Сочинение на тему строение атомов

12 вариантов

1. 19
   Строение атома
   1. Ядро и электроны
   Развитие естествознания на границе XIX-XX веков показало, что помимо химических превращений существует целый ряд процессов, в которых атомы выступают как сложные объекты, состоящие из положительно заряженной части – ядра и отрицательно заряженных электронов, суммарный заряд которых в точности компенсирует заряд ядра. В результате работ английского физика Дж. Дж. Томсона и американского физика Р.С. Малликена было установлено, что электрон имеет массу 9,1*1031 кг, или 1/1837 массы атома водорода, и заряд 1,6*10 19 Кл. Основная масса атома сосредоточена в ядре, которое занимает очень малую часть его объема: диаметр ядра порядка 1СГ14 м, он составляет лишь около 10 4 диаметра атома. Наглядно это соотношение размеров можно представить себе, если увеличить атом в 1011 раз: тогда ядро диаметром 1 мм разместится внутри атома диаметром 10 метров!
   Позднее было показано, что атомные ядра состоят из положительно заряженных частиц – протонов и незаряженных частиц – нейтронов. Протон имеет заряд, равный заряду электрона, но со знаком плюс, его масса практически равна массе нейтрона. Отметим, что в химии принято выражать заряды ионов в единицах заряда электрона с соответствующим знаком, например Н+, Mg2+, СГ.
   Таким образом, число протонов в ядре определяет его заряд и порядковый номер, а сумма чисел протонов и нейтронов – округленную общую массу ядра в атомных единицах, или массовое число атома. Очевидно, что в электронейтральном атоме число протонов в атомном ядре равно числу электронов в электронной оболочке атома.
   2. Атомный номер элемента. изотопы
   Порядковый номер элемента принято называть его атомным номером и обозначать буквой Z. Атомный номер лежит в основе систематизации химических элементов и определяет их положение в периодической системе.
   При определенном атомном номере, т.е. при определенном числе протонов, в ядре могут находиться разные числа нейтронов, поэтому могут существовать отличающиеся по массе разновидности атомов одного и того же элемента – изотопы.
   Например, природный водород представляет собой смесь изотопов с массовыми числами 1 и 2, а.
   Клетка периодической таблицы
   В ядре атома урана 92 протона, а в его электронной оболочке – 92 электрона
   В периодической таблице, элементы расположены в порядке увеличения заряда ядра, а в отдельных клеточках таблицы принято приводить средневзвешенные атомные массы, поэтому они часто сильно отличаются от целочисленных.
   Рис. 2.3, а. Масс-спектрометр.
   Газ вводится в вакуумированный прибор через трубку (i) и подвергается ионизации потоком электронов из электронной пушки (2). Заряженные пластины (3) и (4) разгоняют поток полученных положительных ионов, который проходит че-рез щель в пластине (4) и попадает в поле магнита (5), отклоняющее отдельные ионы в соответствии с отношением заряд: масса. За второй щелью (в) расположен детектор (7), который регистрирует число частиц, прошедших через щель. Меняя напряженность магнитного поля, можно последовательно регистрировать относительное количество ионов с различной массой, получая масс-спектр.
   В масс-спектрометре молекулы газа превращаются в ионы. Показана часть масс-спектра, соответствующая нонам ТЮ+ и ТЮ2. Отдельные полосы отвечают пяти изотопам титана с массой 46, 47, 48, 49, 50 значений масс атомов и разделение изотопов стало возможным в результате создания масс-спектрометрии – метода, основанного на воздействии магнитного поля на направленные пучки заряженных частиц.
   3. Ядерная модель атома
   Первая модель атома была предложена в начале XX века Э. Резерфордом, новозеландцем, работавшем в Англии. Она предполагала, что электроны движутся с большой скоростью по круговым орбитам вокруг ядра, подобно планетам по отношению к Солнцу. По представлениям классической электромагнитной теории в таком атоме электрон должен приближаться по спирали к ядру, непрерывно излучая энергию. Через короткое время электрон неизбежно должен упасть на ядро. Это очевидное несоответствие фактам было не единственным недостатком модели Резерфорда: плавное изменение энергии электронов в атоме не согласовывалось с появившимися наблюдениями над спектрами атомов. Одним из достижений второй половины XIX века была разработка атомного спектрального анализа – точного и чувствительного метода, сыгравшего важнейшую роль в открытии новых элементов и послужившего экспериментальной основой изучения строения атомов. Метод основан на испускании света свободными атомами, получающимися при сильном нагреваний вещества; при этом атомы переходят из основного состояния с минимальной энергией в возбужденные состояния с более высокими энергиями.
   Возвращаясь в основное состояние, атомы излучают свет. Оказалось, что атомные спектры излучения состоят из отдельных линий, отвечающих только определенным длинам волн.
   Чтобы объяснить линейчатый характер атомных спектров и устойчивость атомов, знаменитый датский физик Нильс Бор предложил два постулата, выходящие за рамки классической физики:
   Из бесконечного числа орбит, возможных с точки зрения классической механики, допустимы лишь определенные орбиты, по которым электрон движется не излучая.
   Частота поглощаемого или испускаемого атомом излучения при переходе из одного разрешенного состояния в другое определяется разностью энергий этих состояний.
   При этом Бор опирался на идею Макса Планка о квантовании энергии. Планк установил, что, хотя свет, испускаемый раскаленным телом, кажется сплошным, световая энергия поглощается или излучается отдельными порциями – квантами Е = hv, пропорциональными частоте светового электромагнитного колебания. Коэффициент пропорциональности h = 6,6252 * 10 34 Дж * с был назван постоянной Планка. Таким образом в науку было введено понятие кванта света, или некоторого светового пакета – фотона, отражающее не только волновую, но и корпускулярную природу света.
   Модель Бора позволила рассчитать точные значения энергии атома водорода и любых одноэлектронных ионов, но оказалась непригодной для объяснения наблюдаемых энергетических характеристик атомов с двумя и более электронами; главный же ее недостаток заключался в том, что она не давала логического обоснования природы квантования и устойчивости не меняющихся во времени состояний атома. Однако, несмотря на эти недостатки, сами идеи Бора о квантовании и стационарных состояниях легли в основу современного описания строения атома с позиций квантовой механики.
   4. Волновые свойства электрона
   
   Вскоре после 1920 г. был сделан следующий важный шаг в познании микромира: было установлено, что не только световые кванты, но и любые микрочастицы, в том числе электроны, обладают двойственной природой – частицы как таковой и волны.
   Например, электрону при скорости 3 * 10е м/с отвечает длина волны
   В частности, удалось обнаружить дифракцию электронов на периодической решетке кристаллов и на молекулах газов. Частице с массой покоя т, движущейся со скоростью v, соответствует длина волны X, которая может быть найдена из уравнения де Бройля: сопоставимая с размерами атома. В то же время можно говорить и об импульсе и даже о массе движущегося фотона, хотя, конечно, его масса покоя равна нулю. Это обстоятельство существенным образом влияет на характер информации, которую дает спектроскопия. При столкновении фотона с электроном меняются импульс фотона и частота света, тем самым давая экспериментатору информацию об импульсе электрона. Однако, поскольку импульсы фотона и электрона сопоставимы, при этом меняется и импульс электрона, который надо определить. Ситуация в какой-то степени подобна попытке измерить скорость бегуна с помощью наблюдателя, который прыгает ему на плечи с разбега. Математически эти соображения описываются принципом неопределенности Гейзенберга, согласно которому возможность одновременного определения положения микрочастицы в пространстве и ее импульса ограничена постоянной Планка. Это, в частности, означает, что если мы хотим определить с большой точностью энергию электрона в атоме, то мы не сможем столь же точно определить его положение по отношению к ядру.
   5. Квантово-механическая модель атома
   Представления о стационарных состояниях атома и двойственной природе электрона, а также требования принципа неопределенности были использованы австрийским физиком Эрвином Шредингером, который в 1926 г. предложил модель, описывающую электрон в атоме как своего рода стоячую волну, причем вместо точного положения электрона в пространстве рассматривалась вероятность его пребывания в определенном месте.
   Для того чтобы представить себе электрон в виде трехмерной стоячей волны, остановимся сначала на более простой одномерной модели стоячей волны, в качестве которой можно взять струну, закрепленную на концах. Струна способна издавать звуки только определенных частот, так как на ее длине может уложиться лишь целое число полуволн – это и есть квантование энергии колебаний струны. Для описания характера стоячих волн одномерной системы достаточно одного числа п, которое однозначно определяет длину волны и число узловых точек, в которых струна неподвижна, как и на закрепленных концах.
   Моделью двумерной системы, испытывающей стационарные колебания, может служить круглая мембрана, закрепленная по периметру, например, в телефонной трубке. Здесь также возможны лишь определенные, квантованные колебания, для описания которых необходимы уже два числа.
   Теперь очевидно, что для описания пространственного движения электрона в атоме как трехмерной стоячей волны необходимы и достаточны три числа, получившие название квантовых чисел. Квантово-механическое описание атома не требует никаких дополнительных постулатов, квантование энергии электрона естественным образом возникает из природы самого атома или так называемых граничных условий, которые сводятся к тому, что электрон не покидает атом и способен двигаться с конечной скоростью.
   В волновой механике электрон, как и любая микрочастица, описывается с помощью волновой функции. Его движение определяется уравнением, предложенным Шредингером, – знаменитым уравнением Шредингера. Решением этого уравнения является волновая функция |/, которая соответствует разрешенной энергии электрона и описывает зависимость амплитуды стационарной волны, соответствующей электрону, от трех его пространственных координат. Квадрат волновой функции определяет вероятность пребывания электрона в некоторой пространственной области. Здесь мы как раз встречаемся со случаем точного знания энергии электрона и вероятностного описания его положения в пространстве. Во многих случаях удобно рассматривать электрон как размытое в пространстве облако отрицательного заряда. Плотность такого электронного облака в любой точке пропорциональна V) /2. Модель электронного облака наглядно описывает распределения электронной плотности в пространстве, хотя она физически несовершенна, так как одноименно заряженные части облака должны отталкиваться друг от друга, вызывая его рассеивание. На самом же деле электрон не отталкивается “сам от себя”. Это обстоятельство несколько ограничивает аналогию между электроном и облаком, но не мешает нам говорить об электронных облаках во всех случаях, когда мы не интересуемся деталями, связанными с их потенциальной энергией. Представлением об электронных облаках мы будем широко пользоваться в этой книге.
   6. Одноэлектронный атом. квантовые числа
   В случае атома водорода и одноэлектронных ионов уравнение Шредингера может быть решено точно.
   Таким образом может быть получен набор волновых функций электрона или атомных орбиталей. Словом “орбиталь”, в отличие от “орбиты”, подчеркивается волновая природа электрона. Каждая АО зависит от трех пространственных координат электрона и характеризуется определенными значениями трех квантовых чисел п, I, т.д.ля описания одноэлектронного атома, в котором электрон принимает участие в единственном взаимодействии – с ядром, обладающим сферически-симметричным электростатическим полем, удобно использовать не декартову систему координат с переменными х, у, г, а сферическую с переменными.
   Для наших целей нет необходимости заниматься математической стороной решения сложного дифференциального уравнения Шредингера, однако для дальнейших химических выводов важно, что в сферических координатах возможно разделение переменных, и само его решение j/n приобретает более удобный для дальнейшего анализа вид:
   Здесь Rnt – радиальная составляющая волновой функции, зависящая от единственной переменной г – расстояния электрон – ядро и характеризуемая только двумя квантовыми числами п и I, а Ylm – угловая составляющая волновой функции, описывающая зависимость распределения электронной плотности от углов 9 и ф, т.е. форму и ориентацию АО, и характеризуемая квантовыми числами I и т. Рассмотрим последовательно физический смысл квантовых чисел п, I, ти характер различных АО.
   Квантовое число п называется главным квантовым числом. Величина п определяет номер электронного слоя: чем меньше п, тем прочнее электрон связан с ядром и тем ближе, в среднем, он находится к ядру. Главное квантовое число может принимать целочисленные положительные значения 1, 2, 3 и т.д. Набор АО с одинаковым п составляет слой. Основному состоянию атома водорода соответствует п = 1, при этом Е1 = – 1312 кДж. Такое количество энергии выделится при образовании одного моля атомов водорода из протонов и электронов, находящихся на бесконечном удалении друг от друга. В одноэлектронном атоме или в одноэлектронном ионе с зарядом ядра Z главное квантовое число однозначно определяет энергию электрона Еп:
   Еп = – Rtf/a2
   Здесь R – постоянный множитель, равный 1312 кДж, если энергия отнесена к 1 молю атомов и заряд Z измеряется в единицах заряда электрона.
   Второе квантовое число I называется орбитальным, оно определяет возможные квантованные величины орбитального момента количества движения электрона. Число I может принимать целочисленные значения от 0 до п – 1.
   По традиции, сложившейся в процессе изучения атомных спектров, значения I обычно обозначают буквами: s, р, d, f и далее по английскому алфавиту вместо 0, 1, 2, 3 и т.д. Для нас самое главное то, что при описании электрона в виде облака число I определяет его форму. Так, s-электроны имеют шарообразные, сферически симметричные облака, лишь в этом случае волновая функция |/ не зависит от углов Э и ф; р-электроны {I = 1) имеют гантелеобразные облака, d-электроны образуют облака еще более сложной формы.
   Вернемся к уравнению, в котором при RM стоят индексы nl. Как уже отмечалось, это значит, что первое и второе квантовые числа вместе полностью определяют характер радиальной части волновой функции. Рассмотрим, как меняется плотность электронного облака с расстоянием от ядра. На рис.2.10 по оси ординат отложена вероятность нахождения электрона в пространстве, заключенном между сферами с радиусами г и г + dr. Из рисунка видно, что все эти кривые, которые называются кривыми радиального распределения электронной плотности, проходят через один или несколько максимумов. Если максимумов несколько, то они разделены узловыми точками, в которых плотность равна нулю. Последний от ядра максимум – самый большой, главный. Число максимумов равно п – I, число узловых точек равно – 1. Таким образом, с учетом углового и радиального распределения облако, соответствующее ls-электрону, можно представить себе как диффузный шар переменной плотности, имеющей один максимум и постепенно сходящей на нет при удалении от центра. Облако 2″-электрона подобно сфере с двумя сгущениями плотности и т.д.

