Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1а.
Рис. 1б.
Рис.2а.
Рис.2б.
Рис. 3а. Атомы находятся рядом – они связаны.
Рис. 3б. Атомы находятся далеко, они не связаны.
Рис.4.
Рис. 5. Атом Петя с двумя свободными электронами (шарик с
двумя руками)
Рис. 6а. Атом Миша
Рис. 6б. Атом Вася
Рис. 7. Молекула Вась-Миш-Катя

Атом. Молекула. Связь.

Ключевые слова:  Интернет-олимпиада, творчество, химическая связь

Автор(ы): Коренев Владимир Владимирович

Опубликовал(а):  Шушарина Анастасия Леонидовна

30 октября 2010

Все соединения и известные объекты состоят из атомов – стулья, столы, продукты, вода, грифель карандаша (да и сам карандаш). В том числе и наноструктуры. Поэтому, прежде чем вводить понятия различных наноструктур (фуллеренов, нанотрубок и т. д.) необходимо разобраться с тем, что же такое атом.

Атом

Так что же такое атом? Известна простейшая модель для его описания, которая была придумана почти 100 лет назад – Модель Резерфорда

Представать её себе можно так: есть большое положительно заряженное ядро – такой большой красный шарик с зарядом “+”. Вокруг этого красного шарика, как планеты вокруг Солнца, летают электроны – маленькие синие шарики с зарядом “–“ (см. рис. 1а).

Имеется одна особенность, связанная с величиной заряда синих шариков – электронов. Во-первых, заряды всех электронов равны, а, во-вторых, сумма зарядов всех электронов, летающих вокруг красного шарика – ядра, равна по модулю заряду ядра.

Это и есть модель Резерфорда. Её ещё иногда называют планетарной, поскольку ядро в такой модели атома играет роль Солнца, а электроны – планет, вращающихся вокруг Солнца как в нашей Солнечной Системе. Таким образом, такая структура: из красного шара внутри и синих вокруг него, и есть атом – в дальнейшем большой шар (см. рис. 1б.)

Связь между атомами. Молекула.

Все молекулы состоят из атомов, причём, связанных между собой атомов. Простейшие молекулы представляют собой два связанных атома. Например, молекула водорода, в которой связываются два атома водорода. Есть и сложные молекулы - например, молекулы полимеров, в которых между собой связывается очень большое число атомов.

О том, что же такое атом нам известно. Что же такое связанные атомы? Разобраться с этим можно очень просто на таком примере. Представьте, что Вы – атом. Не вдаваясь в структуру атома, просто Вы сейчас – атом. Вместо большого шарика, описанного выше, будете Вы. Пусть у Вас есть друг. И он тоже – атом. Тогда, если Вы с другом находитесь достаточно близко, то можете держаться за руки (см. рис. 2а). А когда расстояние между Вами очень велико (например, несколько километров), то взяться за руки довольно сложно (если у Вас, конечно, не километровые руки). Однако будем считать, что Ваши руки нормальной длины (см. рис. 2б).

Таким образом, когда Вы близко друг к другу и можете держаться за руки, будем говорить, что Вы (атомы) – связаны. В том же случае, когда Вы отошли друг от друга на значительное расстояние и уже не можете держаться за руки - Вы не связаны. Также и реальные атомы: могут быть связаны, когда они рядом, и не связаны, когда они далеко. (см. рис. 3а, б.)

При этом атомы связываются за счёт своих свободных {Прим.: "валентных"} электронов: сколько есть у атома свободных электронов, столько и связей он может создать. В связанных атомах электроны могут прыгать от одного атома к другому.

Наглядно на шариках это выглядит так: синий шарик сначала был расположен около одного атома, а потом прыгнул на другой и стал большую часть времени сидеть около него – см. рис. 4.

Если атом – это человек, то число возможных связей – это число рук у него (оно равно числу свободных электронов). Рис.5

Пусть у Васи две руки, а у Миши их три – см. рис. 6а, б.

