Эволюция представлений о строении атома

Строение атома

Лекция 2

Представления о сложности строения атома возникли в последней четверти XIX в. Эти представления были подтверждены рядом открытий конца XIX начала XX века.

1) Выделение из атомов отрицательно заряженных частиц – электронов (1897 г. Дж.Томсон).

Опыты:

а) отклонение катодного излучения (пучка отрицательно заряженных частиц) в электрическом поле в сторону положительного полюса;

б) испускание электронов поверхностью металлов при накаливании или освещении УФ излучением.

- электрон:

абсолютный заряд -1,6 ^. 10^-19 Кл

относительный заряд -1

масса 9,1 ^. 10^{-31 кг}

5,486 ^. 10^-4 а.е.м.

(1 а.е.м. = 1,66 ^. 10^{-27 кг, т.е. 1/12 массы атома изотопа углерода 12, 12}С)

2) Открытие явления радиоактивности – подтвердило наличие в атоме положительно заряженных частиц – протонов.

(А. Беккерель,1886 г. наблюдал действие соединений урана на фотографическую пластинку, завернутую в черную бумагу).

Пьер и Мария Кюри, 1848 г. – исследовали радиоактивное излучение. В электрическом и магнитном поле оно распределяется на 3 потока:

α–частицы – положительно заряженные;

β–излучение – поток электронов (отклоняется к положительному полюсу);

γ-излучение – не отклоняется в электромагнитном поле, это рентгеновские лучи (открыты Рентгеном,1895 г.)

3) Создание ядерной модели атома. Составная часть атома – ядро (открыто в 1911 г. Э.Резерфордом). Он исследовал прохождение α–частиц через вещество (–частицы – ядра атома , образуются при радиоактивном распаде

Ra -> Rn +

Наблюдения:

1. Отклонение α-частиц при прохождении через тонкую металлическую пластинку (указывает на наличие массивных положительно заряженных частиц с очень малым объемом)

2. Искусственная ядерная реакция (1919 г. Э. Резерфорд: выделение ядер – протонов)

- протон: абсолютный заряд +1,6 ^.10^-19 кл

относительный заряд +1

масса 1,67 ^.10^{-27 кг}

1,0073 а.е.м.

Ядерная (планетарная) модель по Резерфорду:

в центре атома – ядро, положительно заряженное, вокруг которого вращаются электроны, отрицательно заряженные.

Атом – электронейтрален, заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду электронов.

Средний размер атома: 10^{-10 м, ядра: 10-15} – 10^{-14 м, плотность вещества в ядре в 1015} раз выше, чем в атоме.

4) Создание теории состава ядра (теория состава атомных ядер Д.Д.Иваненко, Е.Н. Гапона -1932 г.; В.Гейзенберга - протонно-нейтронная теория)

Теория создана вслед за открытием элементарной частицы нейтрона (Дж.Чедвик, 1932 г.)

- нейтрон: заряд 0

масса 1,67 ^.10^{-27 кг}

1,0087 а.е.м

Согласно протонно-нейтронной теории (ПНТ):

1. Ядра атомов (кроме водорода) состоят из протонов и нейтронов;

2. Число протонов в ядре равно положительному заряду ядра (порядковый или атомный номер элемента в Периодической системе);

3. Сумма числа протонов и нейтронов (нуклонов) равна массовому числу атома (округленной до целого числа относительной атомной массе)

А = N + Z

4. Изотопы (с точки зрения ПНТ) – разновидность элементов, ядра атомов которых содержат различное число нейтронов, но одинаковое число протонов (поэтому обладают различными массовыми числами).

ПНТ объяснила противоречие - почему атомные массы не целые числа. Понятия «относительная атомная масса» и «массовое число изотопа» различаются.

Относительная атомная масса элемента представляет собой среднее значение массовых чисел всех природных изотопов с учетом их распространенности.

Пример:

В природе хлор состоит из двух изотопов - 75,4 % и - 24,6%

Относительная атомная масса Cl: 35,453.

Поэтому главная характеристика элемента: заряд ядра, а не атомная масса.

5) Электронные оболочки атомов.

Недостаток планетарной модели Резерфорда: противоречие классической электродинамике – в результате ускоренного движения расходуется энергия его электростатического взаимодействия с ядром, в результате чего он должен упасть на ядро через 10^-8 с.

На самом деле атомы устойчивы. Это противоречие частично разрешил Н.Бор, разработавший в 1913 г.теорию водородного атома на основе:

1. Классической механики;

2. Квантовой теории Планка(1900), учения Эйнштейна (1908) о световых квантах.

3. Модели Резерфорда

Постулаты Бора

1. Существует ряд статических состояний , в которых его притяжение к ядру уравновешивается центробежной силой, оставаясь в этих состояниях сколь угодно долго, не теряя энергии.

Значение радиуса орбиты (Боровский радиус)

r = , где n = 1,2,…..,

n –главное квантовое число, характеризует номер энергетическоо уровня атома.

h – постоянная Планка, 6,626 ^. 10^-34 Дж ^. с

m – масса атома;

e – заряд электрона.

2. При переходе электрона с одного уровня на другой излучается энергия. Это объясняет происхождение атомных спектров.

Е_В – Е_Н = hν,

где ν - частота электромагнитного излучения.

Недостатки теории Бора:

1. Возможность применения только к атому водорода; непригодность для объяснения более сложных атомов

2. Представления об электроне упрощены; он рассматривается как просто заряженная частица, подчиняющаяся тем же законам, что и макроскопические заряженные тела.

6) Квантово-механическая модель строения атома

В 1924 г. французский химик Луи де Бройль высказал идею, что материя обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами:

,

где - длина волны, m – масса частицы, - скорость движения частицы.

В 1927 г. немецкий ученый В.Гейзенберг предложил принцип неопределенности - для микрочастиц невозможно одновременно точно определить т координату Х и импульс Р вдоль оси Х:

Дата добавления: 2014-01-13