Строение атома прометия – Лекция № 3 «Строение атома и периодическая система химических элементов» — Лекции по химии — Студентам — Каталог файлов

Прометий электронное строение — Справочник химика 21





    Размещение лантаноидов по группам, сделанное на основании их электронного строения, т. е. по сумме /-, d-, s-электронов вне устойчивых конфигураций, представлено в табл. 3. Цезий, имеющий один электрон на 6 -уровне, относится к I группе, барий с двумя электронами на этом же уровне — ко второй, а лантан (d s ) — к третьей. Церий с двумя электронами на внутренней незаполненной 4/-оболочке и двумя электронами на внешней б8-оболочке является элементом IV группы, празеодим (4/ 6s ) — элементом V группы, неодим (4/ 6s ) — VI группы, прометий (4/ 6s ) — [c.18]








    Работы Г. Мозли (1887—1915) показали, что действительной основой периодического закона являются не атомные массы, а положительные заряды ядер атомов, численно равные порядковому номеру элемента в периодической системе. На основании периодического закона и работ Г. Мозли был решен важный вопрос о числе еще неоткрытых злементов. Было установлено, например, что между водородом и гелием или между натрием и магнием новых элементов быть не может. Открытие и дальнейшее развитие периодического закона не только избавило исследователей во многих случаях от бесполезной и трудоемкой работы по поиску новых элементов, но и позволило установить число неоткрытых элементов и их порядковые номера в периодической системе. Однако знание только порядкового номера не давало еще оснований помещать элемент в определенную группу периодической системы. Этот вопрос решался с помощью электронной теории строения атома. Применение этой теории показало, например, что неоткрытый элемент № 72 должен быть аналогом циркония, а не лантаноидов. Элемент № 72 (гафний) действительно был найден в циркониевом минерале в 1923 г., а не в лантаноидах, где его много лет безуспешно искали, ошибочно считая аналогом лантаноидов. Даже спустя 70 лет после открытия периодического закона в таблице элементов до урана пустовали четыре клетки с номерами 43, 61, 85 и 87. Эти элементы — технеций, прометий, астат и франций — были [c.14]

    В группу редкоземельных элементов, нлл лантанидов (лантаноидов), входят 14 элементов церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций. По числу входящих в нее элементов и по своеобразию их свойств эта группа занимает особое положение в неорганической химии. Весьма интересна и увлекательна даже история открытия входящих в нее элементов, охватывающая почти полтораста лет (церий был открыт в 1803 г., прометий — в 1942—1947 гг.), включающая непрерывное последовательное обнаружение новых элементов в ранее казавшихся индивидуальными препаратах. Лишь исследование Мозли впервые позволило точ ю установить, что эта группа включает 14 элементов, и только достижения в области атомной энергетики позволили искусственным путем действительно получить неоднократно до того открываемый и получивший название, но не встречающийся в природе 61-й элемент — прометий. Изучение электронной структуры атомов элементов показало,что для лантанидов характерно заполнение внутренней 14-электрониой /-оболочки, в соответствии с чем для структуры атомов этих элементов характерны состояния от (церий) до (лютеций). Своеобразия строения электронных [c.162]

    Группа актиноидов несомненно аналогична группе лантаноидов. Исходя из электронного строения атомов, каждому лантаноиду отвечает его электронный аналог — актиноид. Это соответствие не строгое, и, конечно, празеодим и протактиний, неодим и уран, прометий и нептуний, самарий и плутоний, европий и америций не являются полными химическими аналогами. Естественно, что оболочка 5/ более лабильна, чем 4/, благодаря этому для актиноидов возможно образование соединений с более выср кой, чем у лантаноидов, степенью окисления. [c.430]


chem21.info

Строение атомов и элементарные ч

 

 


Э.Резерфорд (1871 — 1937), исследуя законы рассеяния α-частиц, которыми он
бомбардировал атомы различных элементов, обнаружил в атомах тяжелые ядра с
диаметром порядка 10Ф (1Ф = 10-13 см
= 10-15 м = 1 фм (фемтометр)).Далее оказалось, что ядро по сравнению с самим
атомом настолько мало, что вероятность попадания заряженной частицы в ядро
составляет примерно 1:100 000. Это открытие позволило Резерфорду в 1911 году
предложить планетарную модель атома, на основе которой в 1913 году Н.Бор (1885 —
1962) положил начало квантовой теории атома. Согласно Бору, самый легкий атом
водорода состоит из тяжелого положительно заряженного ядра (протона), вокруг
которого вращается легкий отрицательно заряженный электрон.


Четких границ ядра атомов не имеют. Диаметр ядра Н равен 1.45 Ф, диаметр же
атома Н около 100 000 Ф. Диаметр ядра атома U равен 9 Ф. Таким образом, размеры
ядра атомов в периодической системе элементов от H до U увеличиваются примерно в
6 раз.


В настоящее время, изучение микрообъектов и микрособытий стало возможным
благодаря сочетанию теоретических успехов квантовой механики и тончайших
физических экспериментов. Законы квантовой механики позволили выяснить строение
атомов, понять устройство их ядер и свойства, составляющих атомы, элементарных
частиц.


В настоящее время известно несколько сотен элементарных частиц. Они разделяются
между собой по:


а) массе на тяжелые – барионы, средние – мезоны и легкие – лептоны с фотонами;


б) отношению к принципу Паули на подчиняющиеся – фермионы и частицы с целым или
нулевым спином – бозоны;


в) участию в сильных взимодействиях – адроны и в слабых взаимодействиях –
фотоны, электроны, мюоны, тау-лептоны, нейтрино.


Строение атомных ядер


Ядра атомов сложены элементарными частицами – протонами (+) и нейтронами (0).
Масса протона mp =
(1.672614±0.0000086)*10-24 г,
что в 1836 раз больше массы электрона. Число протонов в ядре, равное атомному
номеру элемента Z, определяет его положение в периодической системе элементов.
Нейтрон имеет массу, равную примерно 1,75*10-24 г, т.е. в 1840 раз большую, чем
у электрона. Заряд нейтрона равен нулю. Нейтрон устойчив только в составе
стабильных атомных ядер. Свободный нейтрон – нестабильная частица, распадающаяся
по схеме n→p+ee.
В веществе, вследствие поглощения нейтронов ядрами атомов, свободные нейтроны
существуют всего лишь единицы–сотни микросекунд.


Ядерное вещество имеет огромную плотность, оцененную Я.И.Френкелем в 1014 г/см3,
т.е. 1 см3ядерного вещества весит
от 100 до 600 млн. тонн. Ядра атомов несут положительный заряд. Наивысшая
плотность заряда у ядра атома H – протона, чем больше масса ядра, тем меньший
заряд оно имеет.


Ядерные силы, связывающие нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре остаются не до
конца разгаданными, известно, что они в тысячи раз превышают силы
электростатического взаимодействия протона и нейтрона. Особенностью ядерных сил
является то, что они действуют на очень малых расстояниях, и на удалении 4 Ф их
роль становится несущественной. Япоснкий физик Х. Юкава впервые объяснил природу
ядерных сил особой формой излучения нуклонов, выражающейся в непрерывном обмене
последних мезонами — частицами с массой примерно в 300 раз превышающей массу
электронов. В 1947 году мезоны были установлены в составе космического излучения
и в настоящее время экспериментально подтверждена важная роль мезонов в ядерном
взаимодействии.


