Сделай Сам Свою Работу на 5

Предпосылки создания теории строения атома

Лекция № 1. Строение атома.

Вся окружающая нас природа представлена простыми и сложными веществами, которые состоят из атомов. Поэтому изучение общей химии мы начинаем с проникновения в тайны строения мельчайшей частицы вещества – атома.

Рассмотрим теперь научные предпосылки создания атомистической теории. В конце XVIII-начале XIX вв. появилась научная основа для признания учеными атомистического строения материи. В этот период были открыты и установлены многие стехиометрические законы химии (стехиометрия – раздел химии, изучающий количественный состав веществ и количественные соотношения (масс, объемов) между реагирующими веществами).

1. Закон постоянства состава (И. Пруст, 1801 г.).

2. Закон сохранения материи и движения, а также его частный случай – закон сохранения массы, открытый М. В. Ломоносовым в 1760 г. и подтвержденный впоследствии А. Лавуазье, Р. Майером, А. Эйнштейном.

3. Закон эквивалентов (Дж. Дальтон, 1803 г.).

4. Закон кратных отношений и атомистическая гипотеза о строении вещества (Дж. Дальтон, 1803 г.).

5. Закон объемных отношений (Ж. Л. Гей-Люссак, 1808 г.).

6. Закон Авогадро (1811 г.).

Все эти законы подтверждали атомистическую теорию строения вещества. Возрожденное Дж. Дальтоном понятие «атома» и введенное им в химию понятие «атомного веса» получили широкое распространение в науке к концу XIX в. Наука к этому времени достигла такого уровня, что была уже в состоянии заглянуть в более глубокие тайны строения материи.

Основные научные открытия конца XIX-начала XX в. В настоящее время доказано, что атом в первом приближении состоит из электронной оболочки и атомного ядра, состоящего в свою очередь из элементарных частиц. Более 100 лет назад ученые не знали ни о ядре, ни об электронах, его окружающих. Впервые поток электронов (катодные лучи) наблюдал Крукс в 1879 г. Однако название отрицательно заряженным катодным лучам по предложению английского физика С. Стонея дано Дж. Дж. Томсоном в 1870 г. Они были названы электронами.

В 1872 г. Эдисон обнаружил явление термоэмиссии – при сильном нагревании металл терял электроны.



А. Г. Столетов (1888 – 1890 гг.) и Г. Герц обнаружили и всесторонне исследовали явление фотоэффекта – вырывание электронов с поверхности металла под действием света.

В 1896 г. Гольдштейном (Германия) были обнаружены так называемые каналовые лучи – поток положительно заряженных частиц. С открытием катодных и каналовых лучей стало ясно, что атом включает в себя как положительно заряженные частицы, так и отрицательно заряженные электроны.

Дж.Дж. Томсоном в 1887 г. было измерено отношение заряда электрона к его массе:

= 1,759×1011 Кл/кг.

Позднее Р. Милликеном (1909-1914 гг.) был определен заряд электрона qе, равный 1,602×10-19 Кл. А зная заряд электрона, определена его масса me = =9,1×10-31 кг.

Дж. Дж. Томсон, исследуя каналовые лучи, нашел, что при потере электрона, атом водорода приобретал заряд, равный 1,602×10-19 Кл, а масса этой частицы (протона, р) была в 1836 раз больше массы электрона mр = =1,67×10-27 кг.

Объяснению сложного строения атома способствовали еще два важных открытия XIX в. Первое – открытие рентгеновских лучей (В.К. Рентген, 1895 г/, X-лучи), которые не отклонялись ни в электрическом, ни в магнитных полях и обладали большой проникающей способностью. Второе открытие – установление в 1896 г. французом Анри Беккереем явления радиоактивности при исследовании действия на фотопленку солей урана. Явление засвечивания фотопленки солями урана было известно еще в 1868 г. (Ниепе де Сен-Виктор), но тогда данному сообщению в Парижской академии наук не придали никакого значения.

