Атома строение

электронов. В  катодных трубках электроны отделяются от катода под влиянием

электрического  заряда. Но они могут возникать  и вне всякой связи с

электрическим зарядом. Так, например при электронной эмиссии металлы

испускают электроны; при фотоэффекте многие вещества также выбрасывают

электроны. Выделение  электронов самыми разнообразными веществами указывает

на то, что  эти частицы входят в состав всех атомов; следовательно атомы

являются сложными  образованиями, построенными из более  мелких «составных

частей».

Изучение строения атома  практически началось в 1897-1898  гг.,  после того как

была окончательно установлена природа катодных   лучей как потока электронов  и

были определены величина заряда и масса электрона. Факт выделения электронов

самыми разнообразными  веществами приводил к выводу, что  электроны входят в

состав всех атомов. Но атом, как известно, электрически нейтрален, из этого

следовало, что  в его состав должна была входить ещё одна составная часть,

уравновешивавшая  сумму отрицательных зарядов  электронов. Эта  положительно

заряженная часть  атома была открыта в 1911 г.  Резерфордом  при

исследовании  движения

a-частиц в газах и других веществах.

   

Резерфорд Эрнест (1871-1937)

a- частицы, выбрасываемые веществами активных элементов представляют собой

положительно  заряженные ионы гелия, скорость  движения которых достигает

20000 км/сек. Благодаря  такой огромной скорости a-частицы, пролетая через

воздух и сталкиваясь  с молекулами газов, выбивают из них  электроны. Молекулы,

потерявшие электроны, становятся  заряженными положительно, выбитые же

электроны тотчас присоединяются  к другим  молекулам, заряжая их отрицательно.

Таким  образом, в воздухе на  пути  a-частиц образуются положительно и

отрицательно  заряженные ионы газа. Способность  a-частиц ионизировать воздух

была использована английским физиком  Вильсоном  для  того,  чтобы

сделать видимыми пути движения отдельных частиц и  сфотографировать их.

Впоследствии  аппарат для фотографирования частиц получил название камеры

Вильсона. (Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч.

Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденсации

пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах,

возникающих вдоль  следа (трека) заряженной частицы. В  дальнейшем вытеснена

другими трековыми  детекторами.)

Исследуя пути движения частиц с помощью камеры, Резерфорд заметил, что в

камере они  параллельны (пути), а при пропускании  пучка параллельных лучей

через слой газа или тонкую металлическую пластинку, они выходят не

параллельно, а  несколько расходятся, т.е. происходит отклонение частиц от их

первоначального пути. Некоторые частицы отклонялись  очень сильно, некоторые

вообще не проходили через тонкую пластинку.

      

Модель атома  Бор-Резерфорд 

Исходя из этих наблюдений, Резерфорд предложил  свою схему строения атома: в

центре атома  находится положительное ядро, вокруг которого по разным

орбиталям вращаются  отрицательные электроны. Центростремительные силы,

возникающие при  их вращении удерживают их на своих  орбиталях и не дают им

улететь. Эта  модель атома легко объясняет  явление отклонения a- частиц.

Размеры  ядра  и электронов очень малы по сравнению  с размерами всего атома,

которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов; поэтому

большинство a-частиц  пролетает через атомы без заметного отклонения. Только

в тех случаях, когда a-частицы очень близко подходит к ядру, электрическое

отталкивание  вызывает резкое   отклонение ее от первоначального пути. Таким

образом, изучение рассеяние a-частиц  положило  начало ядерной теории атома.

Одной  из задач, стоявших перед теорией строения атома в начале ее развития,

было определение  величины заряда ядра различных атомов. Так как атом в целом

электрически  нейтрален,  то,  определив заряд  ядра, можно было бы установить

и число окружающих ядро электронов. В решении этой задачи этой большую помощь

оказало изучение спектров рентгеновских   лучей. Рентгеновские лучи возникают

при ударе быстро летящих электронов о какое-либо твердое тело и отличаются

от лучей видимого света только значительно меньшей  длиной волны. В то время

как короткие световые волны  имеют длину около 4000 ангстремов (фиолетовые

лучи),  длины  волн рентгеновских лучей лежат в пределах от 20 до 0,1

ангстрема. Чтобы  получить спектр рентгеновских  лучей, нельзя пользоваться

обыкновенной  призмой  или дифракционной  решеткой. (Дифракционная РЕШЕТКА,

оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в

непрозрачном  экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов),

равноотстоящих  друг от друга, на которых происходит дифракция света.

Дифракционная решетка разлагает падающий на нее  пучок света в спектр, что

используется  в спектральных приборах. )

Для рентгеновских лучей требовалась решётка с очень большим количеством делений

на один миллиметр (примерно 1млн./1мм.). Такую решётку  искусственно приготовить

было невозможно. В 1912  г. у швейцарского физика Лауэ возникла мысль

использовать  кристаллы в качестве дифракционной решетки   для   рентгеновских

лучей.

    

Модель кристалла 

Упорядоченное расположение атомов в кристалле  и малое расстояние между ними

давало повод  предполагать что как раз кристаллы  и подойдут на роль требуемой

дифракционной решётки.

Опыт  блестяще  подтвердил предположение Лауэ, вскоре удалось построить

приборы, которые  давали возможность получать спектр рентгеновских лучей

почти всех элементов. Для получения рентгеновских  спектров антикатод в

рентгеновских трубках делают из того металла, спектр которого  хотят

получить, или  же наносят соединение исследуемого элемента. Экраном для

спектра служит фотобумага; после проявления на ней  видны все линии спектра. В

1913 г. английский  ученый Мозли, изучая рентгеновские  спектры нашел

соотношение между  длинами  волн  рентгеновских лучей и порядкового номерами

соответствующих элементов - это носит название закона Мозли и может быть

сформулировано  следующим образом: Корни квадратные из обратных значений длин

волн находятся  в линейной зависимости от порядковых номеров элементов.

Еще до работ  Мозли  некоторые учёные предполагали, что порядковый номер элемента

указывает число  зарядов ядра его атома. В тоже время Резерфорд,  изучая

рассеивание  a-частиц  при прохождении через тонкие металлические пластинки,

выяснил, что  если заряд электрона   принять  за единицу, то выражаемый в таких

единицах заряд  ядра  приблизительно  равен половине атомного веса элемента.

Порядковый номер, по крайне  мере  более легких элементов,  тоже равняется

примерно половине атомного веса.  Все  вместе взятое привело к выводу, что

Заряд ядра численно равен порядковому номеру  элемента. Таким  образом,  закон

Мозли  позволил  определить заряды атомных ядер. Тем  самым, ввиду нейтральности

атомов, было установлено  и число электронов,  вращающихся  вокруг  ядра в атоме

каждого элемента. Ядерная модель атома Резерфорда получила свое дальнейшее

развитие благодаря  работам  Нильс  Бора, в которых  учение о строении

атома неразрывно  связывается с учением о происхождении  спектров.

                                                                  ЛИТЕРАТУРА 

Вихман Э. Квантовая  физика. М., 1977

Джеммер М. Эволюция понятий квантовой механики. М., 1985

Ельяшевич М.А. Атом; Атомная физика; Атомные спектры. Физическая энциклопедия, т. 1. М., 1988