Структура атомных ядер остается одной из сложнейших проблем своременной физики.
Существует несколько моделей атомных ядер (модель «жидкой капли», модель
ферми-газа, оптическая, коллективная, оболочечная), однако все они используются
как более или менее близкие к реальности гипотезы. Согласно широко
распространенной оболочечной модели, каждый нуклон в ядре находится в
определенном квантовом состоянии и располагается на отвечающем этому состоянию
уровне, который может заполняться определенным числом нуклонов. Ядра, в которых
полностью заполнены уровни с числом протонов или нейтронов 2, 8, 20, 28, 40, 50,
82, 126, называются магическими.
Они отличаются от соседних ядер повышенной устойчивостью, большей
распространенностью и другими свойствами.


По соотношению в ядрах числа протонов и нейтронов принято называть изотопами атомы
с одним и тем же числом протонов, но с разным числом нейтронов. В изотопах Z
постоянно, N и A  — переменны.



Изобары
 – атомы с разным
числом протонов, но с одинаковым массовыми числами. В изобарах А постоянно, Z и
N  — переменны.



Изотоны
 – атомы с разным
числом протонов и разными значениями массового числа, но с одинаковым числом
нейтронов. В изотонах N постоянно, Z и A – переменны.


Атомы с одинаковым составом ядра могут находиться в различных энергетических
состояниях. Их называют изомерами.
Изомеры имеют разные физические свойства, например период плураспада
радиоактивных ядер и энергию связи нуклонов.


Основные свойства атомов и ионов


Орбитальные радиусы –
радиусы максимумов радиальной плотности электронов внешней орбитали. Они
отражают размеры атомов или ионов в свободном состоянии, т.е. вне химической
связи. Эффективным ионным
или атомным радиусом называют размер атома или иона в соединении. Они
определяются через длину связи – расстояние между центрами атомов или ионов,
определяемое рентгеновскими методами. Существующие системы эффективных ионных
радиусов рассчитаны относительно величины радиуса иона кислорода, составляющей
от 0,132 до 0,14 нм. Для элементарных ионов одного и того же элемента
установлено, что радиус катиона меньше радиуса атома, а последний, в свою
очередь меньше радиуса аниона.


В зависимости от положения в Периодической системе установлены основные
закономерности изменения радиусов атомов:


1) радиусы увеличиваются в группах с ростом атомного номера в связи с
увеличением числа электронных оболочек;


2) радиусы уменьшаются в периодах с увеличением заряда ядра;


3) наиболее близкие по радиусу элементы располагаются по диагонали друг от
друга;


4) для лантаноидов и актиноидов радиусы уменьшаются с ростом порядкового номера
в результате увеличения заряда ядра и заполнения электронами f-подуровня
(«лантаноидное сжатие»), вследствие этого, радиусы элементов, располагающихся в
периодической системе после лантаноидов, Hf, Ta, W, практически не отличаются от
аналогичных элементов предшествующего периода: Zr, Nb, Mo.


Валентность (степень
окисления) – мера заряда иона или количество электронов отданных или
присоединенных атомом при образовании иона.


Потенциал ионизации –
энергия, необходимая для удаления электрона из атома. С ростом атомного номера
потенциалы ионизации увеличиваются в периоде и уменьшаются в группе. Обратной
величиной к потенциалу ионизации является сродство
к электрону
.


Электроотрицательность – способность атома или иона при вступлении в соединения
притягивать электроны. Электроотрицательность является функцией от потенциала
ионизации и сродства к электрону. Её величина зависит от заряда ядра атома, его
валентности в данном соединении и строения электронных оболочек.


В периоде электроотрицательность минимальна для щелочных металлов и
увеличивается к галогенам. Для литофильных катионов она уменьшается в группе с
увеличением ионного радиуса. Для халькофильных элементов электроотрицательность
выше, чем у литофильных из той же группы Периодической системы.


Элементы с резко различной электроотрицательностью образуют соединения с ионным
типом связи. Близкие и высокие значения электроотрицательности приводят к
образованию ковалентной связи, а близкие и малые – металлической.


Ионный потенциал Картледжа (Z), равный отношению валентности (W) к ионному
радиусу (R): Z=W/R, отражает свойства катионогенности или анионогенности
элементов. Минимальными значениями потенциала Картледжа обладают наиболее
сильные катионы (щелочные, щелочноземельные металлы), максимальные значения Z
характерны для галогенов и элементов, образующих кислородные анионы.
Промежуточные значения этого параметра характерны для амфотерных элементов.


Величина ионного потенциала Картледжа позволяет судить о подвижности элементов –
способности образовывать ионы и мигрировать в водных растворах. Элементы с
низкими и высокими значениями Z являются наиболее подвижными, а с промежуточными
– инертными.


Классификация элементов по типам строения
их атомов


Если индивидуальность химического элемента определяется зарядом ядра его атомов,
то его химические свойства  определяются числом и расположением его внешних
электронов. Электроны располагаются вокруг ядра на строго определенных
расстояниях согласно их энергетическим уровням. Определенное число электронов
образует серии, создающие вокруг ядра «электронные оболочки».


Число электронов в каждой серии, по Паули, 2n2,
где n – номер серии.


Например, в серии n = 1,  куда входят водород и гелий, может быть только 1 или 2
электрона,  во второй серии 2 х 22 =
8 электронов, т.е. при последовательном заполнении серии электронами от 1 до 8
должны  существовать 8  элементов,  что наглядно подтверждается естественным
рядом элементов от Li до Ne, в третьей серии 2 х 32 =
18 элементов и 2 х 42 = 32 — в 
четвертой (от Cs до Rn).  Спектральные исследования указывают на различие в
энергии связи электронов  данной  электронной  серии (уровня), поэтому электроны
распределяются на подгруппы, обозначаемые буквами s,  p, d, f, причем в
подгруппе s может быть не более 2, p — не более 6, d — не более 10 и f — 14
электронов.


В  зависимости  от  своего электронного строения все химические элементы могут
быть разделены на элементы-восстановители, отдающие электроны и образующие
катионы, и  элементы-окислители,  приобретающие  электроны и образующие анионы.


С точки  зрения строения атомов элементы подразделяются таким образом.


1. Инертные газы,  не участвующие в химических процессах, обладающих внешней
8-электронной оболочкой (у гелия 2-электронная).


II, Атомы,  образующие ионы с 8-электронной оболочкой (К, Al, Sc, Mg, Ti, Ce,
Th, U, F, O, Cl, S и др.).


III. Атомы,  образующие  ионы с 18-электронной оболочкой (Ag, Ga, Sn, Hg, Cd,
In, Zn и др.).


IV. Атомы переходных элементов,  занимающих промежуточное положение между двумя
предыдущими группами (Mn,  Fe, Co, Ni, Re, Pd, Pt и др.).


У гомологов,  т.е.  у элементов с одинаковым  типом  строения внешних
электронных оболочек,  но различными зарядами ядра,  иначе говоря, у элементов
одной и той же группы и подгруппы  периодической системы, наблюдаются следующие
закономерные изменения их химических свойств.


У элементов, образующих ионы, с 8-электронной внешней оболочкой, химическая
активность возрастает, потенциалы ионизации уменьшаются, переход  из
металлического состояния в окисное сопровождается закономерным возрастанием
выделяющейся при этом энергии, например, от лития к натрию, калию, рубидию и
цезию.


Объясняется это тем,  что у более тяжелых гомологов  с  более сложно
построенной  электронной  оболочкой  внешний электрон более удален от
притягивающего его положительно заряженного ядра и  промежуточные слои 
электронов  играют экранирующую роль — чем больше электронов между ядром и 
валентным  электроном,  тем  слабее  его связь с ядром, тем легче он отрывается,
тем больше энергия реакции окисления.


Совершенно иначе  обстоит  дело  у элементов с 18-электронной оболочкой. Отдавая
свои внешние валентные электроны при  образовании химических  соединений,  они 
не  достигают  столь желательной 8-электронной оболочки; у этих элементов (Cu,
Ag, Au, Zn, Cd, Hg и др.) химическая активность не возрастает,  а понижается.
(Нахождение в самородном состоянии в ряду Cu-Ag-Au возрастает с порядковым
номером элемента).


У элементов,  присоединяющих электроны с образованием анионов с 8-электронными
оболочками (F,  Cl, Br, J, S, Se, Te), химическая активность (в отличие от Li, 
Na, K, Rb, Cs) убывает с увеличением порядкового номера из-за экранирующего
действия электронных слоев, располагающихся между ядром, притягивающим
присоединяющийся электрон (хотя имеющиеся электроны и компенсируют полностью его
заряд). Поэтому интенсивность реакции соединения с  водородом  убывает  от фтора
к йоду и от серы к теллуру.


Что же касается окислительных реакций в том же ряду,  то фтор окислов
практически  не образует (F2O очень
нестойкое соединение), кислородные кислоты хлора (HClO3 и
HClO4 и
др.) значительно  менее стойки, чем соответствующие соединения иода. Кислородные
соли хлора в минеральном мире неизвестны,  а кислородные  соединения  йода
представлены лаутаритом  Ca(JO3)2
беллинджеритом  3Cu(JO3)2H2O,
шварцем-бергитом Pb(JO 43 0)2×6PbO×PbCl2.


Устойчивость высших окислов в гомологических рядах V, Nb, Ta; Cr, Mo,  W;  Mn, 
Tc?, Re увеличивается с порядковым номером (или, что то же самое,  с увеличением
атомного веса). Так, ванадий в эндогенных минералах и горных породах 
присутствует  только  в  виде трехвалентного соединения  и только в зоне
гипергенеза встречается в виде четырех- и пятивалентных соединений; хром обычно
встречается только  в виде трехвалентных соединений и очень редки в природе
минералы шестивалентного хрома (крокоит PbCrO4).


Соединения шестивалентного молибдена типичны для зоны окисления, но и в
эндогенных условиях он встречается,  хотя и  редко,  в виде молибдошеелита
Сa(Mo,W)O4 или
даже повелита CaMoO4.  Наконец,
вольфрам и в эндогенных, и в экзогенных условиях встречается в виде
шестивалентного  (вольфрамит и шеелит) и очень редко в виде четырехвалентного
(тунгстенит WS2). Если марганец в
природе известен в виде двух-, трех- и четырехвалентных соединений, то рений,
видимо, существует в виде четырех-шести- и семивалентных соединений.


Для некоторых гомологических рядов элементов, образующих ионы с 18-электронной
оболочкой, наблюдается обратная зависимость: галлий встречается  в  виде
трехвалентных соединений,  а таллий почти исключительно в виде одновалентных; 
олово — в основном в виде четырехвалентных соединений, а свинец — в виде
двухвалентных и только очень редко в зоне окисления в  виде  четырехвалентного 
свинца (платнерита). Устойчивость  пятивалентных  соединений  убывает  от
мышьяка к сурьме и висмуту.


Необходимо коснуться  и  некоторых  аномальных особенностей в химических
свойствах элементов.


В ряду таллий-свинец-висмут валентности элементов (Tl+,
Pb2+, Bi3+)
не отвечают номеру периодической  системы  на  две  единицы, иначе говоря,  в 
валентностях  этих  элементов  участвуют  только электроны подгруппы р серии Р,
а два электрона подгруппы s в реакциях не участвуют, образуя слои из двух
электронов, как бы (в грубых чертах) имитируя гелиевую  электронную  оболочку. 
Однако  эта имитация гелиевой  оболочки  все-таки  сказывается  на  химических
свойствах таллия,  свинца и висмута.  Она проявляется и в том, что одновалентный
таллий сходен по своим свойствам со щелочными металлами (растворимая гидроокись)
и в полевых шпатах, слюдах и карналлите таллий изоморфно замещает калий).


Свинец по многим своим свойствам сходен с  кальцием.  Трудная растворимость
сульфата,  изоморфизм  свинца с барием,  стронцием и кальцием — все это делает
Pb2+ сходным
с Са2+.


Наконец, трехвалентный висмут по характеру своей гидроокиси и фосфата имеет
очень отдаленное свойство  с  некоторыми  свойствами скандия.


Вторая аномалия в химических свойствах элементов  заключается в том, что
некоторые свойства лития, бериллия, бора сходны с таковыми магния, алюминия и
кремния, т.е. элементов, имеющих на единицу большую валентность.  Это
проявляется, например, в том, что литий подобно магнию,  образует трудно
растворимые фтористую,  углекислую и фосфорнокислую соли.


Бериллий, подобно алюминию,  образует  студенистую гидроокись Ве(ОН)2,
сходную с Al(ОН)3, и подобно
последней растворяется в едких щелочах,  образуя,  например,  К2ВеО2
сходный  с  алюминатом К3AlО3.
Бериллий   образует  очень  стойкие  фторо-бериллаты  типа Na2BeF4подобно
алюминию Na3AlF6.
В ряде силикатов бериллий играет роль, сходную с алюминием. Бор в отличие от
всех остальных элементов своей группы периодической системы образует очень
слабую  борную кислоту, по ряду свойств сходную с кремниевой кислотой. Подобно
кремневой кислоте,  образующей поликремневые кислоты: авогардит KBF4 встречается, 
как и гиератит K2SiF6
в возгонах вулканов. Бороводород ВН3 очень
напоминает собой кремневодород SiH4,
а элементарный бор — элементарный кремний.


Такая кажущаяся «сдвинутость» элементов в периодической  системе на одно место
вправо обусловлена тем,  что литий,  бериллий и бор обладают сравнительно очень
простым строением своего  атома  и два s-электрона серии К хотя и не участвуют в
валентности, но влияют на свойства этих легких элементов как один 
дополнительно  отданный электрон или же заряд ядра,  скомпенсированный только
двумя электронами, оказывает  влияние  на  химические   свойства   ионов Li+,
Be2+, B3+,
как бы придавая им один дополнительный положительный заряд и тем самым делая их
сходными с Mg2+,  Al3+,
Si4+. Наконец, что  касается
частных аномалий,  то обращает на себя внимание нахождение молибдена в
эндогенных рудах и горных  породах  в  виде сульфида (молибденита),  в то время
как его ближайшие аналоги хром и вольфрам в этих же условиях представлены
кислородными соединениями, в основном хромитом и вольфрамитом.


