A. Строение атома
Явления, подтверждающие сложное строение атома
Атомы представляют собой очень прочные системы, несоизмеримо более устойчивые, чем составленные из атомов молекулы. Такие внешние воздействия, как нагрев, изменение давления, мощные электрические разряды и т.д., приводят лишь к незначительным изменениям атомов: они могут ионизоваться. Поэтому до конца XIX в. атомы считали простейшими неделимыми частицами вещества. Однако последующее развитие науки опровергло эту точку зрения. Было установлено, что атомы представляют собой сложные образования. Об этом свидетельствуют следующие факты.
1. Электромагнитная теория света свидетельствует, что атомы содержат в себе электрические заряды, способные перемещаться. Действительно, согласно теории Максвелла, электромагнитные волны излучают ускоренно движущиеся заряды. Но атомы, как показывал опыт, способны испускать свет, причем не только оптического диапазона — электромагнитные волны. Следовательно, в состав атомов входят ускоренно движущиеся заряды.
2. Изучение электропроводности металлов показало, что в состав атомов входят отрицательно заряженные частицы (электроны).
3. Закон электролиза, открытый М. Фарадеем, свидетельствовал в пользу существования мельчайших неделимых носителей электрического заряда.
При электролизе 1 моль любого n-валентного вещества переносит заряд \(|q| = nF = 96500 \cdot n\) Кл, где F — постоянная Фарадея. На один ион приходится заряд \(|q| = \dfrac{F_n}{N_A} = 1,6 \cdot 10^{-19}n\) Кл, где NA — постоянная Авогадро.
Эту закономерность легко понять, если принять, что заряд |e|= 1,6 • 10-19 Кл является мельчайшей порцией заряда — элементарным зарядом. Значит, в состав атомов электролитов входят частицы с зарядом e.
4. В 1879 г. при пропускании электрического тока через разряженный газ в трубке были обнаружены так называемые катодные лучи, представляющие собой частицы, летящие от катода к аноду. Они отклоняются в электрическом и магнитном полях, дают тень фигурного анода на светящемся стекле и т.д. В 1897 г. Дж. Томсон доказал, что катодные лучи представляют собой поток электронов. Причина их появления — бомбардировка катода ионами разреженного газа, ускоренными в электрическом поле между катодом и анодом. Следовательно, в состав атомов катода входят электроны.
5. В. Рентген открыл так называемые Х-лучи (рентгеновские лучи), которые возникали при торможении быстрых электронов у анода. Существование рентгеновских лучей свидетельствовало о каких-то процессах, происходящих внутри атома, о сложном строении самого атома.
6. Решающее доказательство того, что в состав любого атома входят и положительно, и отрицательно заряженные частицы, получил французский ученый А. Беккерель. В 1896 г. он обнаружил явление естественной радиоактивности, при котором из атомов вылетают электроны и положительно заряженные частицы, получившие название \(~\alpha\)-частиц.
Таким образом, все приведенные факты, а также многие другие явления свидетельствуют о сложной структуре атома. В результате возникла необходимость создания модели атома.
Первую модель атома предложил Дж. Томсон. Согласно этой модели, атом представляет собой положительно заряженный шар, внутри которого находится такое количество электронов, чтобы атом в целом был электрически нейтрален. Эти электроны могут совершать колебания, что позволяет объяснить излучение атомом электромагнитных волн.
Эта модель имела ряд недостатков.
Она не могла объяснить наличие большого числа линий в спектрах атомов.
Модель не позволяла объяснить спектральные закономерности в спектре атома водорода (см. § 20.9), найденные эмпирически.
Модель Томсона не давала возможности понять, чем определяются размеры атомов.
Главный же фактор, заставивший отказаться от модели Томсона, состоял в том. что эта модель оказалась в полном противоречии с опытом Э. Резерфорда.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 573-574.
