Строение кристаллов и молекул

Точно определить структуру вещества, т.е. расположение атомов в нем, удалось впервые для кристаллических веществ с преимущественно ионной связью.

Ставшие уже привычными носителями информации лазерные диски переливаются на свету всеми цветами радуги. Это – прямое наблюдение дифракционной картины на объекте, у которого расстояние между бороздками на отражающей поверхности сопоставимо с длиной волны падающего света.

После открытия рентгеновских лучей в 1895 году немецкий физик Макс Лауэ предположил, что для излучения с длиной волны в несколько тысяч раз короче волн видимого света дифракционную картину можно будет наблюдать на правильных кристаллах, которые, по предположению, должны состоять из расположенных равномерными рядами атомов. Первые же эксперименты, выполненные на кристаллах медного купороса, подтвердили это предположение [[15]].

В 1912 г Лоуренс Брэгг определил по дифракционной картине, полученной на фотопластинке от рентгеновских лучей, структуру сфалерита (кубическая форма сульфида цинка). Его отец Уильям Брэгг изготовил первый рентгеновский спектрометр и в течение года Брэгги определили строение около 20 разных кристаллов.

Именно Брэгги показали, что кристаллы, например, хлорида натрия состоят не из молекул NaCl, как предполагалось ранее, а из расположенных определенным образом ионов натрия и ионов хлора. Таким образом, любой ионный кристалл можно считать гигантской молекулой, а выражающий его состав символ NaCl с относительной массой 58,5 надо называть не молекулой, а формульной единицей. Это относится к любым ионным кристаллам.

В настоящее время существуют различные виды рентгеноструктурного анализа, позволяющие изучать не только ионные монокристаллы, но и поликристаллические образцы, а также кристаллы ковалентных соединений.

Одновременно с развитием экспериментальных методов исследования строения вещества в первой половине XX века появились теории, позволяющие предсказывать химические свойства элементов и структуры образуемых ими соединений.

В 1913 г. Американский химик Гилберт Льюис предложил термин "металлическая связь" для объяснения структуры и свойств металлов. А в 1916 г. он же развил теорию кубического атома (правило октета) и предложил точечные формулы для атомов (электроны внешнего уровня обозначаются точками вокруг символа элемента).

Обозначения «по Льюису» не являются теорией в строгом смысле, скорее это удачные методические приемы. Точечные формулы широко используются в преподавании химии до сих пор; менее известны сейчас «кубические атомы», позволяющие очень наглядно показать взаимодействие между элементами главных подгрупп 2-го и 3-го периодов:

"Кубические атомы" по Льюису. Иллюстрации из "Рабочей книги по технической химии" В.В.Терновского под ред. В.Н.Верховского, 1932 г.

Разумеется, эти модели не могут быть универсальными, как и пропагандируемые в последнее время модели атомов Снельсона, представляющие атом в виде системы упругих колец – орбит электронов.

Для повышения уровня наглядности в преподавании (принцип наглядности в педагогику массовой школы ввел еще Ян Коменский в XVII веке) можно пользоваться любыми моделями при условии обязательного напоминания о том, что данная модель относится к реальности как карта местности к самой местности.

Дата добавления: 2014-12-16