Глава 2. Периодический закон д.И. Менделеева.

#1. История вопроса.

Учёный	Позиция
Левкипп (500-200 года до нашей эры)	Мир состоит из мельчайших частиц пустоты. Частицы он называл "атомами" (от 'atomos' - 'неделимый') и считал, что они не способны двигаться. Размеры атомов столь малы, что их невозможно измерить, а форма и внешние различия атомов придают определённые свойства телам. Пример: атомы воды гладкие, поэтому они способны перекатываться.
Эпикур	Атомы способны самостоятельно взаимодействовать друг с другом.
Дж. Дальтон (начало XIX века)	Опираясь на открытые к тому времени законы кратных отношений, эквивалентов, постоянства состава, возродил атомистическую теорию. Главное отличие: представление опиралось на экспериментальные данные о строении вещества. Он установил, что атомы одного и того же химического элемента имеют одинаковые свойства, а разным элементам соответствуют разные атомы. Была введена атомная масса, относитель-ные значения которой были установлены для ряда элементов. Однако, атом по-прежнему считался неделимой частицей.

В конце XIX и начале XX века появились экспериментальные доказательства сложной структуры атома:

1) Фотоэффект (явление испускания электронов с поверхности металлов под действием световых лучей);

2) Катодные лучи Томпсона — поток отрицательно зараженных частиц - электронов - в вакуумированной трубке, содержащей катод и анод;

3) Радиоактивность — явление самопроизвольного превращения одного химического элемента в другой, сопровождающееся испусканием электронов, положительно заряженных частиц, других элементарных частиц и рентгеновского излучения.

Таким образом, было установлено, что атомы состоят из отрицательно и положительно заряженных частиц, сильно взаимодействующих между собой.

Одна из первых моделей была предложена Дж. Томсоном в 1903 году: атом — "море положительного электричества" с колеблющимися в нём электронами. Суммарный отрицательный заряд равнялся суммарному положительному заряду, а потому атом был электронейтральным.

#2. Модель строения атома водорода (по Резерфор-ду и Бору), современные квантово-механические представления.

I. Э. Резерфорд.

Для проверки гипотезы Томсона и более точного определения строения атома Э. Резерфорд провёл серию опытов по рассеянию α-частиц тонкими металлическими пластинками -- фольгой.

Схема опыта:

• Свинцовый кубик с просверленным в нём канальцем

• Направленный поток α-частиц (ионизированные атомы He²⁺)

Попадая на экран, покрытый сульфидом цинка, частицы вызывают свечение, следовательно, можно судить об их рассеянии.

Оказалось, что большинство α-частиц не изменяют своего направления, но некоторая доля (1 на 10⁵) отбрасывалась назад, как бы наткнувшись на массивное препятствие. Следовательно, подавляющая часть пространства, занимаемого атомом металла, не содержит тяжёлых частиц: там могут размещаться только электроны, так как ввиду малой массы электрона по сравнению с α-частицей, она почти не изменяет своего направления после соударения с ним. Случаи резкого отклонения показывают, что в атоме есть какое-то тяжёлое ядро, в котором сосредоточена бὀльшая часть массы атома.

Резерфорд по результатам своего опыта выдвинул планетарную модель атома:

В центре атома находится очень маленькое положительно заряженное ядро, размеры которого приблизительно в 10⁵ раз меньше размеров самого атома. Это ядро заключает в себе почти всю массу атома и несет положительный заряд q=Ze, где Z — порядковый номер элемента в таблице Д. И. Менделеева, а e — элементарный заряд, равный 1,6*10^-19 Кл. Вокруг ядра движутся электроны по круговым и эллиптическим орбитам, число которых равно Z — порядковому номеру элемента. Внешняя траектория электронов определяет внешние размеры атома, а перемещаясь с большой скоростью, электроны создают электронную оболочку. Диаметр атома: ~10^-8 см, а диаметр ядра: ~10^-13-10^-12 см.

Чем больше заряд ядра, тем больше будет от него отталкиваться заряженная α-частица, поэтому опыты так же позволяют определить заряд атомного ядра, который был численно равен порядковому номеру элемента в периодической таблице.

Физический смысл порядкового номера элемента в периодической системе Д. И. Менделеева: порядковый номер — константа, выражающая положительный заряд ядра его атома.

Критика планетарной модели атома:

Движущийся с ускорением заряд излучает электромагнитную волну. При этом энергия атома уменьшается: электрон должен упасть на ядро, а атом прекратить свое существование.  Но на самом деле атомы химических элементов представляют собой устойчивые структуры, поэтому модель атома Резерфорда была дополнена рядом положений, автором которых являлся Нильс Бор.