Электронные оболочки. Нильс Бор

Изотопы

Ученик Резерфорда Генри Мозли (1887–1915 погиб во время первой мировой войны) в 1913 г. Мозли обнаружил, что чем больше атомный вес элемента, тем меньше длина волны его рентгеновских лучей. Он тут же расположил все известные элементы по мере возрастания длин волн, образующихся рентгеновскими лучами, и перенумеровал их, противопоставив каждому элементу целое число. Получалась линейная классификация, которая в некоторых случаях отличалась от классификации Менделеева. С этого момента значение атомного веса, которое царило в мире элементов со времен атомной теории Дальтона, начинает падать. Основой классификации становятся атомные номера.

Отличия от последовательности Менделеева нужно было объяснить. Это объяснение нашёл другой ученик Резерфорда – Фредерик Содди. В этом же 1913 Фредерик Содди выдвинул концепцию изотопов – атомов одного и того же элемента, которые отличаются друг от друга физическими свойствами. Все изотопы одного элемента занимают в Периодической таблице одно и то же место (по гречески «изо» – одинаковый, а «топ» – место), но обладают разной атомной массой. Содди говорил, что изотопы одинаковы «снаружи», но отличаются «внутри». Чем именно отличаются, пока не знали. Нейтроны, количество которых в ядре порождает это различие, были открыты только через двадцать лет, хотя существование частиц нейтральных по заряду и равных протону по массе предсказал Резерфорд.

В 1920 Содди предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород и окаменелостей, поскольку известна скорость их радиоактивного распада. Это предположение привело к развитию современной технологии радиоактивного датирования. В 1921 Содди получил Нобелевскую премию за свою теорию изотопов.

В начале 2-го десятилетия 20 века модель атома Резерфорда была значительно модифицирована известным датским физиком Нильсом Бором (1885—1962). Главная заслуга Бора в том, что он ввёл квантовые представления в теорию строения атома. Оказалось, что модель Резерфорда противоречит принципам электромагнитной теории, согласно которым электроны, вращаясь вокруг ядра, должны излучать энергию и, в конце концов, упасть на него и разрушить атом. Ничего подобного в действительности не наблюдается, поскольку требуются огромные усилия, чтобы разрушить атом.

Чтобы разрешить возникшее противоречие, Н. Бор впервые заявил, что принципы электромагнитной теории неприменимы для исследования устройства элементарных частиц.

Первый постулат Бора устанавливает, что в атоме существуют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии (лат. stationarius – неподвижный). Им соответствуют стационарные орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают электромагнитные волны.

Второй постулат утверждает, что переход электрона с более удаленной орбиты на орбиту, более близкую к ядру, сопровождается поглощением фотона, противоположный переход – с близкой орбиты на удалённую – испусканием фотона. Было введено новое понятие – Квантовый переход – это скачкообразный переход квантовой системы атома, молекулы или другой квантовой системы с одного уровня энергии на другой.

Рассматривая строение многоэлектронных атомов, Бор предположил, что они имеют многослойный вид, состоят как бы из нескольких оболочек. При этом электроны по оболочкам располагаются вовсе не как попало, а в определенном порядке. Изучая химические и физические свойства различных элементов, Бор пришел к выводу, что на первой от ядра оболочке могут находиться не больше чем два электрона, на второй и третьей – по восемь, на четвёртой – восемнадцать и так далее.

Дата добавления: 2014-01-14