Розвиток періодичного закону д. І. Менделєєва і будова атома

Видатний англійський фізик Е. Резерфорд з метою перевірки гіпотези Дж. Томсона виконав серію дослідів з розсіювання а-частинок тонкими металевими пластинками.Схему дослідів Е. Резерфорда наведено на рис. 1. Препарат радію 2, що служив джерелом -випромінювання, вміщували у свинцевий кубик 1 з висвердленим каналом, що давало змогу дістати спрямований потік -частинок 3, що поширюються у певному напрямку. Потрапляючи на екран 4, вкритий сульфідом цинку, -частинки викликали його світіння (окремі спалахи, які можна полічити). Між джерелом випромінювання -частинок і екраном він розміщував тонку металеву пластинку 6, проходячи крізь яку -частинки розсіювались, тобто відхилялись від початкового напрямку руху. Більшість -частинок не змінювала свого напрямку (див. рис. 1, поз. 7), деякі (5) відхилялись на невеликі кути або різко змінювали напрямок свого руху на протилежний. Однак таких частинок було дуже мало. Тільки одна з 10 000 пропущених крізь пластинки з срібла, золота, платини а-частинок відкидалася назад, ніби наштовхнувшись на масивну перешкоду. Це навело Е. Резерфорда на думку, що в атомі є важке ядро, яке займає дуже малу частку простору і в якому зосереджена переважна частина всієї маси атома; воно повинно мати позитивний заряд, оскільки відштовхує однойменне заряджені -частинки.

Рис. 1. Схема досліду Е. Резерфорда з розсіювання -частинок

Виходячи з цих міркувань, Е. Резерфорд у 1911 р. запропонував так звану ядерну (планетарну) модель будови атома, згідно з якою атом складається з позитивно зарядженого ядра, в якому зосереджена майже вся маса атома, та електронів, які обертаються навколо ядра. Сумарний негативний заряд електронів чисельно дорівнює позитивному заряду ядра. Діаметр ядра у 10 000 — 100 000 разів менший, ніж діаметр атома в цілому.

Е. Резерфорд обчислив також і заряд ядра. З його дослідів виходило, що заряд ядра (виражений в одиницях заряду електрона) чисельно дорівнює протонному числу елемента в періодичній системі. Пізніше (1913 р.) це підтвердив Г. Мозлі (закон Мозлі), виявивши простий зв'язок між довжинами хвиль певних ліній рентгенівського спектра елемента і його протонним числом: корінь квадратний із обернених значень довжин хвиль (тобто частот певних ліній спектра) однакових серій характеристичного рентгенівського спектра перебуває в лінійній залежності від протонного числа елемента:

де — довжина хвилі власного випромінювання елемента; а, b — константи, що залежать від лінії та серії спектра; Z — протонне число елемента.

Закон Мозлі давав змогу визначати точні значення протонних чисел маловивчених і ще не відкритих елементів і тим самим сприяв розвитку періодичного закону.

Рис. 2. Залежність частоти характеристичного випромінювання рентгенівських спектрів елементів від їхніх протонних чисел:

1 — лінії а серії К (Ка); 2 — серії L (Lа); 3 — серії М (Ма)

На рис. 2 наведено залежність частоти характеристичного випромінювання рентгенівських спектрів добре вивчених елементів від їхніх протонних чисел. Щоб знайти протонне число не точно визначеного у природному ряду елемента, потрібно обчислити для нього частоту лінії Ка і зіставити отриману величину з графіком (див. рис. 2). Закон Мозлі дав змогу встановити, що між елементами Гідрогеном і Ураном розміщено 92 елементи і з якими саме протонними числами елементи будуть відкриті.

Англійський вчений Д. Чедвік у 1920 р. за розсіюванням -частинок з великою точністю визначив заряди атомних ядер деяких елементів. Зроблені ним обчислення показали, що заряди ядер атомів різних елементів в усіх випадках збігаються з величиною 2 у формулі закону Мозлі.

Протонне число є дуже важливою характеристикою елемента, воно виражає позитивний заряд ядра його атома. Виходячи з електронейтральності атома, можна дійти висновку, що й число електронів, які обертаються навколо ядра, дорівнює протонному числу елемента. Отже, заряд атомного ядра є тією основною величиною, від якої залежать властивості елемента і його розміщення в періодичній системі. Тому періодичний закон Менделєєва слід формулювати так: властивості елементів, а також утворених ними простих і складних речовин перебувають у періодичній залежності від величини зарядів ядер атомів елементів.

ДИСОЦІАЦІЯ ВОДИ. ВОДНЕВИЙ ПОКАЗНИК