Строение атома
Другие рефераты
Строение атома.
В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя
едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности».
Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших частиц,
называемых атомами. Научные основы атомно-молекулярного учения были
заложены позднее в работах русского учёного М.В. Ломоносова, французских
химиков Л. Лавуазье и Ж. Пруста, английского химика Д. Дальтона,
итальянского физика А. Авогадро и других исследователей.
Периодический закон Д.И. Менделеева показывает существование закономерной
связи между всеми химическими элементами. Это говорит о том что в основе
всех атомов лежит нечто общее. До конца XIX века в химии царило убеждение,
что атом есть наименьшая неделимая частица простого вещества. Считалось,
что при всех химических превращениях разрушаются и создаются только
молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на части. И
наконец в конце XIX века были сделаны открытия, показавшие сложность
строения атома и возможность превращения одних атомов в другие.
Это послужило толчком к образованию и развитию нового раздела химии
«Строение атома». Первым указанием на сложную структуру атома - были опыты
по изучению катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно
разреженных газах. Для наблюдения этих лучей из стеклянной трубки, в
которую впаяны два металлических электрода, выкачивается по возможности
весь воздух и затем пропускается сквозь нее ток высокого напряжения. При
таких условиях от катода трубки перпендикулярно к его поверхности
распространяются "невидимые" катодные лучи, вызывающие яркое зеленое
свечение в том месте, куда они попадают. Катодные лучи обладают
способностью приводить в движение. На их пути легко подвижные тела
откланяются от своего первоначального пути в магнитном и электрическом
поле (в последнем в сторону положительно заряженной пластины). Действие
катодных лучей обнаруживается только внутри трубки, так как стекло для
них непроницаемо. Изучение свойств катодных лучей привело к заключению, что
они состоят из мельчайших частиц, несущих отрицательный заряд и летящих со
скоростью, достигающей половины скорости света. Также удалось определить
массу и величину их заряда. Масса каждой частицы равнялась 0,00055
углеродной частицы. Заряд равняется 1,602 на 10 в минус 19 степени.
Особенно замечательно, что масса частиц и величина их заряда не зависит ни
от природы газа, остающегося в трубке, ни от вещества из которого сделаны
электроды, ни от прочих условий опыта. Кроме того, катодные частицы
известны только в заряженном состоянии и не могут существовать без своих
зарядов, не могут быть превращены в электронейтральные частицы:
электрический заряд составляет, самую сущность их природы. Эти частицы
получили название электронов. В катодных трубках электроны отделяются от
катода под влиянием электрического заряда. Но они могут возникать и вне
всякой связи с электрическим зарядом. Так, например при электронной эмиссии
металлы испускают электроны; при фотоэффекте многие вещества также
выбрасывают электроны. Выделение электронов самыми разнообразными
веществами указывает на то, что эти частицы входят в состав всех атомов;
следовательно атомы являются сложными образованиями, построенными из более
мелких «составных частей».
Изучение строения атома практически началось в 1897-1898 гг., после
того как была окончательно установлена природа катодных лучей как потока
электронов и были определены величина заряда и масса электрона. Факт
выделения электронов самыми разнообразными веществами приводил к выводу,
что электроны входят в состав всех атомов. Но атом, как известно,
электрически нейтрален, из этого следовало, что в его состав должна была
входить ещё одна составная часть, уравновешивавшая сумму отрицательных
зарядов электронов. Эта положительно заряженная часть атома была открыта в
1911 г. Резерфордом при исследовании движения
a-частиц в газах и других веществах.
[pic]
Резерфорд Эрнест (1871-1937)
a- частицы, выбрасываемые веществами активных элементов представляют собой
положительно заряженные ионы гелия, скорость движения которых достигает
20000 км/сек. Благодаря такой огромной скорости a-частицы, пролетая через
воздух и сталкиваясь с молекулами газов, выбивают из них электроны.
Молекулы, потерявшие электроны, становятся заряженными положительно,
выбитые же электроны тотчас присоединяются к другим молекулам, заряжая их
отрицательно. Таким образом, в воздухе на пути a-частиц образуются
положительно и отрицательно заряженные ионы газа. Способность a-частиц
ионизировать воздух была использована английским физиком Вильсоном для
того, чтобы сделать видимыми пути движения отдельных частиц и
сфотографировать их.
Впоследствии аппарат для фотографирования частиц получил название камеры
Вильсона. (Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч.
Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденсации
пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах,
возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. В дальнейшем вытеснена
другими трековыми детекторами.)
Исследуя пути движения частиц с помощью камеры, Резерфорд заметил, что в
камере они параллельны (пути), а при пропускании пучка параллельных лучей
через слой газа или тонкую металлическую пластинку, они выходят не
параллельно, а несколько расходятся, т.е. происходит отклонение частиц от
их первоначального пути. Некоторые частицы отклонялись очень сильно,
некоторые вообще не проходили через тонкую пластинку.
[pic]
Модель атома Бор-Резерфорд
Исходя из этих наблюдений, Резерфорд предложил свою схему строения
атома: в центре атома находится положительное ядро, вокруг которого по
разным орбиталям вращаются отрицательные электроны. Центростремительные
силы, возникающие при их вращении удерживают их на своих орбиталях и не
дают им улететь. Эта модель атома легко объясняет явление отклонения a-
частиц. Размеры ядра и электронов очень малы по сравнению с размерами
всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра
электронов; поэтому большинство a-частиц пролетает через атомы без
заметного отклонения. Только в тех случаях, когда a-частицы очень близко
подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение
ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяние a-частиц
положило начало ядерной теории атома. Одной из задач, стоявших перед
теорией строения атома в начале ее развития, было определение величины
заряда ядра различных атомов. Так как атом в целом электрически
нейтрален, то, определив заряд ядра, можно было бы установить и число
окружающих ядро электронов. В решении этой задачи этой большую помощь
оказало изучение спектров рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи
возникают при ударе быстро летящих электронов о какое-либо твердое тело и
отличаются от лучей видимого света только значительно меньшей длиной
волны. В то время как короткие световые волны имеют длину около 4000
ангстремов (фиолетовые лучи), длины волн рентгеновских лучей лежат в
пределах от 20 до 0,1 ангстрема. Чтобы получить спектр рентгеновских
лучей, нельзя пользоваться обыкновенной призмой или дифракционной
решеткой. (Дифракционная РЕШЕТКА, оптический прибор; совокупность большого
количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих
зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих друг от друга, на которых
происходит дифракция света. Дифракционная решетка разлагает падающий на
нее пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах. )
Для рентгеновских лучей требовалась решётка с очень большим количеством
делений на один миллиметр (примерно 1млн./1мм.). Такую решётку
искусственно приготовить было невозможно. В 1912 г. у швейцарского физика
Лауэ возникла мысль использовать кристаллы в качестве дифракционной
решетки для рентгеновских лучей.
[pic]
Модель кристалла
Упорядоченное расположение атомов в кристалле и малое расстояние между
ними давало повод предполагать что как раз кристаллы и подойдут на роль
требуемой дифракционной решётки.
Опыт блестяще подтвердил предположение Лауэ, вскоре удалось построить
приборы, которые давали возможность получать спектр рентгеновских лучей
почти всех элементов. Для получения рентгеновских спектров антикатод в
рентгеновских трубках делают из того металла, спектр которого хотят
получить, или же наносят соединение исследуемого элемента. Экраном для
спектра служит фотобумага; после проявления на ней видны все линии
спектра. В 1913 г. английский ученый Мозли, изучая рентгеновские спектры
нашел соотношение между длинами волн рентгеновских лучей и порядкового
номерами соответствующих элементов - это носит название закона Мозли и
может быть сформулировано следующим образом: Корни квадратные из обратных
значений длин волн находятся в линейной зависимости от порядковых номеров
элементов.
Еще до работ Мозли некоторые учёные предполагали, что порядковый
номер элемента указывает число зарядов ядра его атома. В тоже время
Резерфорд, изучая рассеивание a-частиц при прохождении через тонкие
металлические пластинки, выяснил, что если заряд электрона принять за
единицу, то выражаемый в таких единицах заряд ядра приблизительно равен
половине атомного веса элемента. Порядковый номер, по крайне мере более
легких элементов, тоже равняется примерно половине атомного веса. Все
вместе взятое привело к выводу, что Заряд ядра численно равен порядковому
номеру элемента. Таким образом, закон Мозли позволил определить
заряды атомных ядер. Тем самым, ввиду нейтральности атомов, было
установлено и число электронов, вращающихся вокруг ядра в атоме каждого
элемента. Ядерная модель ато
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
