Реферат: Содержание понятия «строение вещества», «структура вещества», «строение молекул». Упорядоченные и неупорядоченные структуры конденсированных фаз
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Министерство образования Российской Федерации
Алтайский Государственный Университет
Тема: Содержание понятия «строение вещества», «структура вещества», «строение молекул». Упорядоченные и неупорядоченные структуры конденсированных фаз.
1.
Развитие классической и квантово - механической теории строения молекул 4
1.2 Химические аспекты классической теории строения молекул 4
1.3 Физический аспект классической теории строения молекул 5
1.4 Квантово – механическая теория 6
2.
Современные представления строения веществ и молекул в классической и квантово – механической теориях 8
Главной задачей является изложение основ теории строения молекул и связи основных свойств молекул с их строением. В настоящее время для решения большого круга разнообразных вопросов, относящихся к области строения и свойств молекул, используются понятия, законы и методы рассмотрения классической теории химического строения с одной стороны; понятия, законы и методы рассмотрения классической физики с другой стороны; понятия, законы и методы рассмотрения квантовой механики с третьей стороны.
При решении многих частных вопросов строения и свойств отдельных молекул или некоторых их видов или групп часто используют на одних этапах решения некоторые понятия и методы, например, квантовой механики и классической физики, а на других этапах решения того же вопроса – понятия и методы описания классической теории химического строения. Естественно, всегда возникает вопрос, в какой мере результат решения был следствием приложения квантовой механики, в какой мере он был следствием использования классической физики и в какой мере он был обусловлен использованием классической теории химического строения.
Возможность решать такие вопросы также требует последовательного и четкого анализа и определения содержания основных понятий, постулатов, законов и закономерностей каждой из этих ветвей в современном учении о строении молекул. Поэтому, нашей целью является построение общей картины основных знаний в области строения молекул, а также рассмотрение главных эксперементально-установленных закономерностей в строении и свойствах молекул.
1. Развитие классической и квантово – механической теории строения молекул
Первоначальные представления о молекуле как некоторой связанной совокупности атомов восходят еще к М.В.Ломоносову. Ломоносов, в частности, предполагал возможность существования разных молекул, одинаковых по атомному составу, но различающихся способом связи атомов. Основы классической теории строения молекул были разработаны во второй половине XIX века, в работах, как химиков, так и физиков. Эта теория имеет физический и физический аспекты.
1.2 Химический аспект классической теории строения молекул
Этот аспект связан в основном с именем А.М. Бутлерова, Франкланда, Купера, Кекуле, Вант – Гоффа и др.
Купер (1858), исходя из модели молекулы как связанной совокупности атомов, представления о химических связях и представления об определенной валентности атомов в молекуле, следовавшего из работ Франкланда (1852), попытался описать строение ряда молекул графическими формулами, передающими последовательность связи атомов. В дальнейшем эти идеи небыли развиты в последовательную общую теорию Кекуле (1859 – 1861) высказал положение о том, что молекулы органических веществ содержат цепочки атомов углерода. Опираясь на введенное ранее понятие валентности, Кекуле выдвинул положение о четырех валентности атома углерода в органических соединениях.
Разработка общей и последовательной классической теории строения молекул связана, с именем А.М. Бутлерова (ее химический аспект). В 1861г. А.М. Бутлеров выдвигает теорию, сущность которой можно сформулировать следующим образом:
а) атомы в молекуле соединяются друг с другом в определенном порядке;
б) соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью;
в) свойства вещества зависят не только от природы атомов и от их количества, но и от их расположения, т.е. от химического строения молекул.
Бутлеров рассматривал молекулу как динамическое образование. Намеченная им принципиальная программа развития теории предполагала рассмотрение внутренних движений эффективных атомов в молекуле и теории вращения как целого. Здесь представления химического аспекта теории смыкались с представлениями ее физического аспекта, в частности с взглядами Клаузиуса.