В противоположность молибдену  олово  имеет  явно  выраженную склонность к 
образованию  кислородного  соединения  — касситерита SnО2,
хотя свинец и стоящие справа и слева олова  индий  и  сурьма являются типичными 
сульфидными  элементами  (для германия в более или менее равной степени
характерна его форма  нахождения  в  виде как сернистых, так и окисных
соединений).



biofile.ru

Строение атома

Существование закономерной связи между всеми химическими элементами, ярко выраженное в периодической системе, наталкивает на мысль о том, что в основе всех атомов лежит нечто общее, что все они находятся в близком родстве друг с другом. Однако до конца 19 в. в химии господствовало метафизическое убеждение, что атом есть наименьшая частица простого вещества, последний предел делимости материи. При всех химических превращениях разрушаются и вновь создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на более мелкие части.

Но все эти предположения в то время еще не могли быть подтверждены какими либо экспериментальными данными. Лишь в конце 19в. были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения при известных условиях одних атомов в другие. На основе этих открытий начало быстро развиваться учение о строении атома. Первые указания на сложную структуру атомов были получены приизучении катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Для наблюдения этих лучей из стеклянной трубки, в которую впаяны два металлических электрода, выкачивается по возможности весь воздух и затем пропускается сквозь нее ток высокого напряжения. При таких условиях от катодатрубки перпендикулярно к его поверхности

распространяются «невидимые» катодные лучи, вызывающие яркое зеленоесвечение в том месте, куда они попадают. Катодные лучиобладают способностью приводить в движение на их пути легко подвижные тела и откланяются отсвоего первоначальногопути в магнитном и электрическом поле (в последнем в сторону положительно заряженной пластины). Действие катодных лучей обнаруживается только внутри трубки, так как стекло для них непроницаемо. Изучение свойств катодных лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, достигающей половины скорости света. Особыми приемами удалось определить массу катодный частицы и величину их заряда. Оказалось, что масса каждой частицы равняется 0, 00055 углеродной единицы, что составляет всего 1. 1840 часть массы водорода, самого легкого из всех атомов. Заряд катодной частицы равняется 1, 602 10 кулона, или 4, 803 10 электростатических единиц.

Особенно замечательно, что масса частиц и величина их заряда не зависит ни от природы газа, остающегося в трубке, ни от вещества из которого сделаны электроды, ни от прочих условий опыта. Кроме того, катодные частицы известны только в заряженном состоянии и не могут быть лишены своих зарядов, немогутбытьпревращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет, самую сущность их природы. Эти частицы получили название электронов. По современным воззрениям, заряд электрона есть наименьший электрический заряд, наименьшее кол-во электричества, какое только может существовать. В катодных трубках электроны отделяются откатода подвлиянием электрического заряда. однако они могут возникать и вне всякой связи с электрическим зарядом. Так, например, все металлыиспускают электроны при накаливании; в пламени горелки также присутствуют электроны; многие вещества выбрасывают электроны при освещении ультрафиолетовыми, рентгеновскими или лучами света (фотоэффект).

Выделение электронов самыми разнообразными веществами указывает на то, что эти частицывходят в состав всехатомов; следовательно атомы являются сложными образованиями, построенными из более мелких структурных единиц. Изучение строение атома практическиначалось в 1897-1898 гг., после того как была окончательно установлена природа катодныхлучейкак потока электронов и были определены величина заряда и масса электрона.

Факт выделенияэлектронов самыми разнообразными веществами приводил к выводу, что электроны входят в состав всех атомов. Но атом в целом электрически нейтрален; следовательно, он должен содержать в себе еще другую составную часть, заряженную положительно, причем ее заряд должен уравновешивать сумму отрицательных зарядов электронов, Эта положительно заряженная часть атома была открыта в 1911 г. Резерфордом при исследовании движения -частиц в газах и других веществах. -частицы выбрасываемые атомами радиоактивных элементов, представляют собой положительно заряженные ионы гелия, скорость движения которых достигает 20000 км/сек. Благодаря такой огромной скорости -частицы, пролетая через воздух и сталкиваясь с молекулами газов, выбивают из них электроны.

Молекулы, потерявшиеэлектроны, становятся заряженные положительно, выбитыеже электроны тотчас присоединяются к другим молекулам, заряжая их отрицательно. Таким образом, в воздухе на пути -частиц образуются положительно и отрицательно заряженные ионы газа. Способность частиц ионизировать воздух была использована английским физиком Вильсоном для того, чтобы сделать видимыми пути движения отдельных частиц и сфотографировать их. В последствии аппарат для фотографирования -частиц был назван камерой Вильсона. Рассматривая пути движения -частиц вкамере Вильсона, мы видим, что они прямолинейны. В то же время, как показывает теория, каждая частица на протяжении своего пути. а он достигает в воздухе 11см, должна встретить сотни тысяч атомов.

Если тем не менее путь ее остается прямолинейным, то это можно объяснить только тем, что -частица пролетает сквозь атомы. Более тщательное исследование этогоявления показало, что при прохождении пучка параллельных лучей сквозь слой газа или тонкую металлическую пластинку выходят уже не параллельны, а несколько расходятся: происходит рассеяние -частиц, т. е. отклонениеот их первоначального пути. Углы отклонения невелики, но всегда имеется небольшое число частиц (1/8000), которые отклоняются очень сильно, некоторые частицы отбрасываются назад, как если бы на пути встретилось что-то твердое непроницаемое. (добавить о том, что это не электроны их масса в 7500 раз меньше массы -частиц, отклонение из-за положительных частиц того же порядка, что и -частицы) Исходя из этих соображений, Резерфордпредложил следующую схему строения атома. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вседствии этого остаются на определенных расстояниях от ядра. Так как масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса сосредоточена в его ядре.

Размеры атома и его отдельных частей выражаетсяследующими числами:

диаметр атома — 10 см.,

диаметр электрона — 10 см и

диаметр ядра от 10 до 10 см.

Отсюда ясно, что на долю ядра и электронов, число которых, как увидим дальше, сравнительно невелико, приходиться лишь, ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой. Предложенная Резерфордом схема строения атома или, какобыкновенной говорят, модель атома, легко объясняет явления отклонение -частиц. Действительно, размеры ядра и электронов очень малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов; поэтому большинство -частиц пролетает через атомы без заметного отклонения.

Только в тех случаях, когда -частицы очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяние -частиц положило начало ядерной теории атома. Одной из задач, стоявшихперед теорией строения атома в начале ее развития, было определение величины заряда ядра различных атомов. Так как атом в целом электрически нейтрален, то, определив заряд ядра, можно было бы установить и число окружающих ядро электронов. В решении этой задачи этой большую помощь оказало изучение спектров рентгеновскихлучей.

www.berl.ru

Основные сведения о строении атома: характеристики, особенности и формула

Атом – это мельчайшая частица химического вещества, которая способна сохранять его свойства. Слово «атом» происходит от древнегреческого «atomos», что означает «неделимый». В зависимости о того, сколько и каких частиц находится в атоме, можно определить химический элемент.

