Развитие химического атомизма в ХХ в. Химическое учение о строение вещества

Учение о составе вещества представляет собой исторически первую концептуальную систему химии. На этом уровне химического знания ученые решали и решают три важнейшие проблемы: химического элемента, химического соединения и задачу создания новых материалов с использованием вновь открытых химических элементов.

Успешное развитие физики в ХХ ст., и прежде всего квантовой механики, позволило по-новому подойти к пониманию природы химических элементов и их соединений. Сегодня химическим элементомназывают совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.Во времена создания периодической системы Менделеева было известно всего 62 химических элемента. В 30-е гг. XX в. таблица Менделеева включала уже 88 элементов. Сегодня науке известно116 химических элементов. Из них восемь элементов составляют 98,6% доступного слоя Земли: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний.

Химическим соединениемназывают качественно определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет взаимодействия друг с другом объединены в частицу, обладающую устойчивой структурой — молекулу, комплекс, монокристалл или иной агрегат.

Взаимное соединение элементов не является произвольным. Опыт показывает, что некоторые элементы вступают во взаимодействие с другими, а некоторые — нет. Способность атомов химического элемента образовывать определенное число связей с другими атомами называется валентностью.

Электронная теория строения вещества говорит о том, что соединяться могут только такие элементы, атомы которых имеют незаполненные внешние электронные орбитали, обладающие определенной валентностью и вследствие чего проявляющие неустойчивость.

Существует большое разнообразие типов химического взаимодействия веществ. Однако характерным для них является перестройка электронных оболочек связываемых атомов. В результате перестройки происходит обобществление электронов соединяемых элементов, а система в целом приходит в устойчивое положение. Межатомное взаимодействие, сопровождающееся перестройкой валентных электронных оболочек атомов и обобществлением электронов, называют химической связью. Существуют ковалентные полярные, ковалентные неполярные, ионные, водородные и металлические химические связи, отличающиеся характером физического взаимодействия частиц между собой.

Качественные различия в свойствах различных химических соединений (даже при одинаковом составе) во многом определяются особенностями их структурной организации. Интенсивное развитие структурной химии в ХХ столетии (наряду с другими отраслями химической науки) позволило осуществить синтез не существующих в природе веществ с необычными свойствами: сверхпрочные, устойчивые в агрессивных средах, сверхпроводящие, электроизоляционные, огнеупорные и другие материалы.