόντωνπηγαίνει αν το άλας σχηματίζεται από ένα κατιόν ισχυρής βάσης και ένα ανιόν ασθενούς οξέος. Για παράδειγμα, το άλας CH3COOHa σχηματίζεται από την ισχυρή βάση NaOH και το ασθενές μονοβασικό οξύ CH3COOH. Το ασθενές ιόν ηλεκτρολύτη CH3COO– υποβάλλεται σε υδρόλυση.
Υδρόλυση με κατιόνπηγαίνει αν το άλας σχηματίζεται από ένα κατιόν ασθενούς βάσης και ένα ανιόν ισχυρού οξέος. Για παράδειγμα, το άλας CuSO4 σχηματίζεται από την ασθενή διόξινη βάση Cu(OH)2 και το ισχυρό οξύ H2SO4. Η υδρόλυση προχωρά μέσω του κατιόντος Cu2+ και προχωρά σε δύο στάδια με το σχηματισμό ενός βασικού άλατος ως ενδιάμεσου προϊόντος.
Υδρόλυση με κατιόν και ανιόνπηγαίνει εάν το άλας σχηματίζεται από ένα κατιόν ασθενούς βάσης και ένα ανιόν ασθενούς οξέος. Για παράδειγμα, το άλας CH3COONH4 σχηματίζεται από την ασθενή βάση NH4OH και το ασθενές οξύ CH3COOH. Η υδρόλυση προχωρά μέσω του κατιόντος NH4+ και του ανιόντος CH3COO–.
Η υδρόλυση μπορεί να ποσοτικοποιηθεί χρησιμοποιώντας σταθερές υδρόλυσης (K G)και βαθμός υδρόλυσης (h).
Σταθερά υδρόλυσης (K G)-είναι η αναλογία του ιοντικού προϊόντος του νερού (Κ w ) στη σταθερά διάστασης της ασθενούς βάσης ή του ασθενούς οξέος που σχηματίζει το δεδομένο άλας.
Σταθερά είναι και το πηλίκο της διαίρεσης μιας σταθεράς με μια άλλη. Να γιατί κΤο G είναι μια σταθερή τιμή που χαρακτηρίζει την ικανότητα του άλατος να υποβάλλεται σε υδρόλυση. Εννοια κΤο G εξαρτάται από τη φύση του αλατιού, τη θερμοκρασία και δεν εξαρτάταιστη συγκέντρωση του διαλύματος.
1. Για τύπο αλατιού NH4Cl:
Όσο πιο αδύναμο είναι το οξύ, τόσο πιο υδρολυμένα είναι τα άλατα που σχηματίζονται από αυτό το οξύ.
3. Για τύπο αλατιού NH4CN:
Αφού, λοιπόν, . Έτσι, η υδρόλυση των αλάτων προχωρά πάντα σε μεγαλύτερο βαθμό στο πρώτο στάδιο.
Βαθμός υδρόλυσης (h)-η αναλογία της ποσότητας του υδρολυμένου άλατος προς τη συνολική ποσότητα του διαλυμένου άλατος, συνήθως εκφραζόμενη ως ποσοστό.
Εάν, για παράδειγμα, 2 mol αλατιού διαλύθηκαν σε νερό και 0,01 mol υποβλήθηκαν σε υδρόλυση, τότε 
.
Ο βαθμός υδρόλυσης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες:
1. Πρώτα απ 'όλα, εξαρτάται από τη χημική φύση των ιόντων που συνθέτουν αυτό το αλάτι. Έτσι, σε διαλύματα CH 3 COONa και NaCN με μοριακές συγκεντρώσεις 0,1 mol / l στους 25 0 C, ο βαθμός υδρόλυσης των αλάτων είναι διαφορετικός:
h(CH 3 COONa) = 0,01%, a h(NaCN) = 1,5%.
Αυτό οφείλεται στη διαφορετική ισχύ των οξέων που συνθέτουν το αλάτι:
Με αυτόν τον τρόπο:
Όσο πιο αδύναμο είναι το οξύ (βάση) που σχηματίζει το άλας, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός υδρόλυσης.
2. Ο βαθμός υδρόλυσης ποικίλλει πολύ με την αλλαγή της θερμοκρασίας του διαλύματος άλατος. Πράγματι, η διαδικασία υδρόλυσης είναι ενδόθερμη, επομένως:
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός υδρόλυσης.
3. Ο βαθμός υδρόλυσης εξαρτάται από τη συγκέντρωση του διαλύματος:
Όσο μικρότερη είναι η συγκέντρωση του διαλύματος άλατος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός υδρόλυσης.
Ο βαθμός υδρόλυσης μπορεί να εκφραστεί με βάση τη σταθερά υδρόλυσης:
1. Για τύπο αλατιού NH4Cl:
3. Για τύπο αλατιού NH4CN:
 | (7) |
Έτσι, ο βαθμός υδρόλυσης των αλάτων που σχηματίζονται από ένα ασθενές οξύ και μια ασθενή βάση είναι πρακτικά ανεξάρτητος από τη συγκέντρωση του διαλύματος άλατος.
34. Δυναμικό ηλεκτροδίου. Η εμφάνιση ενός πιθανού άλματος στη διεπαφή. Η έννοια του συστήματος ηλεκτροδίων και της αντίδρασης ηλεκτροδίων.
Δυναμικό ηλεκτροδίου-σχετική αξία γιατί μετρούμενο σε σχέση με το πρότυπο, το ηλεκτρόδιο υδρογόνου λαμβάνεται ως πρότυπο
Άλμα δυναμικό
Όταν συμβαίνει μια ηλεκτροχημική αντίδραση στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων του 1ου είδους, σχηματίζεται ένα θετικό ή αρνητικό φορτίο σε σχέση με το παρακείμενο στρώμα διαλύματος, το οποίο ονομάζεται άλμα δυναμικού. Αυτό το άλμα είναι δύσκολο να μετρηθεί, επομένως εισάγεται η έννοια του δυναμικού ηλεκτροδίου.
35. Συστήματα ηλεκτροδίων, ταξινόμηση τους. Σωματίδια που προσδιορίζουν το βόδι και το κόκκινο σε συστήματα ηλεκτροδίων διαφόρων τύπων.
1 είδοςαποτελείται από ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο - έναν αγωγό ενός ηλεκτρολύτη βυθισμένου σε ένα υδατικό διάλυμα, το οποίο έχει επίσης κατιόντα αυτού του μετάλλου. (Το μέταλλο βυθίζεται σε διάλυμα του άλατος του). Το ηλεκτρόδιο του αγωγού είναι ΚΟΚΚΙΝΟ και το κατιόν του είναι ΟΧ
2 είδηαποτελείται από ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο αγωγού επικαλυμμένο με μια ελάχιστα διαλυτή ένωση που έχει τα ίδια ανιόντα αυτού του μετάλλου και βυθισμένο σε ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη που περιέχει τα ίδια ανιόντα μιας αραιά διαλυτής ένωσης. Στα ηλεκτρόδια του δεύτερου είδους, η οξειδωμένη μορφή είναι μια ελάχιστα διαλυτή ένωση (ΜΑ), ενώ η ανηγμένη μορφή είναι ένα άτομο μετάλλου (Μ) και ένα ανιόν του διαλύματος (ΑΖ-).
Μη μεταλλικά ηλεκτρόδια
Μη μεταλλικά ηλεκτρόδια - συστήματα που αποτελούνται από ένα ηλεκτρόδιο αγωγού που δεν εμπλέκεται στην αντίδραση του ηλεκτροδίου, αλλά είναι ο προμηθευτής ηλεκτρονίων για την αντίδραση ηλεκτροδίου. Εάν τα σωματίδια OX και RED είναι ιόντα σε ένα μη μεταλλικό ηλεκτρόδιο, τότε τέτοια ηλεκτρόνια ονομάζονται οξειδοαναγωγής . Εάν ένα από τα σωματίδια που καθορίζουν το δυναμικό είναι αέριο, τότε ονομάζονται τέτοια ηλεκτρόδια αέριο.
Η έννοια του τυπικού δυναμικού ηλεκτροδίου ισορροπίας. Πίνακας τυπικών δυναμικών ηλεκτροδίων. Ηλεκτροχημική σειρά τάσεων μετάλλων και χρήση της για την αξιολόγηση της ηλεκτροχημικής δραστηριότητας των μετάλλων.
36. α) Πρότυπο ηλεκτρόδιο υδρογόνου. ηλεκτρόδιο οξυγόνου.
