Элементы квантовой теории. Строение атома

Ряд уже рассмотренных явлений и, в частности, явления интерференции и дифракции света хорошо описываются методами классической физики, исходя из представлений о волновой природе электромагнитного излучения и света в том числе. Однако, ряд подтвержденных опытом фактов объяснить, используя волновую теорию, затруднительно. Например, исследование спектров излучения паров и газов при низких давлениях показало, что они имеют линейчатый (дискретный) характер и состоят из относительно узких частотных интервалов, где интенсивность излучения значительна. Так, водород в видимой части спектра дает пять линий, натрий ¾ одну. Эти результаты становятся понятными, если электромагнитное излучение рассматривать не только как волну, но и как систему, состоящую из определенных частиц (корпускул). Для объяснения закономерности распределений линий в спектре и причин их появления необходимо было создать модель атома, пригодную для описания спектров и одновременно для объяснения видов химических связей и периодичности химических свойств элементов, собранных в систему Д.И. Менделеева. Первая модель атома была создана Дж. Томсоном. По его гипотезе атом ¾ это положительно и непрерывно заряженный шар, внутри которого распределены отрицательные заряды ¾ электроны (атом в целом электронейтрален). При этом полагалось, что электроны могут совершать гармонические колебания и соответственно излучать электромагнитные световые волны. Однако, спектр, рассчитанный по теории Томсона, значительно отличался от частот реального спектра.

Следующим этапом построения атома была ядерная (планетарная) модель английского физика Э. Резерфорда, показавшего результатами ряда опытов, что атом состоит из массивной центральной части ¾ ядра (r » 10^-15 м), имеющего положительный заряд. Вокруг ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, заполняя сферический объем радиусом R » 10^-10м (радиус атома). Электроны движутся ускоренно и должны непрерывно излучать электромагнитную энергию, вследствие чего их расстояние до ядра будет непрерывно уменьшаться. Довольно скоро электроны упадут на ядро, спектр лучения атома при этом должен быть непрерывным. Линейчатый спектр атома и наблюдаемая его стабильность показывают ошибочность и этой модели, построенной, по существу, в рамках классической физики.