Теорiя будови атома

В‘юник I. М.

Хiмiчний факультет

Харкiвський нацiональний унiверситет iменi В.Н. Каразiна

Кафедра неорганiчної хiмiї

1/35

Вiдкриття в фiзицi та хiмiї кiнця XIX початку XX столiть

На межi 19 та 20 столiть в результатi багаточисленних дослiджень, виконаних, головним чином, у фiзицi було встановлено, що атоми не представляють собою останнiх ”цеглинок свiтобудiвлi”, що їх можна роздiлити, що їх можна перетворити один в одного, тобто, що вони мають складну будову.

Такому висновку сприяли слiдуючi успiхи фiзики i хiмiї:

1В 1868 р. Д.I. Менделєєв вiдкрив Перiодичний закон i створив Перiодичну систему елементiв, якi свiдчили про те, що атоми - це складнi утворення, властивостi яких закономiр-

но змiнюються iз збiльшенням маси.

2Було виявлено явище радiоактивностi, що дало вiдомостi про розкладання одних атомiв i утворення других.

2/35

Вiдкриття в фiзицi та хiмiї кiнця XIX початку XX столiть

3Вiдкриття iонiв, електрона, потоку позитивно заряджених частинок показало, що в нейтральному атомi необхiдно розрiзнювати + i − зарядженi складовi частини.

4Були виявленi фотота термоелектричний ефекти, одержанi оптичнi та рентгенiвськi спектри атомiв елементiв.

5Нарештi стало можливим штучне перетворення одних атомiв в iншi.

3/35

Електрон

Дослiди Дж. Томсона та вивчення властивостей електрона

Вiдкриття електрона, визначення його заряду i маси.

Слово електрон з грецької мови ”янтарь”. Гiльберт (англ. фiзик 16 ст.) використав прикметник електричний (походить вiд слова електрон).

При поясненi законiв Фарадея припускали, що електрика складається iз негативно заряджених частинок, якi в багато разiв меншi атомiв. Вони були названi електронами (e¯).

До обгрунтованого висновку про iснування e¯ i до визначення його властивостей прийшов Джозеф Джон Томсон (англ, 1897р.), дослiджуючи проходження електричного струму через гази.

Склянi трубки з впаяними Me-електродами наповнювалися рiзними газами i приєднувалися до джерела високої напруги ( 10000 вольт).

4/35

Електрон

Дослiди Дж. Томсона та вивчення властивостей електрона

Електричний розряд в трубцi виникає при частковому вилученi iз трубки газу (P= 0,01 атм.). Перенесення електрики вiд одного електрода до iншого здiйснюється молекулами або атомами газу, якi несуть один або декiлька позивних зарядiв, тобто iонами в газоподiбному станi.

При подальшому зниженi тиску (P= 0,001 атм.) змiнюється свiчення газу, бiля катоду з‘являється темний простiр, який збiльшується при зниженi тиску, а при P = 10−5атм. вся трубка стає темною. Залишок газу уже не свiтиться, але починає свiтитися саме скло слабким зеленуватим свiтлом.

5/35

Електрон

Дослiди Дж. Томсона та вивчення властивостей електрона

Було установлено, що зелене свiтiння виникає в результатi дiї на скло променiв, якi випромiнює катод (катодних); вони розповсюджуються прямолiнiйно, що було пiдтверджено експериментальним шляхом (тiнь на склi вiд об‘єкту, розмiщеному на шляху катодних променiв).

Перенесення електрики в розрядних трубках при зниженому тисковi здiйснюється уже катодним випромiнюванням. Катоднi променi вiдхиляються вiд прямолiнiйного шляху електричним та магнiтним полями. Перрен (1895 р. ) показав, що катоднi променi потiк негативно заряджених частинок.

Однак за величиною вiдхилення катодних променiв неможливо визначити вiдношення заряду до маси частинок (me¯),

6/35

Електрон

Дослiди Дж. Томсона та вивчення властивостей електрона

Дж.Д.Томсон, пiддаючи катоднi променi одночаснiй дiї магнiтного та електричного полiв, визначив швидкiсть їх руху.

При фiксованому значенi напруженостi магнiтного поля (H) змiнювали електричну напруженiсть (E) до тих пiр, поки пучок променiв не попадав в ту ж точку флуоресцiруючого екрану, в яку вiн попадав при вiдсутностi дiї поля.

Сила дiї електричного поля урiвноважувалася силою дiї магнiтного поля : Hev¯ = Ee¯ , де v = HE, v = 6 · 107м/сек. Знаючи швидкiсть променiв, Томсон змiг визначити вiдношення me¯ = 108 Кул/г за величиною вiдхилення променiв, обумовленого дiєю електричного та магнiтного полiв.

Це вiдношення було сталим незалежно вiд газу та матерiалу катоду.

7/35

Електрон

Дослiди Дж. Томсона та вивчення властивостей електрона

Експериментальне значення me¯ дозволило Томсону зроби-

ти висновок про те, що цi частинки представляють собою особливу форму речовини.

Томсон показав, що маса електрона в 1000 раз < маси протона, насправдi в 1837 разiв.

Незважаючи на те, що важливi дослiди по вивченню катодних променiв були проведенi i другими вченими, приоритет належить Томсону, оскiльки його дослiди дозволили одержати кiлькiснi характеристики.

8/35

Електрон

Визначення заряду електрона Малiкеном

В 1910 р. Малiкен (амер.фiзик) визначив заряд електрона. Його метод заснований на вимiрюванi сили, з якою електричне поле певної величини дiє на маленьку електричнозаряджену краплю масла або ртутi (r 10−5 − 10−4) см, яка вiльно падає в повiтрi мiж обкладинками конденсатора в присутностi електричного поля i в його вiдсутностi.

За рухом окремої краплi слiдкували в мiкроскоп. За замiряною таким чином швидкiстю можна встановити заряд краплi.

Було встановлено, що заряди на рiзних краплях є цiлими кратними елементарного електричного заряду, рiвного e¯ = 1.6 · 10−19a · c (кулонiв).

Знаючи me¯ i заряд електрона можна знайти масу електрона. me = 9.1 · 10−28г.

9/35

Електрон

Подвiйна природа електрона

Електрони легко залишають атоми пiд дiєю невеликих енергiй: при тертi двох тiл, при русi дроту в магнiтному полi, при нагрiванi Me до калiння, при опромiненi УФ-променями методи одержання електронiв.

Електрон проявляє подвiйну природу: вiн проявляє корпускулярнi та хвильовi властивостi.

Хвильовий характер e¯ був теоретично розрахований деБройлем: mv = λh = > λ = mvh , де λ -довжина хвилi.

10/35