   Видно, что среднее расстояние электрона от ядра существенно различно для разных атомных орбиталей: оно растет с увеличением п, а при равных п – с уменьшением I. Чем меньше I при одинаковых п, тем дальше от ядра и тем ниже главный максимум и тем большая часть электронной плотности находится ближе к ядру за счет внутренних максимумов.
   Третье квантовое число т – магнитное – определяет направление орбитального момента электрона, а с точки зрения модели электронного облака – ориентацию его в пространстве. Магнитное квантовое число может принимать целочисленные значения от – I до +1, что соответствует разрешенным квантовой механикой значениям проекции орбитального момента на заданное направление в пространстве. Следует отметить, что определенное направление может быть задано внешним полем – электрическим или магнитным. В отсутствие внешнего поля все разрешенные ориентации электронного облака равновероятны.
   Поскольку облако s-электронов сферически симметрично, вопрос о его ориентации просто не имеет смысла. В случае р-электронов возможны три значения магнитного квантового числа – 1,0 и +1 и, соответственно, разрешены три взаимно перпендикулярные ориентации гантелеобразного облака. У d-электронов возможны пять значений т, у /электронов – семь.
   Итак, три квантовых числа – главное, орбитальное и магнитное – позволяют задать атомную орбиталъ и достаточно подробно охарактеризовать одноэлектронный атом: мы точно знаем энергию электрона и можем качественно описать электронное облако – его форму, ориентацию в присутствии внешнего поля, число сгущений электронной плотности и число внутренних узловых поверхностей, где плотность сходит к нулю.
   Однако тремя квантовыми числами не исчерпываются данные, необходимые для полного описания состояния электрона в атоме. Детальное исследование атомных спектров показало, что электрон обладает собственным моментом количества движения, который получил название спинового момента или спина. При вероятностном описании электрона как стоячей волны или как электронного облака спин не имеет классических аналогий – это просто свойство микрочастиц.
   Спин электрона характеризуется спиновым квантовым числом ms, которое может иметь два значения +1/2 и – 1/2, т.е. спин может иметь два противоположных направления.
   Таким образом, для полной характеристики состояния электрона в атоме необходимы четыре квантовых числа. Первые три из них определяют распределение его плотности в пространстве, а четвертое – его спин. Знание смысла и возможных значений квантовых чисел имеет исключительное значение для химика, поэтому ниже мы приводим краткую сводку важнейших сведений такого рода.
   Решение уравнения Шредингера для атома водорода позволяет, в принципе, рассчитать его основные характеристики с любой точностью, даже точнее, чем их дает эксперимент. Наиболее важными экспериментальными характеристиками любых атомов являются энергии отрыва и присоедниения электронов. Энергию отрыва электрона от атома, молекулы или иона не совсем правильно принято называть потенциалом ионизации. Потенциал ионизации обозначают обычно буквой / и измеряют в электрон-вольтах. Экспериментально измеренный потенциал ионизации водорода равен 13,6 эВ* или как раз 1312 кДж.
   Другой важной энергетической характеристикой атома является сродство к электрону – энергия, которая выделяется при присоединении к нему дополнительного электрона. Сродство обычно обозначают буквой А с указанием частицы, например для водорода Ан = 73 кДж/моль. Знак “плюс” здесь говорит о том, что атом водорода приобретает второй электрон с выделением энергии, образуя ион Н.
   7. Многоэлектронные атомы
   При переходе от одноэлектронного атома к многоэлектронному в дополнение к взаимодействию электрон – ядро появляется новый тип взаимодействий – электронов друг с другом. Взаимодействие любого электрона с остальными зависит от состояния каждого электрона и не может быть точно учтено, если неизвестны волновые функции всех остальных электронов, которые, в свою очередь, не могут быть рассчитаны, если неизвестно взаимодействие данного электрона с остальными. Получается замкнутый круг, который принципиально не дает возможности точно решить уравнение Шредингера для многоэлектронного атома. Эта трудность, к счастью, может быть преодолена посредством приближенного решения, суть которого заключается в следующем. Каждый электрон рассматривается отдельно таким образом, как будто он находится в одноэлектронном атоме, заряд ядра которого частично экранирован усредненным сферически-симметричным полем остальных электронов. Отдельный электрон при этом испытывает только кулоновское притяжение центра, состоящего из ядра и остальных электронов, т.е. действие некоторого центрально-симметричного положительного эффективного заряда, меньшего, чем заряд ядра. При таком подходе для многоэлектронных атомов сохраняют смысл понятия атомной орбитали и четырех квантовых чисел, только истинный заряд ядра заменяется эффективным.
   Рассмотрим для примера с этой точки зрения атом гелия в основном состоянии. Если бы в нем совсем не было межэлектронного взаимодействия, то оба электрона находились бы на орбитали с п = 1 в поле заряда Z = +2 и по формуле имели бы энергию Е = = – 13,6 * 4 = – 54,4 эВ, равную экспериментально определенному потенциалу ионизации одноэлектронного иона Не+. Другой крайний вариант – идеальное экранирование заряда ядра одним электроном по отношению к другому, который тогда испытывал бы действие заряда ядра, уменьшенного ровно на единицу, т.е. ядра с Z = +1. Тогда мы получаем точно такую же ситуацию, как в атоме водорода, и потенциал ионизации должен быть равен 13,6 эВ.
   Для реального атома гелия истина лежит где-то между этими крайностями, действительно, его потенциал ионизации составляет 24,6 эВ. По формуле можно подсчитать заряд Z*, который должен испытывать на себе электрон с этой энергией в одноэлектронном атоме: Z* = ^24,6/13,6 = 1,34. Это и есть тот самый эффективный заряд, который действует на каждый электрон в атоме гелия.
   В общем случае эффективный заряд ядра Z* – это положительный заряд, который “чувствует” электрон в многоэлектронном атоме на заданной АО. Пользуясь эффективными зарядами ядер, мы можем оценивать энергию атомных орбиталей в многоэлектронном атоме.
   8. Электронная конфигурация атома
   Распределение электронов по АО называют электронной конфигурацией атома. Порядок заполнения АО электронами определяется двумя важнейшими принципами.
   Согласно принципу минимума энергии наиболее устойчивому состоянию атома отвечает размещение электронов на орбиталях с наименьшей энергией, т.е. обеспечивается минимум потенциальной энергии системы, состоящей из электронов с ядром.
   Согласно принципу Паули любые два электрона в атоме во избежание бесконечно большого взаимного отталкивания должны отличаться друг от друга хотя бы одним квантовым числом. Так, если два электрона находятся на одной АО, то они должны иметь противоположные спины.
   В соответствии с указанными принципами атом гелия в основном состоянии имеет электронную конфигурацию Is2, при которой оба электрона находятся на ls-орбитали и имеют противоположные спины. Суммарный спин атома равен нулю. Схематически эту ситуацию можно изобразить в виде ячейки с двумя стрелками:
   Атом лития, следующий за гелием в периодической системе, содержит три электрона. По принципу минимума энергии два из них расположатся, как и в атоме гелия, на ls-орбитали. Третий электрон в соответствии с принципом Паули должен располагаться на АО с п = 2. Однако таких возможностей две – 2s – и 2р-орбитали, и электрон будет иметь меньшую энергию на той из них, где он будет испытывать действие более высокого эффективного заряда. Рассмотрим с этой точки зрения кривые распределения электронной плотности в атоме лития в зависимости от расстояния от ядра. Из этих кривых хорошо видно, что замкнутый слой Is расположен гораздо ближе к ядру, чем основная плотность 2s – или 2р-электрона. Однако внутренний максимум 2в-электрона практически полностью проникает в ls-электронную плотность в близкой к ядру области, и определенная часть его плотности “чувствует” на себе почти полный заряд ядра Z=+3. Единственный максимум 2р-электрона далек от ядра, а в области сосредоточения ls-электронов находится лишь незначительная его часть. Следовательно, в атоме лития электрон на 2в-орбитали испытывает на себе действие несколько более высокого эффективного заряда, он несколько хуже экранирован от ядра ls-электронами, чем электрон на 2р-орбитали, и прочнее связан с ядром. Соответственно, в основном состоянии атом лития будет иметь электронную конфигурацию ls22s1, а конфигурация ls22p1 отвечает возбужденному состоянию.
   Рассматривая одноэлектронный атом, мы пришли к заключению, что при одинаковых п за счет внутренних максимумов ближе к ядру находится большая часть плотности того электрона, который расположен на орбитали с меньшим значением I. Это в основном и определяет тот важнейший для всей химии факт, что в одном слое s-электроны испытывают на себе самый большой эффективный заряд, р-электроны – меньший, d-электроны – еще меньше и т.д.
   Другими словами, res-электроны наиболее прочно связаны с ядром и находятся на наиболее низком энергетическом уровне, далее следуют яр-электроны, а затем – red-электроны. Таким образом, энергия электронов в многоэлектронных атомах зависит не только от п, но и от I; при равных п она возрастает в порядке увеличения I. Порядок заполнения АО для любого атома описывается эмпирическими правилами Клечковского:
   АО заполняются в порядке увеличения суммы п + I. При одинаковых значениях суммы п + I АО заполняются в порядке увеличения п.
   Отметим, что одному и тому же Сочетанию значений п и I могут отвечать несколько атомных орбиталей, различающихся значениями магнитного квантового числа т. Например, 2р-электрон может находиться в любой из трех ячеек с т, равным – 1, 0 или +1:
   Во всех этих трех случаях электрон будет иметь одну и ту же энергию, но разные волновые функции. В таких случаях говорят, что состояние электрона вырождено.
   В данном случае оно трижды вырождено, т.е. три состояния имеют одинаковую энергию. Если в атоме появляется второй р-электрон, го межэлектронное отталкивание будет минимальным, когда оба электрона находятся в разных ячейках и имеют одинаковые спины.
   В общем случае при определении электронной конфигурации основного состояния атома удобно пользоваться правилом Хунда: минимальной энергии отвечает максимальный суммарный спин.
   Например, основному состоянию атома азота отвечает электронная конфигурация:
   Указанные принципы позволяют легко определить электронную конфигурацию любого атома; для основных состояний электронные конфигурации атомов приведены в табл.2.1
   Энергия электронов, находящихся на различных орбиталях атома, которую для краткости принято называть энергией атомных орбиталей, показана на рис. в зависимости от атомного номера. При Z = 1 число энергетических уровней соответствует числу значений п. При Z > 1 уровни расщепляются на подуровни с разными значениями I, причем энергия подуровней увеличивается в порядке возрастания I. Хотя ход отдельных кривых довольно сложен, но в целом он разумно объясняется в терминах эффективных зарядов таким же образом, как и различие 2s – и 2р – подуровней.
   Электронные конфигурации атомов в основном состоянии
   Возвращаясь к литию, отметим, что этот элемент в какой-то степени аналогичен водороду из-за того, что его атом содержит один 2в-электрон, и литий легко образует ион Li+. Однако первый потенциал ионизации лития /i = 5,39 эВ существенно меньше, чем у водорода, здесь уже сказывается рост главного квантового числа). Поэтому литий легко реагирует с большинством неметаллов, хорошо растворяется в кислотах, теряя электрон и переходя в ион Li*, т.е. проявляет свойства типичного активного металла.
   Второй потенциал ионизации лития I2 = 75,7 эВ очень велик, так как его ls-электроны расположены гораздо ближе к ядру, чем 2в-электрон. На этом примере хорошо видно, что электроны внутренних замкнутых слоев не распространяются на периферию атома и настолько прочно связаны с ядром, что, как правило, непосредственно не затрагиваются в химических процессах. В химии оказывается очень полезным разделение электронов на внешние, или валентные, и внутренние, или основные. “Химическая” роль последних сводится к участию в формировании эффективного заряда, действующего на валентные электроны.
   9 Электроотрицательность
   Идея эффективного заряда лежит в основе оценки ряда полезных характеристик атомов, которыми мы будем широко пользоваться в этой книге. Среди них особенно важна электроотрицательность, которая представляет собой обобщенную характеристику элемента, связанную не с электронами на отдельных орбиталях, а с внешними электронами вообще. Под электроотрицательностью понимают усредненную характеристику способности атома, находящегося в соединении, притягивать электрон. При этом пренебрегают разницей в состояниях атомов в различных соединениях. В отличие от потенциала ионизации и сродства к электрону, электроотрицательность – не строго определенная физическая величина, а полезная условная характеристика.
   В табл.2.2 приведены значения электроотрицательности элементов по шкале Олреда – Рохова, основанной на вычислении силы кулоновского притяжения, действующей на внешний электрон. Отметим, что весь диапазон значений ЭО элементов заключен между 0,9 для наименее электроотрицательных металлов 1-й и 2-й групп и 4,1 для наиболее электроотрицательного фтора.