Για τυπικές συνθήκες, π.χ. όταν η δραστηριότητα των ιόντων υδρογόνου και η μερική πίεση του υδρογόνου είναι ίσες με 1 και η θερμοκρασία είναι 250 C, είναι γενικά αποδεκτό ότι το τυπικό δυναμικό του ηλεκτροδίου υδρογόνου είναι μηδέν. Το ηλεκτρόδιο υδρογόνου ονομάζεται ηλεκτρόδιο αναφοράς.
Εξίσωση Nernst για ηλεκτρόδιο υδρογόνου: ϕ H + /H 2 = -0,059*PH
Για οξυγόνο ϕOH - /O 2 \u003d 1,23-0,059PH
Όσο υψηλότερα είναι τα τυπικά δυναμικά αναγωγής, τόσο πιο εύκολα μπορούν να μειωθούν, με άλλα λόγια, τόσο ισχυρότεροι οξειδωτικοί παράγοντες είναι. Και αντίστροφα: ένα χαμηλό αρνητικό δυναμικό σημαίνει ότι αυτή η μορφή είναι ένας ισχυρός αναγωγικός παράγοντας.
Οξειδωτικό
Παθητικοποίηση
Σε συμπαγή κατάσταση, σχηματίζεται ένα στρώμα στην επιφάνεια του μετάλλου - φιλμ από τη φάση οξειδίου, το οποίο μπορεί να προστατεύσει από περαιτέρω διάβρωση. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτοπαθητοποίηση.
Η συνθήκη συνέχειας του φιλμ καθορίζεται από τον κανόνα Pilling και Bedworths
σχηματίζεται ένα αρκετά ισχυρό φιλμ στην επιφάνεια του μετάλλου
Σχηματίζεται ένα χαλαρό φιλμ
Ραγισμένη μεμβράνη που δεν προστατεύει από τη διάβρωση
42. Χημική αλληλεπίδραση μετάλλων με αλκαλικά διαλύματα.
Μόνο εκείνα τα μέταλλα των οποίων τα οξείδια και τα υδροξείδια έχουν αμφοτερικές και όξινες ιδιότητες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τα αλκάλια. Αυτά είναι μέταλλα: Be, Zn, Al, Ti, Ta, Cr, Mo, W, Mn, V, Nb
Μέταλλα στα οποία τα οξείδια και τα υδροξείδια έχουν μόνο βασικές ιδιότητες έναντι των αλκαλίων είναι χημικά ανθεκτικά (μετάλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών)
Τα αλκάλια στα διαλύματα και τα τήγματα παίζουν μόνο το ρόλο του μέσου και ο οξειδωτικός παράγοντας σε σχέση με τα μέταλλα στα αλκαλικά διαλύματα είναι H 2 O, στα τήγματα ο οξειδωτικός παράγοντας είναι O 2
43. Χημική αλληλεπίδραση μετάλλων με νερό.
Ανάλογα με τη δραστηριότητα του μετάλλου, η αντίδραση προχωρά υπό διαφορετικές συνθήκες και σχηματίζονται διαφορετικά προϊόντα.
1). Αλληλεπίδραση με τα πιο ενεργά μέταλλα στέκεται στο περιοδικό σύστημα σε Ομάδες I A και I I A (μέταλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών) και αλουμίνιο . Στη σειρά δραστηριοτήτων, αυτά τα μέταλλα βρίσκονται μέχρι αλουμίνιο (συμπεριλαμβανομένου)
Η αντίδραση προχωρά υπό κανονικές συνθήκες, με σχηματισμό αλκαλίου και υδρογόνου.
ενεργά μέταλλα -Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Ca, Sr, Ba, Ra + Al - αντιδρούν ως εξής
καθοδικές διεργασίες
Δεδομένου ότι τα κατιόντα και τα μόρια νερού δέχονται ηλεκτρόνια από την κάθοδο σε μια αδρανή κάθοδο σε ουδέτερο διάλυμα, τα σωματίδια που έχουν την υψηλότερη οξειδωτική ικανότητα μειώνονται πρώτα από όλα (όσο μεγαλύτερο είναι το δυναμικό, η ικανότητα > OX.
Διεργασίες ανόδου
Δεδομένου ότι τα ανιόντα και τα μόρια νερού δίνουν ηλεκτρόνια στην άνοδο, σε ένα ουδέτερο διάλυμα, εκείνα τα σωματίδια που έχουν μεγαλύτερη ικανότητα μείωσης (με το χαμηλότερο δυναμικό ηλεκτροδίου) ϕ O 2 / H 2 O \u003d 1,23-0,059 * PH οξειδώνονται πρώτα απ 'όλα
45. Διαδικασίες ανοδικής οξείδωσης και καθοδικής αναγωγής. Ηλεκτρόλυση με αδρανές και διαλυτική άνοδο.
καθοδική διαδικασία.
Δεδομένου ότι τα μόρια κατιόντος και νερού λαμβάνουν ηλεκτρόδια από την κάθοδο, σε μια αδρανή κάθοδο σε ουδέτερο διάλυμα, τα σωματίδια που έχουν την υψηλότερη οξειδωτική ικανότητα μειώνονται πρώτα απ 'όλα (όσο υψηλότερο είναι το δυναμικό, τόσο υψηλότερος είναι ο τρόπος οξείδωσής τους)
ur.Nersnst - ϕh20/h2 = -0,059 pH.
Αφού δεν εκκενωθεί το νερό (<-0.41)
διαδικασία ανόδου.
Δεδομένου ότι τα ανιόντα και το Η20 δίνουν ηλεκτρόνια στην άνοδο, σε ένα ουδέτερο διάλυμα, εκείνα τα σωματίδια που έχουν μεγαλύτερη ανάκτηση οξειδώνονται πρώτα από όλα. Ικανότητα (με τις λιγότερες δυνατότητες).
Για H2O σύμφωνα με την εξίσωση Nernst ϕoh/h20=1,23-0,059 pH
Τα σύνθετα ανιόντα που περιέχουν οξυγόνο δεν μπορούν να οξειδωθούν στην άνοδο από υδατικά διαλύματα εάν τα ιόντα μεθ και νεμεθ στην κατάστασή τους έχουν μέγιστη κατάσταση οξείδωσης.
Εκτός - S+6O4 έως S2O8
Τα μέταλλα δεν μπορούν να λάβουν μέρος στη διαδικασία αναγωγής στην κάθοδο.
46. Υπολογισμοί των μαζών των ουσιών - προϊόντων ηλεκτρόλυσης σύμφωνα με το νόμο του Faraday. Τρέχουσα παραγωγή προϊόντων ηλεκτρόλυσης.
m = AIT/nF
Α είναι η ατομική μάζα του
I - τρέχουσα τιμή
T - χρόνος
F - post. Faraday
Ν - σθένος
E - χημικό ισοδύναμο \u003d A / n (m \u003d EIT / F) σε ώρες - EIT / 26,8
Ο πρώτος νόμος του Faraday για την ηλεκτρόλυση: η μάζα της ουσίας που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο κατά την ηλεκτρόλυση είναι ευθέως ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται σε αυτό το ηλεκτρόδιο. Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας αναφέρεται στο ηλεκτρικό φορτίο, συνήθως μετρούμενο σε κουλόμπ.
Ο δεύτερος νόμος του Faraday για την ηλεκτρόλυση: για δεδομένη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας (ηλεκτρικό φορτίο), η μάζα ενός χημικού στοιχείου που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο είναι ευθέως ανάλογη με την ισοδύναμη μάζα του στοιχείου. Η ισοδύναμη μάζα μιας ουσίας είναι η μοριακή της μάζα διαιρούμενη με έναν ακέραιο, ανάλογα με τη χημική αντίδραση στην οποία συμμετέχει η ουσία.
Απόδοση ουσίας B=mfact/mtheor*100%
Mfact - η πραγματική μάζα του πράγματος στην άνοδο και την κάθοδο
Mtheor - υπολογισμένη μάζα σύμφωνα με τους τύπους
47. Χημική ανάλυση. Ποιοτική ανάλυση ανόργανων ουσιών. Χαρακτηριστικές και συγκεκριμένες αντιδράσεις. Αναλυτική ταξινόμηση κατιόντων και ανιόντων.
Χημική ανάλυση- προσδιορισμός της χημικής σύνθεσης και δομής των ουσιών. περιλαμβάνει ποιοτική και ποσοτική ανάλυση.
