Страница 4 из 7
Строение поваренной соли NaCl
Большую часть Атомно-молекулярного учения развил М.В. Ломоносов, но большой вклад внесли и другие физики и химики: Дж. Дальтон, А. Лавуазье, Ж. Пруст, А. Авогадро, Й. Берцелиус, Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров.
Исторические модели атома
Чтобы понимать, как устроен атом, нужно рассмотреть историю его открытия.
Термин «Атом» был введен Демокритом еще во времена античности. Название этой частицы происходит от греческого слова «Атомос», что означает «Неделимый».
Античные философы считали атом неделимой частицей. Это мнение опровергли в конце IX – начале ХХ века.
В конце IX века открыли явление фотоэффекта – испускания частиц (электронов) веществом под действием света. Оказалось, что атом состоит из других частиц, а значит он делимый.
Кроме фотоэффекта в конце IX века была открыта радиоактивность – самопроизвольное испускание частиц и лучей некоторыми атомами. Вывод тот же: атом делимый.
Открытие электронов
В 1749 году Бенджамин Франклин выдвинул гипотезу, что электрический ток – это поток заряженных частиц. В его работах впервые появляются понятия положительных и отрицательных зарядов, батарей, частиц электричества и т.д.
Научное сообщество скептически относилось к существованию электронов. Чтобы развеять этот миф, нужно было провести опыты, доказывающие существование электронов. Для этого нужно было отделить отрицательно заряженные электроны от атомов. Атомы, которые лишились электрона и приобрели положительный заряд стали называть ионами.
Впервые провести такой эксперимент удалось случайно немецкому физику Юлиусу Плюккеру в 1859 году. Он сконструировал установку. В вакуумной трубке по оба конца впаяны проводники – электроды. если к ним приложить электрическое напряжение произойдет интересное явление. От отрицательно заряженного электрода (катода) к положительно заряженному (аноду) будет протекать электрический ток. При этом анод и часть вакуумной трубки вокруг него начинают светиться.
Вакуумная трубка с катодом и анодом
Немецкие ученные Иоганн Гитторф и Эуген Гольдштейн провели такой же опыт и назвали это излучение катодными лучами. В этом же году на основе этого явления была сконструирована первая электронно-лучевая трубка.
В 1874 году английский химик и физик Уильям Крукс выдвинул идею, что катодные лучи – поток отрицательно заряженных частиц. Термин "электрон" был введен ирланским физиком и математиком Джорджем Стони.
В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон обнаружил, что катодные лучи откланяются электрическим полем. Он измерил массу и заряд этих частиц – электронов.
Опыт Милликена – Иоффе
Опыт Милликена – важный эксперимент по открытию заряду электрона.
В 1909 году Роберт Милликен построил установку. Установка состоит из камеры, в которой находится две металлические пластины, над которыми пульверизатор распылял машинное масло в нутри камеры. В камере появлялся масляной туман.
Схема опыта Милликена
В верхней пластине было отверстие, через которое некоторые капли проникали в пространство между пластинами. Милликен наблюдал за каплями с помощью микроскопа. Под действием силы тяжести капли опускались на дно камеры.
Камеру облучали радиоактивными лучами и капли масла приобретали электрический заряд.
Если на пластины подавать напряжение, между ними возникает электрическое поле. Заряженные капли масла реагировали на возникшее электрическое поле и снижали свою скорость.
Используя разность этих скоростей Милликен рассчитал заряд этих капель. Для разных капель были получены разные значения. Наименьшее из этих значений минус 1,6 × 10-19 Кл (Кулон). Заряды остальных капель кратны этому наименьшему заряду. Милликен подтвердил делимость (дискретность) электрического заряда и рассчитал элементарный заряд.
Первая модель атома
Уже было известно, что атом содержит отрицательные электроны, но сам атом не имеет заряда. Объяснить это противоречие можно было тем, что сумма отрицательных зарядов уравновешивается положительным зарядом.
На основании этого предположения Джозеф Джон Томсон в 1904 г. предложил первую модель атома "Булка с изюмом".
Согласно этой модели, атом – положительно заряженная часть пространства с включенными в нее отрицательно заряженными электронами. Эта модель внешне напоминает булку с изюмом поэтому и получила соответствующее название.
Эта модель существовала до 1911 г. пока ее беспощадно не опроверг британский физик Эрнест Резерфорд.
Опыты Резерфорда
В 1899 – 1903 гг. Эрнест Резерфорд, изучая радиоактивность α-частиц, провел революционный опыт.
Возьмем радий, как источник радиоактивных лучей (-частиц) и люминесцирующий экран. Если поставить экран напротив радиоактивного источника, то в микроскоп видно, что на нем появляются святящиеся точки. В местах попадания радиоактивного излучения на люминесцирующий экран, он светится.
Если между радиоактивным источником и экраном закрепить золотую фольгу, то произойдет интересное явление. С потоком частиц произйдет следующее:
– часть лучей изменят траекторию движения незначительно;
– часть лучей сильно изменит траекторию своего движения;
– небольшая часть лучей практически не изменит свой путь;
– очень малая часть отразится в обратном направлении.
Опыт Резерфорда
Резерфорд сделал вывод, что внутри атома находится тяжелое положительно заряженное ядро.
α-частицы легкие и тоже заряжены положительно, поэтому сталкиваясь с ядром они от него отталкиваются. По законам электростатики одноименные заряды отталкиваются.
Если α-частица напрямую сталкивается с ядром, она отталкивается и летит в обратную сторону. Если α-частица пролетает очень близко к ядру, она меняет свою траекторию примерно на 90°. Чем дальше α-частица пролетает от ядра, тем меньше угол ее отклонения. Некоторые α-частицы пролетают настолько далеко от ядра, что они практически друг на друга не влияют. Резерфорд сделал вывод, что ядро занимает малу долю объема атома.