2. Министерство Здравоохранения Республики Казахстан
   Южно-Казахстанская Государственная Фармацевтическая Академия
   Кафедра «ФГЗ и химии»
   Реферат
   Тема: Строение атома. Постулаты Бора. Квантовые числа
   Выполнил: Сейдуали Е.
   Проверил: Мамытова В. К.
   г. Шымкент 2013
   Содержание:
   Введение
   1. Строение атома
   2. Модель Резерфорда
   3. Постулаты Бора
   4.Квантовые числа
   Заключение
   Введение
   В моём реферате мы рассмотрим строение атома, вообще из чего же состоит самая мельчайшая частица веществ. В добавок к этому теории, модели ученых-химиков, а точнее Модель Резерфорда, Постулаты Бора. Представление о квантовых числах. В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства взависимости от её «сущности». Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших частиц, называемых атомами. Научные основы атомно-молекулярного учения были заложены позднее в работах русского учёного М.В. Ломоносова, французских химиков Л. Лавуазье и Ж. Пруста, английского химика Д. Дальтона, итальянского физика А. Авогадро и других исследователей.
   Строение атома
   Периодический закон Д.И. Менделеевапоказывает существование закономерной связи между всеми химическими элементами. Это говорит о том что в основе всех атомов лежит нечто общее. До конца XIX века в химии царило убеждение, что атом есть наименьшая неделимая частица простого вещества. Считалось, что при всех химических превращениях разрушаются и создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на части. Инаконец в конце XIX века были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения одних атомов в другие.
   Это послужило толчком к образованию и развитию нового раздела химии «Строение атома». Первым указанием на сложную структуру атома – были опыты по изучению катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Для наблюдения этих лучей изстеклянной трубки, в которую впаяны два металлических электрода, выкачивается по возможности весь воздух и затем пропускается сквозь нее ток высокого напряжения. При таких условиях от катода трубки перпендикулярно к его поверхности распространяются “невидимые” катодные лучи, вызывающие яркое зеленое свечение в том месте, куда они попадают. Катодные лучи обладают способностью приводить в движение. На ихпути легко подвижные тела откланяются от своего первоначального пути 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 состоят из мельчайших частиц, несущих отрицательный заряд и летящих соскоростью, достигающей половины скорости света. Также удалось определить массу и величину их заряда. Масса каждой частицы равнялась 0,00055 углеродной частицы. Заряд равняется 1,602 на 10 в минус 19 степени. 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 существовать без своих зарядов, не могут быть превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет, самую сущность их природы. Эти частицы получили название электронов. В катодных трубках электроны отделяются от катода под влиянием электрического заряда. Но они могут возникать и вне всякой связи сэлектрическим зарядом. Так, например при электронной эмиссии металлы испускают электроны; при фотоэффекте многие вещества также выбрасывают электроны. Выделение электронов самыми разнообразными веществами указывает на то, что эти частицы входят в состав всех атомов; следовательно атомы являются сложными образованиями, построенными из более мелких «составных частей»….

3. доклад на тему строение атомов..

   Ответы:

   Строение атома
   При химических реакциях ядра атомов остаются без изменений, изменяется лишь строение электронных оболочек вследствие перераспределения электронов между атомами. Способностью атомов отдавать или присоединять электроны определяются его химические свойства.
   Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Благодаря волновым свойствам электроны в атоме могут иметь только строго определенные значения энергии, которые зависят от расстояния до ядра. Электроны, обладающие близкими значениями энергии образуют энергетический уровень. Он содержит строго определенное число электронов – максимально 2n2. Энергетические уровни подразделяются на s-, p-, d- и f- подуровни; их число равно номеру уровня.
   Квантовые числа электронов.
   Состояние каждого электрона в атоме обычно описывают с помощью четырех квантовых чисел: главного (n), орбитального (l), магнитного (m) и спинового (s). Первые три характеризуют движение электрона в пространстве, а четвертое – вокруг собственной оси.
   Главное квантовое число (n). Определяет энергетический уровень электрона, удаленность уровня от ядра, размер электронного облака. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3 …) и соответствует номеру периода. Из периодической системы для любого элемента по номеру периода можно определить число энергетических уровней атома и какой энергетический уровень является внешним.

4. Строение атома.
   В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя
   едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности».
   Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших частиц,
   называемых атомами. Научные основы атомно-молекулярного учения были заложены
   позднее в работах русского учёного М.В. Ломоносова, французских химиков Л.
   Лавуазье и Ж. Пруста, английского химика Д. Дальтона, итальянского физика А.
   Авогадро и других исследователей.
   Периодический закон Д.И. Менделеева показывает существование
   закономерной связи между всеми химическими элементами. Это говорит о том что в
   основе всех атомов лежит нечто общее. До конца XIX века в химии царило
   убеждение, что атом есть наименьшая неделимая частица простого вещества.
   Считалось, что при всех химических превращениях разрушаются и создаются только
   молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на части. И
   наконец в конце XIX века были сделаны открытия, показавшие сложность
   строения атома и возможность превращения одних атомов в другие.
   Это послужило толчком к образованию и развитию нового раздела химии
   «Строение атома». Первым указанием на сложную структуру атома – были опыты по
   изучению 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 катода трубки перпендикулярно к
   его  поверхности распространяются “невидимые” катодные лучи,
   вызывающие яркое зеленое свечение в том месте, куда они попадают. Катодные лучи
   обладают способностью приводить в движение. На их пути легко подвижные тела
   откланяются  от   своего   первоначального пути 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
   состоят из мельчайших частиц, несущих отрицательный заряд и летящих со
   скоростью, достигающей половины скорости света. Также удалось определить массу
   и величину их заряда. Масса каждой частицы равнялась 0,00055 углеродной
   частицы. Заряд равняется 1,602 на 10 в минус 19 степени. 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 существовать без своих зарядов, не могут быть
   превращены в электронейтральные   частицы: электрический заряд составляет,
   самую сущность их природы. Эти частицы получили название электронов. В катодных
   трубках электроны отделяются от катода под влиянием электрического заряда. Но
   они могут возникать и вне всякой связи с электрическим зарядом. Так, например
   при электронной эмиссии металлы испускают электроны; при фотоэффекте многие
   вещества также выбрасывают электроны. Выделение  электронов самыми
   разнообразными веществами указывает на то, что эти частицы входят в состав всех
   атомов; следовательно атомы являются сложными  образованиями, построенными из
   более мелких «составных частей».
   Изучение строения атома  практически началось в 1897-1898  гг.,  после
   того как была окончательно установлена природа катодных   лучей как потока
   электронов  и были определены величина заряда и масса электрона. Факт выделения
   электронов самыми разнообразными  веществами приводил к выводу, что электроны
   входят в состав всех атомов. Но атом, как известно, электрически нейтрален, из
   этого следовало, что в его состав должна была входить ещё одна составная часть,
   уравновешивавшая сумму отрицательных зарядов электронов. Эта  положительно
   заряженная часть атома была открыта в 1911 г.  Резерфордом при
   исследовании движения
   a-частиц в
   газах и других веществах.
   Резерфорд Эрнест (1871-1937)
   a- частицы, выбрасываемые веществами активных
   элементов представляют собой  положительно заряженные ионы гелия, скорость
   движения которых достигает  20000 км/сек. Благодаря такой огромной скорости a-частицы, пролетая через воздух и сталкиваясь с
   молекулами газов, выбивают из них электроны. Молекулы, потерявшие электроны,
   становятся  заряженными положительно, выбитые же электроны тотчас
   присоединяются  к другим  молекулам, заряжая их отрицательно. Таким  образом, в
   воздухе на  пути  a-частиц образуются положительно и отрицательно
   заряженные ионы газа. Способность a-частиц
   ионизировать воздух  была использована английским физиком  Вильсоном  для  того,  чтобы сделать видимыми пути
   движения отдельных частиц и сфотографировать их.
   Впоследствии аппарат для фотографирования частиц
   получил название камеры Вильсона. (Первый
   трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие
   Вильсона камеры основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких
   капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы.
   В дальнейшем вытеснена другими трековыми детекторами.)
   Исследуя пути движения частиц с помощью камеры,
   Резерфорд заметил, что в камере они параллельны (пути), а при пропускании пучка
   параллельных лучей через слой газа или тонкую металлическую пластинку, они
   выходят не параллельно, а несколько расходятся, т.е. происходит отклонение
   частиц от их первоначального пути. Некоторые частицы отклонялись очень сильно,
   некоторые вообще не проходили через тонкую пластинку.
   Модель атома Бор-Резерфорд
   Исходя из этих наблюдений, Резерфорд предложил свою
   схему строения атома: в центре атома находится положительное ядро, вокруг
   которого по разным орбиталям вращаются отрицательные электроны. Центростремительные
   силы, возникающие при их вращении удерживают их на своих орбиталях и не дают им
   улететь. Эта модель атома легко объясняет явление отклонения a- частиц. Размеры  ядра  и электронов очень малы по
   сравнению с размерами всего атома,  которые определяются орбитами наиболее
   удаленных от ядра электронов; поэтому большинство a-частиц  пролетает через атомы без заметного
   отклонения. Только в тех случаях, когда a-частицы
   очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое
   отклонение ее от первоначального пути. Таким  образом, изучение рассеяние a-частиц  положило  начало ядерной теории атома.
   Одной  из задач, стоявших перед 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 рентгеновских   лучей. Рентгеновские лучи возникают
   при ударе быстро летящих электронов о какое-либо твердое тело и отличаются  от
   лучей видимого света только значительно меньшей длиной волны. В то время как
   короткие световые волны  имеют длину около 4000 ангстремов (фиолетовые лучи),
   длины волн рентгеновских лучей лежат в пределах от 20 до 0,1 ангстрема. Чтобы
   получить спектр рентгеновских  лучей, нельзя пользоваться обыкновенной призмой
   или дифракционной  решеткой. (Дифракционная РЕШЕТКА,
   оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в
   непрозрачном экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих
   друг от друга, на которых происходит дифракция света. Дифракционная решетка
   разлагает падающий на нее пучок света в спектр, что используется в спектральных
   приборах. )
   Для рентгеновских лучей требовалась решётка с очень
   большим количеством делений на один миллиметр (примерно 1млн./1мм.). Такую
   решётку искусственно приготовить было невозможно. В 1912  г. у швейцарского
   физика Лауэ возникла мысль использовать кристаллы в качестве
   дифракционной решетки   для   рентгеновских   лучей.
   Модель кристалла
   Упорядоченное расположение атомов в кристалле и
   малое расстояние между ними давало повод предполагать что как раз кристаллы и
   подойдут на роль требуемой дифракционной решётки.
   Опыт  блестяще  подтвердил предположение Лауэ, вскоре
   удалось построить приборы, которые давали возможность получать спектр
   рентгеновских лучей  почти всех элементов. Для получения
   рентгеновских спектров антикатод в рентгеновских трубках делают из того
   металла, спектр которого  хотят получить, или же наносят соединение
   исследуемого элемента. Экраном для спектра служит фотобумага;
   после проявления на ней видны все линии спектра. В 1913 г. английский
   ученый Мозли, изучая рентгеновские спектры нашел соотношение между  длинами
   волн  рентгеновских лучей и порядкового номерами соответствующих элементов –
   это носит название закона Мозли и может быть сформулировано следующим образом:
   Корни квадратные из обратных значений длин волн находятся в линейной
   зависимости от порядковых номеров элементов.
   Еще до работ Мозли  некоторые
   учёные предполагали, что порядковый номер элемента указывает число зарядов ядра
   его атома. В тоже время Резерфорд,  изучая рассеивание  a-частиц  при прохождении через тонкие металлические
   пластинки, выяснил, что если заряд электрона   принять за единицу, то
   выражаемый в таких единицах заряд ядра  приблизительно  равен половине атомного
   веса элемента. Порядковый номер, по крайне  мере  более легких элементов,  тоже
   равняется примерно половине атомного веса.  Все  вместе взятое привело к
   выводу, что Заряд ядра численно равен порядковому номеру  элемента. Таким
   образом,  закон Мозли  позволил  определить заряды атомных ядер. Тем самым,
   ввиду нейтральности атомов, было установлено и число электронов,  вращающихся
   вокруг  ядра в атоме каждого элемента. Ядерная модель атома Резерфорда получила
   свое дальнейшее развитие благодаря  работам  Нильс  Бора, в которых
   учение о строении атома неразрывно  связывается с учением о происхождении
   спектров.