Το έργο της ποιοτικής ανάλυσηςείναι η αποσαφήνιση της ποιοτικής σύνθεσης του αναλυόμενου αντικειμένου.
Το έργο της ποσοτικής ανάλυσηςείναι ο προσδιορισμός της ακριβούς περιεκτικότητας μεμονωμένων στοιχείων ή των ενώσεων τους στο αναλυόμενο αντικείμενο.
Διάφορες ερευνητικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στην ποιοτική και ποσοτική ανάλυση μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριες ομάδες μεθόδων:
Χημικό, όπου χρησιμοποιούνται χημικές αντιδράσεις, το αποτέλεσμα των οποίων προσδιορίζεται οπτικά.
Φυσική, με βάση τη μέτρηση τυχόν φυσικών χαρακτηριστικών μιας ουσίας που είναι συνάρτηση της χημικής της σύνθεσης.
Φυσικοχημικό, με βάση την παρατήρηση μεταβολών στις φυσικές ιδιότητες ουσιών (οπτική πυκνότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, θερμική αγωγιμότητα κ.λπ.) που συμβαίνουν ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης.
48. Μέθοδοι ποσοτικής ανάλυσης - βαρυμετρική και τιτρομετρική (ογκομετρική).
Ογκομετρική ανάλυση- αυτή είναι μια διαδικασία κατά την οποία ένα διάλυμα ενός αντιδραστηρίου (r.v.) μιας επακριβώς γνωστής συγκέντρωσης προστίθεται αργά στάγδην στο αναλυόμενο διάλυμα σε ποσότητα ισοδύναμη με την περιεκτικότητα του συστατικού που προσδιορίζεται (r.v.).
Η βαρυμετρική ανάλυση (βάρος) είναι μια μέθοδος ποσοτικής χημικής ανάλυσης που βασίζεται σε ακριβή μέτρηση της μάζας της αναλυόμενης ουσίας ή των συστατικών της, απομονωμένης σε καθαρή χημική κατάσταση ή με τη μορφή των αντίστοιχων ενώσεων (με ακριβώς γνωστή σταθερή σύνθεση).
Μια τιτρομετρική (όγκος) μέθοδος ανάλυσης είναι μια μέθοδος ποσοτικής χημικής ανάλυσης που βασίζεται σε μια ακριβή μέτρηση του όγκου του αντιδραστηρίου (r.v.) που απαιτείται για την ολοκλήρωση της αντίδρασης με μια δεδομένη ποσότητα αναλυόμενης ουσίας (r.v.).
Η βαρυμετρική ανάλυση βασίζεται στο νόμο της διατήρησης της μάζας των ουσιών κατά τη διάρκεια χημικών μετασχηματισμών. Αυτή είναι η πιο ακριβής από τις χημικές μεθόδους ανάλυσης. Τα μετρολογικά χαρακτηριστικά του: όριο ανίχνευσης - 0,10% ή 10-3 mol/dm3. ακρίβεια - 0,2%.
Η τιτλολογική μέθοδος ανάλυσης έχει το ίδιο όριο ανίχνευσης όπως στη βαρυμετρία - 0,10% ή 10-3 mol/dm3. αλλά είναι ακριβώς κατώτερο από αυτό - 0,5%. Όντας πιο ακριβής, η βαρυμετρική ανάλυση έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα σε σύγκριση με την τιτρομετρική ανάλυση: απαιτεί περισσότερο χρόνο για την εκτέλεση της ανάλυσης.
49. Μέθοδος ογκομέτρησης οξέος-βάσης . Υπολογισμοί σύμφωνα με το νόμο των ισοδυνάμων. Τεχνική τιτλοδότησης. Ογκομετρικά σκεύη με την τιτρομετρική μέθοδο
Τιτλοδότηση οξέος-βάσης- τιτλομετρικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης οξέων ή βάσεων με βάση την αντίδραση εξουδετέρωσης:
H + + OH - \u003d H 2 O
Τιτλοδότηση με αλκαλικό διάλυμα ονομάζεται αλκαλιμετρίακαι τιτλοδότηση με διάλυμα οξέος - οξυμέτρηση.Στον ποσοτικό προσδιορισμό των οξέων (αλκαλιμετρία), το διάλυμα εργασίας είναι ένα αλκαλικό διάλυμα NaOH ή ΚΟΗ, στον ποσοτικό προσδιορισμό των αλκαλίων (οξινομετρία), το διάλυμα εργασίας είναι ένα διάλυμα ισχυρού οξέος (συνήθως HCl ή H2SO4). Καθορισμένες ουσίες: ισχυρά και αδύναμα οξέα. ισχυρές και αδύναμες βάσεις? άλατα που υφίστανται υδρόλυση.
Τύποι οξεοβασικής τιτλοδότησης:
Τιτλοδότηση ενός ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση ή αντίστροφα.
Τιτλοδότηση ασθενούς οξέος με ισχυρή βάση.
Τιτλοδότηση ασθενούς βάσης με ισχυρό οξύ.
δείκτεςΗ τιτλοδότηση οξέος-βάσης είναι ασθενή οργανικά οξέα και βάσεις, στα οποία η μοριακή και η ιοντική μορφή διαφέρουν ως προς το χρώμα. Στη διαδικασία της διάστασης, αυτές οι δύο μορφές βρίσκονται σε ισορροπία. Η αλλαγή του pH στην ογκομέτρηση οξέος-βάσης διαταράσσει την ισορροπία της διαδικασίας διάστασης του δείκτη, γεγονός που προκαλεί τη συσσώρευση στο διάλυμα μιας από τις μορφές του δείκτη, το χρώμα του οποίου μπορεί να παρατηρηθεί οπτικά.
Ο νόμος των ισοδυνάμων διατυπώνεται ως εξής: οι ισοδύναμες ποσότητες όλων των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση είναι οι ίδιες. Για μια μη αναστρέψιμη χημική αντίδραση
nАА + nBB+ …= nСС + nDD + …
σύμφωνα με το νόμο των ισοδυνάμων, η ισότητα θα ισχύει πάντα:
peqA = peqB = …=peqC = peqD = …
Η ογκομέτρηση πραγματοποιείται με χρήση προχοΐδας γεμάτη με τιτλοδότηση μέχρι το μηδέν. Δεν συνιστάται ογκομέτρηση που ξεκινά από άλλα σημάδια, καθώς η κλίμακα της προχοΐδας μπορεί να είναι ανομοιόμορφη. Οι προχοΐδες γεμίζονται με διάλυμα εργασίας μέσω χοάνης ή με τη βοήθεια ειδικών συσκευών εάν η προχοΐδα είναι ημιαυτόματη. Το τελικό σημείο της ογκομέτρησης (σημείο ισοδυναμίας) προσδιορίζεται με δείκτες ή φυσικοχημικές μεθόδους (με ηλεκτρική αγωγιμότητα, μετάδοση φωτός, δυναμικό ηλεκτροδίου δείκτη κ.λπ.). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης υπολογίζονται από την ποσότητα του διαλύματος εργασίας που χρησιμοποιείται για την τιτλοδότηση.
Κατά την εκτέλεση ογκομετρικών προσδιορισμών, οι όγκοι των τυπικών ή των αναλυόμενων διαλυμάτων μετρώνται χρησιμοποιώντας ακριβή ογκομετρικά σκεύη:
ογκομετρικές φιάλες?
50. Τιτρομετρική μέθοδος ανάλυσης. Ταξινόμηση μεθόδων τιτλομετρικής ανάλυσης. Δείκτες στην τιτρομετρική μέθοδο ανάλυσης.
Τιτρομετρική ανάλυση- μέθοδος ποσοτικής χημικής ανάλυσης, η οποία βασίζεται στη μέτρηση του ακριβούς όγκου ενός διαλύματος με επακριβώς γνωστή συγκέντρωση (τίτλος) που καταναλώνεται για αλληλεπίδραση με την ουσία που προσδιορίζεται.
Ταξινόμηση με μέθοδο τιτλοδότησης. Συνήθως υπάρχουν τρεις μέθοδοι: άμεση, οπισθοπορεία και τιτλοδότηση αντικατάστασης.
Απευθείας τιτλοδότηση -Αυτή είναι η τιτλοδότηση ενός διαλύματος της αναλυόμενης ουσίας Α απευθείας με ένα διάλυμα του τιτλοδοτητή Β. Χρησιμοποιείται εάν η αντίδραση μεταξύ Α και Β προχωρήσει γρήγορα. Η περιεκτικότητα του συστατικού Α κατά την άμεση ογκομέτρηση με τον τιτλοδοτητή Β υπολογίζεται με βάση την ισότητα n = n.