Тогда Вася, взявшись своими двумя руками за две Мишины руки, образует с ним две связи, а, значит, молекулу Вась-Миша. Однако у Миши всё ещё одна рука свободна, ей он может ещё кого-нибудь схватить за свободную руку и присоединить к молекуле Вась-Миша, например, Катю. Тогда будет молекула из трёх атомов – Вась-Миш-Катя. Рис.7

У ребёнка, играющего роль атома углерода, всего 12 рук (электронов). Из них 8 рук (электронов) плотно привязаны к телу (поскольку у атома углерода только 4 внешних электрона, способных образовывать связь). Этими прижатыми руками невозможно даже пошевелить. Оставшиеся четыре руки – не связаны. Ими он может брать за руки других детей и образовывать связанные углеродные молекулы и кластеры – скопления атомов углерода (детей, держащихся друг за друга).

В чём же реальность примера? Например, из атомов углерода (обозначаются они как “С”) состоит, грифель карандаша.


В статье использованы материалы: Интернет-олимпиада


Средний балл: 8.1 (голосов 7)

 


Комментарии
Коваленко Артём, 31 октября 2010 01:35 
вопрос редактору: На кого это рассчитано?
вопрос автору: как Вы себе представляете (на
пальцах) связь атомов "за счет свободных
электронов" и что Вы вообще называете связью?
Все-таки, это проходят в 8-ом или 9-ом классе
по химии, надо уметь грамотно объяснить (пусть
и просто).
Владимир Владимирович, 31 октября 2010 06:40 
Занудно добавлю.
Объяснение упрощенными и понятными аналогиями ценно, на мой взгляд, тогда, когда кто-то пытается понять и что-то конкретно не ясно, и задаются вопросы. Упрощения помогают понять материал и успешно вернуться к оригинальному (полноценному на данном этапе обучения) уровню понимания.

Если же чрезмерно упрощенные аналогии предлагаются сами по себе, то в значительной мере они будут вытеснять полноценные объяснения. (Какой процент школьников будет читать "Войну и мир", если есть прекрасный дайжест, а еще лучше мультик по дайжесту, ну или комиксы. Школьникам будет "все понятно", будет нравиться предмет, и в системе обучения все могут быть счастливы... пока этим школьникам не надо будет что-то реально делать).
Да все понятно. Расчитано на тех, кто начинает, а также на учителей, которые могут использовать опыт не во вред...
Коваленко Артём, 31 октября 2010 11:35 
Как Вы считаете, связь в молекулах образована
за счет свободных электронов, Евгений
Алексеевич?
Предлагаю статью убрать с сайта.
Предлагаю ничего не убирать, поскольку если школьникам начинать объяснять особенности решений уравнения Шредингера, то первыми сойдут с ума учителя. Статья имеет нулевую научную значимость,но расчитана не на маститых ученых и даже не на студентов. В ней не говорится о "примерно минус 300 градусах по шкале Цельсия". А свободные электроны... Хм... А что на нашем родном химфаке означает странный термин "свободная валентность"??? Не люблю жаргона, но в контексте того, что говорилось в статье (не надо вырывать из контекста!) под "свободными" электронами можно понимать (и думаю нужно) электроны, СПОСОБНЫЕ к образованию связи, а не то, что бегает в космическом пространстве и чудом приходит для образования химической связи. Так в чем проблема?
Коваленко Артём, 31 октября 2010 13:02 
Евгений Алексеевич, такие электроны на Вашем
родном химфаке, а также в 8 классе школы
называют валентными. И в 8-ом классе
люди не решают уравнения Шредингера. Но уже
знают закон Кулона. А этого достаточно, чтобы
объяснить, почему валентным электронам
выгодно располагаться между положительно
заряженными ядрами (при образовании связи), а
не "крутиться" по сферическим орбитам.
Слава богу, хотя бы в 8-ом классе еще Микки-
Маусов по химии не рисуют.
Трусов Л. А., 31 октября 2010 13:21 
поддержу Артёма.
лучше уж всё объяснять божественным промыслом, чем заведомо неверными моделями.
надо удалить.
По - моему у нас в школе почти все модели неверные
Если перечислите по пунктам неверно - алхимические постулаты, то обсудим. Про свободные электроны уже сказал, можно ввести комментарии в сам текст или считать, что заинтересованные учителя и школьники читают комментарии. Что не нравится в слове "сбободный", никак не возьму в толк...
А водородоподобный атом (даже без Шредингера) объясняют первокурсникам. С законом Кулона и... сферическими орбитами. И чем эти орбиты не нравятся? А если считать, что электрон "застрял" между двумя атомами как ЧАСТИЦА противоположного знака при образовании связи - вот это и будет неверная и вредная модель!
Трусов Л. А., 31 октября 2010 16:02 
атомы удерживаются вместе божьей волей
Это факт в рамках соответствующих концепций. Как и все на свете.
Владимир Владимирович, 31 октября 2010 16:13 
атомы удерживаются вместе божьей волей
в полном согласии с незыблемостью вертикали власти и ведущей ролью РПЦ