5. Строение атома. Кратко
   А том состоит из плотного ядра, в котором находятся положительно заряженные протоны и частицы без какого-либо заряда — нейтроны, а окружает его облако электронов. Масса протонов и нейтронов во много раз превышает массу электронов, поэтому вся тяжесть атома сконцентрирована в его ядре.
   В ядре каждого химического элемента содержится определенное количество протонов, так называемый «атомный номер». Например, у химического элемента углерод шесть протонов, поэтому его атомный номер равен шести. Однако, количество нейтронов в ядре одного и того же химического элемента может быть разным. Разновидности элемента, отличающиеся количеством нейтронов в ядре, называются изотопами. Например, природный углерод состоит из трех изотопов, имеющих шесть, семь и восемь нейтронов в ядре. Массы протона и нейтрона почти равны и для удобства приняты за единицу измерения массы ядер. Поэтому «атомная масса» ядра равна количеству в нем протонов и нейтронов, вместе взятых.
   Обычно атом не имеет электрического заряда, так как количество электронов соответствует количеству протонов, и их заряды нейтрализуют друг друга. Но все же из атома можно высвободить электроны или, наоборот, повысить их количество и получить таким образом отрицательно или положительно заряженные «ионы».

6. Министерство образования и науки Российской Федерации
   Набережночелнинский институт экономики управления и права
   Кафедра философии
   РЕФЕРАТ
   По дисциплине: Концепция современного естествознания
   На тему: Строение атомов, концепция непрерывной дескрепы и электромагнитных свойств атомов и материи
   Выполнил: Кудряшова И.А., Горохова Е.В.
   студентки экономического факультета 5210
   Проверила: Замахова Е.Д.
   Набережные Челны
   2006 г.
   СОДЕРЖАНИЕ
   ВВЕДЕНИЕ
   1. Эволюция строения атомов и возникновение лучей строения атомов
   2. Спектры изучения постулатов Бора
   3. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц
   ЗАКЛЮЧЕНИЕ
   СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
   ВВЕДЕНИЕ
   Для познания окружающего нас мира человеку пришлось пройти увлекательный, но мучительно-длинный и трудный путь изучения вещества, начиная от самых сложных его форм и кончая элементарными частицами.
   В данной работе будет рассмотрен этот путь не в прямом, а в самом в обратном направлении. Зная свойства элементарных частиц, будет уже сравнительно просто построить из них более сложные объекты – атомные ядра и атомы – и понять их свойства.
   Открытие сложного строения атома — важнейший этап становления современной физики. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные системы, были сформированы новые представления о свойствах микрочастиц, которые описываются квантовой механикой.
   Первую попытку создать качественно новую модель атома предпринял в 1913г. датский физик Нильс Бор. Он связал в единое целое эмпирические закономерности линейчатого спектра излучения атома водорода, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории атома Бор положил два постулата.
   Целью данной работы является изучение строения атомов, концепции непрерывной дескрепы, электромагнитных свойств атомов и материи. Исследование такой возможности представляет огромный интерес для науки.
   В процессе изучения ставятся следующие задачи:
   – охарактеризовать эволюцию представлений о строении атомов и строение атомов по моделям Э. Резерфорда и Н. Бора;
   – раскрыть сущность открытия в области возникновения лучей при электрическом разряде;
   – изучить спектры постулатов Н. Бора;
   – рассмотреть двойственную природу корпускулярно-волновых микрочастиц.
   1. Эволюция строения атомов и возникновение лучей строения атомов
   Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена (Левкипп, Демокрит, Эпикур, Лукреций). В средние века учение об атомах, будучи материалистическим, не получило широкого признания. Атомистическая теория приобретает все большую популярность лишь к концу XVIII в. благодаря трудам великого русского ученого М.В. Ломоносова, английского химика и физика Д. Дальтона и др. Однако в то время вопрос о строении атомов даже не ставился — они считались неделимыми.
   Большой вклад в развитие атомистической теории внес выдающийся русский химик Д.И. Менделеев. Исходя из единой природы атомов, он разработал в 1869 г. Периодическую систему элементов. Выраженная в ней закономерная связь между всеми химическими элементами наталкивала на мысль о том, что в основе строения всех атомов лежит общее свойство: все они находятся в близком родстве друг с другом. Однако до конца XIX в. в химии господствовало метафизическое убеждение: атом — наименьшая частица простого вещества, последний предел делимости материи. При этом предполагалось, что во всех химических превращениях распадаются и вновь создаются только молекулы, а атомы остаются неделимыми, т.е. не могут дробиться на более мелкие части. [3, с.144]
   Существование закономерной связи между всеми химическими элементами, ярко выраженное в периодической системе Менделеева, наталкивает на мысль о том, что в основе строения всех атомов лежит общее свойство: все они находятся в близком родстве друг с другом.
   Однако до конца XIX 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.
   Различные предположения о строении атома долгое время не подтверждались какими-либо экспериментальными данными. Лишь в конце XIX в. были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения при определенных условиях одних атомов в другие. На основе этих открытий начало быстро развиваться учение о строении атома.
   Первые косвенные подтверждения о сложной структуре атомов были получены при изучении катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Изучение свойств этих лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости света. Особыми приемами удалось определить массу катодных частиц и величину их заряда, выяснить, что они не зависят 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 и превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет сущность их природы. Эти частицы, получившие название электронов, были открыты в 1897 г. английским физиком Дж. Томсоном.
   Различные предположения о сложной структуре атома долгое время не подтверждались опытами. Лишь проведенные в конце XIX в. эксперименты доказали сложное строение атомов и возможность их взаимного превращения. Активное изучение строения атома началось в 1897 г. после открытия электрона английским физиком Дж. Томсоном. В 1903 г. он предложил первую модель атома: атом представляет собой непрерывно заряженный положительным электрическим зарядом шар, внутри которого около своих положений равновесия колеблются электроны; суммарный заряд электронов равен положительному заряду шара, поэтому атом в целом нейтрален. Однако предположение о непрерывном распределении положительного заряда внутри атома не подтвердилось экспериментом.
   В развитии представлений о строении атома велико значение опытов английского физика Э. Резерфорда (1871-1937) по рассеянию альфа-частиц в веществе. Альфа-частицы испускаются при радиоактивных превращениях. Их электрический заряд положителен и равен по модулю двойному заряду электрона. Это тяжелые частицы: масса их примерно в 7 300 раз больше массы электрона. Исследуя прохождение альфа-частиц через золотую фольгу, Резерфорд обнаружил, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, а некоторые из них (примерно, одна из 20 000) резко отклоняются от первоначального направления — вплоть до 180°. Поскольку электроны не могут существенно повлиять на характер движения столь тяжелых и быстрых альфа-частиц, Резерфорд сделал вывод: значительное отклонение альфа-частиц обусловлено их взаимодействием с положительным зарядом большей массы. Такое отклонение испытывали лишь немногие альфа-частицы, т.е. те, которые оказались вблизи положительного заряда сравнительно небольших размеров.
   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, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой. [3, с.145]
   Анализируя результаты опытов, Резерфорд предложил в 1911 г. ядерную (планетарную) модель атома: вокруг положительного ядра, имеющего заряд Ze (Z — порядковый номер элемента в системе Менделеева, е — элементарный заряд), по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Движущиеся по замкнутым орбитам электроны обладают центростремительным ускорением. Согласно классической электродинамике, ускоренные электроны излучают электромагнитные волны, вследствие чего непрерывно теряют энергию. Поэтому электрон, вращаясь вокруг ядра, излучает энергию. В результате потери энергии, двигаясь по спирали и приближаясь к ядру, он в конце концов упадет на него. Таким образом, атом в модели Резерфорда оказался неустойчивой системой.
   Попытки создать модель атома в рамках классической физики не привели к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами Резерфорда, планетарная же модель не смогла объяснить устойчивость атомов. Преодоление возникших трудностей требовало принципиально нового подхода.
   2. Спектры изучения постулатов Бора
   Планетарная модель атома позволила объяснить результаты опытов по рассеянию альфа-частиц вещества, однако возникли принципиальные трудности при обосновании устойчивости атомов.
   Первая попытка построить качественно новую — квантовую — теорию атома была предпринята в 1913 г. Нильсом Бором. Он поставил цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил ядерную модель Резерфорда. Он предположил, что электроны движутся вокруг ядра по круговым орбитам. Движение по окружности даже с постоянной скоростью обладает ускорением. Такое ускоренное движение заряда эквивалентно переменному току, который создает в пространстве переменное электромагнитное поле. На создание этого поля расходуется энергия. Энергия поля может создаваться за счет энергии кулоновского взаимодействия электрона с ядром. В результате электрон должен двигаться по спирали и упасть на ядро. Однако опыт показывает, что атомы — очень устойчивые образования. Отсюда следует вывод, что результаты классической электродинамики, основанной на уравнениях Максвелла, неприменимы к внутриатомным процессам. Необходимо найти новые закономерности. В основу своей теории атома Бор положил следующие постулаты. [3, с.145]
   Первую попытку создать качественно новую модель атома предпринял в 1913 году датский физик Нильс Бор. Он связал в единое целое эмпирические закономерности линейчатого спектра излучения атома водорода, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории атома Бор положил два постулата.
   Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по таким орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.
   Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией
   hv = En-Em,
   равной разности энергий En и Em, соответствующих стационарным состояниям атома до и после излучения (поглощения). [3, с.146]
   Переходу электрона со стационарной орбиты с номером т на стационарную орбиту с номером п соответствует переход атома из состояния с энергией Em в состояние с энергией En (рис.1). При En > Em возможен переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т.е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близкую, при котором излучается фотон. Поглощение фотона происходит при переходе атома в состояние с большей энергией, т.е. переход электрона на более удаленную от ядра орбиту.
   />
   Набор возможных дискретных частот квантовых переходов определяет линейчатый спектр излучения атома.
   />
   Рис.1. К пояснению постулатов Бора.
   Модель атома Бора блестяще объяснила экспериментально наблюдаемый линейчатый спектр излучения атомов водорода. Такой успех достигнут ценой отказа от фундаментального положения классической электродинамики. Поэтому большое значение имело прямое экспериментальное подтверждение справедливости постулатов Бора, особенно первого — о существовании стационарных состояний (второй постулат можно рассматривать как следствие закона сохранения энергии и гипотезы о существовании фотонов). Существование стационарных состояний и дискретность значений энергии атомов экспериментально подтвердили в 1913 г. немецкие физики Д. Франк и Г. Герц при исследовании взаимодействия электронов с атомами газообразной ртути.
   –PAGE_BREAK–Несмотря на несомненный успех концепции Бора в объяснении структуры атома водорода, для которого удалось создать количественную теорию спектра излучения, построить подобную теорию для следующего за водородом атома гелия на основании модели Бора не удалось. В современном представлении определенные орбиты, по которым движется электрон в атоме Бора, отражает один из этапов в понимании структуры атома. На самом деле движение электронов в атоме различных элементов имеет сложный характер и объясняется в рамках квантово-механической концепции. [3, с.146]
   3. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц
   Если поведение атомов так непохоже на наш обыденный опыт, то к нему очень трудно привыкнуть. И новичку в науке, и опытному физику — всем оно кажется своеобразным и туманным. Даже большие ученые не понимают его настолько, как им хотелось бы, и это совершенно естественной потому что весь непосредственный опыт человека, вся интуиция — все прилагается к крупным телам. Мы знаем что будет с большим предметом; но именно так мельчайший тельца не поступают. Поэтому, изучая их, приходится прибегать к различного рода абстракциям, напрягать воображение и не пытаться связывать их с нашим непосредственным опытом. В доквантовой физике «понять» означало составить себе наглядный образ объекта или процесса. Квантовую физику нельзя понять в таком смысле слова. Всякая наглядная цель неизбежно будет действовать по классическим законам и поэтому непригодна для представления квантовых процессов. Поэтому самое правильное, что можно сделать, — это отказаться от попыток строить наглядные модели поведения квантовых объектов. Отсутствие наглядности поначалу может вызвать чувство неудовлетворенности, но со временем это чувство проходит, и все становится на свои места. [2, с.172]
   B первое время физики были поражены необычными свойствами тех мельчайших частиц материи, которые они изучали микромире. Попытки описать, а тем более объяснить свойства микрочастиц с помощью понятий и принципов классической физики потерпели явную неудачу. Поиски новых понятий и методов объяснения в конце концов привели к возникновению новой квантовой механики, в окончательное построение и обоснование которой значительный вклад внесли Шредингер, В. Гейзенберг, М. Борн. В самом начале эта механика была названа волновой в противоположность обычной механике, которая рассматривает свои объекты как состоящие из корпускул, или частиц. В дальнейшем для механики микрообъектов утвердилось название квантовой механики.
   Для облегчения понимания корпускулярно-волновой природы микрочастиц полезно рассмотреть такую же двойственную природу поведения электромагнитных волн, в частности света. В результате углубления представлений о природе света выяснилось, что в оптических явлениях обнаруживается своеобразный дуализм. Наряду с такими свойствами света, которые самым непосредственным образом свидетельствуют о его волновой природе (интерференция, дифракция), имеются и другие свойства, столь же непосредственно обнаруживающие его корпускулярную природу) эффект, явление Комптона). Рассмотрим их.
   Фотоэлектрическим эффектом, или фотоэффектом, называется испускание электронов веществом под действием света. В 1905 г.А. Эйнштейн показал, что все закономерности фотоэффекта легко объясняются, если предположить, что свет поглощается такими же порциями (квантами) энергии Е = h?, какими он, по предположению Планка, испускается. По мысли Эйнштейна, энергия, полученная электроном, доставляется ему в виде кванта hv, который усваивается им целиком. Часть этой энергии, равная работе выхода, т.е. наименьшей энергии, необходимой электрону, чтобы удалиться из тела в вакуум, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Остаток энергии образует кинетическую энергию Ек электрона, покинувшего вещество. В этом случае должно выполняться соотношение