Πίσω τιτλοδότησησυνίσταται στην προσθήκη στην προς προσδιορισμό ουσία Α περίσσειας επακριβώς γνωστής ποσότητας του προτύπου διαλύματος Β και, μετά την ολοκλήρωση της μεταξύ τους αντίδρασης, τιτλοδότηση της υπόλοιπης ποσότητας της ουσίας Β με διάλυμα του τιτλοδοτητή Β. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου η αντίδραση μεταξύ Α και Β δεν είναι αρκετά γρήγορη ή δεν είναι κατάλληλος δείκτης για να καθορίσει το σημείο ισοδυναμίας αυτής της αντίδρασης.
Ο αριθμός των γραμμομορίων του ισοδυνάμου της αναλυόμενης ουσίας Α κατά την αντίστροφη τιτλοδότηση είναι πάντα ίσος με τη διαφορά μεταξύ του αριθμού των γραμμομορίων του ισοδυνάμου των ουσιών Β και Β':
n = n - n
Έμμεση τιτλοδότησησυνίσταται στην τιτλοδότηση με τον τίτλο Β όχι της ουσίας Α που πρόκειται να προσδιοριστεί, αλλά μιας ισοδύναμης ποσότητας υποκαταστάτη Α, που προκύπτει από μια προκαταρκτική αντίδραση μεταξύ της προς προσδιορισμό ουσίας Α και κάποιου αντιδραστηρίου.
Η τιτλοδότηση υποκαταστάτη χρησιμοποιείται συνήθως σε περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατή η άμεση τιτλοδότηση.
Ο αριθμός των γραμμομορίων του ισοδυνάμου της αναλυόμενης ουσίας κατά την τιτλοδότηση του υποκαταστάτη είναι πάντα ίσος με τον αριθμό των γραμμομορίων του ισοδυνάμου του τιτλοδοτητή:
n = n = n
δείκτες- ουσίες που καθιστούν δυνατό τον καθορισμό του τελικού σημείου της ογκομέτρησης (τη στιγμή μιας απότομης αλλαγής στο χρώμα του τιτλοδοτημένου διαλύματος). Τις περισσότερες φορές, ένας δείκτης προστίθεται σε ολόκληρο το τιτλοδοτημένο διάλυμα (εσωτερικός δείκτης). Όταν εργάζεστε με εξωτερικούς δείκτες, παίρνετε περιοδικά μια σταγόνα από το τιτλοδοτημένο διάλυμα και ανακατεύετε με μια σταγόνα διαλύματος δείκτη ή τοποθετήστε το σε χαρτί δείκτη (που οδηγεί σε
Τι είναι ένα «άτομο»;
Μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα υπήρχε η άποψη στην επιστήμη ότι το άτομο ήταν ένα αδιαίρετο σωματίδιο. Ωστόσο, αυτό αποδείχθηκε ότι δεν ισχύει. Στην πραγματικότητα, το άτομο περιλαμβάνει τα λεγόμενα υποατομικά σωματίδια. Για τους χημικούς, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν: πρωτόνιο, νετρόνιοκαι ηλεκτρόνιο:
Στον πυρήνα μονάδα ατομικής μάζας(amu) βρίσκεται η κλίμακα άνθρακα-12. Το άτομο άνθρακα αποτελείται από 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια και έχει ατομική μάζα = 12 π.μ. Ως εκ τούτου, 1 π.μ. = 1/12 ατόμου άνθρακα.
Οι μάζες των πρωτονίων και των νετρονίων είναι σχεδόν ίσες. Η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι 2000 φορές μικρότερη.
Παρά το γεγονός ότι ένα άτομο περιέχει τόσο θετικά φορτισμένα σωματίδια όσο και αρνητικά, το φορτίο του είναι ουδέτερο. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα άτομο έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Τα διαφορετικά φορτισμένα σωματίδια εξουδετερώνουν το ένα το άλλο.
Ο Ernest Rutherford το 1911 πρότεινε το ακόλουθο μοντέλο του ατόμου: Στο κέντρο βρίσκεται ένας θετικά φορτισμένος πυρήνας, που αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Το κύριο μέρος της μάζας ενός ατόμου συγκεντρώνεται στον πυρήνα, ο οποίος έχει μικρό μέγεθος και εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα (η διάμετρος του ατόμου είναι 10 -10 m, η διάμετρος του πυρήνα του ατόμου = 10 -15 m) . Στη γλώσσα των αλληγοριών: αν φανταστούμε ένα άτομο με τη μορφή του Ολυμπιακού Σταδίου στο Πεκίνο, τότε ο πυρήνας ενός ατόμου είναι μια μπάλα ποδοσφαίρου που χρησιμοποιείται για να παίξει ποδόσφαιρο σε αυτό το στάδιο.
Ο προσεκτικός αναγνώστης θα κάνει την ερώτηση: «Αν υπάρχουν θετικά φορτισμένα πρωτόνια στον πυρήνα ενός ατόμου και παρόμοια φορτία, όπως είναι γνωστό, απωθούνται μεταξύ τους, τότε γιατί δεν καταστρέφεται ο πυρήνας ενός ατόμου;»Οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι στον πυρήνα ενός ατόμου υπάρχουν κάποια «συγκολλημένα πρωτόνια», δυνάμεις που διατηρούν τον πυρήνα ανέπαφο.
Επειδή ο πυρήνας ενός ατόμου αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του ατόμου, τότε η μάζα του ατόμου μπορεί να θεωρηθεί ίση με το άθροισμα των μαζών των νετρονίων και των πρωτονίων.
Με βάση τα παραπάνω, κοιτάζοντας το δομικό σύμβολο του οξυγόνου, μπορούμε με ασφάλεια να πούμε ότι υπάρχουν 8 ηλεκτρόνια στο άτομό του.
- Ο- χημικό σύμβολο του στοιχείου (οξυγόνο).
- 16 - μαζικός αριθμός;
- 8 - τακτικός (ατομικός) αριθμός.
Τα άτομα του ίδιου στοιχείου που έχουν το ίδιο πυρηνικό φορτίο αλλά διαφορετικούς αριθμούς μάζας ονομάζονται ισότοπα.
Ισότοπα υδρογόνου:
- 1 1 Η - protium;
- 1 2 Η - δευτέριο;
- 1 3 Η - τρίτιο;
Το όνομα "άτομο" μεταφράζεται από τα ελληνικά ως "αδιαίρετο". Τα πάντα γύρω μας - στερεά, υγρά και αέρας - είναι κατασκευασμένα από δισεκατομμύρια από αυτά τα σωματίδια.
Η εμφάνιση της έκδοσης για το άτομο
Για πρώτη φορά, τα άτομα έγιναν γνωστά τον 5ο αιώνα π.Χ., όταν ο Έλληνας φιλόσοφος Δημόκριτος πρότεινε ότι η ύλη αποτελείται από κινούμενα μικροσκοπικά σωματίδια. Τότε όμως δεν ήταν δυνατό να ελεγχθεί η εκδοχή της ύπαρξής τους. Και παρόλο που κανείς δεν μπορούσε να δει αυτά τα σωματίδια, η ιδέα συζητήθηκε, επειδή ο μόνος τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες μπορούσαν να εξηγήσουν τις διαδικασίες που συμβαίνουν στον πραγματικό κόσμο. Ως εκ τούτου, πίστευαν στην ύπαρξη μικροσωματιδίων πολύ πριν από τη στιγμή που θα μπορούσαν να αποδείξουν αυτό το γεγονός.
Μόλις τον 19ο αιώνα άρχισαν να αναλύονται ως τα μικρότερα συστατικά των χημικών στοιχείων, που έχουν τις ειδικές ιδιότητες των ατόμων - την ικανότητα να εισέρχονται σε ενώσεις με άλλους σε μια αυστηρά καθορισμένη ποσότητα. Στις αρχές του 20ου αιώνα, πίστευαν ότι τα άτομα ήταν τα μικρότερα σωματίδια ύλης, μέχρι που αποδείχθηκε ότι αποτελούνταν από ακόμη μικρότερες μονάδες.
Από τι αποτελείται ένα χημικό στοιχείο;
Ένα άτομο ενός χημικού στοιχείου είναι ένα μικροσκοπικό δομικό στοιχείο της ύλης. Το μοριακό βάρος του ατόμου έχει γίνει το καθοριστικό χαρακτηριστικό αυτού του μικροσωματιδίου. Μόνο η ανακάλυψη του περιοδικού νόμου του Mendeleev τεκμηρίωσε ότι οι τύποι τους είναι διάφορες μορφές μιας και μόνο ύλης. Είναι τόσο μικρά που δεν μπορούν να φανούν χρησιμοποιώντας συνηθισμένα μικροσκόπια, μόνο τις πιο ισχυρές ηλεκτρονικές συσκευές. Συγκριτικά, μια τρίχα σε ένα ανθρώπινο χέρι είναι ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη.
Η ηλεκτρονική δομή ενός ατόμου έχει έναν πυρήνα, που αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια, καθώς και ηλεκτρόνια, τα οποία κάνουν περιστροφές γύρω από το κέντρο σε σταθερές τροχιές, όπως οι πλανήτες γύρω από τα αστέρια τους. Όλα συγκρατούνται μαζί με ηλεκτρομαγνητική δύναμη, μια από τις τέσσερις κύριες δυνάμεις στο σύμπαν. Τα νετρόνια είναι σωματίδια με ουδέτερο φορτίο, τα πρωτόνια είναι προικισμένα με θετικό φορτίο και τα ηλεκτρόνια με αρνητικό. Τα τελευταία έλκονται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια, έτσι τείνουν να παραμένουν σε τροχιά.
Δομή ατόμου
Στο κεντρικό τμήμα υπάρχει ένας πυρήνας που γεμίζει το ελάχιστο μέρος ολόκληρου του ατόμου. Όμως οι μελέτες δείχνουν ότι σχεδόν ολόκληρη η μάζα (99,9%) βρίσκεται σε αυτό. Κάθε άτομο περιέχει πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια. Ο αριθμός των περιστρεφόμενων ηλεκτρονίων σε αυτό είναι ίσος με το θετικό κεντρικό φορτίο. Τα σωματίδια με το ίδιο πυρηνικό φορτίο Ζ, αλλά διαφορετική ατομική μάζα Α και τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα Ν ονομάζονται ισότοπα και με το ίδιο Α και διαφορετικά Ζ και Ν - ισοβαρείς. Ένα ηλεκτρόνιο είναι το μικρότερο σωματίδιο της ύλης με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο e=1,6·10-19 coulomb. Το φορτίο ενός ιόντος καθορίζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που χάνονται ή αποκτώνται. Η διαδικασία μεταμόρφωσης ενός ουδέτερου ατόμου σε φορτισμένο ιόν ονομάζεται ιονισμός.
Νέα έκδοση του μοντέλου ατόμου
Οι φυσικοί έχουν ανακαλύψει πολλά άλλα στοιχειώδη σωματίδια μέχρι σήμερα. Η ηλεκτρονική δομή του ατόμου έχει μια νέα έκδοση.
Πιστεύεται ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια, όσο μικρά κι αν είναι, αποτελούνται από τα μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ. Αποτελούν ένα νέο μοντέλο για την κατασκευή του ατόμου. Όπως οι επιστήμονες συνέλεγαν αποδείξεις για την ύπαρξη του προηγούμενου μοντέλου, έτσι και σήμερα προσπαθούν να αποδείξουν την ύπαρξη κουάρκ.
RTM - η συσκευή του μέλλοντος
Οι σύγχρονοι επιστήμονες μπορούν να δουν ατομικά σωματίδια μιας ουσίας σε μια οθόνη υπολογιστή, καθώς και να τα μετακινήσουν στην επιφάνεια χρησιμοποιώντας ένα ειδικό εργαλείο που ονομάζεται μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (RTM).
το ηλεκτρονικάένα εργαλείο με μύτη που κινείται πολύ απαλά κοντά στην επιφάνεια του υλικού. Καθώς το άκρο κινείται, τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα από το διάκενο μεταξύ του άκρου και της επιφάνειας. Αν και το υλικό φαίνεται απόλυτα λείο, στην πραγματικότητα είναι ανομοιόμορφο σε ατομικό επίπεδο. Ο υπολογιστής φτιάχνει έναν χάρτη της επιφάνειας της ύλης, δημιουργώντας μια εικόνα των σωματιδίων της, και έτσι οι επιστήμονες μπορούν να δουν τις ιδιότητες του ατόμου.
ραδιενεργά σωματίδια
Αρνητικά φορτισμένα ιόντα κυκλώνουν γύρω από τον πυρήνα σε αρκετά μεγάλη απόσταση. Η δομή του ατόμου είναι τέτοια που είναι πραγματικά ουδέτερο ως σύνολο και δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο, γιατί όλα τα σωματίδια του (πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια) βρίσκονται σε ισορροπία.
Ένα ραδιενεργό άτομο είναι ένα στοιχείο που μπορεί εύκολα να διαχωριστεί. Το κέντρο του αποτελείται από πολλά πρωτόνια και νετρόνια. Η μόνη εξαίρεση είναι το διάγραμμα του ατόμου του υδρογόνου, το οποίο έχει ένα μοναδικό πρωτόνιο. Ο πυρήνας περιβάλλεται από ένα νέφος ηλεκτρονίων, είναι η έλξη τους που τα κάνει να περιστρέφονται γύρω από το κέντρο. Τα πρωτόνια με το ίδιο φορτίο απωθούν το ένα το άλλο.
Αυτό δεν είναι πρόβλημα για τα περισσότερα μικρά σωματίδια που έχουν περισσότερα από ένα. Αλλά μερικά από αυτά είναι ασταθή, ειδικά μεγάλα όπως το ουράνιο, το οποίο έχει 92 πρωτόνια. Μερικές φορές το κέντρο του δεν αντέχει τέτοιο φορτίο. Ονομάζονται ραδιενεργά επειδή εκπέμπουν πολλά σωματίδια από τον πυρήνα τους. Αφού ο ασταθής πυρήνας έχει απαλλαγεί από τα πρωτόνια, τα υπόλοιπα πρωτόνια σχηματίζουν μια νέα κόρη. Μπορεί να είναι σταθερό ανάλογα με τον αριθμό των πρωτονίων στον νέο πυρήνα ή μπορεί να διαιρεθεί περαιτέρω. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να παραμείνει ένας σταθερός παιδικός πυρήνας.
ιδιότητες των ατόμων
Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες ενός ατόμου αλλάζουν φυσικά από το ένα στοιχείο στο άλλο. Ορίζονται από τις ακόλουθες κύριες παραμέτρους.
Ατομική μάζα. Δεδομένου ότι η κύρια θέση των μικροσωματιδίων καταλαμβάνεται από πρωτόνια και νετρόνια, το άθροισμά τους καθορίζει τον αριθμό, ο οποίος εκφράζεται σε μονάδες ατομικής μάζας (amu) Τύπος: A = Z + N.
ατομική ακτίνα. Η ακτίνα εξαρτάται από τη θέση του στοιχείου στο σύστημα Mendeleev, τον χημικό δεσμό, τον αριθμό των γειτονικών ατόμων και την κβαντομηχανική δράση. Η ακτίνα του πυρήνα είναι εκατό χιλιάδες φορές μικρότερη από την ακτίνα του ίδιου του στοιχείου. Η δομή ενός ατόμου μπορεί να χάσει ηλεκτρόνια και να γίνει θετικό ιόν ή να προσθέσει ηλεκτρόνια και να γίνει αρνητικό ιόν.
Στο Mendeleev, κάθε χημικό στοιχείο παίρνει τη θέση του. Στον πίνακα, το μέγεθος ενός ατόμου αυξάνεται καθώς μετακινείστε από πάνω προς τα κάτω και μειώνεται καθώς μετακινείστε από αριστερά προς τα δεξιά. Από αυτό, το μικρότερο στοιχείο είναι το ήλιο και το μεγαλύτερο είναι το καίσιο.
Σθένος. Το εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων ενός ατόμου ονομάζεται κέλυφος σθένους και τα ηλεκτρόνια σε αυτό έχουν λάβει το αντίστοιχο όνομα - ηλεκτρόνια σθένους. Ο αριθμός τους καθορίζει πώς ένα άτομο συνδέεται με τα άλλα μέσω ενός χημικού δεσμού. Με τη μέθοδο δημιουργίας των τελευταίων μικροσωματιδίων, προσπαθούν να γεμίσουν τα εξωτερικά κελύφη σθένους τους.
