Атом – складна частка

Поняття «атом» прийшло до нас із далекої античності, але абсолютно змінило той первісний зміст, який вкладали в нього стародавні греки (в перекладі з грецького «атом» означає «неподільний»). Етимологія назви «неподільний» відображає сутність атома з точністю до навпаки. Атом ділимо і складається з елементарних частинок.

Складність будови атома доведена фундаментальними відкриттями, зробленими в кінці XIX і початку XX ст. в результаті вивчення природи катодних променів (Дж. Томсон, 1897 г.), відкриття явища фотоефекту (А. Г. Столетов, 1889 г.), відкриття радіоактивності хімічних елементів (А. Беккерель, М. Склодовська-Кюрі, 1896-1899 рр .), визначення природи а-частинок (експерименти Е. Резерфорда, 1889-1900 рр.).

Вчені прийшли до висновку, що атоми мають власної структурою, мають складну будову.

Як же розвивалася класична теорія будови атома?

Гіпотеза Дж. Томсона про структуру атома – перша спроба об’єднати наявні наукові дані про складне складі атома в «модель» атома.

У 1904 р в роботі «Про структуру атома» Дж. Томсон дав опис своєї моделі, що отримала образну назву «сливового пудингу». У цій моделі атом уподібнений сферичної краплі пудингу з позитивним зарядом. Всередину сфери вкраплені негативно заряджені «СЛІВІНА» -Електронна. Електрони здійснюють коливальні рухи, завдяки яким атом випромінює електромагнітну енергію. Атом в цілому нейтральний.

Модель атома Дж. Томсона не була підтверджена експериментальними фактами і залишилася гіпотезою.

Уявлення про склад атома і русі електронів в ньому увійшли в модель атома Е. Резерфорда.

Який же атом у поданні Е. Резерфорда?

Планетарна модель атома Е. Резерфорда (1911 г.), згідно з якою атом складається з позитивно зарядженого ядра і електронів, що обертаються навколо ядра по замкнутих орбітах подібно до руху планет навколо Сонця. Е. Резерфорд – основоположник сучасного вчення про атом – побудував наочну теоретичну модель атома, якій формально ми користуємося і зараз.

Класична теорія Резерфорда не могла пояснити випромінювання і поглинання енергії атомом.

Квантові постулати Н. Бора (1913 р) внесли в планетарну модель атома Е. Резерфорда квантові уявлення. Постулати Н. Бора спиралися на теоретичні ідеї М. Планка (1900) і А. Ейнштейна (1905 р).

Перший постулат. Електрон обертається навколо ядра по строго визначеним замкнутим стаціонарних орбітах відповідно до «дозволеними» значеннями енергії Ех, Е2, …, ЕN, при цьому енергія не поглинається і не випромінюється.

Другий постулат. Електрон переходить з одного «дозволеного» енергетичного стану в інший, що супроводжується випромінюванням або поглинанням кванта енергії.

Бор вніс квантові уявлення в будову атома, але він використовував традиційні класичні поняття механіки, розглядаючи електрон як частинку, яка рухається зі строго визначеними швидкостями по строго певних траєкторіях.

Його теорія була побудована на протиріччях. У 1932 р була розроблена протонно-нейтронна теорія ядра, згідно з якою ядра атомів складаються з протонів (11р) і нейтронів (01n).

Атом – електронейтральна система взаємодіючих елементарних частинок, що складається з ядра (утвореного протонами і нейтронами) і електронів.

Електрони, протони і нейтрони називають елементарними частинками.
Які ж властивості цих часток?

Корпускулярно-хвильові властивості мікросвіту. Елементарні частинки, а також побудовані з них атомні ядра, атоми і молекули мають мізерно малі маси і розміри і тому володіють своїми особливими властивостями несхожими на ті, які мають об’єкти оточуючого нас макросвіту. Вони утворюють свій, специфічний світ – мікросвіт, який живе за особливими законами, які диктуються квантовою механікою – наукою про будову і властивості елементарних частинок, ядер, атомів і молекул, про їх перетвореннях і явищах, які супроводжують ці перетворення.

Квантова механіка характеризує частки мікросвіту як об’єкти з подвійною природою – корпускулярно-вол-новим дуалізмом-, вони є одночасно і частками (корпускулами), і хвилями.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм об’єктів мікросвіту підтверджений і експериментально знайомими вам з курсу фізики інтерференцією і дифракцією електронів, протонів, нейтронів, атомів і т. Д.

Електрон – частинка, яка визначає найбільш характерні хімічні властивості атомів і молекул. Подвійна природа електрона може бути підтверджена на досвіді. Якщо електрони, що випускаються джерелом, наприклад катодом, пропускати через маленькі отвори в пластинці, поставленої на їхньому шляху, то вони, потрапляючи на фотопластинку, викликають її почорніння. Після прояви фотопластинки на ній можна побачити сукупність чергуються світлих і темних кілець, тобто дифракційну картину (рис. 1).

атом

Мал. 1. Електронограмми газів (зліва) і кристалів (праворуч). Центральне пляма обумовлено нерозсіяних пучком електронів, а кільця – електронами, розсіяними під різними кутами
Дифракційна картина включає в себе як власне дифракцию – огибание хвилею перешкоди, так і інтерференцію, тобто накладення хвиль один на одного. Ці явища доводять наявність у електрона хвильових властивостей, так як тільки хвилі здатні огинати перешкоди і накладатися друг на друга в місцях їх зустрічі. Однак, потрапляючи на фотослой, електрон дає почорніння лише в одному місці, що свідчить про наявність у нього корпускулярних властивостей. Будь він тільки вільний, він більш-менш рівномірно засвечивал б всю платівку.

Внаслідок дифракції електрон, пройшовши отвір, може в принципі потрапити в будь-яку точку фотопластинки, але з різною ймовірністю, тобто можна говорити про ймовірність виявлення електрона в тій чи іншій області фотослоя, а в загальному випадку – в тій чи іншій області простору. Тому рух електрона і в атомі не можна розглядати як рух точкового заряду по строго певній замкнутої траєкторії.

1. Назвіть ті явища, які прямо або побічно доводять, що атом – складна частка.

2. Як розвивалася класична теорія будови атома? Які моделі атомів вам відомі? У чому їх суть? У чому – недоліки?

3. Наведіть приклади явищ, які доводять двоїсту (дуалістичну) природу частинок мікросвіту.

4. У чому відмінність об’єктів мікро- і макросвіту?

5. Під елементарними (найменшими) частинками розуміють неподільні частки. Як таке припущення відповідає твердженням фізиків про те, що елементарна атомна частка – електрон – ділена? До речі, саме відкриття подільності електрона було удостоєно Нобелівської премії в 1998 р

����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������°����¯�¿�½������³����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������·����¯�¿�½������º����¯�¿�½������°...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Школа формальдегіду