Кратко о строении атома

Как можно вкратце перечислить основные сведения о строении атома? Атом является частицей с одним ядром, которое заряжено положительно. Вокруг этого ядра расположено отрицательно заряженное облако из электронов. Каждый атом в своем обычном состоянии является нейтральным. Размер этой частицы полностью может быть определен размером электронного облака, которое окружает ядро.

Само ядро, в свою очередь, тоже состоит из более мелких частиц – протонов и нейтронов. Протоны являются положительно заряженными. Нейтроны не несут в себе никакого заряда. Однако протоны вместе с нейтронами объединяются в одну категорию и носят название нуклонов. Если необходимы основные сведения о строении атома кратко, то эта информация может быть ограничена перечисленными данными.

Первые сведения об атоме

О том же, что материя может состоять из мелких частиц, подозревали еще древние греки. Они полагали, что все существующее и состоит из атомов. Однако такое воззрение носило чисто философский характер и не может быть трактовано научно.

Первым основные сведения о строении атома получил английский ученый Джон Дальтон. Именно этот исследователь сумел обнаружить, что два химических элемента могут вступать в различные соотношения, и при этом каждая такая комбинация будет представлять собой новое вещество. Например, восемь частей элемента кислорода порождают собой углекислый газ. Четыре части кислорода – угарный газ.

В 1803 году Дальтон открыл так называемый закон кратных отношений в химии. При помощи косвенных измерений (так как ни один атом тогда не мог быть рассмотрен под тогдашними микроскопами) Дальтон сделал вывод об относительном весе атомов.

Исследования Резерфорда

Почти столетие спустя основные сведения о строении атомов были подтверждены еще одним английским химиком — Эрнестом Резерфордом. Ученый предложил модель электронной оболочки мельчайших частиц.

На тот момент названная Резерфордом «Планетарная модель атома» была одним из важнейших шагов, которые могла сделать химия. Основные сведения о строении атома свидетельствовали о том, что он похож на Солнечную систему: вокруг ядра по строго определенным орбитам вращаются частицы-электроны, подобно тому, как это делают планеты.

Электронная оболочка атомов и формулы атомов химических элементов

Электронная оболочка каждого из атомов содержит ровно столько электронов, сколько находится в его ядре протонов. Именно поэтому атом является нейтральным. В 1913 году еще один ученый получил основные сведения о строении атома. Формула Нильса Бора была похожа на ту, что получил Резерфорд. Согласно его концепции, электроны также вращаются вокруг ядра, расположенного в центре. Бор доработал теорию Резерфорда, внес стройность в ее факты.

Уже тогда были составлены формулы некоторых химических веществ. Например, схематически строение атома азота обозначается как 1s22s22p3, строение атома натрия выражается формулой 1s22s22p63s1. Через эти формулы можно увидеть, какое количество электронов движется по каждой из орбиталей того или иного химического вещества.

Модель Шредингера

Однако затем и эта атомная модель устарела. Основные сведения о строении атома, известные науке сегодня, во многом стали доступны благодаря исследованиям австрийского физика Э. Шредингера.

Он предложил новую модель его строения – волновую. К этому времени ученые уже доказали, что электрон наделен не только природой частицы, но обладает свойствами волны.

Однако у модели Шредингера и Резерфорда имеются и общие положения. Их теории сходны в том, что электроны существуют на определенных уровнях.

Такие уровни также называются электронными слоями. При помощи номера уровня может быть охарактеризована энергия электрона. Чем выше слой, тем большей энергией он обладает. Все уровни считаются снизу вверх, таким образом, номер уровня соответствует его энергии. Каждый из слоев в электронной оболочке атома имеет свои подуровни. При этом у первого уровня может быть один подуровень, у второго – два, у третьего – три и так далее (см. приведенные выше электронные формулы азота и натрия).

Еще более мелкие частицы

На данный момент, конечно, открыты еще более мелкие частицы, нежели электрон, протон и нейтрон. Известно, что протон состоит из кварков. Существуют и еще более мелкие частицы мироздания – например, нейтрино, который по своим размерам в сто раз меньше кварка и в миллиард раз меньше протона.

Нейтрино – это настолько мелкая частица, что она в 10 септиллионов раз меньше, чем, к примеру, тираннозавр. Сам тираннозавр во столько же раз меньших размеров, чем вся обозримая Вселенная.

Основные сведения о строении атома: радиоактивность

Всегда было известно, что ни одна химическая реакция не может превратить один элемент в другой. Но в процессе радиоактивного излучения это происходит самопроизвольно.

Радиоактивностью называют способность ядер атомов превращаться в другие ядра – более устойчивые. Когда люди получили основные сведения о строении атомов, изотопы в определенной мере могли служить воплощением мечтаний средневековых алхимиков.

В процессе распада изотопов испускается радиоактивное излучение. Впервые такое явление было обнаружено Беккерелем. Главный вид радиоактивного излучения – это альфа-распад. При нем происходит выброс альфа-частицы. Также существует бета-распад, при котором из ядра атома выбрасывается, соответственно, бета-частица.

Природные и искусственные изотопы

В настоящее время известно порядка 40 природных изотопов. Их большая часть расположена в трех категориях: урана-радия, тория и актиния. Все эти изотопы можно встретить в природе – в горных породах, почве, воздухе. Но помимо них, известно также порядка тысячи искусственно выведенных изотопов, которые получают в ядерных реакторах. Многие их таких изотопов используются в медицине, особенно в диагностике.

Пропорции внутри атома

Если представить себе атом, размеры которого будут сопоставимы с размерами международного спортивного стадиона, тогда можно визуально получить следующие пропорции. Электроны атома на таком «стадионе» будут располагаться на самом верху трибун. Каждый из них будет иметь размеры меньше, чем булавочная головка. Тогда ядро будет расположено в центре этого поля, а его размер будет не больше, чем размер горошины.

Иногда люди задают вопрос, как в действительности выглядит атом. На самом деле он в буквальном смысле слова не выглядит никак – не по той причине, что в науке используются недостаточно хорошие микроскопы. Размеры атома находятся в тех областях, где понятие «видимости» просто не существует.

Атомы обладают очень малыми размерами. Но насколько малы в действительности эти размеры? Факт состоит в том, что самая маленькая, едва различимая человеческим глазом крупица соли содержит в себе порядка одного квинтиллиона атомов.

Если же представить себе атом такого размера, который мог бы уместиться в человеческую руку, то тогда рядом с ним находились бы вирусы 300-метровой длины. Бактерии имели бы длину 3 км, а толщина человеческого волоса стала бы равна 150 км. В лежачем положении он смог бы выходить за границы земной атмосферы. А если бы такие пропорции были действительны, то человеческий волос в длину смог бы достигать Луны. Вот такой он непростой и интересный атом, изучением которого ученые продолжают заниматься и по сей день.

fb.ru

ПРОМЕТИЙ (Pm)

Свойства атома Прометия

Название

Прометий / Promethium

Символ

Pm

Номер

61

Атомная масса (молярная масса)

144,9127 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f5 6s2

Радиус атома

183 пм

Химические свойства Прометия

Ковалентный радиус

199 пм

Радиус иона

(+3e)111 пм

Электроотрицательность

1,1 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Pm←Pm3+ −2,29В

Степени окисления

3

Энергия ионизации (первый электрон)

 536,0(5,56) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства Прометия простого вещества

Плотность (при н. у.)

