ОК-30

Строение атома

Гипотеза о том, что все вещества состоя! из большого числа атомов, зародилась свыше двух тысячелетий тому назад. Сторонники атомистической теории рассматривали атом как мельчайшую неделимую частицу и считали, что все многообразие мира есть не что иное, как сочетание неизменных частиц – атомов.

Демокрит: существует предел деления атома.

Аристотель: делимость вещества бесконечна

Париж, 1626 г.: учение об атоме запрещено под страхом смерти.

К

Кельвин предложил модель: вихревой атом в виде микроскопического колечка дыма (1902)

онкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества. Открыли электрон, измерили его заряд и массу. Мысль об электронном строении атома, впервые высказанную В.Вебером в 1896 г., развил X.Лоренц. Именно он создал электронную теорию:электроны входят в состав атома. Опираясь на эти открытия, Дж.Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного шара радиусом 10⁻¹⁰ м, в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд.

Ядерная модель атома

Экспериментальная проверка модели Томсона была осуществлена в 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом. Пропуская пучокα-частиц (заряд +2е, масса 6,64∙10⁻²⁷ кг) через тонкую золотую фольгу, Э.Резерфорд обнаружил, что какая-то часть частиц отклоняется на довольно значительный угол от своего первоначального направления, а небольшая часть α-частиц отражается от фольги. Но согласно модели атома Томсона эти α-частицы при взаимодействии с атомами фольги отклоняются на малые углы, порядка 2°.

Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) мидель строения атома:

1. Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома.

2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.

3. Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома.

Расчеты показали, α-частицы, которые взаимодействуют с электронами в веществе, почти не отклоняются. Только некоторые α-частицы проходят вблизи ядра и испытывают резкие отклонения. Если или потенциальная энергия системыα-частица – ядро и, тоα-частица будет отброшена назад. При расчете учитывают, что q_α = 2e, где е – заряд электрона; q_я = Ze, где Z – зарядовое число, равное количеству электронов в атоме; диаметр ядра 10⁻¹⁴ – 10⁻¹⁵ м, атома 10⁻¹⁰ м.

Однако предложенная модель строения атома не позволила объяснить устойчивость атома.

Ускоренное движение электрона согласно теории Максвелла сопровождается электромагнитным излучением, поэтому энергия электрона уменьшается, и он движется по спирали, приближаясь к ядру. Казалось бы, электрон должен упасть на ядро, так как при движении по спирали уменьшается энергия электрона, в действительности атомы являются устойчивыми системами.

Постулаты Бора

Выход из этого затруднительного положения был предложен Н.Бором. В основе его теории лежат следующие постулаты:

1. Атомная система может находиться только в особых стационарных квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Е_n. В стационарном состоянии атом не излучает.

2. При переходе атома из стационарного состояния с большей энергией E_k в стационарное состояние с меньшей энергией Е_n излучается квант энергии:

hν_kn = E_k − En,

3. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные, квантованные значения момента импульса mv_nr_n = nh, где n = 1, 2, 3 … - номер орбиты; r – радиус орбиты ():

Постулаты Бора объясняют происхождение линейчатых спектров и их закономерности. Выражение для радиусов разрешенных орбит:

, где m_e и e – масса и заряд.

ОК-31