Строение атома. Развитие представлений о развитии атома

Концепция атома появилась еще во времена древнегреческого философа Демокрита, однако атомистическую теорию ученые сформулировали только в 1808 году. Автором этой теории выступил Джон Дальтон, утверждавший, что атомы “неделимы и вечны”. Идея неделимости атома, как наиболее мелкой частицы, была впоследствии опровергнута.

Модель “пудинга с изюмом”

В 1903 году появилась модель атома, названная “пудингом с изюмом”.

Ее предложил Джозеф Джон Томпсон, и вот основные положения:

• атом имеет форму шара;
• положительный заряд распределен по всему объему атома с постоянной плотностью;
• отрицательно заряженные электроны в атоме располагаются менее плотно;
• атом, в целом, электронейтрален.

Планетарная модель

Планетарная модель атома стала следующим шагом в развитии представлений о строении атома.

Ее предложил Эрнест Резерфорд, полагавший, что:

• атом состоит из положительно заряженного ядра;
• отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг атома по своим орбитам.

Однако теория Резерфорда не могла объяснить такое свойство атомов, как устойчивость. Классическая физика уже не могла объяснить особенности строения атома, и появился ее подраздел – физика квантовая.

Квантовая модель Бора

В 1900 году ученый Макс Планк делает предположение о том, что электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, испускают энергию не постоянно, а порциями, называемыми квантами.

В то же время открытие Альберта Эйнштейна в 1905-ом показывает, что энергия света может не только испускаться, но и поглощаться. Появляется понятие фотона.

Объяснить и доказать стабильность атома удается Нильсу Бору: в 1913 году на основании наработок Планка и Эйнштейна ученый выдвигает доказательства устойчивости атома. Он же разрабатывает и первую квантовую модель атома.

Вот какие основные положения она содержала:

• в атоме существуют стационарные состояния (орбиты), находясь в которых электроны не излучают энергию;
• электроны могут переходить из одного стационарного состояния в другое;
• такой переход сопровождается испусканием или поглощением кванта энергиии – одного фотона,

Если электрон переходит на более низкую орбиту, он излучает энергию.

Если электрон поднимается на более высокую орбиту, он поглощает энергию.

Волновая теория

Французский ученый Луи де Бройль внес значительный вклад в формирование атомарной теории. В 1924-ом он открыл способность атома вести себя и как частица, и как волна. Наиболее выражены волновые свойства, как считал де Бройль, у микрочастиц.

Его предположения получили название гипотезы об универсальности корпускулярно-волнового дуализма.

Квантово-механическая модель

Исходя из учения де Бройля, австрийский физик Эрвин Шрёдингер в 1925 году разработал квантово-механическую модель атома. Она используется и сегодня, считается, что эта модель наиболее полно описывает строение атома.

Ее основные положения следующие:

• движение электрона в атоме нельзя описать определенной траекторией;
• электрон заполняет пространство вокруг атома в форме стоячей волны (электронного облака);
• электронное облако характеризует вероятность нахождения электронов в той или иной части пространства;
• отрицательный заряд электрона распределен неравномерно по всему объему электронного облака.

Граничная поверхность – это поверхность, в пределах которой электрон находится с 90% вероятностью.

Современные представления об атоме

Все вещества состоят из молекул, молекулы – из атомов, а атомы представляют собой ядро, обладающее положительным зарядом, и некоторое количество отрицательно заряженных электронов (e).

Ядро атома состоит из нуклонов.

Каждый элемент в периодической системе имеет порядковый номер, численно равный заряду ядра атома Z. Так как заряд протона равен +1, число протонов в ядре численно равно заряду ядра.

Атом – электронейтральная частица, поэтому число электронов (e) равно числу протонов (p).

Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре называется массовым числом A.