7,26 г/см3

Температура плавления

1441 K

Температура кипения

~3273 K

Уд. теплота плавления

7,13 кДж/моль

Уд. теплота испарения

330,5 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

27,6 Дж/(K·моль)

Молярный объём

19,96 см3/моль

Кристаллическая решётка Прометия простого вещества

Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки

a=3,65 c=11,65

Отношение c/a

3,19

Прочие характеристики Прометия

Теплопроводность

(300 K) 17,9 Вт/(м·К)

infotables.ru

Электронная теория строения атомов — Справочник химика 21





    Работы Г. Мозли (1887—1915) показали, что действительной основой периодического закона являются не атомные массы, а положительные заряды ядер атомов, численно равные порядковому номеру элемента в периодической системе. На основании периодического закона и работ Г. Мозли был решен важный вопрос о числе еще неоткрытых злементов. Было установлено, например, что между водородом и гелием или между натрием и магнием новых элементов быть не может. Открытие и дальнейшее развитие периодического закона не только избавило исследователей во многих случаях от бесполезной и трудоемкой работы по поиску новых элементов, но и позволило установить число неоткрытых элементов и их порядковые номера в периодической системе. Однако знание только порядкового номера не давало еще оснований помещать элемент в определенную группу периодической системы. Этот вопрос решался с помощью электронной теории строения атома. Применение этой теории показало, например, что неоткрытый элемент № 72 должен быть аналогом циркония, а не лантаноидов. Элемент № 72 (гафний) действительно был найден в циркониевом минерале в 1923 г., а не в лантаноидах, где его много лет безуспешно искали, ошибочно считая аналогом лантаноидов. Даже спустя 70 лет после открытия периодического закона в таблице элементов до урана пустовали четыре клетки с номерами 43, 61, 85 и 87. Эти элементы — технеций, прометий, астат и франций — были [c.14]








    ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА. [c.41]

    В дальнейшем, в связи с возникновением и развитием электронной теории строения атома и химической связи, валентность стали связывать с числом электронов, переходящих от одного атома к другому, или с числом химических связей, возникающих между атомами в процессе образования химического соединения (см. III.7). [c.15]

    Электронную теорию строения атома выдвинул датский физик Нильс Бор. Согласно этой теории, атом состоит из ядра и окружающей его электронной оболочки. [c.57]

    Электронная теория строения атомов [c.28]

    С развитием электронной теории строения атомов стало ясно, что химические свойства элементов являются функцией электронной структуры атомов. Отсюда следует, что в качестве объективного критерия, однозначно определяющего положение элемента в Периодической системе, целесообразно выбрать именно электронное строение атома. Поэтому в развитии Периодического закона выделяют три этапа. На первом этапе в качестве аргумента, определяющего свойства элементов, была выбрана атомная масса и закон был сформулирован Д.И.Менделеевым следующим образом «Свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от их атомного веса». На втором этапе было выяснено значение атомного номера, который, как оказалось, определяет заряд ядра атома. Открытие изотопов и изобаров показало, что истинным аргументом, определяющим природу элемента, является именно заряд ядра, а не атомная масса. Действительно, атомы с одинаковой атомной массой — изобары (например, Аг, Са) — принадлежат разным элементам, в то время как атомы с одинаковым зарядом ядра принадлежат одному элементу, несмотря на то что у них могут быть различные атомные массы (например, изотопы 0, О, зО). В связи с этим по-новому стала звучать и формулировка закона, [c.226]

    Вплоть до 1922 г. не было известно. Что цирконий и его соединения всегда содержат небольшие количества химического элемента с атомным номером 72. Существование этого элемента было предсказано Д. И. Менделеевым еще в 1870 г. На основании электронной теории строения атомов Н. Бор предсказал важнейшие свойства гафния. В 1922 г. Г. Хевеши и Д. Костер при рентгеноспектральном обследовании норвежских и гренландских цирконов обнаружили новые рентгеновские линии, которые совпали с характерными линиями, вычисленными для элемента с порядковым номером 72. [c.5]

    Она (электронная теория. — В. П.) ничего не предсказывает того, чего нельзя предположить и без этой гипотезы, и, во всяком случае, на основе предсказаний электронных гипотез не было сделано ни одного сколько-нибудь выдающегося открытия, а делаемые открытия лишь позднее объясняются электронными теориями. Пока эта гипотеза все же еще пересказ фактов органической химии на язык электронных представлений. Стремление к этому психологически весьма понятно ввиду общей уверенности в огромном значении электронной теории строения атомов для будущего химии  [c.39]

    Вышел в свет учебник Л, В. Писаржевского Введение в химию , в котором изложен весь материал химии с позиций электронной теории строения атомов и молекул. [c.672]

    Идея внутримолекулярных электронных взаимодействий теории электронных эффектов исходит из электронной теории строения атомов и молекул Электронные смещения поэтому должны происходить таким образом, чтобы дублеты, октеты или другие стабильные группировки в атомах по возможности сохранялись [c.87]

    ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА. АТОМ КАК СЛОЖНАЯ СИСТЕМА [c.53]

    В. Коссель предложил статистическую электронную теорию строения атомов и молекул. [c.668]

    ВАЛЕНТНОСТЬ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ АТОМА [c.32]

    Правильное, хотя бы качественное, понимание процессов поглощения света стало возможным только после развития электронной теории строения атома и квантовой химии. Правда, в органической химии ряд ценных обобщений относительно связи между строением и окраской был сделан еще до появления электронной теории. [c.64]

    Таким образом, в свете электронной теории строения атома атомный вес есть среднее значение из масс изотопов, взятых в процентном соотношении, отвечающем их распространенности в природе. [c.37]

    ВАЛЕНТНОСТЬ. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ АТОМА [c.27]

    Основные положения электронной теории строения атома [c.30]

    Основные научные исследования посвяш,ены развитию электронных представлений в химии. Предложил (1916) статическую электронную теорию строения атомов и молекул, согласно которой а) атомы благородных газов обладают особенно устойчивой восьмиэлектронной внешней оболочкой (атом гелия — двухэлектронной) б) атомы других элементов во внешней оболочке имеют неполный электронный октет в) образование химического соединения происходит вследствие перехода электронов от атома одного элемента к атому другого элемента и появления ионной химической связи, то есть благодаря электростатическому притяжению. Наиболее устойчивыми должны быть те соединения, в которых валентные электроны распределяются так, чтобы каждый атом был окружен оболочкой, имитирующей электронную оболочку благородного газа. Гипотеза Косселя о гетерополярных связях легла в основу теории ионной связи и гетеровалентности. [22, 324[ [c.258]

    Периодическая система элементов в свете теории строения атома. Остается подытожить, что дает электронная теория строения атома для понимания периодического закона, в виде следующих положений, нумерация которых соответствует нумерации соответствующих лоложений, приведенных при раскрытии содержания периодического закона на стр. 42—43 (ср. также рис. 21). [c.69]