Η βαρύτητα, η έλξη είναι η δύναμη που κρατά τους πλανήτες σε τροχιά, επειδή τα αντικείμενα που απελευθερώνονται από τα χέρια πέφτουν στο πάτωμα. Ένα άτομο παρατηρεί περισσότερο τη βαρύτητα, αλλά η ηλεκτρομαγνητική δράση είναι πολλές φορές πιο ισχυρή. Η δύναμη που έλκει (ή απωθεί) φορτισμένα σωματίδια σε ένα άτομο είναι 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 φορές πιο ισχυρή από τη βαρύτητα σε αυτό. Αλλά υπάρχει μια ακόμη ισχυρότερη δύναμη στο κέντρο του πυρήνα που μπορεί να συγκρατήσει πρωτόνια και νετρόνια μαζί.
Οι αντιδράσεις στους πυρήνες δημιουργούν ενέργεια όπως στους πυρηνικούς αντιδραστήρες όπου τα άτομα χωρίζονται. Όσο πιο βαρύ είναι το στοιχείο, τόσο περισσότερα σωματίδια είναι κατασκευασμένα τα άτομά του. Αν προσθέσουμε τον συνολικό αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων σε ένα στοιχείο, διαπιστώνουμε τη μάζα του. Για παράδειγμα, το Ουράνιο, το βαρύτερο στοιχείο που υπάρχει στη φύση, έχει ατομική μάζα 235 ή 238.
Διαίρεση ενός ατόμου σε επίπεδα
Ένα άτομο είναι το μέγεθος του χώρου γύρω από τον πυρήνα όπου ένα ηλεκτρόνιο βρίσκεται σε κίνηση. Υπάρχουν 7 τροχιακά συνολικά, που αντιστοιχούν στον αριθμό των περιόδων στον περιοδικό πίνακα. Όσο πιο μακριά είναι η θέση του ηλεκτρονίου από τον πυρήνα, τόσο πιο σημαντικό απόθεμα ενέργειας έχει. Ο αριθμός περιόδου δείχνει τον αριθμό γύρω από τον πυρήνα του. Για παράδειγμα, το Κάλιο είναι στοιχείο της 4ης περιόδου, που σημαίνει ότι έχει 4 ενεργειακά επίπεδα του ατόμου. Ο αριθμός ενός χημικού στοιχείου αντιστοιχεί στο φορτίο του και στον αριθμό των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα.
Άτομο - πηγή ενέργειας
Πιθανώς η πιο διάσημη επιστημονική φόρμουλα ανακαλύφθηκε από τον Γερμανό φυσικό Αϊνστάιν. Ισχυρίζεται ότι η μάζα δεν είναι παρά μια μορφή ενέργειας. Με βάση αυτή τη θεωρία, είναι δυνατό να μετατραπεί η ύλη σε ενέργεια και να υπολογιστεί με τον τύπο πόσο από αυτήν μπορεί να ληφθεί. Το πρώτο πρακτικό αποτέλεσμα αυτού του μετασχηματισμού ήταν οι ατομικές βόμβες, οι οποίες δοκιμάστηκαν αρχικά στην έρημο του Λος Άλαμος (ΗΠΑ) και στη συνέχεια εξερράγησαν πάνω από ιαπωνικές πόλεις. Και παρόλο που μόνο το ένα έβδομο του εκρηκτικού μετατράπηκε σε ενέργεια, η καταστροφική δύναμη της ατομικής βόμβας ήταν τρομερή.
Για να απελευθερώσει ο πυρήνας την ενέργειά του, πρέπει να καταρρεύσει. Για να το χωρίσετε, είναι απαραίτητο να ενεργήσετε με ένα νετρόνιο από έξω. Στη συνέχεια, ο πυρήνας διασπάται σε δύο άλλους, ελαφρύτερους, ενώ παρέχει μια τεράστια απελευθέρωση ενέργειας. Η διάσπαση οδηγεί στην απελευθέρωση άλλων νετρονίων και συνεχίζουν να διασπούν άλλους πυρήνες. Η διαδικασία μετατρέπεται σε αλυσιδωτή αντίδραση, με αποτέλεσμα να δημιουργείται τεράστια ποσότητα ενέργειας.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χρήσης πυρηνικής αντίδρασης στην εποχή μας
Την καταστροφική δύναμη, που απελευθερώνεται κατά τη μεταμόρφωση της ύλης, η ανθρωπότητα προσπαθεί να τιθασεύσει στους πυρηνικούς σταθμούς. Εδώ, η πυρηνική αντίδραση δεν λαμβάνει χώρα με τη μορφή έκρηξης, αλλά ως σταδιακή απελευθέρωση θερμότητας.
Η παραγωγή πυρηνικής ενέργειας έχει τα θετικά και τα αρνητικά της. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, για να διατηρήσουμε τον πολιτισμό μας σε υψηλό επίπεδο, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσουμε αυτή την τεράστια πηγή ενέργειας. Αλλά πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι ακόμη και οι πιο σύγχρονες εξελίξεις δεν μπορούν να εγγυηθούν την πλήρη ασφάλεια των πυρηνικών σταθμών. Επιπλέον, η ενέργεια που λαμβάνεται κατά τη διαδικασία παραγωγής, εάν δεν αποθηκευτεί σωστά, μπορεί να επηρεάσει τους απογόνους μας για δεκάδες χιλιάδες χρόνια.
Μετά το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ, όλο και περισσότεροι άνθρωποι θεωρούν ότι η παραγωγή πυρηνικής ενέργειας είναι πολύ επικίνδυνη για την ανθρωπότητα. Ο μόνος ασφαλής σταθμός ηλεκτροπαραγωγής αυτού του είδους είναι ο Ήλιος με την τεράστια πυρηνική του ενέργεια. Οι επιστήμονες αναπτύσσουν κάθε είδους μοντέλα ηλιακών κυψελών και ίσως στο εγγύς μέλλον, η ανθρωπότητα θα μπορέσει να εφοδιαστεί με ασφαλή ατομική ενέργεια.
Το πρωτόνιο είναι ένα σταθερό σωματίδιο από την κατηγορία των αδρονίων, τον πυρήνα του ατόμου του υδρογόνου.
Είναι δύσκολο να πούμε ποιο γεγονός θα πρέπει να θεωρηθεί η ανακάλυψη του πρωτονίου: άλλωστε, ως ιόν υδρογόνου, είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό. Η δημιουργία του πλανητικού μοντέλου του ατόμου από τον E. Rutherford (1911) και η ανακάλυψη των ισοτόπων (F. Soddy, J. Thomson, F. Aston, 1906-1919) και η παρατήρηση πυρήνων υδρογόνου που έχουν εξαλειφθεί από το άλφα σωματίδια από πυρήνες έπαιξαν ρόλο στην ανακάλυψη του πρωτονίου αζώτου (E. Rutherford, 1919). Το 1925, ο P. Blackett έλαβε τις πρώτες φωτογραφίες ιχνών πρωτονίων σε θάλαμο σύννεφων (βλ. Ανιχνευτές πυρηνικής ακτινοβολίας), επιβεβαιώνοντας την ανακάλυψη του τεχνητού μετασχηματισμού στοιχείων. Σε αυτά τα πειράματα, το α-σωματίδιο αιχμαλωτίστηκε από έναν πυρήνα αζώτου, ο οποίος εξέπεμπε ένα πρωτόνιο και μετατράπηκε σε ισότοπο οξυγόνου.
