Лекция 2 Строение атома
Ряд научных открытий, сделанных учеными-физиками во второй половине позапрошлого века, свидетельствуют о том, что атом – сложная частица. Прежде чем переходить к современной теории строения атома, рассмотрим сущность этих открытий.
1. Катодные лучи (Массон) – поток отрицательно заряженных частиц. В дальнейшем (1891 г.) Стоней назвал эти частицы электронами –мельчайшими частицами электричества. В 1897 г. Дж.ДЖ.Томсон нашел отношение отношение заряда к массе этой частицы: е/m =1,76*1011Кл*кг-1.
2. Рентгеновские лучи (1897 г.Рентген) – лучи с огромной проникающей способностью, подобные по свой природе видимому и ультрафиолетовому свету.
3. Фотоэлектрический эффект (1888 г. А.Г. Столетов) – под действием света из металла вырываются электроны.
4. А.Эйнштейн установил, что свет состоит из отдельных частиц, обладающих определенной энергией. Эти частицы были названы фотонами.
5. В 1898 г. Дж.Томсон предположил, что атом представляет собой твердый шар из положительно заряженного вещества, в который, как изюминки в пироге, вкраплены электроны.
6. Томсон открыл частицы, противоположные по заряду электронам. Эти частицы впоследствии получили название протонов. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона и составляет 1 а.е.м.
7. В 1909-1911 гг. английский физик Э Резерфорд открыл ядро по размеру 1/10000 от всего атома.
8. В 1933 г. английский физик Чэдвик открыл существование нейтронов. С этих пор возникла теория, согласно которой в состав ядра входят протоны и нейтроны.
9. В 1913 г. Мозли, изучая спектры рентгеновского излучения, испускаемыми различными металлами, обнаружил наличие резких максимумов. Это явление он связал с положением металла в периодической системе. Таким образом, был сделан вывод, что порядковый номер элемента в периодической системе Z характеризует заряд ядра.
10. Французский
физик А.Беккерель в 1896 г. открыл явление
радиоактивности. Его работы были
продолжены Марией и Пьером Кюри.
Радиоактивность
– самопроизвольный распад ядер элементов
с выделением частиц и лучей. Различают
естественную и искусственную
радиоактивности. К естественной
радиоактивности относят α- и β- распады.
При α- распаде элемент смещается в
периодической системе
на 2 клетки
влево, а при β- распаде на одну клетку
вправо. Искусственная радиоактивность
происходит при бомбардировке устойчивых
ядер различными частицами ( Не
,
n
,
е
,
р
и др.)
Электронные орбитали
Экспериментальные данные показывают, что каждый атом состоит из двух частей (99% массы атома) – ядро и на определенном расстоянии от ядра располагаются области, заряженные отрицательно – электронные орбитали. Экспериментальным основанием теории строения атома являются данные, полученные при изучении спектров химических элементов.
Спектр – совокупность электромагнитных излучений, испускаемых или поглощаемых. Атомные спектры получают, пропуская излучение возбужденных атомов (например, при нагревании до высокой температуры) через систему призм специального прибора –спектрометра. При этом излучение расщепляется на составляющие его монохроматические лучи с определенной длиной волны λ. Каждый монохроматический луч регистрируется в определенном месте фотопластинки. Спектр бывает линейчатый (атомный) и полосатый (молекулярный). Спектр разделен на области: УФ 200 -500 нм;
видимая 500 -1000 нм;
ИК > 1000 нм.
Для определения длины волны Ридберг установил соотношение: 1/λ = RN(1/n1 – 1/n2); где RN – постоянная Ридберга, n1 и n2 – целые числа.
В 1900 г. Макс Планк разработал теорию спектров нагретых тел. В основе теории лежала предпосылка, что в системе микрообъектов энергия поглощается и испускается не непрерывно, а дискретно, отдельными частицами – квантами. Следовательно, энергия системы микрообъектов может принимать только определенные значения, кратные числу квантов – энергия квантуется. Состояние атома с наименьшей энергией называют основным или нормальным; с большей энергией – возбужденным. Если учесть, что ядро атома значительно тяжелее электрона, то его можно считать неподвижным и рассматривать энергетические изменения в атоме как изменения энергии электронов. И что электроны в атомах способны обладать только определенными значениями энергии. Говорят, что в атомах существуют энергетические уровни: Е1, Е2 и тд. Испускание энергии приводит к появлению спектральных линий. Обычно испускание энергии осуществляется при переходе электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий Е2 – Е1 = hν