Урок № 4

Модели строения атома

Первые модели строения атома появились в самом начале XX века. Жан Перрен в 1901 г. высказал предположение о ядерно-планетарном устройстве атома.

Подобную же модель предложил в 1904 г. японский физик Хантаро Нагаока. В модели Нагаоки атом уподоблялся планете Сатурн; роль планеты выполнял положительно заряженный шар, представляющий собой основную часть объёма атома, а электроны располагались подобно спутникам Сатурна, образующим его кольца. Однако более широкое распространение получила т.н. кексовая модель атома: в 1902 г.

Уильям Томсон (лорд Кельвин) высказал предположение о том, что атом представляет собой сгусток положительно заряженной материи, внутри которого равномерно распределены электроны. Простейший атом – атом водорода – представлял собой, по мнению У. Томсона, положительно заряженный шар, в центре которого находится электрон. Детально данную модель разработал Дж. Дж. Томсон, считавший, что электроны внутри положительно заряженного шара расположены в одной плоскости и образуют концентрические кольца.

Дж. Дж. Томсон предложил способ определения числа электронов в атоме, основанный на рассеивании рентгеновских лучей в предположении, что именно электроны должны являться центрами рассеивания. Проведённые эксперименты показали, что количество электронов в атомах элементов равно приблизительно половине величины атомной массы. Дж. Дж. Томсон, предположив, что число электронов в атоме непрерывно возрастает при переходе от элемента к элементу, впервые попытался связать строение атомов с периодичностью свойств элементов.

Немецкий физик Филипп фон Ленард попытался создать модель, не предполагающую раздельного существования в атоме противоположных зарядов. Атом, согласно модели Ленарда, состоит из нейтральных частиц (т.н. динамид), каждая из которых является электрическим дуплетом. Выполненные Ленардом расчёты показали, что эти частицы должны иметь крайне малые размеры, и, следовательно, большая часть объёма атома представляет собой пустоту. Сосредоточение массы атома в небольшой части его объёма отчасти подтверждалось и проведёнными Ленардом в 1903 г. опытами, в которых пучок быстрых электронов легко проходил через тонкую металлическую фольгу.

Все упомянутые модели являлись сугубо гипотетическими и исключительно качественными.

Составляя свою периодическую систему, Д.И. Менделеев расположил все элементы по возрастанию массового числа, но есть противоречия, которые он объяснить не мог. Например: Ar и K, Te и I. Почему ? Нужна была новая теория, которая бы объяснила эти противоречия.

На помощь пришла физика. Ученые физики предложили теорию строения атома.Основываясь на экспериментальных фактах ,Эрнест Резерфорд в 1911 г. предложил свою ядерную модель атома: в центре атома находится положительно заряженное ядро, объём которого ничтожно мал по сравнению с размерами атома; вокруг ядра вращаются электроны, число которых приблизительно равно половине атомной массы элемента.

“Атом - сложная частица” (опыт Э. Резерфорда)

Чтобы представить себе, что означает полученный результат, рассмотрим наглядную модель. Ядро атома имеет вид шарика, а вокруг его движутся более мелкие шарики-электроны. Масса ядра значительно больше массы электрона. Это значит, что масса любого атома практически равна массе его ядра. Что касается заряда атома, то можно утверждать, что атом в целом нейтрален. Все электроны в сумме дают отрицательный заряд. Следовательно, его ядро заряжено положительно.

Так как атом в целом нейтрален, это означает, что электронная оболочка содержит Z электронов.

Чем же образован заряд ядра? В состав ядра входят положительно заряженные частицы, называемые протонами, и нейтральные частицы - нейтроны.

Загрузите модуль Состав атомных ядер (протоны, нейтроны). Вам предлагается просмотреть и прослушать материал о строении атома, объясняется методика определения числа элементарных частиц в атоме и закрепляется материал при помощи заполнения таблицы перетаскиванием автоматически появляющихся значений в соответствующие ячейки таблицы.

Общее число протонов и нейтронов в ядре выражается массовым числом

A = Zp + N.

Рассмотрим пример. Каков состав атома и его ядра

Zp = 9, N = A - Zp = 19 - 9 = 10, Ze = 9

Zp = 47, N = 107 - 47 = 60, Ze = 47

Zp = 101, N = 257 - 101 = 156, Ze = 101.

Тренажер №1: проверь себя:

Модель атома Резерфорда при несомненных достоинствах содержала важное противоречие: в соответствии с законами классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен был непрерывно испускать электромагнитное излучение, теряя энергию. Вследствие этого радиус орбиты электрона должен был быстро уменьшаться, и рассчитанное из этих представлений время жизни атома оказывалось ничтожно малым. Тем не менее, модель Резерфорда послужила основой для создания принципиально новой теории, которую разработал в 1913 г. датский физик Нильс Хенрик Давид Бор.

Осталось неясным, где расположены электроны в атоме?

Исследования различных ученых показали , что электроны располагаются определенными слоями - оболочками. Оболочки обозначаются буквами латинского алфавита. Первая из оболочек, самая близкая к ядру, обозначается буквой К, вторая - L, третья - M, четвертая - N, пятая - O, и т.д.

На первой оболочке располагается не более двух электронов, на второй - не более 8 электронов, на третьей - не более 18, на четвертой - не более 32.

Расположение и количество электронов на оболочках можно изобразить на рисунке: