Атомно-молекулярное учение - фундаментальная теория, объясняющая природу вещества. Она позволяет предсказывать свойства соединений, что важно для развития материаловедения, фармацевтики и других отраслей.
История возникновения атомно-молекулярного учения
Идея о том, что вещества состоят из неделимых частиц - атомов, впервые была высказана в Древней Греции философом Левкиппом в V веке до н.э. Эта теория получила дальнейшее развитие в трудах Демокрита. Однако атомистические представления долгое время носили чисто умозрительный характер.
В XVIII веке русский ученый М.В. Ломоносов на основе экспериментальных данных сформулировал основные положения атомно-молекулярного учения в работе "Элементы математической химии":
- Вещества состоят из частиц, которые Ломоносов назвал "корпускулами" (в дальнейшем - "молекулы").
- Молекулы находятся в постоянном движении.
- Молекулы, в свою очередь, состоят из частиц, которые Ломоносов назвал "элементами" (в дальнейшем - "атомы").
Таким образом, Ломоносов заложил основы представлений об основных положениях атомно-молекулярного учения.
В начале XIX века английский химик Джон Дальтон экспериментально установил, что:
- все химические элементы состоят из атомов определенной массы;
- атомы одного элемента одинаковы по массе, а атомы разных элементов отличаются по массе.
Это послужило дальнейшему развитию атомно-молекулярного учения.
Важный вклад внес итальянский химик А. Авогадро, сформулировавший закон:
Одинаковые объемы газов при одинаковых условиях содержат одно и то же число молекул.
Это позволило определить относительные атомные и молекулярные массы.
Основные понятия атомно-молекулярного учения
Атомно-молекулярное учение вводит ряд фундаментальных понятий.
Атом - это наименьшая неделимая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Молекула представляет собой электрически нейтральную частицу, состоящую из двух или более атомов. Молекулы могут распадаться на атомы и образовываться из них.
Совокупность одинаковых атомов называют химическим элементом. Все известные элементы сведены в периодическую систему.
Любая совокупность атомов или молекул в определенном агрегатном состоянии называется веществом. Различают три основных агрегатных состояния вещества:
- Твердое
- Жидкое
- Газообразное
Положения атомно-молекулярного учения позволяют классифицировать вещества на простые и сложные. Простые вещества состоят из атомов одного элемента, а сложные - из атомов разных элементов.
Положения теории и их практическое значение
Атомно-молекулярное учение имеет большое практическое значение, поскольку позволяет объяснить целый ряд важных явлений.
Так, на основании основных положений атомно-молекулярного учения А. Лавуазье сформулировал закон сохранения массы веществ. Согласно этому закону, масса продуктов химической реакции равна массе исходных веществ. Это следует из того, что атомы при реакции не исчезают бесследно, а просто перегруппировываются с образованием новых молекул.
положения теории также позволяют объяснить агрегатные превращения вещества. Жидкое вещество превращается в твердое при охлаждении, поскольку при этом силы притяжения между молекулами усиливаются и молекулы выстраиваются в кристаллическую решетку.
Предсказание свойств веществ по их строению
Одним из важнейших практических приложений положений атомно-молекулярного учения является возможность предсказания свойств сложных веществ, зная их химическую структуру и строение молекул.
Так, органическая химия позволяет "конструировать" молекулы лекарственных препаратов, пестицидов, полимеров, красителей и других веществ с заданными свойствами, опираясь на знание закономерностей строения и химических превращений органических соединений.
Открытие сложного строения атома
В конце XIX - начале XX века были открыты катодные и рентгеновские лучи. Эти открытия показали, что атом имеет сложное строение и состоит из положительно заряженного ядра и электронов.
Была выдвинута планетарная модель атома, в которой электроны двигаются по орбитам вокруг ядра подобно планетам.
Квантово-механические представления
В дальнейшем на смену планетарной модели атома пришли более сложные квантово-механические представления, согласно которым нельзя точно определить положение электрона в атоме, а можно говорить лишь о вероятности его нахождения в том или ином месте.
Развитие квантовой химии
На основе квантовой механики развивается квантовая химия, цель которой - изучение строения и свойств химических систем с применением квантово-механического аппарата.
Квантовая химия позволяет получить детальное описание электронной структуры молекул, природы химической связи, причин различной реакционной способности веществ.
Нанотехнологии
Одним из важнейших практических приложений современных представлений о строении вещества являются нанотехнологии - целенаправленный контроль и манипулирование отдельными молекулами и наночастицами.
Умение создавать наноструктуры с нужными свойствами открывает поистине безграничные возможности для создания материалов нового поколения в электронике, медицине, энергетике.
Компьютерное моделирование
Современные компьютеры позволяют моделировать строение и поведение различных молекулярных систем, прогнозируя их свойства.
Это компьютерное моделирование существенно экономит время и средства при поиске новых лекарств, материалов, химических технологий.