Если публикацию не будут убирать - просьба дополнить ее нашей Божественной креативной концепцией!
Я пока не вижу ОБЪЕКТИВНЫХ причин для уничтожения публикации. Когда сделаем, наконец, тематические разделы, она не будет так контрастно смотреться на фоне остальных и будет на своем месте.
Владимир Владимирович, 31 октября 2010 17:47 
А чем хуже Божественная концепция? В силу ее креативной простоты, прекрасной совместимости с ЕГЭ (без излишних математик всяких) ее даже можно назвать "имени Фурсенко".
Коваленко Артём, 31 октября 2010 20:02 
по-моему, верных и неверных моделей не бывает.
Предлагаю хотя бы заменить в статье слово
"свободные" на "валентные" (дав какой-нибудь
комментарий "в популяристическом духе автора")
и закончить этот маразм.
И лучше, по-моему, не создавать на сайте
раздела, в котором данная работа могла бы не
"так контрастно смотреться на фоне остальных".
Вставил. Маразм этой юной категории говорить "валентных". Я - глупый химик, не физик. Я даже не заподозрил бы ни плазму, ни отдельный сферический электрон в вакууме. Для физиков и "валентных" электронов нет. Для химика радикалы имеют "неспаренные" электроны. Везде условности, но суть автор выразил верно, несправедливо его обвинять в неиспользовании терминологии, то есть того, чего он и не собирался использовать изначально.
Еще раз, для химика, в ЧЕМ криминал (кроме того, что статья не научно - популярная, а для "маленьких")? По полочкам, чтобы я ответил.
Владимир Владимирович, согласен, что для обучения ЕГЭ это все пройдет, а для нормальных школ, в которых учился Артем - нет Проблема в том, что таких школ, к сожалению, все меньше и меньше.
Коваленко Артём, 31 октября 2010 20:52 
Криминал в том, что из этой статьи следует, что
Ваш любимый марганец может образовать 25
химических связей одновременно.
Почитай ПРЕДпоследний абзац и ты поймешь, что это СОВСЕМ не так по статье!
Палии Наталия Алексеевна, 31 октября 2010 21:34 
[I]из этой статьи следует, что
Ваш любимый марганец может образовать 25
химических связей одновременно. [/I]- Артем, действительно, марганец - удивительный металл, 5 аллотропических модификаций (альфа-марганец с 58 атомами в элементарной ячейке...- почему...)
Владимир Владимирович, 31 октября 2010 22:19 
альфа-марганец с 58 атомами в элементарной ячейке...- почему...

Наверное потому, что число 7 наименее совместимо с симметрией упаковок (отсюда и квазикристаллы).
И природа так замучилась с марганцем, что у технеция нет стабильных изотопов, а рений самый редкий элемент.
Владимир Владимирович, 31 октября 2010 22:22 
Евгений Алексеевич,
Единственный вариант сохранить хоть минимальное количество "нормальных" школ.
За то и бьемся. Мне ситуация все чаще напоминает произведения Стругацких и Бредбери...

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Магнитные жидкости. Вавилонские башни Наномира.
Магнитные жидкости. Вавилонские башни Наномира.

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.