Лекция Строение атома.

Понятие «атом» (в переводе с греческого – неделимый) возникло и оформилось как система представлений об устройстве окружающего мира в воззрениях древнегреческих философов. Левкипп утверждал, что мир состоит из мельчайших частиц и пустоты. Демокрит назвал эти частицы атомами и считал, что они вечно существуют и способны двигаться. Размеры атомов полагались настолько малыми, что не могли быть измерены. Способность атомов самостоятельно взаимодействовать друг с другом была предположена Эпикуром.

Затем в течение почти 20 столетий учение об атомном строении окружающего мира было предано забвению.

В начале XIX в Джон Дальтон, опираясь на открытые к тому времени законы химии – кратных отношений, эквивалентов и постоянства состава, возродил атомистическую теорию. Он установил, что атомы одного и того же химического элемента имеют одинаковые свойства, а разным элементам соответствуют разные атомы. Была введена важнейшая характеристика атома – атомная масса, относительные значения которой были установлены для ряда элементов. Однако атом по прежнему считался неделимой частицей.

В конце XIX и в начале XX веков появились экспериментальные доказательства сложной структуры атома. Было установлено, что атомы состоят из отрицательно и положительно заряженных частиц, сильно взаимодействующих между собой. Было предложено несколько моделей строения атома.

Планетарная модель. В 1911 г. английский физик Эрнест Резерфорд предложил «планетарную» модель атома. Согласно этой модели в центре атома находится очень маленькое ядро, размеры которого приблизительно в 100000 раз меньше размеров самого атома. Это ядро заключает в себе почти всю массу атома и несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся электроны, число которых определяется зарядом ядра. Внешняя траектория движения электронов и определяет внешние размеры атома.

Квантовая теория света. В 1900 г. Макс Планк показал, что способность нагретого тела к лучеиспусканию можно правильно количественно описать только предположив, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно, т.е. отдельными порциями – квантами. При этом энергия Е каждой такой порции связана с частотой излучения соотношением, получившим название уравнения Планка:

E = h·υ,

где h – где h – постоянная Планка.

В 1905 г. Эйнштейн пришел к выводу, что электромагнитная (лучистая) энергия существует только в форме квантов и что излучение представляет собой поток неделимых материальных «частиц» (фотонов), энергия которых определяется уравнением Планка. Фотон не является ни частицей, ни волной – ему присуща карпускулярно-волновая двойственность.

Теория Бора. Основываясь на положении квантовой теории света о прерывистой, дискретной природе излучения Бор сформулировал свою теорию. Основные положения этой теории он выразил тремя постулатами (постулат – утверждение, которое принимается без доказательств):

1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам. Эти орбиты получили название стационарных.

2. Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии.

3. Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.

Теория Бора была важным этапом в развитии представлений о строении атома. Она показала, что нельзя автоматически распространять законы природы, справедливые для больших тел – объектов макромира, на ничтожно малые объекты микромира – атомы, электроны, фотоны. Поэтому возникла задача разработки новой физической теории, пригодной для непротиворечивого описания свойств и поведения объектов микромира. Эта задача была решена в 20-х гг XX века, после возникновения и развития новой отрасли теоретической физики – квантовой или волновой механики. В квантовой механике состояние микрочастицы полностью описывается не ее координатой и скоростью, а некоторой функцией. Эта функция носит вероятностный характер и обозначается греческой буквой «пси» y. Функция y, описывающая состояние электрона в атоме или молекуле и являющаяся обычной математической функцией, называется волновой функцией или орбиталью.