Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Современные представления о строении атома
|
|
В создании современной теории строения атома особую роль сыграли Эрнест Резерфорд и Нильс Бор. В 1911 году Резерфорд проводя опыты по бомбардировке α -частицами металлической фольги, выяснил, что внутри атомов расположены тяжёлые частицы, впоследствии названые ядрами, он же предложил планетарную модель строения атома. А в 1913 году Бор выдвинул первую квантовую теорию атома.
Итак, атом – это сложная микросистема, состоящая из элементарных частиц. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Носителем положительного заряда ядра является протон. В ядра атомов всех элементов, кроме лёгкого изотопа водорода, входят протоны и нейтроны.
| Частица | Символ | Масса покоя, Кг | Относитель-ная масса | Заряд, Кл |
| Протон | P | 1, 673 ∙ 10-27 | 1, 007276 | 1, 602 ∙ 10-19 |
| Нейтрон | N | 1, 675 ∙ 10-27 | 1, 008665 | |
| Электрон | E | 9, 109 ∙ 10-31 | 0, 000549 | 1, 602 ∙ 10-19 |
Ядро – фундаментальная основа атома, определяет индивидуальность элементов, состоит из нуклонов.
Величина радиусов атомов 0, 05 – 0, 30 нм. Масса электрона гораздо меньше, чем масса нуклонов, поэтому масса атома приблизительно равна массе ядра.
Свойства ядра определяются в основном его составом. Число протонов – заряд ядра, характеризует принадлежность атома данному химическому элементу. Другой важной характеристикой ядра является массовое число А:
А = Z + N, где N – общее число нейтронов; Z – общее число протонов.
Атомы с различным числом протонов и нейтронов, но с одинаковым А называются изобарами.
Атомы с одинаковым числом протонов, и следовательно одинаковым зарядом ядра, называются изотопами.
Атомы с одинаковым числом нейтронов называются изотонами.
На основании определения изотопов, можно дать более современное определение химического элемента. Химический элемент – это вид атомов, характеризующихся определённым зарядом ядра.
В химии атомное ядро принято считать точкой, которая обладает положительным зарядом + Z и массой, выражаемой массовым числом А. Однако ядро – это частица, которая имеет собственную структуру. Согласно современной теории атомное ядро имеет оболочечное строение. Протоны и нейтроны независимо друг от друга занимают ядерные слои и подслои, подобно тому, как это наблюдается для электронов в электронной оболочке атома.
Сопоставление показывает, что масса ядра всегда меньше арифметической суммы масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Разность между этими величинами называется дефектом массы. Дефект массы соответствует энергии, которая выделяется при образовании ядра из свободных протонов и нейтронов, и может быть вычислен из соотношения Эйнштейна E = mc2. Это энергия связи нуклонов в ядре, она в миллионы раз превышает энергию связи атомов в молекуле. Поэтому при химических превращениях веществ атомные ядра не изменяются.
Следует отметить, что природа ядерных сил окончательно не выяснена, они действуют на очень малых расстояниях (порядка 10-15 метра) и связывают отдельные протоны и нейтроны, образуя большие ядра. В настоящее время известно порядка 300 устойчивых и свыше 1400 радиоактивных ядер.
Как мы уже выяснили, ядра атомов при химических реакциях не затрагиваются, следовательно химические свойства элементов в основном зависят от количества и расположения электронов в их атомах.
Электрон – это отрицательно заряженная исключительно лёгкая частица, которая была открыта в 1897 году в ходе опытов с катодными лучами.
В 1913 году Нильс Бор разработал модель атома. Его теория строения атома основывалась на двух положениях, которые называют постулатами Бора.
Первый постулат: электроны движутся вокруг ядра атома по круговым орбитам. Чем ближе орбита электрона расположена к ядру, тем меньше запас энергии атома, так как с уменьшением расстояния между двумя электрическими зарядами различных знаков их общая энергия убывает.
Бор предположил, что в атоме электроны могут двигаться только по определённым орбитам (имеется в виду расстояние от ядра), которые называются разрешёнными. Каждой из орбит электрона соответствует определённая энергия атома. С орбиты на орбиту электрон может переходить только скачками. Энергия атома при этом также изменяется скачкообразно, говорят, что энергия квантуется.
Второй постулат утверждает, что момент количества движения (импульс mv) электрона по орбите носит квантовый характер и равен целому числу, кратному величине h/2π (h – постоянная Планка, h = 6, 63 ∙ 10-34 Дж∙ с).
Теория Бора хорошо объясняла процессы, происходящие в атоме при излучении. Определив частоту колебаний по спектру излучения, можно рассчитывать энергии разрешённых орбит.
Теория Бора позволила точно «рассчитать» атом водорода, но для сложных атомов оказалась неэффективной. Здесь на помощь пришла квантовая или волновая механика – новый раздел физики, который возник в 20-х годах 20 века.
Квантовая механика описывает движение и взаимодействие микрочастиц. Она основывается на: 1) представлении о квантовании энергии; 2) волновом характере движения микрочастиц; 3) вероятностном (статистическом) методе описания микрообъектов.
|
|