Исследование влияния магнитного и электрического полей на радиоактивность показало, что оно не однородно и состоит из a, b, g- лучей. a-лучи – поток положительно заряженных частиц с массой, равной четырем атомным массам протона, и которые имеют заряд, в два раза превышающий заряд электрона (это ядра атомов гелия, движущиеся со скоростью »16000 км/с); b-лучи – поток электронов, двигающихся со скоростью 150-300 тыс. км/с; g- лучи – электромагнитное излучение, подобное рентгеновскому, но с более короткой длиной волны l (lрентг. » 1Å (10-10 м); lg- лучей » 0,1 – 0,02 Å (1×10-11 – 1×10-12 м)) и с еще большей проникающей способностью, чем рентгеновские лучи.

Изучение радиоактивных лучей привело Э. Резерфорда к мысли, что эти лучи являются результатом самопроизвольного распада атомов (1903 г.). Позднее Сидди показал, что радиоактивное излучение сопровождается превращением атомов одного химического элемента в атомы другого химического элемента.

Важное значение в утверждении атомно-молекулярного учения имели принятые на Международном съезде химиков (г. Карлсруэ, 1860 г.) понятия атома и молекулы.

Атом – наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ.

Молекула – это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются составом и химическим строением.

В результате открытий конца XIX-начала XX в. были определены размеры атома, их массы, а также массы и заряды электрона и протона: dат. » 1×10-10 м (1 Å), mат. » 1,6×10-27 - 4,3×10-25 кг; mе » 9,1×10-31 кг; qе = qр = 1,602×10-19 Кл; mр = 1,67×10-27 кг (1886 mе).

Учитывая, что атом в целом нейтральная частица, можно дать современное определение атома.

Атом – это электронейтральная микросистема, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В атоме различают две частицы: ядро, внутреннюю часть, весьма малого объема (»1×10-13 см3), имеющую невероятно высокую плотность вещества 1014 –1015 г/см3 (в 1 см3 »100 млн. т.), и электронную оболочку, внешнюю часть, имеющую значительную протяженность »1×10-10 м и очень малую плотность вещества.

 

Модели строения атома

Первой моделью строения атома можно считать неделимый атом древних греков (рис. 1.1). Она просуществовала 2000 лет. На рубеже XIX-XX вв. были выявлены протоны и электроны, и в 1903 г. Дж.Дж. Томсон предложил «пудинг»-модель. Согласно этой модели, атом представляет собой равномерно заполненный положительным электричеством шар, в который вкраплены электроны – отрицательно заряженные шарики. Единственным положительным моментом в этой несостоятельной модели было определение радиуса атома, близкое (по порядку) к реальным размерам атома.

 

Рис.1.1. Модели строения атома:

а) неделимый атом древних греков; б) «пудинг»- модель Томсона; в) ядерная

модель Резерфорда; г) современная модель атома

 

В 1911 г., основываясь на выводах опыта Гейгера и Марсдена о рассеянии и поглощении a-частиц, испускаемых радием, тонкими металлическими пластинами (Au, Ag, Al), Э. Резерфорд впервые установил наличие ядра в атоме. Значительная часть a-частиц проходила беспрепятственно, часть их – незначительно, и лишь одна из 105 a-частиц возвращалась обратно, встретив на своем пути ядро атома. Это свидетельствовало о том, что атом «пуст» и вся его масса сосредоточена в малом объеме. Резерфорд предложил ядерную модель атома (рис. 1.1.), согласно которой атом представляет собой систему зарядов, в центре которой расположено положительно заряженное ядро, вокруг которого размещены электроны, компенсирующие заряд ядра. В дальнейшем Резерфорд по величине отклонения a-частиц рассчитал заряды ядер атомов элементов, которые оказались равными порядковому номеру элементов в периодической системе Д. И. Менделеева (числу электронов в атомах).

Недостатки теории Резерфорда: 1) согласно его теории электрон должен был упасть на ядро; 2) Резерфорд не объяснял линейчатость атомных спектров.

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.