    Электронная теория строения атома. Атом как сложная система [c.30]

    Валентность элементов в свете электронной теории строения атома [c.44]

    Многие химические реакции характеризуются изменением валентности компонентов реакции. С точки зрения электронной теории строения атома такие реакции мы называем окислительно-восстановительными реакциями. К ним относятся, например, реакции замещения, реакции соединения простых ве- [c.54]

    Рассмотрим с точки зрения электронной теории строения атома, как составляются уравнения окислительно-восстановительных реакций простейшего типа. [c.55]

    Что такое химический элемент и атомный вес в свете электронной теории строения атома  [c.66]

    Описать процесс электролиза СиС1г в водном растворе с применением угольных электродов. 7. В чем состоит сущность явления, называемого электролизом, с точки зрения электронной теории строения атома 8. Что называют а) электролизером, б) анодным процессом, в) катодным процессом, г) катионом, д) анионом 9. Какие процессы при электролизе называют а) первичными, б) вторичными Привести примеры. 10. В каких случаях при электролизе применяется диафрагма И. Как объясняют выделение газообразного водорода на катоде при электролизе водного раствора КаС1 12. Какой закономерности подчиняется окисление отрицательно заряженных ионов на аноде в процессе электролиза 13. Рассказать о применении электролиза а технике. 14. Что такое а) гальванопластика, б) гальваностегия  [c.93]

    Какие реакции называются восстановлением Что представляет собою процесс восстановления с точки зрения электронной теории строения атома  [c.113]

    Электронная теория строения атомов и развитие периодического закона. 11ериодическая система химических элементов явилась наглядным выражением строения атомов элементов, а содержание периодического закона получило более глубокий смысл и новую формулировку свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов. [c.132]

    Изобразите схемы строения атомов натрия и калия и объясните причину их одинаковой валентности с точки зрения электронной теории строения атома. [c.169]

    С развитием электронной теории строения атомов стало ясно, что химические свойства эле.ментов являются функцией электронной структуры атомов. Отсюда следует, что в качестве объективного критерия, однозначно определяюи его положение элемента в периодической системе, целесообразно выбрать именно электронное строение атома. Поэтому в развитии периодического закона выделяют три этапа. На первом этапе в качестве аргумента, определяющего свойства элементов, была выбрана атомная масса и закон был сформулирован Д. И. Менделеевым следующим образом Свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в пер1[одической зависимости от нх атомного веса . На втором этапе было выяснено значение атомного номера, который, как оказалось, определяет заряд ядра атома. Открытие изотопов и изобаров показало, что истинным аргументом, определяющим природу элемента, является именно заряд ядра, а не атомная масса. Действительно, [c.6]

    Который из щелочных металлов является более активным натрий ли калий литий или цезий Объясните это с точки зрения электронной теории строения атома. [c.170]

    В чем состоят различия в свойствах галогенов Как объясняются эти различия электронной теорией строения атома  [c.184]

    Периодическая система и электронная теория строения атома настолько тесно связаны друг с другом, что ни одна из них не могла развиваться без другой. [c.202]

    Каков физический смысл номера группы и номера периода в периодической системе в свете электронной теории строения атома  [c.206]

    В VIII классе вы приступили, опираясь на периодический закон и теорию строения атомов, к систематическому изучению химических элементов. Чтобы более успешно продолжить его, вам предстоит позн комиться с новыми важными выводами из электронной теории строения атомов, объясняющими общие свойства химических соединений каждого класса окислов, кислот, оснований и солей. [c.3]

    В самом деле, в своей работе 1921 г. Бор поставил и решил задачу, дав объяснение периодического изменения физических и хиБЛИческих свойств элементов на основе электронной теории строения атома. [c.260]


chem21.info

Строение атома

Развитие химии во второй половине XIX
века происходило на прочной основе
Периодического закона. Но в своем
основном труде «Основы химии»,
выдержившем много изданий,
Д.И.Менделеев писал: «Периодическая
изменяемость простых и сложных тел
подчиняется некоторому высшему
закону, природу которого, а тем более
причину еще нет средства охватить. По
всей вероятности, она кроется в
основных началах внутренней механики
атомов и частиц». Установление
физиками сложного строения атомов
химических элементов, создание
физической теории (квантовой
механики), которая выяснила
электронное строение атомов, и
ядероной физики, которая объяснила
строение ядер атомов, все это
позволило понять причину
периодического изменения свойств
химических элементов, уточнить
формулировку Периодического закона
и структуру Периодической системы
химических элементов в ее короткой и
длинной формах.

Модели строения атомов в XIX и
начале XX века

Химия — наука о веществах и
закономерностях их превращений.
Молекула — мельчайшая частица
вещества, которая обладает его
основными химическими свойствами,
состоящая из атомов, связанных между
собой химическими связями. А из чего
состоят атомы? Сейчас это знают все
старшеклассники. Атомы химических
элементов состоят из положительно
заряженного ядра и электронов. Как
же наука пришла к такому выводу?

То, что тела могут приобретать
положительный или отрицательный
заряд в результате трения, люди
узнали очень давно. Если опустить
электроды, к которым приложена
разность потенциалов, в раствор
какой-либо соли, то через раствор
может протекать электрический ток и
на отрицательном электроде (катоде)
будет осаждаться, например медь (если
это был раствор медного купороса), а
на аноде будет выделяться кислород.
Законы электролиза были открыты
более 150 лет назад английским
ученым Майклом Фарадеем. Изучение
физиками в конце прошлого века
прохождения электрического тока
через разреженные газы привело к
открытию катодных лучей и
установлению их природы: катодные
лучи отклоняются в магнитном поле
(потому что несут на себе
отрицательный заряд) и представляют
собой поток электронов. Результат
воздействия катодных лучей на
светящийся состав мы наблюдаем на
экране телевизора. Из какого бы
металла не был изготовлен катод при
определенных условиях будут
испускаться катодные лучи,
следовательно, электроны входят в
состав любых атомов. Но кусок металла
обычно электронейтрален, поэтому
наряду с отрицательно заряженными
электронами атомы должны иметь
«что-то» положительно заряженное.

Простейшая модель атома была
предложена английским ученым
Дж.Дж.Томсоном и напоминала сильно
уменьшенную «калорийную булочку».

Предполагалось, что положительный
заряд равномерно распределен по
всему объему атома, а электроны
подобны изюминкам, вкрапленным в
тело булочки. Атом в целом является
электронейтральным, так как
положительные и отрицательные
заряды уравновешивают друг друга.

