Сучасна модель атома

Основою сучасної теорії електронної будови атомів стала планетарна модель атома Нільса Бора.

1.Еволюція наукової думки, що до будови атома

1.1. Досліди Резерфорда

Проведені в 1910-1911 р. під керівництвом Е. Резерфорда експерименти переконливо довели, що усередині атомів існує дуже маленьке позитивно заряджене ядро, що зосереджує практично всю масу атома. Негативно заряджені електрони знаходяться на орбітах навколо ядра атома. Розмір атома визначається радіусами орбіт електронів. Таким чином, через 2500 років після виникнення самої ідеї атомної будови речовини була встановлена структура атомів.

Постановка досліду Резерфорда стала основою для дослідження структури матерії в XX в. Щоб довідатися, як збудований атом, Резерфорд розсіював пучок α-частинок (двічі іонізованих атомів гелію Не++) на тонкій золотій фользі. У результаті електромагнітної взаємодії α-частинок з позитивно зарядженою частиною атома α-частинки починають рухатися по кривій траєкторії, форма якої залежить від закону розподілу позитивного заряду атома в просторі. (Взаємодію з електронами можна не враховувати через величезну різницю в масах електрона і α-частинки.) На початку 1900-х рр. була популярна модель атома, запропонована Дж. Дж. Томсоном, відповідно до якої атом нагадував кекс з ізюмом (усередині позитивно зарядженої кулі знаходилися електрони). При розсіюванні α-частинок на такому атомі повинне було б спостерігатися дуже мале відхилення цих частинок від первісної траєкторії.

Спостереження Резерфорда і його співробітників переконливо показали, що частина α-частинок (хоча і невелика) розсіюється під дуже великими кутами. З погляду уявлень, що існували до того часу, про структуру речовини, це було зовсім неймовірною подією, однак воно цілком знаходило пояснення, якщо припустити, що весь позитивний заряд атома зосереджений у ядрі з лінійними розмірами порядку 10-15м (на 5 порядків менше розмірів самого атома). Розрахунки, засновані на законах класичної механіки допускають, що α-частинки зіштовхуються з ядром (розміри якого настільки малі, що ними можна знехтувати), дозволяють знайти число α-частинок, розсіяних за одиницю часу в тілесний кут, обумовлений кутом θ між напрямком руху частинок до і після розсіювання. Більшість α-частинок майже не відхиляються від первісного напрямку руху, однак і число частинок, що летять під кутами не дорівнює нулю. Досліди Резерфорда підтвердили правильність цих розрахунків.

1.2. Атом БораБор, як і Томсон до нього, шукав таке розташування електронів в атомі, що пояснило б його фізичні і хімічні властивості. Бор бере за основу модель Резерфорда. Йому також відомо, що заряд ядра і число електронів у ньому, дорівнює числу одиниць заряду, визначається місцем елемента в періодичній системі елементів Менделєєва. Таким чином, це важливий крок у розумінні фізико-хімічних властивостей елемента. Але залишаються незрозумілими дві речі: надзвичайна стійкість атомів, несумісна з уявленнями про рух електронів по замкнутих орбітах, і походження їхніх спектрів, що складаються з цілком визначених ліній. Така визначеність спектра, його яскраво виражена хімічна індивідуальність, мабуть, якось зв'язана зі структурою атома. Усе це важко пов'язати з універсальністю електрона, заряд і маса якого не залежать від природи атома, до складу якого вони входять. Стійкість атома в цілому суперечить законам електродинаміки, згідно яким електрони, роблячи періодичні рухи, повинні безупинно випромінювати енергію і, втрачаючи її, “падати” на ядро. До того ж і характер руху електрона, що пояснюється законами електродинаміки, не може приводити до таких характерних лінійчатих спектрів, що спостерігаються насправді.

1.3. Радіоактивність.

Велике значення для розуміння будови атома мало відкриття радіоактивності. Антуан Анрі Беккерель (лауреат Нобелівської премії 1903 року) відкрив явище радіоактивності в 1896 році на солях урану. Радіоактивністю називають випускання деякими елементами проміння, здатного проходити крізь речовини, іонізувати повітря, обумовлене розпадом атомних ядер.

В 1898 році Марія Склодовська-Кюрі (лауреат Нобелівської премії 1903 і 1911 років) виділила з уранової руди елементи полоній і радій.

Марія Склодовська-Кюрі допустила, що радіоактивність радію зумовлена розпадом його атомів. Вона відкрила a- та b-промені. В 1900 році її чоловік П'єр Кюрі відкрив g-промені. Було встановлено, що :