1.3 Физический аспект классической теории молекул
Клаузиус (1857) рассматривал молекулу как связанную совокупность атомов. Помимо поступательного движения и вращения молекул как целого он предполагал возможными для молекулы и последовательные движения атомов около положения равновесия.
Колебания атомов в молекулах и вращение молекул в связи с инфракрасными спектрами веществ обсуждались на основе понятий, законов и моделей классической физики в работах Релея (1892), Друде (1904).
После установления ядерно-электронного строения атомов и молекул были сделаны, многочисленные попытки описать атомы, как ядерно-электронные системы. Опирались на понятия и законы классической физики. В целом попытки привели к отрицательному результату. Это послужило стимулом для создания квантовой техники.
Однако неуспехи не был полным. Описание возможных состояний отрицательного заряда в молекуле - электронных состояний молекулы совершенно не могло быть сделано правильно на основе классической физики. В то же время движение ядер в молекуле, например, колебание ядер относительно положений равновесия, и некоторые свойства молекул могли быть качественно, а частично и количественно описаны на основе классической физики и определенной модели молекулы. Так, была развита классическая теория колебаний многоатомных молекул.
Таким образом, возник физический аспект классической теории строения молекул, основанный на определенной модели молекулы. В этой модели молекула рассматривается как связанная совокупность эффективных атомов, отличных от свободных атомов за счет их взаимодействия. Эффективный атом представляется как образование из ядра и отрицательного электрического заряда, расположенного вокруг ядра. Он может обладать положительным или отрицательным зарядом и электрическим моментом. Более детально ядерно-электронная структура молекул не рассматривается.
Классическая теория позволяет качественно, правильно решать некоторые вопросы строения молекул.
Фундаментальное знание для развития теоретической физики, а в том числе теории строения молекул имела идея Бланка о квантовании излучения. Эта идея лежала в основе промежуточного этапа в развитии теории строения, связанного с именами Бора и Зоммерфельда. Теория Бора – Зоммерфельда оказалась не применимой к многоэлектронным атомам и молекулам. Проблема строения атомов и молекул была принципиально решена с созданием квантовой механики работами Де-Бройля, Шредингера, Дирана и др. Квантовая механика позволила описать строение ядерно-электронных систем и принципиально дала методы расчета их свойств.
Большое значение имела разработка приближенных квантово - механических методов решения соответствующих задач. Приближенное разделение электронного и ядерного движения в молекулах было обосновано в работах Борна и Оппенгеймера(1927) и др.
Систематика электронных состояний двухатомных молекул и принципиальные основы метода молекулярных орбиталей были первоначально разработаны Гуидом, Герцбергом, Леонардо – Джонсом (1927), Вингером и Витмаром (1928), были установлены соответствия состояния двухатомной молекулы и атомов, на которые она может диссоциировать.
Приближенные методы расчета волновых функций, энергий электронных состояний были развиты Гайтмером и Лондоном (1927), Слейтером(1931), Фоком(1930) и др. учеными.
Квантово - механическая теория колебательных и вращательных состояний многоатомных молекул была развита в работах Виттмера(1927), Ванга(1929) и других авторов.
Таким образом, были созданы основы квантово – механической теории строения молекул, позволяющей в принципе, а в ряде задач и путем непосредственных вычислений, объяснить и предсказать не только основные, но и очень тонкие особенности строения и свойств атомов и молекул.
Таковы основные этапы развития теорий строения молекул и веществ. В начале ХХ в. были высказаны некоторые представления о строении молекул, которые в дальнейшем оказались необоснованными, противоречащими как классической теории химического строения, так и квантовой механике. Сюда относятся: теория «резонанса», «оболочная модель атома», теория «мезомерии» и ряд других теоретических построений, не имеющих в своей основе ни понятий и постулатов классической теории строения молекул, ни квантовой механике.
2. Современные представления строения вещества и молекул в классической и квантово – механической теориях
Современные представления о строении атомов и молекул, понятия и постулаты, используемые при описании строения и свойств, имеют свое начало, во-первых, в классической физике, во – вторых, в классической теории химического строения и в особенности в квантовой механике.