В 1895 г. было открыто явление
радиоактивности: некоторые вещества
(названные радиоактивными) способны
излучать невидимые «лучи», которые
обладают большой проникающей
способностью и могут «засвечивать»
завернутую в темную бумагу
фотопластинку. Было установлено, что
природа этих «лучей» у разных веществ
может отличаться, и их
классифицировали на a-, b- и g-лучи.
Позже было установлено, что a-лучи —
это ядра атомов He, b-лучи — поток
электронов, а g-лучи — очень «жесткое»
рентгеновское излучение. Изучая
законы прохождения a-лучей через
золотую фольгу (золотая фольга может
быть столь тонкой, что становится
прозрачной), Эрнст Резерфорд —
английский ученый — на основе
статистического анализа
распределения двух миллионов
«вспышек» (сцинцилляций) на экране,
покрытом слоем ZnS, пришел к выводу,
что вся масса атома, несущая
положительный заряд, сосредоточена в
очень малом объеме. Так было открыто
наличие положительного ядра у атомов
химических элементов. Электроны
двигаются в пространстве вокруг ядра
атома и электронная оболочка
определяет пространственные размеры
атомов. Иногда говорят о планетарной
модели строения атома и называют ее
«Моделью Резерфорда». Рассмотрим
доводы «за» и «против».

По закону всемирного тяготения
Ньютона на планету со стороны Солнца
действует сила притяжения:

Все тела, которые не обладали
орбитальной скоростью движения по
отношению к Солнцу, под действием
силы тяготения упали на Солнце. При
возникновении Солнечной системы
планеты приобрели орбитальную
скорость. Если бы не было притяжения
со стороны Солнца или если бы эта
сила оказалась недостаточной, то
планеты ушли бы из Солнечной
системы. В Солнечной системе в
качестве планет остались лишь те тела,
для которых сила тяготения является
центростремительной силой,
сообщающей планете
центростремительное ускорение. При
этом изменяется лишь направление
орбитальной скорости, а
центростремительная сила не
производит работы, поэтому такая
система может существовать
миллиарды лет.

Если теперь рассмотреть простейший
одноэлектронный атом — атом
водорода, то на электрон со стороны
ядра действует не только
гравитационная сила:

по закону всемирного притяжения масс,
но и кулоновская сила:

Зная массы протона и электрона, зная
заряды электрона и протона, легко
сравнить эти силы. Кулоновская сила
превосходит гравитационную в 1039
раз, поэтому последнюю можно не
принимать во внимание. Итак, роль
центростремительной силы в атоме
играет кулоновская сила и «чтобы не
упасть на ядро» электрон должен
иметь орбитальную скорость. В отличие
от планеты электрон несет
чудовищный заряд (в расчете на
единицу массы) и при вращении вокруг
ядра создает переменное магнитное
поле, которое, в свою очередь,
порождает переменное электрическое
поле. Генерируемое электроном
электромагнитное поле невозможно
локализовать, распространяясь в
пространстве, оно будет уносить
кинетическую энергию электрона и за
ничтожную долю секунды электрон
должен будет упасть на ядро атома
(«атомная катастрофа»).

Итак, Э.Резерфорд доказал
существование ядра атома на основе
анализа статистического
распределения a-частиц после их
прохождения через золотую фольгу.
Как доказательство статистические
закономерности использовались
впервые и поэтому вызывали большие
сомнения. Планетарная модель
строения атома противоречила
законам классической
электродинамики. Нужны были новые
доказательства.

В 1913 г. в лабораторию к
Э.Резерфорду приехал стажер из
Дании — Нильс Бор. Он ознакомился с
работами Э.Резерфорда и вернулся на
родину, ему попался на глаза школьный
учебник физики, на обложке которого
был изображен спектр атомарного
водорода. Более того, школьному
учителю физики Бальмеру удалось в
аналитической форме выразить
закономерность расположения линий в
спектре атомарного водорода:

-константа Ридберга, а m —
принимает значения 3, 4, 5…

Почему спектр дискретный? К этому
времени ученые накопили очень
большое количество зарисованных и
заснятых на фотопластинку 
линейчатых (атомарных) и полосатых
(молекулярных) спектров, но никто не
знал, как расшифровать эти спектры,
какую информацию о строении атомов
и молекул они несут.

Где еще ученые встречались с
дискретностью? В 1900 г. немецкий
ученый Макс Планк вывел формулу, для
характеристики излучения абсолютно
черного тела (АЧТ — тело, которое
поглощает все падающие на него лучи,
а все излучение, которое от него
исходит, оно генерирует само).
Поскольку излучение АЧТ не зависело
от материала, из которого оно было
сделано, то М.Планк предположил, что
генерируют излучение электроны,
входящие в состав любых материалов,
при этом колеблющиеся с частотой n
электроны могут находиться лишь в
состояниях, набор которых определяет
квантовое число n, принимающее
целочисленные значения 1, 2, 3, 4 и
т.д.:

,

Поэтому Нильс Бор предположил, что
при движении электрона по орбите
вокруг ядра его момент количества
движения (произведение массы me на
скорость v в физике называют
импульсом или количеством движения,
а при умножении этой величины на
радиус окружности r получают момент
количества движения) является
величиной квантованной:

Решая совместно систему из уравнения всемирного тяготения и последнего уравнения, Н.Бор не
только получил «дозволенные» орбиты
для электрона в атоме водорода, но и
вычислил радиусы этих орбит,
орбитальную скорость электрона,
потенциальную, кинетическую и
полную энергии электрона на этих
орбитах. Если электрон перескакивает
с одной дозволенной орбиты на
другую, то, например, избыток энергии
он излучает в виде фотона
(электромагнитной волны) с частотой n
или длиной волны l=1/n. В результате
Н.Бор не только вывел формулу
Бальмера, но и получил выражение для
константы Ридберга через
фундаментальные физические
константы.

Конечно, главное противоречие
планетарной модели в теории Бора так
и не было преодолено, но на ее
сторону были привлечены очень
точные для того времени спектральные
данные для атомарного водорода.
Исследуя спектр солнечного света,
удалось найти не только линейчатый
спектр атомарного водорода, но и
обнаружить «смещенные» линии,
которые были отнесены к изотопу
водорода — дейтерию, масса ядра
которого почти в два раза больше, чем
у водорода, и к ионизированному
гелию He+, масса которого в четыре
раза больше, чем у водорода. Когда-то
в споре философов о познаваемости
окружающего нас мира как пример
того, что человек никогда не сможет
узнать, приводили качественный и
количественный состав Солнца. Сейчас
его ученые знают гораздо лучше, чем
качественный и количественный состав
Земли, особенно ее глубинных слоев —
ядра.

Таким образом, переход от модели
строения атома, предложенной
Дж.Дж.Томсоном, к планетарной
модели большой вклад внесли
Э.Резерфорд и Н.Бор. Эту модель
называют «Моделью
Резерфорда-Бора». Попытки Н.Бора
расшифровать атомные спектры
многоэлектронных атомов не
увенчались успехом.

 

другие статьи:

  1. Агрегатные состояние вещества
  2. Строение атома — развитие моделей
  3. Квантовая механика и строение
    атома водорода
  4. Электронные конфигурации
    атомов и периодический закон
  5. Ядра атомов. Радиоактивность и изотопы
  6. Строение молекул. Типы химической связи
  7. Квантовая механика молекул и теория химической связи. Метод молекулярных орбиталей. Теория спин-валентности
  8. Окислительно-восстановительные реакции
  9. Химическая термодинамика
  10. Химическая кинетика и катализ
  11. Химическое равновесие.
    Обратимые и необратимые реакции
  12. Электрохимия. Свойства электролитов. Электролиз

www.himikatus.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о