Строение атома и характеристика основных элементарных частиц входящих в его состав

Все тела, включая нас самих, состоят из мельчайших “кирпичиков”, называемых атомами. Существует столько типов таких “кирпичиков”, сколько имеется в природе химических элементов. Химический элемент — это совокуп­ность атомов одного и того же типа.

Мысль о том, что вещество построено из мельчайших “частичек”, высказывалась еще древнегреческими учены­ми. Они-то и назвали эти частички атомами (от греческого слова, означающего “неделимый”). Древние греки предполагали, что атомы имеют форму правильных многогранни­ков: куба (“атомы земли”), тетраэдра (“атомы огня”), окта­эдра (“атомы воздуха”), икосаэдра (“атомы воды”). Прошло более двадцати столетий, прежде чем были получены экс­периментальные подтверждения идеи атомистического строения вещества. Окончательно эта идея утвердилась в науке во второй половине XIX века благодаря успехам химии и молекулярно-кинетической теории. К началу XX

века физики уже знали, что атомы имеют размеры порядка 10'10 м и массу 10'27 кг. К этому времени стало ясно, что атомы вовсе не “неделимы”, что они обладают определен­ной внутренней структурой, разгадка которой позволит объяснить периодичность свойств химических элементов, выявленную Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907).

В 1903 году, вскоре после открытия электрона, англий­ский физик ДжозефДжон Томсон (1856-1940) предложил модель атома в виде положительно заряженной по объему сферы диаметром около 10"10 м, внутрь которой вкраплены электроны (см- Элементарные частицы). Суммарный отри­цательный заряд электронов компенсируется положитель­ным зарядом сферы. Когда электроны колеблются относи­тельно центра сферы, атом излучает свет. Томсон считал, что электроны группируются в слои вокруг центра.

В модели, предложенной Томсоном, масса атома рав­номерно распределена по его объему. Ошибочность такого предположения вскоре доказал английский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937). В 1908-1911 годах под его руковод­ством были выполнены опыты по рассеянию а-частиц (ядер гелия) металлической фольгой, а -частица свободно проходила сквозь тонкую фольгу, испытывая лишь незна­чительные отклонения; однако в отдельных редких случаях (примерно в одном на 10000) наблюдалось рассеяние а-частиц на угол больше 90°.

“Это было почти так же невероятно, — вспоминал впоследствии Резерфорд, — как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в лист папиросной бумаги, а снаряд вернулся бы назад и попал в вас”.

Опыты по рассеянию а-частиц убедительно показали, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме — атомном ядре, диаметр которого примерно в

10000 раз меньше диаметра атома. Большинство а-частиц пролетает мимо массивного ядра, не задевая его, лишь изредка сталкиваясь с ним и “отскакивая” назад.

Эксперименты Резерфорда послужили основой для создания протонно-нейтронной модели атома. Эта модель к определяет современные представления об устройстве атома.

Итак, в центре атома находится атомное ядро (его размеры порядка 10'14 м); весь остальной объем атома — это электроны. Внутри ядра электронов нет (это стало ясно в начале 30-х годов); ядро состоит из положительно заря­женных протонов и не имеющих заряда нейтронов. Число электронов в атоме равно числу протонов в ядре; это есть атомный номер данного химического элемента (его поряд­ковый номер в периодической системе). Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона или нейтрона, поэтому почти- вся масса атома сосредоточена в ядре. Разные электроны в разной степени связаны с ядром;

некоторые из них “теряются” относительно легко, при этом атом превращается в положительный ион. Приобретая до­полнительные электроны, атом становится отрицательным ионом.

Создавая свою модель атома, Резерфорд предположил, что между отрицательно заряженными электронами и по­ложительно заряженным ядром действуют кулоновские силы. Ясно, что покоиться внутри атома электроны не могут, так как они упали бы тогда на ядро, поэтому, по предположению Резерфорда, электроны движутся вокруг ядра, -подобно тому как планеты обращаются вокруг Со­лнца. Поэтому резерфордовская модель атома была названа планетарной.

Простая и наглядная планетарная модель атома имеет прямое экспериментальное обоснование. Она совершенно необходима для объяснения опыта по рассеянию а-час­тиц. Но такая модель противоречит законам механики и электродинамики. Она не позволяет объяснить факт суще­ствования атома, его устойчивость. Ведь движение электро­нов по орбитам происходит с ускорением, причем очень большим. Ускоренно движущийся заряд по законам электродинамики Максвелла должен излучать электромаг­нитные волны с частотой, равной числу его оборотов вокруг ядра в секунду. Излучение сопровождается потерей энер­гии. Теряя энергию, электроны должны приближаться к ядру, подобно тому как спутник приближается к Земле при торможении в верхних слоях атмосферы. Как показывают совершенно строгие расчеты, основанные на механике Ньютона и электродинамике Максвелла, электрон за ни­чтожно малое время (порядка 10-8 с) должен упасть на ядро, и атом должен прекратить свое существование.

Перейти на страницу: 1 2

Узнайте немного больше

Мочекаменная болезнь. Почечная колика.
Мочекаменная болезнь - Заболевание, основным патогенетическим звеном которого является образование мочевых камней в органах мочевыделительной системы. Другое название мочекаменной болезни - уролитиаз. Наблюдается некоторое преобладание женщин среди больных мочекаменно ...

Механизм формирования наркомании и алкоголизма
Злоупотребление наркотиками и алкоголем, известное с древнейших времен, сейчас распространилось в размерах, тревожащих всю мировую общественность. Даже при сужении, с точки зрения наркологов, границ наркомании и алкоголизма до юридически приемлемых во многих странах о ...