Квантовая химия, область теоретической химии в которой идеи и методов квантовой механики применяют к исследованию атомов молекул к другим химическим объектам. Квантово – механический подход чаще всего основывается на решении уравнения Шредингера для атома, молекулы или совокупности атомов и молекул:
Все эти три ветви учения о строении молекул необходимы для описания строения и свойств множества молекул, находящихся в поле зрения современной химии и техники.
Первой нашей задачей является задача сформировать четко основные модели, понятия и постулаты из этих трех ветвей учения строений молекул и установить связи между описанием молекул даваемыми, с одной стороны классической теорией (в ее физических и химических аспектах), а с другой – квантовой механикой.
До установления ядерно-электронного строения атомов в классических физической и химической теории, молекула рассматривалась как совокупность атомов, устойчиво существующая как единое целое, однако внутренним строением, как свободных атомов, так и связанных в молекулу не делалось ни каких предположений. После установления ядерно-электронного строения атомов, как свободный, так и входящий в молекулу атом в рамках классической (физической и химической) теории мог быть как состоящий из ядра и отрицательного электрического заряда, распределенного вокруг ядра с некоторой плотностью je(x,y,z).
Таким образом, в классической (физической и химической) теории современная модель молекулы такова: молекула устойчиво существует как единое целое, совокупность атомов, каждый из которых содержит положительно заряженное ядро, в котором сосредоточено практически вся масса атома, и отрицательный электрический заряд, распределенный вокруг ядра с некоторой плотностью je(x,y,z) в объеме, приписываемом атому в молекуле.
В классической теории не делается специальных предложений о природе взаимодействий, удерживающих атомы в молекуле. Предполагается только, что такие взаимодействия существуют, и что каждая молекула имеет равновесную геометрическую конфигурацию, соответствующую минимуму ее внутренней энергии, и что при деформации молекулы – эта энергия возрастает и, следовательно, появляются силы, стремящиеся вернуть атомы (ядра) в положения равновесия. Таким образом, молекула в классической теории рассматривается как связанная система из атомов, представляющая собой малое, деформируемое тело.
В отличие от этого в квантовой механике непосредственно молекула описывается как система, состоящая из атомов, а как система, состоящая из ядра и электродов, устойчиво существующая как единое целое. В уравнениях квантовой механики, описывающих молекулу и ее свойства, фигурируют только характеристики ядер и электронов, входящих в состав молекулы.
Согласно квантовой механике, все электроны свободного атома эквивалентны, и все электроны молекулы также эквивалентны. Таким образом, в атоме нет «внутренних» электронов. Все электроны в равной степени участвуют в создании плотности отрицательного заряда je(x,y,z) как в точках, близких к ядру, так и в точках, далеких от ядра, т.е. все электроны в равной мере «размазаны» в пространстве вокруг ядра.
Аналогична картина строения молекулы согласно квантовой механике. Молекула представляет собой образование из нескольких ядер и «облака» отрицательного заряда с плотностью je(x,y,z), охватывающего ядра. Все электроны в равной степени участвуют в создании отрицательного электрического заряда в любой точке пространства вокруг ядер, все электроны в равной мере обеспечивают существование молекулы как целого, т.е. все электроны в равной мере участвуют в образовании каждой химической связи, если описывать строение молекулы в понятиях классической теории химического строения.
Молекула – физически устойчивая система из двух (или более) ядер и определенного числа электронов, состояния которой описывается потенциальной поверхностью с
min
.
Электронное строение молекул – это главный предмет квантовой химии. Согласно адиабатическому приближению, движение электронов в атомных системах рассматривается при фиксированном положении ядер и описывается электронной волновой функцией, зависящей от координат электронов и ядер. Из неполных сведений о виде этой функции, можно вывести качественную интерпретацию физических свойств молекул и их спектров, а более точные вычисления позволяют получить количественные результаты.