Μαζί με τα νετρόνια, τα πρωτόνια σχηματίζουν τους ατομικούς πυρήνες όλων των χημικών στοιχείων και ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα καθορίζει τον ατομικό αριθμό ενός δεδομένου στοιχείου. Το πρωτόνιο έχει θετικό ηλεκτρικό φορτίο ίσο με το στοιχειώδες φορτίο, δηλαδή την απόλυτη τιμή του φορτίου του ηλεκτρονίου. Αυτό έχει επαληθευτεί πειραματικά με ακρίβεια 10-21. Η μάζα πρωτονίου mp = (938,2796 ± 0,0027) MeV ή ~ 1,6-10-24 g, δηλαδή το πρωτόνιο είναι 1836 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο! Από τη σύγχρονη άποψη, το πρωτόνιο δεν είναι αληθινό στοιχειώδες σωματίδιο: αποτελείται από δύο u-κουάρκ με ηλεκτρικά φορτία +2/3 (σε μονάδες στοιχειώδους φορτίου) και ένα d-κουάρκ με ηλεκτρικό φορτίο -1 /3. Τα κουάρκ συνδέονται μεταξύ τους με την ανταλλαγή άλλων υποθετικών σωματιδίων - γκλουόνια, κβάντα του πεδίου που φέρουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Τα δεδομένα των πειραμάτων στα οποία εξετάστηκαν οι διαδικασίες σκέδασης ηλεκτρονίων από πρωτόνια υποδεικνύουν πράγματι την παρουσία κέντρων σκέδασης σημείου μέσα στα πρωτόνια. Αυτά τα πειράματα είναι κατά μία έννοια πολύ παρόμοια με αυτά του Rutherford, τα οποία οδήγησαν στην ανακάλυψη του ατομικού πυρήνα. Όντας ένα σύνθετο σωματίδιο, το πρωτόνιο έχει πεπερασμένο μέγεθος ~ 10-13 cm, αν και, φυσικά, δεν μπορεί να αναπαρασταθεί ως συμπαγής σφαίρα. Μάλλον, το πρωτόνιο μοιάζει με ένα σύννεφο με ένα θολό όριο, που αποτελείται από γεννημένα και εκμηδενιστικά εικονικά σωματίδια.Το πρωτόνιο, όπως όλα τα αδρόνια, συμμετέχει σε κάθε μία από τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις. Ετσι. Οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις δεσμεύουν πρωτόνια και νετρόνια στους πυρήνες, οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις δεσμεύουν πρωτόνια και ηλεκτρόνια στα άτομα. Παραδείγματα ασθενών αλληλεπιδράσεων είναι η βήτα διάσπαση ενός νετρονίου ή ο ενδοπυρηνικός μετασχηματισμός ενός πρωτονίου σε νετρόνιο με την εκπομπή ενός ποζιτρονίου και ενός νετρίνου (για ένα ελεύθερο πρωτόνιο, μια τέτοια διαδικασία είναι αδύνατη λόγω του νόμου της διατήρησης και μετατροπής του ενέργειας, αφού το νετρόνιο έχει ελαφρώς μεγαλύτερη μάζα). Το σπιν πρωτονίου είναι 1/2. Τα αδρόνια με μισό ακέραιο σπιν ονομάζονται βαρυόνια (από την ελληνική λέξη που σημαίνει «βαρύ»). Τα βαρυόνια περιλαμβάνουν ένα πρωτόνιο, ένα νετρόνιο, διάφορα υπερόνια (?, ?, ?, ?) και έναν αριθμό σωματιδίων με νέους κβαντικούς αριθμούς, τα περισσότερα από τα οποία δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. Για τον χαρακτηρισμό των βαρυονίων, έχει εισαχθεί ένας ειδικός αριθμός - το φορτίο βαρυονίου, ίσο με 1 για τα βαρυόνια, - 1 - για τα αντιβαρυόνια και Ο - για όλα τα άλλα σωματίδια. Το φορτίο βαρυονίου δεν είναι πηγή του πεδίου του βαρυονίου· εισήχθη μόνο για να περιγράψει τις κανονικότητες που παρατηρούνται στις αντιδράσεις με τα σωματίδια. Αυτές οι κανονικότητες εκφράζονται με τη μορφή του νόμου διατήρησης φορτίου βαρυονίου: η διαφορά μεταξύ του αριθμού των βαρυονίων και των αντιβαρυονίων στο σύστημα διατηρείται σε οποιεσδήποτε αντιδράσεις. Η διατήρηση του φορτίου του βαρυονίου καθιστά αδύνατη τη διάσπαση του πρωτονίου, επειδή είναι το ελαφρύτερο από τα βαρυόνια. Αυτός ο νόμος έχει εμπειρικό χαρακτήρα και, φυσικά, πρέπει να ελεγχθεί πειραματικά. Η ακρίβεια του νόμου της διατήρησης του φορτίου του βαρυονίου χαρακτηρίζεται από τη σταθερότητα του πρωτονίου, η πειραματική εκτίμηση για τη διάρκεια ζωής του οποίου δίνει μια τιμή τουλάχιστον 1032 ετών.
Ταυτόχρονα, σε θεωρίες που συνδυάζουν κάθε είδους θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, προβλέπονται διεργασίες που οδηγούν στην παραβίαση του φορτίου του βαρυονίου και στη διάσπαση του πρωτονίου. Η διάρκεια ζωής ενός πρωτονίου σε τέτοιες θεωρίες υποδεικνύεται όχι με μεγάλη ακρίβεια: περίπου 1032 ± 2 χρόνια. Αυτός ο χρόνος είναι τεράστιος, είναι πολλές φορές μεγαλύτερος από τον χρόνο ύπαρξης του Σύμπαντος (~ 2 * 1010 χρόνια). Επομένως, το πρωτόνιο είναι πρακτικά σταθερό, γεγονός που κατέστησε δυνατό τον σχηματισμό χημικών στοιχείων και, τελικά, την εμφάνιση ευφυούς ζωής. Ωστόσο, η αναζήτηση για τη διάσπαση πρωτονίων είναι πλέον ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα στην πειραματική φυσική. Με διάρκεια ζωής πρωτονίου ~ 1032 χρόνια σε όγκο νερού 100 m3 (1 m3 περιέχει ~ 1030 πρωτόνια), θα πρέπει να αναμένεται μία διάσπαση πρωτονίου ετησίως. Απομένει μόνο να καταγραφεί αυτή η αποσύνθεση. Η ανακάλυψη της διάσπασης του πρωτονίου θα είναι ένα σημαντικό βήμα προς τη σωστή κατανόηση της ενότητας των δυνάμεων της φύσης.
Το νετρόνιο είναι ένα ουδέτερο σωματίδιο που ανήκει στην κατηγορία των αδρονίων. Άνοιξε το 1932 από τον Άγγλο φυσικό J. Chadwick. Μαζί με τα πρωτόνια, τα νετρόνια αποτελούν μέρος των ατομικών πυρήνων. Το ηλεκτρικό φορτίο του νετρονίου qn είναι ίσο με μηδέν. Αυτό επιβεβαιώνεται από άμεσες μετρήσεις του φορτίου από την εκτροπή της δέσμης νετρονίων σε ισχυρά ηλεκτρικά πεδία, που έδειξαν ότι |qn|<10-20e (здесь е -- элементарный электрический заряд, т. е. абсолютная величина заряда электрона). Косвенные данные дают оценку |qn|< 2?10-22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относится к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; антинейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.Как и протон и прочие адроны, нейтрон не является истинно элементарной частицей: он состоит из одного u-кварка с электрическим зарядом +2/3 и двух d-кварков с зарядом - 1/3, связанных между собой глюонным полем.
Τα νετρόνια είναι σταθερά μόνο σε σταθερούς ατομικούς πυρήνες. Ένα ελεύθερο νετρόνιο είναι ένα ασταθές σωματίδιο που διασπάται σε ένα πρωτόνιο (p), ένα ηλεκτρόνιο (e-) και ένα ηλεκτρόνιο αντινετρίνο. Η διάρκεια ζωής των νετρονίων είναι (917 ~ 14) s, δηλ. περίπου 15 λεπτά. Τα νετρόνια υπάρχουν σε ελεύθερη μορφή στην ύλη ακόμη λιγότερο λόγω της ισχυρής απορρόφησης από τους πυρήνες τους. Επομένως, προκύπτουν στη φύση ή λαμβάνονται στο εργαστήριο μόνο ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων.
Σύμφωνα με το ενεργειακό ισοζύγιο διαφόρων πυρηνικών αντιδράσεων, προσδιορίζεται η διαφορά μεταξύ των μαζών ενός νετρονίου και ενός πρωτονίου: mn-mp(1,29344 ±0,00007) MeV. Συγκρίνοντας το με τη μάζα του πρωτονίου, λαμβάνουμε τη μάζα του νετρονίου: mn = 939,5731 ± 0,0027 MeV; αυτό αντιστοιχεί σε mn ~ 1.6-10-24. Το νετρόνιο συμμετέχει σε κάθε είδους θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις. Ισχυρές αλληλεπιδράσεις δεσμεύουν νετρόνια και πρωτόνια στους ατομικούς πυρήνες. Ένα παράδειγμα ασθενούς αλληλεπίδρασης είναι η βήτα διάσπαση ενός νετρονίου.
