Основные проблемы современной химии

Историки химии выделяют несколько этапов развития учения о периодичности:

1) 1869 - 1872 – разработка и открытие периодического закона.

2) 1873 - 1893 – открытие предсказанных элементов, то есть, утверждение периодического закона.

3) 1894 – 1910 открытие электрона, инертных газов, радиоактивности, появление новой группы элементов.Открытие электрона повлекло разр

аботку целого ряда гипотез о строении атома, а открытие радиоактивности вызвало наибольшее изменение на первичные частицы вещества. Все это послужило началом эволюции новых представлений об атомном представлении. Кюри и Сезкоб показали материальность α-излучения, появилась гипотеза о материальности радиоактивного излучения.

4) 1911 – 1925 Максвелл разработал основы квантовой теории. Спустя 5 лет Эйнштейн представил законы эквивалентной массы, поэтому 4-й этап стали называть физическим обоснованием закона периодичности. При этом возникло 3-е направление обоснования:

- разработка моделей строения атома. 1910 год – Резерфорд обосновал планетарную модель. 1913 – 1-я квантовая модель строения атома.

- в открытие изотопов и в основу периодичности был положен заряд ядра и соответственно число электронов.

- 1913 год – Г. Мозли обосновал связь между рентгеновским излучением и зарядом ядра, и оказалось, что заряд ядра совпадает с порядковым номером в таблице Менделеева.

Эти три направления объединились в одно целое, которое привело к разработке теории периодической системы. Основу положил в 1921 году Н. Бор, связавший периодичность с формированием электрических оболочек в зависимости от заряда ядра.

5)1926 – 1932 создание квантовой теории периодичности. Гейтлер и Лондон – квантовая теория, которая была обоснована двухэлектр. химической связи и основы теории спин-валентности.

Все эти исследования связаны с выяснением смысла периодического закона, и он показывает, насколько важно в них получение результата для решения проблемы реакционной способности веществ.

Таким образом, было обосновано, что химический элемент – это совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра, и если эти атомы имеют одинаковый заряд, но отличаются по массе, то их называют изотопами.

Для описания состояния электр. атома была предложена модель электронного облака. Так как оно обладает корпускулярно-волновым дуализмом. Как и любое облако, электронное также не имеет проницаемости, где электрон бывает чаще, оно гуще, поэтому была выбрана область пространства с вероятностью нахождения в ней электрона в 90% - орбиталь. То есть, электронная оболочка атома имеет орбитальное строение.

Большой вклад вложил Н. Бор и сделал вывод, что электрон вращается только по электронной орбитали, не по стационарной.

Вращаясь по стационарной орбитали, электрон не поглощает энергию, при переходе с одной орбитали на другую энергия изменяется. Бор предположил, что электрон или его энергия изменяется не непрерывно, а дискретно, причем порциями, т.е. квантами.

Поглотив квант, электрон переходит на более удаленную орбиту ядра и энергия электрона при этом увеличивается, а энергия связи – уменьшается. И наоборот.

- строение электронной оболочки определяется зарядом ядра.

- строение внешнего электронного слоя, а именно он определяет химические свойства атома, периодически повторяется. Это и есть причина периодичности свойств химических элементов.

Решение проблемы химического соединения

1. Концепция дискретности организации вещества.

2. Концепция непрерывности организации вещества.

3. Развитие понятия валентности.

Концепция дискретности организации вещества

Проблема приобрела особенную остроту в конце XVIII – начале XIX веков. Историки химии отмечают, что этот период был интересен состоянием знаний в химии, так как были достигнуты значительные успехи в некоторых разделах химии. С другой стороны:

- полное отсутствие представлений об основополагающих основах химии;

- не существовало надежных критериев для разграничения химического вещества и смеси веществ;

- вообще отсутствовали представления о взаимодействии атомов между собой; химия проблема эволюция биогенез

В этих условиях в 1793 году Рихтер показал, что химические элементы взаимодействуют не в произвольных, а в строго определенных количествах, сохраняющихся в виде неизменных пропорциональных чисел, при переходе от одного сложного тела к другому. Эта упорядоченность была названа стехиометрией. Причем до появления представлений об атомных массах, эти числа Рихтера оставались загадкой.

В 1799 году Ж. Пруст установил, что в независимости от способов получения, химически индивидуальные сложные тела имеют постоянный состав.

Таким образом, переход от одного химического соединения к другому носит дискретный характер. И учение о стехиометрии завершается законом простых и кратных отношений Дальтона:

-Химическое взаимодействие элементов сводится к соединению неделимых атомов в простейшие дискретные частицы сложных тел.

Все эти 3 закона сейчас лежат в основе химии – основные законы химии. А единство качественной и количественной характеристики химического

соединения оформилось в виде теории, которую называют атомистикой Дальтона: при помощи представлений об атомах разных элементов и о простейших способах объединения в молекулы объяснить дискретность химических отношений, скачкообразность перехода от одного соединения с постоянным составом к другому соединению с другим постоянным составом.

Из атомистики Дальтона вытекает, что атомная дискретность строения вещества служит основой дискретности всех химических отношений. Дальтон показал, что сила взаимодействия между атомами в химическом соединении постоянна и инвариантна и при переходе от одного химического соединения к другому достаточна велика. В 1811 Авогадро, используя основные химические законы, показал, что O2, N2, H2, состоят из молекул, содержащих по 2 атома. Таким образом, в представлении о преобладании дискретности оставались ведущими в развитии химии до появления квантовой химии (30-е года XX).

Концепция непрерывности организации вещества

Одновременно развивалась другая точка зрения, основоположником учения о ведущей роли непрерывности по отношению к дискретности химической организации вещества был Клод Бертолле. В 1801 г. опубликовал результаты исследований, из которых следует:

1) Эффект химического взаимодействия веществ определяется двумя факторами:

- взаимным сродством этих веществ (а)

- массой реагирующих веществ (б)

Произведение этих факторов Бертолле назвал химической массой.

2) В большинстве химических реакций (реакции обмена) одно более активное вещество вытесняет другое не только в силу большего сродства, но и благодаря большей массе, взятой в реакции, и если бы отсутствовал фактор (б), то все реакции шли бы только в одну сторону, в сторону вытеснения сильными реагентами слабых.

3) Но Бертолле показал, что если изменить условия и соотношения действующих масс, то эта реакция может быть обратимой, то есть большинство химических реакций являются обратимыми и степень обратимости реакций зависит от действующих масс и условий процесса.

 Скачать реферат