Говоря о веществе, подразумевают вид материи обладающей массой покоя. В классической физике вещество и физическое поле противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго непрерывна.
Структура вещества – включает установление размеров и форм его элементарной ячейки; определение принадлежности структуры к одной из 230 Федоровских групп симметрии; получение координат базисных атомов структуры.
В термодинамике фаза – это термодинамическое равновесное состояние вещества, отличающиеся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества.
Метастабильная фаза – это неравновесное метастабильное состояние вещества
. Переход вещества из одной фазы в другую – фазовый переход – связан с качественным изменением свойств вещества. Различные кристаллические фазы могут отличаться друг от друга типом кристаллической структуры электропроводностью, электрическими и магнитными свойствами. Жидкие фазы отличаются друг от друга концентрацией компонентов наличием или отсутствием сверхтекучести, анизотропией упругих и электрических свойств. В твердых фазах кристаллические структуры могут отличаться платностью, модулями упругости, температурой плавления.
Конденсированное состояние вещества - твердое и жидкое состояние вещества. В отличие от газообразного состояния вещества в конденсированном состоянии, существует упорядоченность в расположении частиц (полов, атомов, молекул).
Кристаллические твердые тела обладают высокой степенью упорядоченности – дальним порядком в расположении частиц.
Частицы жидкости и аморфных твердых тел располагаются более хаотично, для них характерен ближний порядок. Свойства вещества в конденсированном состоянии определяются его структурой и взаимодействием частиц.
1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. «Строение вещества». М.: Химия, 1978. – стр.302.
2. Татевский В.М. «Строение и физико-химические свойства молекул и веществ». М. 1993. – стр.486.
3. Прохорова А.М. «Большая Российская Энциклопедия». Физика; М. 1998. стр.
4. Краснова К.С. «Строение вещества. Термодинамика» кн.1; М.: Высшая школа, 1995. – стр.
Название: Содержание понятия «строение вещества», «структура вещества», «строение молекул». Упорядоченные и неупорядоченные структуры конденсированных фаз
Раздел: Остальные рефераты
Тип: реферат
Добавлен 20:08:21 15 сентября 2011 Похожие работы
Просмотров: 598
Комментариев: 11
Оценило: 0 человек
Средний балл: 0
Оценка: неизвестно Скачать
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.
Реферат: Содержание понятия «строение вещества», «структура вещества», «строение молекул». Упорядоченные и неупорядоченные структуры конденсированных фаз
Сочинение по теме Я - Избиратель
Сочинение Рассуждение Нужна Ли В Жизни Цель
Курсовая работа по теме Проектирование тепловой схемы ТЭЦ для промышленного предприятия и жилого района
Курсовая работа: Основы проектирования и оборудования цехов
Амп Новороссийск Официальный Сайт Дипломный
Реферат по теме Понятие, сущность и назначение государства
Контрольная работа по теме Трансформация системы поставок промышленных предприятий
Курсовая работа по теме Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте
Моя Семья В Годы Вов Сочинение
Реферат по теме Предварительная проверка и расследование
Дипломная работа по теме Повышение эффективности работы локомотивного депо Гомель за счет энергосбережения
Ответ на вопрос по теме Шпора Коммерческое право
Курсовая работа по теме Проектирование камеры гидротермической обработки древесины
Складні іменники
Эссе Этапы Создания И Регистрации Сельскохозяйственного Кооператива
Реферат: Історія виникнення та розвитку масажу
Реферат: Мерчандайзинг как управленческое решение
Реферат по теме Формы новой религиозности: окультизм, сатанизм, неоязычество
Курсовая работа: Особенности расследования взяточничества
Сочинение по теме Идейно-композиционное значение сцены в салоне Анны Павловны Шерер в романе "Война и мир"
Реферат: Командообразование. Управление командой
Дипломная работа: Управление затратами на основе попроцессного метода организации строительного производства
Реферат: История очков