Συμμετέχει αυτό το ουδέτερο σωματίδιο σε ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις; Το νετρόνιο έχει εσωτερική δομή και στην περίπτωση γενικής ουδετερότητας υπάρχουν ηλεκτρικά ρεύματα σε αυτό, που οδηγούν, ειδικότερα, στην εμφάνιση μιας μαγνητικής ροπής στο νετρόνιο. Με άλλα λόγια, σε ένα μαγνητικό πεδίο, ένα νετρόνιο συμπεριφέρεται σαν βελόνα πυξίδας. Αυτό είναι μόνο ένα παράδειγμα της ηλεκτρομαγνητικής του αλληλεπίδρασης. Μεγάλο ενδιαφέρον απέκτησε η αναζήτηση της ηλεκτρικής διπολικής ροπής του νετρονίου, για την οποία προέκυψε ανώτατο όριο. Εδώ οι επιστήμονες του Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής του Λένινγκραντ της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ κατάφεραν να πραγματοποιήσουν τα πιο αποτελεσματικά πειράματα. Οι αναζητήσεις για τη διπολική ροπή των νετρονίων είναι σημαντικές για την κατανόηση των μηχανισμών παραβίασης της αμετάβλητης σε σχέση με τη χρονική αντιστροφή στις μικροδιεργασίες.
Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις των νετρονίων παρατηρήθηκαν απευθείας από την εμφάνισή τους στο βαρυτικό πεδίο της Γης.
Μια υπό όρους ταξινόμηση των νετρονίων σύμφωνα με την κινητική τους ενέργεια έχει πλέον υιοθετηθεί:
αργά νετρόνια (<105эВ, есть много их разновидностей),
γρήγορα νετρόνια (105-108 eV), υψηλής ενέργειας (> 108 eV).
Τα πολύ αργά νετρόνια (10-7 eV), τα οποία ονομάζονται υπερψυχρά, έχουν πολύ ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Αποδείχθηκε ότι τα υπερψυχρά νετρόνια μπορούν να συσσωρευτούν σε «μαγνητικές παγίδες» και ακόμη και οι περιστροφές τους μπορούν να προσανατολιστούν εκεί προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία ειδικής διαμόρφωσης, τα υπερψυχρά νετρόνια απομονώνονται από τα απορροφητικά τοιχώματα και μπορούν να «ζήσουν» σε μια παγίδα μέχρι να αποσυντεθούν. Αυτό επιτρέπει πολλά λεπτά πειράματα για τη μελέτη των ιδιοτήτων των νετρονίων. Μια άλλη μέθοδος αποθήκευσης υπερψυχρού νετρονίων βασίζεται στις κυματικές τους ιδιότητες. Τέτοια νετρόνια μπορούν απλά να αποθηκευτούν σε μια κλειστή «τράπεζα». Αυτή η ιδέα προτάθηκε από τον Σοβιετικό φυσικό Ya. B. Zeldovich στα τέλη της δεκαετίας του 1950 και τα πρώτα αποτελέσματα λήφθηκαν στη Dubna στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας σχεδόν μια δεκαετία αργότερα.
Πρόσφατα, οι επιστήμονες κατάφεραν να κατασκευάσουν ένα σκάφος στο οποίο ζουν υπερψυχρά νετρόνια μέχρι τη φυσική τους αποσύνθεση.
Τα ελεύθερα νετρόνια είναι σε θέση να αλληλεπιδρούν ενεργά με τους ατομικούς πυρήνες, προκαλώντας πυρηνικές αντιδράσεις. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης αργών νετρονίων με την ύλη, μπορούν να παρατηρηθούν φαινόμενα συντονισμού, σκέδαση περίθλασης σε κρυστάλλους κ.λπ. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, τα νετρόνια χρησιμοποιούνται ευρέως στην πυρηνική φυσική και τη φυσική στερεάς κατάστασης. Παίζουν σημαντικό ρόλο στη μηχανική πυρηνικής ενέργειας, στην παραγωγή στοιχείων υπερουρανίου και ραδιενεργών ισοτόπων και βρίσκουν πρακτικές εφαρμογές στη χημική ανάλυση και τη γεωλογική εξερεύνηση.
§ένας. Γνωρίστε το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο, το νετρόνιο
Τα άτομα είναι τα μικρότερα σωματίδια της ύλης.
Εάν ένα μήλο μεσαίου μεγέθους μεγεθύνεται στο μέγεθος της υδρογείου, τότε τα άτομα θα γίνουν μόνο το μέγεθος ενός μήλου. Παρά το τόσο μικρό μέγεθος, το άτομο αποτελείται από ακόμη μικρότερα φυσικά σωματίδια.
Θα πρέπει να είστε ήδη εξοικειωμένοι με τη δομή του ατόμου από το μάθημα της σχολικής φυσικής. Και όμως θυμόμαστε ότι το άτομο περιέχει έναν πυρήνα και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα τόσο γρήγορα που γίνονται δυσδιάκριτα - σχηματίζουν ένα «σύννεφο ηλεκτρονίων», ή το ηλεκτρονιακό κέλυφος του ατόμου.
Ηλεκτρόνιασυνήθως υποδηλώνεται ως εξής: μι − . Ηλεκτρόνια μι- πολύ ελαφρύ, σχεδόν χωρίς βάρος, αλλά έχουν αρνητικόςηλεκτρικό φορτίο. Είναι ίσο με -1. Το ηλεκτρικό ρεύμα που χρησιμοποιούμε όλοι είναι ένα ρεύμα ηλεκτρονίων που διατρέχουν καλώδια.
πυρήνα ατόμου, στο οποίο συγκεντρώνεται σχεδόν όλη η μάζα του, αποτελείται από σωματίδια δύο τύπων - νετρόνια και πρωτόνια.
Νετρόνιασυμβολίζεται ως εξής: n 0
, ένα πρωτόνιαΕτσι: Π +
.
Κατά μάζα, τα νετρόνια και τα πρωτόνια είναι σχεδόν τα ίδια - 1,675 10 −24 g και 1,673 10 −24 g.
Είναι αλήθεια ότι είναι πολύ άβολο να μετράμε τη μάζα τέτοιων μικρών σωματιδίων σε γραμμάρια, επομένως εκφράζεται σε μονάδες άνθρακα, καθένα από τα οποία είναι ίσο με 1,673 10 −24 g.
Για κάθε σωματίδιο πάρτε σχετική ατομική μάζα, ίσο με το πηλίκο της διαίρεσης της μάζας ενός ατόμου (σε γραμμάρια) με τη μάζα μιας μονάδας άνθρακα. Οι σχετικές ατομικές μάζες ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου είναι ίσες με 1, αλλά το φορτίο των πρωτονίων είναι θετικό και ίσο με +1, ενώ τα νετρόνια δεν έχουν φορτίο.
. Γρίφοι για το άτομο
Ένα άτομο μπορεί να συναρμολογηθεί «στο μυαλό» από σωματίδια, όπως ένα παιχνίδι ή ένα αυτοκίνητο από μέρη ενός παιδικού σχεδιαστή. Είναι απαραίτητο μόνο να τηρηθούν δύο σημαντικές προϋποθέσεις.
- Πρώτη προϋπόθεση: κάθε τύπος ατόμου έχει το δικό του δικό του σετ"Λεπτομέριες" - στοιχειώδη σωματίδια. Για παράδειγμα, ένα άτομο υδρογόνου θα έχει αναγκαστικά έναν πυρήνα με θετικό φορτίο +1, που σημαίνει ότι πρέπει οπωσδήποτε να έχει ένα πρωτόνιο (και όχι περισσότερο).
Ένα άτομο υδρογόνου μπορεί επίσης να περιέχει νετρόνια. Περισσότερα για αυτό στην επόμενη παράγραφο.
Το άτομο οξυγόνου (ο σειριακός αριθμός στο περιοδικό σύστημα είναι 8) θα έχει έναν πυρήνα φορτισμένο οκτώθετικά φορτία (+8), που σημαίνει ότι υπάρχουν οκτώ πρωτόνια. Δεδομένου ότι η μάζα ενός ατόμου οξυγόνου είναι 16 σχετικές μονάδες, για να πάρουμε έναν πυρήνα οξυγόνου, θα προσθέσουμε άλλα 8 νετρόνια. - Δεύτερη προϋπόθεσηείναι ότι κάθε άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Για να γίνει αυτό, πρέπει να έχει αρκετά ηλεκτρόνια για να εξισορροπήσει το φορτίο του πυρήνα. Με άλλα λόγια, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίωνστον πυρήνα του, και τον αύξοντα αριθμό αυτού του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα.