5. Строение атома; развитие учения о строении атома; модели Томсона, Резерфорда, Бора.

В 1897 г. английским физиком Дж. Томсоном были открыты электроны. Он изучал катодные лучи, возникающие при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Изучение свойств этих лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости света, т.е. поток электронов.

Атом, по Томсону, состоит из электронов, помещённых в положительно заряженный «суп», компенсирующий электрически отрицательные заряды электронов, образно — подобно отрицательно заряженным «изюминкам» в положительно заряженном «пудинге». Электроны, как предполагалось, были распределены по объёму всего атома. Согласно этой модели, электроны могли свободно вращаться в такой положительно заряженной субстанции. Их орбиты удерживались внутри атома тем, что при удалении электрона от центра положительно заряженного облака, он испытывает увеличение силы притяжения к центру облака, возвращающей его обратно. Положительных частиц эта молекула не предполагала и невозможно было объяснить испускание положительно заряженных альфа-частиц радиоактивными веществами.

В 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом при исследовании движения альфа-частиц в газах и других веществах была обнаружена положительно заряженная часть атома. Он предложил следующую схему строения атома (планетарная модель):

• В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой.

В 1913 году свою модель атома предложил Н. Бор, за основу он брал планетарную модель. Однако электрон в модели Резерфорда, двигаясь вокруг ядра, должен был как бы излучать энергию непрерывно и очень быстро и, потеряв её, упасть на ядро. Чтобы преодолеть эту проблему, Бор ввёл допущение, суть которого заключается в том, что электроны в атоме могут двигаться только по определённым орбитам, находясь на которых они не излучают энергию, а излучение или поглощение происходит только в момент перехода с одной орбиты на другую.

Современная модель строения атома:

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома (например, радиус атома водорода сост. 0,046 нм, а радиус протона или ядра атома водорода составляет 6,5.10-7 нм).

2. Положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в ядре атома.

3. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов (p) и нейтронов (n) соответствует его массовому числу.

4. Вокруг ядра по орбиталям вращаются электроны. Число электронов в невозбужденном (основном) сост. равЧетыре квантовых числа описывают состояние электрона в атоме, характеризуют его энергию, спин, формулу электронного облака и его ориентацию в пространстве.

Главное квантовое число – n:

• определяет энергетический уровень электрона, удалённость энергетического уровня от ядра и размер электронного облака. Главное квантовое число принимает любые целочисленные значения, начиная с n=1 (n=1,2,3,…) и соответствует номеру периода.

Орбитальное квантовое число – L:

• определяет геометрическую форму атомной орбитали. Имеет значения от 0,1,2,3…(n-1). Независимо от номера энергетического уровня, каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы. “Набор” таких орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа называется энергетическим уровнем. Каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы.

0=s, 1=p, 2=d, 3=f

Магнитное квантовое число - m:

• определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Магнитное квантовое число принимает любые целочисленные значения от -l до +l, включая 0.

Для s-орбитали:

l=0, m=0 - одна равноценная ориентация в пространстве (одна орбиталь).

Для p-орбитали:

l=1, m=-1,0,+1 - три равноценные ориентации в пространстве (три орбитали).

Для d-орбитали:

l=2, m=-2,-1,0,1,2 - пять равноценных ориентаций в пространстве (пять орбиталей).

Для f-орбитали:

l=3, m=-3,-2,-1,0,1,2,3 - семь равноценных ориентаций в пространстве (семь орбиталей).

Спиновое квантовое число – ms (s):

• определяет магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Спиновое квантовое число может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2

Принцип Паули:

– в атоме не может быть 2 электронов у которых все 4 квантовые числа были бы одинаковыми. но заряду ядра.