Перші моделі атома

БУДОВА АТОМІВ

1. Перші моделі атома.

2. Квантова теорія світла.

3. Теорія будови атома Н. Бора

4. Хвильова природа електрона. Електронні хмари.

5. Рівняння Шредінгера. Квантові числа.

6. Принцип Паулі.

7. Послідовність заповнення електронних енергетичних рівнів у багатоелектронних атомах.

8. Електронні структури атомів і періодична система.

Перші моделі атома

До кінця ХІХ сторіччя в хімії панувало метафізичне уявлення про атом. Вважали, що атом - це найменша неподільна частина простої речовини.

Перші дані про складну будову атома було здобуто при вивченні катодного випромінювання, що утворюється внаслідок проходження електричного струму крізь розріджені гази. Його відхилення у електромагнітному полі показало, що це потік найдрібніших частинок, які несуть найменший електричний заряд. Їх назвали електронами (відкрив електрони англійський вчений Томсон). Було визначено заряд і масу електронів (1,6 ^.10^–19 Кл; 9,1·10^–28 г) й доказано, що вони є складовими атомів і можуть відриватись від них за певними умовами.

Велику роль у встановленні складної природи атомів відіграло відкриття і вивчення радіоактивності. Дослідженнями у цій галузі науки займалися французькі вчені А.Беккерель і М. Склодовська-Кюрі. Вивчаючи природу радіоактивного випромінювання Е Резерфорд встановив, що воно неоднорідне. Під дією електромагнітного поля це випромінювання розщеплюється на три пучки, один з яких не змінює свого початкового напрямку (g-випромінювання, потік коротких електромагнітних хвиль), другий відхиляється до позитивного полюсу магніту (b-випромінювання, потік електронів), а третій відхиляється у бік негативного полюсу магніту (a-випромінювання, потік ядер атомів гелію, ⁴₂Не).

Першу модель будови атомів запропонував у 1903 році Д. Томсон. Згідно з його теорією, атом мав вигляд суцільної позитивно зарядженої сфери, у якій розміщені електрони. Ця модель була примтивною, але підкреслювала наявність позитивних і негативних частинок у ядрі.

У 1911 році Резерфорд запропонував планетарну модель будови атомів, згідно з якою у центрі атомів знаходиться масивне ядро, біля якого рухаються електрони, причому позитивний заряд ядру дорівнює негативному заряду усіх електронів. Між електронами і ядром існує електростатичне притягання, яке зрівноважено відцентровою силою, що виникає внаслідок руху електронів. Ця теорія суперечила класичній механиці, за якою електрон, який обертається навколо ядра, повинен постійно випромінювати енергію у вигляді світових хвиль і в кінці кінців "впасти" на ядро, що повинно привести до знищення атома. Але відомо, що атом – досить стійка система і може існувати без руйнування нескінченно довго. Крім того, при безперервному випромінюванні енергії електроном спектр атома повинен бути суцільним, а дослідження показали, що спектри атомів лінійчаті, тобто теорія не пояснювала лінійчаті спектри атомів. Виходячи з дослідів Резерфорда, його учень Чедвік в 1920 році довів, що заряд ядра чисельно дорівнює порядковому номеру елемента у Періодичній системі.

Поняття про атомні спектри. Якщо сонячний промінь пропустити крізь скляну або кварцеву призму, то він розкладається і на екрані, встановленому за призмою з’являється кольорова смуга, яка містить усі кольори райдуги у безперервній послідовності. Це пояснюється тим, що білий промінь складається з електромагнітних хвиль різної довжини, які при проходженні крізь призму неоднаково нею заломлюються і потрапляють на різні місця екрану. Такий спектр називається суцільним і його дають нагріти до високої температури тверді тіла або рідини.

Світло, яке випромінюється розжареним газом або паром складається з електромагнітних хвиль певної довжини, тому замість суцільної кольорової смуги з’являється ряд окремих кольорових ліній, розділених темними проміжками. Наприклад, у видимій частині спектра Гідрогену містяться п’ять ліній – червона, зелена, синя і дві фіолетові. Таки спектри називають лінійчатими, або атомними. Експериментально встановлено, що кожний елемент має свій певний атомний спектр.