2.E: Атоми, молекули и йони (упражнения)

2.1: Ранни идеи в атомната теория

На следващия чертеж зелените сфери представляват атоми на определен елемент. Сините сфери представляват атоми на друг елемент. Ако сферите на различни елементи се допират, те са част от една единица от съединение. Следващата химическа промяна, представена от тези сфери, може да наруши една от идеите на атомната теория на Далтън. Който?

електрона неутрона

Изходните материали се състоят от зелена сфера и две сини сфери. Продуктите се състоят от две зелени сфери и две сини сфери. Това нарушава постулата на Далтън, че атомите не се създават по време на химическа промяна, а просто се преразпределят.

Кой постулат от теорията на Далтън е в съответствие със следното наблюдение относно теглото на реагентите и продуктите? При нагряване на 100 грама твърд калциев карбонат се получават 44 грама въглероден диоксид и 56 грама калциев оксид.

Идентифицирайте постулата на теорията на Далтън, който е нарушен от следните наблюдения: 59,95% от проба от титанов диоксид е титан; 60,10% от различна проба титанов диоксид е титан.

Това твърдение нарушава четвъртия постулат на Далтън: в дадено съединение броят на атомите от всеки тип (а следователно и процентът) винаги имат едно и също съотношение.

Анализират се проби от съединение X, Y и Z, като резултатите са показани тук.

Съединение Описание Маса на въглерод Маса на водород
х Бистра течност, безцветна, със силна миризма. 1,776 g 0,148 g
Y. Бистра течност, безцветна, със силна миризма. 1,974 g 0,329 g
Z. Бистра течност, безцветна, със силна миризма. 7,812 g 0.651 g

Дават ли тези данни пример (и) на закона на определени пропорции, закона на множествените пропорции, нито на нито на двете, нито на двете? Какво ви казват тези факти за съединения X, Y и Z?

2.2: Еволюция на атомната теория

Обучение

  1. Съществуването на изотопи нарушава една от първоначалните идеи на атомната теория на Далтън. Който?
  2. Как си приличат електроните и протоните? Каква е разликата между тях?
  3. Как си приличат протоните и неутроните? Каква е разликата между тях?
  4. Предсказване и тестване на поведението на α частици, изстреляни срещу моделен атом на „сливов пудинг“.
    1. Предскажете пътищата, поети от α-частиците, които се изстрелват към атомите със структурата на модела пудинг от слива Thomson. Обяснете защо очаквате α частиците да поемат по тези пътища.
    2. Ако α частици с по-висока енергия от тези в (а) се изстрелват по атомите на сливовия пудинг, предскажете как пътищата им ще се различават от пътищата на α частици с по-ниска енергия. Обяснете своите разсъждения.
    3. Сега тествайте вашите прогнози за (а) и (б). Отвори Симулация на разсейване на Ръдърфорд и изберете раздела "Plum Pudding Atom". Задайте „Energy Particle Energy“ на „min“ и изберете „show traces“. Кликнете върху пистолета, за да започнете да снимате α частици. Това съвпада ли с вашата прогноза от (а)? Ако не, обяснете защо действителният маршрут би бил този, показан в симулацията. Натиснете бутона за пауза или "Нулиране на всички". Задайте "Енергия на алфа частици" на "max" и започнете да снимате α частици. Това съвпада ли с вашата прогноза от (б)? Ако не, обяснете ефекта от увеличаването на енергията върху реалните маршрути, както е показано в симулацията.
  5. Предскажете и тествайте поведението на изстреляни α частици в модел на атом на Ръдърфорд.
    1. (а) Предскажете пътищата, поети от α частиците, които са изстреляни към атоми със структура на модел на атом на Ръдърфорд. Обяснете защо очаквате α частиците да поемат по тези пътища.
    2. (б) Ако α частици с по-висока енергия от тези в (а) са изстреляни по атомите на Ръдърфорд, предскажете как техните траектории ще се различават от траекториите на α частици с по-ниска енергия. Обяснете своите разсъждения.
    3. (c) Предскажете как ще се различават пътищата, по които ще преминават α частиците, ако се изстрелват атоми на Ръдърфорд на елементи, различни от злато. Какъв фактор се надявате да причини тази разлика в пътищата и защо?
    4. (г) Сега тествайте вашите прогнози за (а), (б) и (в). Отвори Симулация на разсейване на Ръдърфорд и изберете раздела "Rutherford Atom". Поради мащаба на симулацията, най-добре е да започнете с малко ядро, така че изберете "20" за протоните и неутроните, "min" за енергията, покажете следите и след това започнете да снимате α частици. Това съвпада ли с вашата прогноза от (а)? Ако не, обяснете защо действителният маршрут би бил този, показан в симулацията. Поставете на пауза или рестартирайте, настройте енергията на "max" и започнете да изстрелвате α частици. Това съвпада ли с вашата прогноза от (б)? Ако не, обяснете ефекта от увеличаването на енергията върху реалния път, както е показано в симулацията. Поставете на пауза или рестартирайте, изберете "40" за протони и неутрони, "min" за енергия, покажете следи и стреляйте. Това съвпада ли с вашата прогноза от (c)? Ако не, обяснете защо действителният маршрут би бил този, показан в симулацията. Повторете това с по-голям брой протони и неутрони. Какво обобщение можете да направите относно вида на атома и ефекта върху пътя на α-частиците? Бъдете ясни и конкретни в отговора си.

Решения

1 Далтън първоначално смята, че всички атоми на даден елемент имат идентични свойства, включително маса. Следователно концепцията за изотопите, в която даден елемент има различни маси, представлява нарушение на първоначалната идея. За да се обясни съществуването на изотопи, вторият постулат от неговата атомна теория е модифициран, за да заяви, че атомите на един и същи елемент трябва да имат идентични химични свойства.

2 И двете са субатомни частици, които се намират в ядрото на атом. И двамата имат приблизително еднаква маса. Протоните са заредени положително, докато неутроните са незаредени.

3 И двете са субатомни частици, които се намират в ядрото на атом. И двамата имат приблизително еднаква маса. Протоните са заредени положително, докато неутроните са незаредени.