   />
   которое называется формулой Эйнштейна. Отсюда вытекает, что в случае, когда работа выхода А превышает энергию кванта hv, электроны не могут покинуть металл. Следовательно, для возникновения фотоэффекта необходимо, чтобы энергия кванта была больше работы выхода. Частота v0, ниже которой не наблюдается фотоэффект, называется красной границей фотоэффекта. Эйнштейн выдвинул гипотезу, что свет распространяется в виде дискретных частиц, названных световыми квантами. Впоследствии эти частицы получили название фотонов. Энергия фотона определяется его частотой Е = hv, масса покоя фотона равна нулю, и фотон всегда движется со скоростью с. Сказанное означает, что фотон представляет собой частицу особого рода, отличную от таких частиц, как электрон, протон и т.п., которые могут существовать, двигаясь со скоростями, меньшими с, и даже покоясь. [2, с.173]
   Поток фотонов, падающих перпендикулярно на поглощающую свет поверхность, оказывает на нее давление. Если плотность фотонов равна n, то давление света равно Р = n? = nhv, так как каждый фотон сообщает стенке импульс
   />
   Особенно отчетливо проявляются корпускулярные свойства света в явлении, которое получило название эффекта Комптона. В 1923 г.А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей различными веществами, обнаружил, что в рассеянных лучах наряду с излучением первоначальной длины волны содержатся также лучи большей длины волны. Разность между этими длинами волн оказалась зависящей только от угла, образуемого направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка. От первоначальной длины волны и от природы рассеивающего вещества разность им волн не зависит. Все особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов с практически ободными электронами. Свободными можно считать слабее всего связанные с атомами электроны, энергия связи которых значительно меньше той энергии, которую фотон может передать электрону при соударении. Таким образом, мы рассмотрели ряд явлений, в которых свет ведет себя как поток частиц (фотонов). Однако не надо забывать, что такие явления, как интерференция и дифракция света, могут быть объяснены только на основе волновых представлений. Таким образом, свет обнаруживает корпускулярно-волновой дуализм (двойственность): в одних явлениях проявляется его волновая природа, и он ведет себя как электромагнитная волна, в других явлениях проявляется корпускулярная природа света, и он ведет себя как поток фотонов. [2, с.174]
   Новый радикальный шаг в развитии физики был связан с распространением корпускулярно-волнового дуализма на мельчайшие частицы вещества — электроны, протоны, нейтроны и другие микрообъекты. В классической физике вещество всегда считалось состоящим из частиц, и потому волновые свойства казались явно чуждыми ему. Тем удивительнее оказалось открытие о наличии у микрочастиц волновых свойств, первую гипотезу о существовании которых высказал зал в 1924 г. известный французский ученый Луи де Бройль «В оптике, — писал он, — в течение столетия слишком пренебрегали корпускулярным способом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории вещества обратная ошибка? ». Допуская, что частицы вещества наряду с корпускулярными свойствами имеют также и волновые, де Бройль перенес на случай частиц вещества те же правила перехода от одной картины к другой, какие справедливы и случае света. По идее де Бройля, движение электрона или какой-либо другой частицы связано с волновым процессом, с частотой
   v = E/h.
   Гипотеза де Бройля была вскоре подтверждена экспериментально в 1927 г. американскими физиками К. Дэвинсоном: и Л. Джермером, впервые обнаружившими явление дифракции электронов на кристалле никеля, т.е. типично волновую картину. Формула
   />
   называется формулой де Бройля и является одним из соотношений, лежащих в основе современной физики. Для частицы с массой т, движущейся с малой скоростью v
   />
   />
   Рис.2. Эксперимент по определению свойств микрочастиц.
   Сочетая в себе свойства частицы и волны, микротела не ведут себя ни как волны, ни как частицы. Отличие микрочастицы от волны заключается в том, что она всегда обнаруживается как неделимое целое. Никто никогда не наблюдал, например, пол-электрона. В то же время волну можно разделить на части (например, направив световую волну на полупрозрачное зеркало) и воспринимать затем каждую часть в отдельности. Отличие микрочастицы от привычной нам микрочастицы заключается в том, что она не обладает одновременно определенными значениями координаты и импульса, вследствие чего понятие траектории применительно к микрочастице утрачивает смысл. [2, с.177]
   Своеобразие свойств микрочастиц отчетливее всего обнаруживается в следующем мысленном эксперименте. Достоверность наблюдаемого в мысленном эксперименте эффекта вытекает из наблюдений, полученных в ряде реальных экспериментов. Направим на преграду с двумя узкими щелями параллельный пучок моноэнергетических (т.е. обладающих одинаковой кинетической энергией) электронов. За преградой поставим фотопластинку Фп. Сначала закроем вторую щель и произведем экспонирование в течение определенного времени. Почернение на обработанной фотопластинке будет характеризоваться кривой 1 на рисунке 2 (б). Вторую фотопластинку подвергнем экспозиции в течение того же времени, закрыв первую щель. Характер почернения передается в этом кривой 2 на рисунке 2 (б). Наконец, откроем обе щели и подвергнем экспонированию в течение того же времени третью пластинку. Картина почернения, получающаяся в последнем случае, изображена на рисунке 2 (в). Эта картина отнюдь не эквивалентна положению первых двух картин. Она оказывается аналогичной картине, получающейся при интерференции двух когерентных световых волн. Характер картины свидетельствует о том, что на движение каждого электрона оказывают влияние оба отверстия. Такой вывод несовместим с представлением о траекториях. Если бы электрон в каждый момент времени находился в определенной точке пространства и двигался по траектории, он проходил бы через определенное отверстие — первое или второе. Явление же дифракции доказывает, что в прохождении каждого электрона участвуют оба отверстия — и первое, и второе. Не следует, однако, представлять дело так, что какая-то часть электрона проходит через одно отверстие, а другая часть — через второе. Мы уже отмечали, что электрон, как и другие микрочастицы, всегда обнаруживается как целое, с присущей ему массой, зарядом и другими характерными для него величинами.
   Таким образом, электрон, протон, атомное ядро представляют собой частицы с весьма своеобразными свойствами Обычный шарик, даже и очень малых размеров (макроскопическая частица), не может служить прообразом микрочастицы. С уменьшением размеров начинают проявляться качественно новые свойства, не обнаруживающиеся у микрочастиц. Однако при определенных условиях понятие траектории оказывается приближенно применимым к движению микрочастиц, подобно тому, как оказывается справедливым закон нелинейного распространения света. В формуле де Бройля нет ничего специфического для электрона как определенной частицы. Волновые свойства должны быть присущи любой частице вещества, имеющей массу m и скорость v. Убедительное доказательство справедливости формулы де Бройля наличия волновых свойств у частиц было получено в опытах по дифракции нейтронов на кристаллах. В ряде случаев с помощью дифракции нейтронов можно успешнее исследовать строение веществ, чем с помощью рентгеновских лучей или электронов.
   Универсальность корпускулярно-волновой концепции. Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представление о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: [3, с.148]
   не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают волновыми свойствами.
   Согласно де Бройлю, любой микрообъект можно описать, с одной стороны, корпускулярными характеристиками — энергией Е и импульсом р, а с другой — волновыми характеристиками — частотой v и длиной волны X. Формулы, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как и для фотонов:
   />
   Смелость гипотезы де Бройля заключалась в том, что приведенные формулы постулировались не только для фотонов, но и для микрочастиц, обладающих массой покоя. Таким образом, любой частице с импульсом р соответствует волновой процесс с длиной волны, определяемой формулой де Бройля:
   />
   Вскоре гипотезу де Бройля экспериментально подтвердили американские физики К. Дэвиссон (1881-1958) и Л. Джермер (1896-1971), обнаружив дифракцию электронов, рассеивающихся от естественной дифракционной решетки.
   Всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства: для них существуют потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.
   Принципы неопределенности и дополнительности. В классической механике всякая частица движется по определенной траектории, так что в любой момент времени можно определить ее координату и импульс. Микрочастицы из-за наличия у них волновых свойств существенно отличаются от классических частиц. Одно из основных различий — нельзя говорить о движении микрочастицы по определенной траектории и об одновременных точных значениях ее координаты и импульса. Это следует из корпускулярно-волнового дуализма. Так, понятие «длина волны в данной точке» лишено физического смысла, а поскольку импульс выражается через длину волны, микрочастица с определенным импульсом имеет неопределенную координату. И наоборот, если микрочастица находится в состоянии с определенным значением координаты, то ее импульс неопределен. [3, с.149]
   Немецкий физик В. Гейзенберг (1901-1976), учитывая волновые свойства микрочастиц и связанные с волновыми свойствами ограничения в их поведении, пришел в 1927 г. к выводу: любой объект микромира невозможно одновременно с заданной наперед точностью характеризовать и координатой, и импульсом. Он сформулировал принцип неопределенности:
   микрочастица (микрообъект) не может иметь одновременно определенную координату х и определенный импульс р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию
   />
   Данное соотношение неопределенностей Гейзенберга означает, что произведение неопределенностей координаты ?х и импульса ?р не может быть меньше постоянной Планка h. Невозможность одновременно определить в пределах ошибки эксперимента координату и соответствующую ей составляющую импульса не связана с несовершенством методов измерения или измерительных приборов. Это следствие специфики микрообъектов, отражающей особенности их объективных свойств, их двойственной корпускулярно-волновой природы. Соотношение неопределенностей включает классические характеристики движения частицы (координату, импульс) с учетом ее волновых свойств. Поскольку в классической механике измерение координаты и импульса может быть произведено с заданной точностью, то соотношение неопределенностей является, таким образом, квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам.
   Соотношение неопределенностей, отражая специфику физики микрочастиц, позволяет оценить, например, в какой мере можно применять понятия классической механики к микрочастицам и, в частности, с какой степенью точности можно определить траекторию микрочастиц, характеризующихся в любой момент времени определенными значениями координат и скорости. Для макроскопических тел волновые свойства не играют существенной роли: их координату и скорость можно одновременно измерить в пределах ошибки эксперимента и для достоверного описания их движения можно пользоваться законами классической механики.
   Анализируя принцип неопределенности, некоторые философы пришли к выводу: соотношение неопределенности устанавливает границу познаваемости мира. На самом деле соотношение неопределенностей не ограничивает познание микромира, а только указывает, насколько применимы к нему понятия и законы классической механики. [3, с.149]
   Для описания микрообъектов Н. Бор сформулировал в 1927 г. принцип дополнительности:
   получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым.
   Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и ее скорость (или импульс). С физической точки зрения принцип дополнительности часто объясняют влиянием измерительного прибора (макроскопического объекта) на состояние микрообъекта. При точном измерении (имеется в виду измерение в пределах ошибки эксперимента) одной из дополнительных величин (например, координаты частицы) с помощью соответствующего прибора другая величина (импульс) в результате взаимодействия частицы с прибором претерпевает полностью неконтролируемое изменение. С позиции квантовой теории роль прибора в измерениях заключается в «приготовлении» некоторого состояния системы. Состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенные значения, принципиально невозможны, причем если одна из таких величин точно определена, то значения другой неопределенны. Таким образом, фактически принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых систем, не связанные с наблюдателем. [3, с.150]
   ЗАКЛЮЧЕНИЕ
   Микромир образуют микрочастицы, которыми являются элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, фотоны и другие простые частицы), а также сложные частицы, образованные из сравнительно небольшого числа элементарных частиц (молекулы, атомы, ядра атомов и т.п.) Термин «микрочастица» отражает только одну сторону объекта, к которому он применяется. Всякий микрообъект (молекула, атом, электрон, фотон и т.д.), представляет собой образование особого рода, сочетающее в себе свойства и частицы, и волны. Может быть, правильнее было бы называть его «частицей-волной». Микрообъект не способен воздействовать непосредственно на наши органы чувств — ни видеть, ни осязать его нельзя. Ничего подобного микрообъектам в воспринимаемом нами мире не существует. Микротела не похожи ни на что из того, что нам хоть когда-нибудь приходилось видеть.
   Обнаружено, что элементарные частицы могут взаимно превращаться, т.е. не являются «последними кирпичиками» мироздания. Стало ясно, что число элементарных частиц не должно быть особенно большим.
   В механике микромира уравнение Шредингера для волновой функции играет ту же роль, что и уравнение Ньютона в классической механике. В уравнении, объясняющем поведение электрона в атоме, содержится волновая функция, квадрат модуля которой определяет положение электрона в данной точке в каждый момент времени. Главным открытием квантовой механики является вероятностный характер законов микромира.
   Частицам вещества в микромире присущ корпускулярно-волновой дуализм: в одних явлениях они проявляют волновые свойства, а в других — корпускулярную природу. Поэтому для изучения свойств микромира применяют принцип дополнительности, введенный Н. Бором в 1927 г.
   Фундаментальным в квантовой теории является принцип неопределенности, определяющий границы применимости классических представлений при описании свойств микромира. Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастиц.
   В результате экспериментов по рассеянию ?-частиц Резерфордом была предложена планетарная модель строения атома. При заполнении электронами орбит в атоме соблюдается принцип Паули: два электрона не могут находиться в одном и том же состоянии.
   Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределенности результатов измерений и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего.
   СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
   1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2002. — 208 с.
   2. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания: Учебник. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2004. — 692 с.
   3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. – М.: ГУП «Издательство „Высшая школа“, 2003. – 487 с.
   4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: Гарадарики, 2003. – 476 с.
   5. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1999. — 288 с.

7. МОСКОВСКИЙ
   ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
   ИНСТИТУТ
   МЕЖДУНАРОДНЫХ
   ОТНОШЕНИЙ
   (УНИВЕРСИТЕТ)
   МИД
   РФ
   РЕФЕРАТ
   на
   тему
   “СТРОЕНИЕ
   АТОМА
   И АТОМНОГО
   ЯДРА”
   студента
   12-ой ак. группы
   2-ого курса фак-та
   МИ Козловского
   А.А.
   Научный
   руководитель:
   проф. Иванов-Шиц
   А.К.
   Москва
   – 1997
   СОДЕРЖАНИЕ:
   1. Зарождение
   теории строения
   вещества
   2
   2. Атомистическая
   теория Дальтона
   4
   3. Катодные
   лучи и электроны
   6
   4. Ядерная
   модель строения
   атомов
   9
   5. Состав
   атомных ядер
   11
   6. Изотопы
   14
   7. Электронные
   оболочки атомов.
   Теория Бора
   17
   8. Квантовая
   (волновая) механика.
   Характеристика
   поведения
   электронов
   в атомах 22
   Список
   использованной
   литературы
   25

   1.
   Зарождение
   теории строения
   вещества
   Атомистическая
   теория – современная
   теория строения
   вещества – зародилась
   еще в Древней
   Греции. Древнегреческие
   мыслители
   интересовались
   на первый взгляд
   отвлеченным
   вопросом: можно
   ли делить вещество
   бесконечно
   на все меньшие
   и меньшие части,
   или же оно состоит
   из некоторых
   неделимых
   частиц, не
   поддающихся
   дальнейшему
   делению? Основное
   направление
   мысли древнегреческих
   философов,
   следовавших
   взглядам Платона
   и Аристотеля,
   основывалось
   на представлении
   о непрерывности
   материи. Однако
   некоторые
   древнегреческие
   философы, особенно
   Демокрит, не
   соглашались
   с такой точкой
   зрения и считали,
   что материя
   состоит из
   мельчайших
   неделимых
   частиц, которые
   Демокрит называл
   атомами,
   что и значит
   “неделимые”.
   Атомистические
   представления
   лежали также
   в основе естественной
   философии
   римского поэта
   и философа
   Лукреция, жившего
   в первом веке
   до нашей эры.
   Им была написана
   знаменитая
   поэма “О природе
   вещей”, в которой
   он подробно
   развивал
   атомистические
   взгляды на
   природу материи.
   Даже если
   было бы доказано,
   что материя
   имеет атомное
   строение, возник
   бы вопрос, чем
   отличаются
   друг от друга
   атомы различных
   веществ. Лукреций
   считал, что у
   атомов и веществ,
   имеющих горький
   вкус, на поверхности
   есть зазубринки,
   которые царапают
   язык, тогда как
   атомы веществ
   с приятным
   вкусом должны
   иметь гладкую
   поверхность.
   Атомистические
   представления
   о природе веществ
   не намного
   продвинулись
   вперед за последующие
   18 веков, прошедших
   со времен Лукреция.
   Научная мысль
   в Европе много
   веков находилась
   под влиянием
   философских
   идей Платона
   и Аристотеля,
   которые не
   разделяли
   атомистических
   воззрений на
   природу материи.
   И хотя об атомистических
   представлениях
   время от времени
   вспоминали,
   в прежние времена
   сторонники
   любой конкретной
   теории строения
   материи искали
   подтверждения
   своих взглядов
   главным образом
   в интуиции.
   Однако и на
   протяжении
   этого долгого
   периода медленно,
   с перерывами,
   шла экспериментальная
   работа. Часто
   ею двигали
   ошибочные
   взгляды: например,
   алхимики считали,
   что простые
   металлы, наподобие
   свинца, можно
   превратить
   в драгоценные
   металлы. Тем
   не менее накапливались
   сведения о том,
   как химические
   вещества реагируют
   друг с другом,
   и разрабатывались
   более количественные
   методы изучения
   химических
   реакций. Это
   подготовило
   почву для новых,
   более содержательных
   формулировок
   в рамках атомистической
   теории.
   2.
   Атомистическая
   теория Дальтона
   Джон Дальтон
   (1766 – 1844) большую часть
   своей жизни
   преподавал
   в школе и колледже
   в Манчестере.
   Возможно потому,
   что сам Дальтон
   не был химиком,
   он подошел к
   ее проблемам
   с иных позиций,
   чем химики его
   времени. Его
   атомистическая
   теория, опубликованная
   в период 1803-1807 гг.,
   прочно основывалась
   на экспериментальных
   наблюдениях.
   Она оказалась
   столь успешной,
   что с этого
   времени заняла
   господствующее
   положение в
   науке и почти
   не потребовала
   дальнейшего
   пересмотра.
   Основные
   постулаты
   теории Дальтона
   заключались
   в следующем:
   Каждый элемент
   состоит из
   чрезвычайно
   мелких частиц,
   называемых
   атомами.
   2. Все атомы
   одного элемента
   одинаковы.
   3. Атомы различных
   элементов
   обладают разными
   свойствами,
   в том числе
   имеют разные
   массы.
   4. Атомы одного
   элемента не
   превращаются
   в атомы других
   элементов в
   результате
   химических
   реакций; атомы
   не создаются
   и не разрушаются
   в химических
   реакциях.
   5. Соединения
   образуются
   в результате
   комбинации
   атомов двух
   или нескольких
   элементов.
   6. В данном
   соединении
   относительные
   количества
   атомов разных
   сортов и сорта
   этих атомов
   всегда постоянны.
   Теория Дальтона
   позволяет
   мысленно нарисовать
   картину строения
   материи. Мы
   представляем
   себе элемент
   состоящим из
   мельчайших
   частиц, называемых
   атомами. Атомы
   являются основными
   структурными
   единицами
   материи, это
   мельчайшие
   частицы элемента,
   которые могут
   соединяться
   с другими элементами.
   Соединения
   состоят из
   атомов двух
   или нескольких
   элементов,
   образующих
   определенные
   сочетания друг
   с другом.

   3.
   Катодные
   лучи и электроны
   До конца XIX
   века в химии
   господствовало
   метафизическое
   убеждение, что
   атом есть наименьшая
   частица простого
   вещества, последний
   предел делимости
   материи. Дальтон
   и его современники
   рассматривали
   атом как неделимый
   объект. Считалось,
   что 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 XIX века
   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 при
   изучении катодных
   (исходящих от
   отрицательно
   заряженного
   электрода, или
   катода) 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
   (порядка 1000 вольт).
   При таких условиях
   от катода трубки
   перпендикулярно
   к его поверхности
   распространяются
   “невидимые”
   катодные лучи,
   вызывающие
   яркое зеленое
   свечение в том
   месте, куда они
   попадают. Катодные
   лучи обладают
   способностью
   приводить в
   движение на
   их пути легко
   подвижные тела
   и отклоняются
   от своего
   первоначального
   пути 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.
   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, не
   могут быть
   превращены
   в электронейтральные
   частицы: электрический
   заряд составляет
   самую сущность
   их природы. Эти
   частицы получили
   название электронов.
   По современным
   воззрениям,
   заряд электрона
   – это наименьший
   электрический
   заряд, наименьшее
   кол-во электричества,
   какое только
   может существовать.
   В катодных
   трубках электроны
   отделяются
   от катода под
   влиянием
   электрического
   заряда, но они
   могут возникать
   и вне всякой
   связи с электрическим
   зарядом. Так,
   например, все
   металлы испускают
   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 частицы
   входят в состав
   всех атомов,
   следовательно,
   атомы являются
   сложными
   образованиями,
   построенными
   из более мелких
   структурных
   единиц.
   В 1897 году английскому
   физику Дж. Дж.
   Томпсону (1856-1940)
   удалось измерить
   отношение
   электрического
   заряда электрона
   к его массе,
   которое оказалось
   равным 1,76*10 Кл/г.
   В 1909 году Роберт
   Милликен из
   Чикагского
   университета
   определил заряд
   электрона:
   1,60*10 Кл. Подставив
   это значение
   в найденное
   Томсоном отношение
   заряда электрона
   к его массе,
   можно было
   вычислить массу
   электрона:
   1,60*10 Кл/1,76*10 Кл/г = 9,11*10 г.
   4.
   Ядерная
   модель строения
   атома
   Изучение
   строения атома
   практически
   началось в
   1897-1898 гг., после того
   как была окончательно
   установлена
   природа катодных
   лучей как потока
   электронов
   и были определены
   величина заряда
   и масса электрона.
   Факт выделения
   электронов
   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. Эрнестом
   Резерфордом
   (1871-1937). Резерфорд
   предложил
   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,
   вследствие
   чего они остаются
   на определенных
   расстояниях
   от ядра. Суммарный
   отрицательный
   заряд электронов
   численно равен
   положительному
   заряду ядра,
   так что атом
   в целом электронейтрален.
   Так как масса
   электронов
   ничтожно мала,
   то почти вся
   масса атома
   сосредоточена
   в его ядре. Наоборот,
   размер ядер
   чрезвычайно
   мал даже по
   сравнению с
   размером самих
   атомов: диаметр
   атома – величина
   порядка 10 см,
   а диаметр ядра
   – порядка 10 – 10 см.
   Отсюда ясно,
   что на долю
   ядра и электронов,
   число которых,
   как увидим
   дальше, сравнительно
   невелико, приходится
   лишь ничтожная
   часть всего
   пространства,
   занятого атомной
   системой.
   5.
   Состав атомных
   ядер
   Таким образом,
   открытия Резерфорда
   положили начало
   ядерной теории
   атома. Со времен
   Резерфорда
   физики узнали
   еще очень многие
   подробности
   о строении
   атомного ядра.
   Самым легким
   атомом является
   атом водорода
   (Н). Поскольку
   почти вся масса
   атома сосредоточена
   в ядре, естественно
   было бы предположить,
   что ядро атома
   водорода представляет
   собой элементарную
   частицу положительного
   электричества,
   которая была
   названа протоном
   от греческого
   слова “протос”,
   что означает
   “первый”. Таким
   образом, протон
   обладает массой,
   практически
   равной массе
   атома водорода
   (точно 1,00728 углеродных
   единиц) и электрическим
   зарядом, равным
   +1 (если за единицу
   отрицательного
   электричества
   принять заряд
   электрона,
   равный -1,602*10 Кл).
   Атомы других,
   более тяжелых
   элементов
   содержат ядра,
   обладающие
   большим зарядом
   и, очевидно,
   большей массой.
   Измерения
   заряда ядер
   атомов показали,
   что заряд ядра
   атома в указанных
   условных единицах
   численно равен
   атомному, или
   порядковому,
   номеру элемента.
   Однако невозможно
   было допустить,
   так как последние,
   будучи одноименно
   заряженными,
   неизбежно
   отталкивались
   бы друг от друга
   и, следовательно,
   такие ядра
   оказались бы
   неустойчивыми.
   К тому же масса
   атомных ядер
   оказалась
   больше суммарной
   массы протонов,
   обуславливающих
   заряд ядер
   атомов соответствующих
   элементов, в
   два раза и более.
   Тогда было
   сделано предположение,
   что ядра атомов
   содержат протоны
   в числе, превышающем
   атомный номер
   элемента, а
   создающийся
   таким образом
   избыточный
   положительный
   заряд ядра
   компенсируется
   входящими в
   состав ядра
   электронами.
   Эти электроны,
   очевидно, должны
   удерживать
   в ядре взаимно
   отталкивающиеся
   протоны. Однако
   это предположение
   пришлось отвергнуть,
   так как невозможно
   было допустить
   совместное
   существование
   в компактном
   ядре тяжелых
   (протонов) и
   легких (электронов)
   частиц.
   В 1932 г. Дж. Чедвик
   открыл элементарную
   частицу, не
   обладающую
   электрическим
   зарядом, в связи
   с чем она была
   названа нейтроном
   (от латинского
   слова neuter, что
   означает “ни
   тот, ни другой”).
   Нейтрон обладает
   массой, немного
   превышающей
   массу протона
   (точно 1,008665 углеродных
   единиц). Вслед
   за этим открытием
   Д. Д. Иваненко,
   Е. Н. Гапон и В.
   Гейзенберг,
   независимо
   друг от друга,
   предложили
   теорию состава
   атомных ядер,
   ставшую общепринятой.
   Согласно
   этой теории,
   ядра атомов
   всех элементов
   (за исключением
   водорода) состоят
   из протонов
   и нейтронов.
   Число протонов
   в ядре определяет
   значение его
   положительного
   заряда, а суммарное
   число протонов
   и нейтронов
   – значение его
   массы. Ядерные
   частицы – протоны
   и нейтроны –
   объединяются
   под общим названием
   нуклоны
   (от латинского
   слова nucleus, что
   означает “ядро”).
   Таким образом,
   число протонов
   в ядре соответствует
   атомному номеру
   элемента, а
   общее число
   нуклонов, поскольку
   масса атома
   в основном
   сосредоточена
   в ядре, – его
   массовому
   числу, т.е. округленной
   до целого числа
   его атомной
   массе А. Тогда
   число нейтронов
   а ядре N может
   быть найдено
   по разности
   между массовым
   числом и атомным
   номером:
   N = A – Z
   Таким образом,
   протонно-нейтронная
   теория позволила
   разрешить
   возникшие ранее
   противоречия
   в представлениях
   о составе атомных
   ядер и о его
   связи с порядковым
   номером и атомной
   массой.
   6.
   Изотопы
   Протонно-нейтронная
   теория позволила
   разрешить и
   еще одно противоречие,
   возникшее при
   формировании
   теории атома.
   Если признать,
   что ядра атомов
   элементов
   состоят из
   определенного
   числа нуклонов,
   то атомные
   массы всех
   элементов
   должны выражаться
   целыми числами.
   Для многих
   элементов это
   действительно
   так, а незначительные
   отклонения
   от целых чисел
   можно объяснить
   недостаточной
   точностью
   измерения.
   Однако у некоторых
   элементов
   значения атомных
   масс так сильно
   отклонялись
   от целых чисел,
   что это уже
   нельзя объяснить
   неточностью
   измерения и
   другими случайными
   причинами.
   Например, атомная
   масса хлора
   (CL)
   равна 35,45. Установлено,
   что приблизительно
   три четверти
   существующих
   в природе атомов
   хлора имеют
   массу 35, а одна
   четверть – 37. Таким
   образом, существующие
   в природе элементы
   состоят из
   смеси атомов,
   имеющих разные
   массы, но, очевидно,
   одинаковые
   химические
   свойства, т. е.
   существуют
   разновидности
   атомов одного
   элемента с
   разными и притом
   целочисленными
   массами. Ф. Астону
   удалось разделить
   такие смеси
   на составные
   части, которые
   были названы
   изотопами
   (от греческих
   слов “изос”
   и “топос”, что
   означает “одинаковый”
   и “место” (здесь
   имеется в виду,
   что разные
   изотопы одного
   элемента занимают
   одно место в
   периодической
   системе)). С точки
   зрения протонно-нейтронной
   теории, изотопами
   называются
   разновидности
   элементов, ядра
   атомов которых
   содержат различное
   число нейтронов,
   но одинаковое
   число протонов.
   Химическая
   природа элемента
   обусловлена
   числом протонов
   в атомном ядре,
   которому равно
   и число электронов
   в оболочке
   атома. Изменение
   же числа нейтронов
   (при неизменном
   числе протонов)
   не сказывается
   на химических
   свойствах
   атома.
   Все это дает
   возможность
   сформулировать
   понятие химического
   элемента
   как вида атомов,
   характеризующихся
   определенным
   зарядом ядра.
   Среди изотопов
   различных
   элементов были
   найдены такие,
   которые содержат
   в ядре при разном
   числе протонов
   одинаковое
   общее число
   нуклонов, то
   есть атомы
   которых обладают
   одинаковой
   массой. Такие
   изотопы были
   названы изобарами
   (от греческого
   слова “барос”,
   что означает
   “вес”). Различная
   химическая
   природа изобаров
   убедительно
   подтверждает
   то, что природа
   элемента
   обуславливается
   не массой его
   атома.
   Для различных
   изотопов применяются
   названия и
   символы самих
   элементов с
   указанием
   массового
   числа, которое
   следует за
   названием
   элемента или
   обозначается
   в виде индекса
   вверху слева
   от символа,
   например : хлор
   – 35 или Cl.
   Различные
   изотопы отличаются
   друг от друга
   устойчивостью.
   26 элементов
   имеют лишь по
   одному устойчивому
   изотопу – такие
   элементы называются
   моноизотопными
   (они характеризуются
   преимущественно
   нечетными
   атомными номерами),
   и атомные массы
   их приблизительно
   равны целым
   числам. У 55 элементов
   имеется по
   несколько
   устойчивых
   изотопов – они
   называются
   полиизотопными
   (большое число
   изотопов характерно
   преимущественно
   для элементов
   с четными номерами).
   У остальных
   элементов
   известны только
   неустойчивые,
   радиоактивные
   изотопы. Это
   все тяжелые
   элементы, начиная
   с элемента №84
   (полоний), а из
   относительно
   легких – №43 (технеций)
   и №61 (прометий).
   Однако радиоактивные
   изотопы некоторых
   элементов
   относительно
   устойчивы
   (характеризуются
   большим периодом
   полураспада),
   и поэтому эти
   элементы, например
   торий, уран,
   встречаются
   в природе. В
   большинстве
   же радиоактивные
   изотопы получают
   искусственно,
   в том числе и
   многочисленные
   радиоактивные
   изотопы устойчивых
   элементов.
   7.
   Электронные
   оболочки атомов.
   Теория Бора.
   По теории
   Резерфорда,
   каждый электрон
   вращается
   вокруг ядра,
   причем сила
   притяжения
   ядра уравновешивается
   центробежной
   силой, возникающей
   при вращении
   электрона.
   Вращение электрона
   совершенно
   аналогично
   его быстрым
   колебаниям
   и должно вызвать
   испускание
   электромагнитных
   волн. Поэтому
   можно предположить,
   что вращающийся
   электрон излучает
   свет определенной
   длины волны,
   зависящий от
   частоты обращения
   электрона по
   орбите. Но, излучая
   свет, электрон
   теряет часть
   своей энергии,
   вследствие
   чего нарушается
   равновесие
   между ним и
   ядром. Для
   восстановления
   равновесия
   электрон должен
   постепенно
   передвигаться
   ближе к ядру,
   причем так же
   постепенно
   будет изменяться
   частота обращения
   электрона и
   характер испускаемого
   им света. В конце
   концов, исчерпав
   всю энергию,
   электрон должен
   “упасть” на
   ядро, и излучение
   света прекратится.
   Если бы на самом
   деле происходило
   подобное непрерывное
   изменение
   движения электрона,
   его “падение”
   на ядро означало
   бы разрушение
   атома и прекращения
   его существования.
   Таким образом,
   наглядная и
   простая ядерная
   модель атома,
   предложенная
   Резерфордом,
   явно противоречила
   классической
   электродинамике.
   Система вращающихся
   вокруг ядра
   электронов
   не может быть
   устойчивой,
   так как электрон
   при таком вращении
   должен непрерывно
   излучать энергию,
   что, в свою очередь,
   должно привести
   к его падению
   на ядро и к
   разрушению
   атома. Между
   тем атомы являются
   устойчивыми
   системами.
   Эти существенные
   противоречия
   частично разрешил
   выдающийся
   датский физик
   Нильс Бор (1885 –
   1962), разработавший
   в 1913 году теорию
   водородного
   атома, в основу
   которой он
   положил особые
   постулаты,
   связав их, с
   одной стороны,
   с законами
   классической
   механики и, с
   другой стороны,
   с квантовой
   теорией излучения
   энергии немецкого
   физика Макса
   Планка (1858 – 1947).
   Сущность
   теории квантов
   сводится к
   тому, что энергия
   испускается
   и поглощается
   не непрерывно,
   как принималось
   раньше, а отдельными
   малыми, но вполне
   определенными
   порциями – квантами
   энергии.
   Запас энергии
   излучающего
   тела изменяется
   скачками, квант
   за квантом;
   дробное число
   квантов тело
   не может ни
   испускать, ни
   поглощать.
   Величина
   кванта энергии
   зависит от
   частоты излучения:
   чем больше
   частота излучения,
   тем больше
   величина кванта.
   Обозначая
   квант энергии
   через Е, запишем
   уравнение
   Планка:
   Е =
   h_
   где h – постоянная
   величина, так
   называемая
   константа
   Планка, равная
   6,626*10 Дж*с., а – частота
   волны Деброиля.
   Кванты лучистой
   энергии называются
   также фотонами.
   Применив квантовые
   представления
   к вращению
   электронов
   вокруг ядра,
   Бор положил
   в основу своей
   теории очень
   смелые предположения,
   или постулаты.
   Хотя эти постулаты
   и противоречат
   законам классической
   электродинамики,
   но они находят
   свое оправдание
   в тех поразительных
   результатах,
   к которым приводят,
   и в том полнейшем
   согласии, которое
   обнаруживается
   между теоретическим
   результатами
   и огромным
   числом экспериментальных
   фактов. Постулаты
   Бора заключаются
   в следующем:
   Электрон
   может двигаться
   вокруг не по
   любым орбитам,
   а только по
   таким, которые
   удовлетворяют
   определенными
   условиям, вытекающим
   из теории квантов.
   Эти орбиты
   получили название
   устойчивых,
   стационарных
   или квантовых
   орбит. Когда
   электрон движется
   по одной из
   возможных для
   него устойчивых
   орбит, то он не
   излучает
   электромагнитной
   энергии. Переход
   электрона с
   удаленной
   орбиты на более
   близкую сопровождается
   потерей энергии.
   Потерянная
   атомом при
   каждом переходе
   энергия превращается
   в один квант
   лучистой энергии.
   Частота излучаемого
   при этом света
   определяется
   радиусами тех
   двух орбит,
   между которыми
   совершается
   переход электрона.
   Обозначив запас
   энергии атома
   при положении
   электрона на
   более удаленной
   от ядра орбите
   через Ен,
   а на более близкой
   через Ек
   и разделив
   потерянную
   атомом энергию
   Ен
   – Ек
   на постоянную
   Планка, получим
   искомую частоту:
   = (Ен
   – Ек
   ) / h
   Чем больше
   расстояние
   от орбиты, на
   которой находится
   электрон, до
   той, на которую
   он переходит,
   тем больше
   частота излучения.
   Простейшим
   из атомов является
   атом водорода,
   вокруг ядра
   которого вращается
   только один
   электрон. Исходя
   из приведенных
   постулатов,
   Бор рассчитал
   радиусы возможных
   орбит для этого
   электрона и
   нашел, что они
   относятся, как
   квадраты натуральных
   чисел: 1 : 2 : 3 : …: n . Величина
   n получила название
   главного квантового
   числа.
   В дальнейшем
   теория Бора
   была распространена
   и на атомную
   структуру
   других элементов,
   хотя это было
   связано с некоторыми
   трудностями
   из-за ее новизны.
   Она позволила
   разрешить очень
   важный вопрос
   о расположении
   электронов
   в атомах различных
   элементов и
   установить
   зависимость
   свойств элементов
   от строения
   электронных
   оболочек их
   атомов. В настоящее
   время разработаны
   схемы строения
   атомов всех
   химических
   элементов.
   Однако надо
   иметь в виду,
   что все эти
   схемы – это лишь
   более или менее
   достоверная
   гипотеза, позволяющая
   объяснить
   многие физические
   и химические
   свойства элементов.
   Как было уже
   сказано раньше,
   число электронов,
   вращающихся
   вокруг ядра
   атома, соответствует
   порядковому
   номеру элемента
   в периодической
   системе. Электроны
   расположены
   по слоям, т.е.
   каждому слою
   принадлежит
   определенное
   заполняющее
   или как бы
   насыщающее
   его число электронов.
   Электроны
   одного и того
   же слоя характеризуются
   почти одинаковым
   запасом энергии,
   т.е. находятся
   примерно на
   одинаковом
   энергетическом
   уровне. Вся
   оболочка атома
   распадается
   на несколько
   энергетических
   уровней. Электроны
   каждого следующего
   слоя находятся
   на более высоком
   энергетическом
   уровне, чем
   электроны
   предыдущего
   слоя. Наибольшее
   число электронов
   N, имеющих возможность
   находиться
   на данном
   энергетическом
   уровне, равно
   удвоенному
   квадрату номера
   слоя:
   N=2n
   
   где n – номер
   слоя. Таким
   образом на 1-2,
   на 2-8, на 3-18 и т.д.
   Кроме того,
   установлено,
   что число электронов
   в наружном слое
   для всех элементов,
   кроме палладия,
   не превышает
   восьми, а в
   предпоследнем
   – восемнадцати.
   Электроны
   наружного слоя,
   как наиболее
   удаленные от
   ядра и, следовательно,
   наименее прочно
   связанные с
   ядром, могут
   отрываться
   от атома и
   присоединяться
   к другим атомам,
   входя в состав
   наружного слоя
   последних.
   Атомы, лишившиеся
   одного или
   нескольких
   электронов,
   становятся
   положительно
   заряженными,
   так как заряд
   ядра атома
   превышает сумму
   зарядов оставшихся
   электронов.
   Наоборот, атомы,
   присоединившие
   электроны
   становятся
   отрицательно
   заряженными.
   Образующиеся
   таким путем
   заряженные
   частицы, качественно
   отличные от
   соответствующих
   атомов, называются
   ионами. Многие
   ионы в свою
   очередь могут
   терять или
   присоединять
   электроны,
   превращаясь
   при этом или
   в электронейтральные
   атомы, или в
   новые ионы с
   другим зарядом.
   8.
   Квантовая
   (волновая) механика.
   Характеристика
   поведения
   электронов
   в атомах.
   Теория Бора
   оказала огромные
   услуги физике
   и химии. Однако
   оставалось
   еще много явлений
   в этой области,
   объяснить
   которые теория
   Бора не могла.
   Движение электронов
   в атомах рисовалось
   Бору до известной
   степени как
   простое механическое
   перемещение,
   между тем как
   оно является
   весьма сложным
   и своеобразным.
   Своеобразие
   движения электронов
   было раскрыто
   новой
   теорией – квантовой,
   или волновой,
   механикой.
   Квантовая
   механика показывает,
   что законы
   движения электронов
   имеют много
   общего с законами
   распространения
   волн. Для электрона
   с массой m и
   скоростью v
   можно записать:
   = h / (m*v)
   где
   – длина волны
   Деброиля,
   h– постоянная
   Планка.
   Атомы различных
   элементов
   характеризуются
   определенным
   значением
   заряда ядра
   и равным ему
   числом электронов,
   которые распределяются
   по энергетическим
   уровням. Поведение
   электронов
   в атоме характеризуется
   четырьмя квантовыми
   числами:
   1) Главное
   квантовое число
   n определяет
   уровень энергии,
   которому
   отвечает
   данная орбита,
   и ее удаленность
   от ядра.
   Число
   может
   принимать
   значения ряда
   натуральных
   чисел (в реальных
   атомах от одного
   до семи). Эти
   числа соответствуют
   электронным
   слоям атома
   или его энергетическим
   уровням, которые
   обозначаются
   прописными
   буквами латинского
   алфавита:
   1
   2
   3
   4
   5
   6
   7
   К
   L
   M
   N
   O
   P
   Q
   Помимо главного
   квантового
   числа, состояние
   электрона в
   атоме характеризуется
   еще тремя другими
   квантовыми
   числами: l,
   m, s.
   2) Орбитальное,
   побочное или
   азимутальное
   квантовое число
   l характеризует
   момент количества
   движения электрона
   относительно
   центра орбиты.
   Оно определяет
   форму электронного
   облака (форму
   орбиты), его
   сплошность
   или разрывы
   и его вытянутость.
   Принимает целые
   значения от
   0 до (n-1). Для данного
   значения n имеется
   n различных
   орбиталей, т.е.
   число значений
   l определяет
   количество
   атомных орбиталей.
   Энергетические
   подуровни
   обозначаются
   следующим
   образом:
   1
   2
   3
   s
   p
   d
   f
   3) Магнитное
   квантовое
   число
   m определяет
   положение
   плоскости
   орбиты электрона
   в пространстве
   или, в соответствии
   с представлениями
   волновой механики,
   то направление,
   в котором вытянуто
   электронное
   облако. Может
   принимать целые
   значения от
   -l до l (включая
   0), всего (2*l+1) значений.
   Число значений
   m определяет
   число орбиталей
   данного (s-, p-, d-, f-
   типа).
   4) Спиновое
   квантовое
   число
   s определяет
   направление
   вращения электрона,
   может принимать
   только два
   значения: 1/2 и
   -1/2.
   Изучению
   распределения
   электронов
   в атомах уделяется
   большое внимание,
   так как поведение
   атомов в химических
   реакциях в
   значительной
   мере зависит
   от того, насколько
   прочно их электроны
   удерживаются
   на своих орбиталях.
   СПИСОК
   ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
   ЛИТЕРАТУРЫ:
   
   
   
   
   

8. Министерство образования и науки Российской Федерации
   Набережночелнинский институт экономики управления и права
   Кафедра философии
   РЕФЕРАТ
   По дисциплине: Концепция современного естествознания
   На тему: Строение атомов, концепция непрерывной дескрепы и электромагнитных свойств атомов и материи
   Выполнил: Кудряшова И.А., Горохова Е.В.
   студентки экономического факультета 5210
   Проверила: Замахова Е.Д.
   Набережные Челны
   2006 г.
   СОДЕРЖАНИЕ
   ВВЕДЕНИЕ… 3
   1. Эволюция строения атомов и возникновение лучей строения атомов 4
   2. Спектры изучения постулатов Бора. 7
   3. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц. 10
   ЗАКЛЮЧЕНИЕ… 20
   СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ… 22

   ВВЕДЕНИЕ

   Для познания окружающего нас мира человеку пришлось пройти увлекательный, но мучительно-длинный и трудный путь изучения вещества, начиная от самых сложных его форм и кончая элементарными частицами.
   В данной работе будет рассмотрен этот путь не в прямом, а в самом в обратном направлении. Зная свойства элементарных частиц, будет уже сравнительно просто построить из них более сложные объекты – атомные ядра и атомы – и понять их свойства.
   Открытие сложного строения атома — важнейший этап становления современной физики. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные системы, были сформированы новые представления о свойствах микрочастиц, которые описываются квантовой механикой.
   Первую попытку создать качественно новую модель атома предпринял в 1913г. датский физик Нильс Бор. Он связал в единое целое эмпирические закономерности линейчатого спектра излучения атома водорода, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории атома Бор положил два постулата.
   Целью данной работы является изучение строения атомов, концепции непрерывной дескрепы, электромагнитных свойств атомов и материи. Исследование такой возможности представляет огромный интерес для науки.
   В процессе изучения ставятся следующие задачи:
   – охарактеризовать эволюцию представлений о строении атомов и строение атомов по моделям Э. Резерфорда и Н. Бора;
   – раскрыть сущность открытия в области возникновения лучей при электрическом разряде;
   – изучить спектры постулатов Н. Бора;
   – рассмотреть двойственную природу корпускулярно-волновых микрочастиц.

   1. Эволюция строения атомов и возникновение лучей строения атомов

   Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена (Левкипп, Демокрит, Эпикур, Лукреций). В средние века учение об атомах, будучи материалистическим, не получило широкого признания. Атомистическая теория приобретает все большую популярность лишь к концу XVIII в. благодаря трудам великого русского ученого М.В. Ломоносова, английского химика и физика Д. Дальтона и др. Однако в то время вопрос о строении атомов даже не ставился — они считались неделимыми.
   Большой вклад в развитие атомистической теории внес выдающийся русский химик Д.И. Менделеев. Исходя из единой природы атомов, он разработал в 1869 г. Периодическую систему элементов. Выраженная в ней закономерная связь между всеми химическими элементами наталкивала на мысль о том, что в основе строения всех атомов лежит общее свойство: все они находятся в близком родстве друг с другом. Однако до конца XIX в. в химии господствовало метафизическое убеждение: атом — наименьшая частица простого вещества, последний предел делимости материи. При этом предполагалось, что во всех химических превращениях распадаются и вновь создаются только молекулы, а атомы остаются неделимыми, т.е. не могут дробиться на более мелкие части. [3, с.144]
   Существование закономерной связи между всеми химическими элементами, ярко выраженное в периодической системе Менделеева, наталкивает на мысль о том, что в основе строения всех атомов лежит общее свойство: все они находятся в близком родстве друг с другом.
   Однако до конца XIX 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.
   Различные предположения о строении атома долгое время не подтверждались какими-либо экспериментальными данными. Лишь в конце XIX в. были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения при определенных условиях одних атомов в другие. На основе этих открытий начало быстро развиваться учение о строении атома.
   Первые косвенные подтверждения о сложной структуре атомов были получены при изучении катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Изучение свойств этих лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости света. Особыми приемами удалось определить массу катодных частиц и величину их заряда, выяснить, что они не зависят 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 и превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет сущность их природы. Эти частицы, получившие название электронов, были открыты в 1897 г. английским физиком Дж. Томсоном.
   Различные предположения о сложной структуре атома долгое время не подтверждались опытами. Лишь проведенные в конце XIX в. эксперименты доказали сложное строение атомов и возможность их взаимного превращения. Активное изучение строения атома началось в 1897 г. после открытия электрона английским физиком Дж. Томсоном. В 1903 г. он предложил первую модель атома: атом представляет собой непрерывно заряженный положительным электрическим зарядом шар, внутри которого около своих положений равновесия колеблются электроны; суммарный заряд электронов равен положительному заряду шара, поэтому атом в целом нейтрален. Однако предположение о непрерывном распределении положительного заряда внутри атома не подтвердилось экспериментом.
   В развитии представлений о строении атома велико значение опытов английского физика Э. Резерфорда (1871-1937) по рассеянию альфа-частиц в веществе. Альфа-частицы испускаются при радиоактивных превращениях. Их электрический заряд положителен и равен по модулю двойному заряду электрона. Это тяжелые частицы: масса их примерно в 7 300 раз больше массы электрона. Исследуя прохождение альфа-частиц через золотую фольгу, Резерфорд обнаружил, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, а некоторые из них (примерно, одна из 20 000) резко отклоняются от первоначального направления — вплоть до 180°. Поскольку электроны не могут существенно повлиять на характер движения столь тяжелых и быстрых альфа-частиц, Резерфорд сделал вывод: значительное отклонение альфа-частиц обусловлено их взаимодействием с положительным зарядом большей массы. Такое отклонение испытывали лишь немногие альфа-частицы, т.е. те, которые оказались вблизи положительного заряда сравнительно небольших размеров.
   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, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой. [3, с.145]
   Анализируя результаты опытов, Резерфорд предложил в 1911 г. ядерную (планетарную) модель атома: вокруг положительного ядра, имеющего заряд Ze (Z — порядковый номер элемента в системе Менделеева, е — элементарный заряд), по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Движущиеся по замкнутым орбитам электроны обладают центростремительным ускорением. Согласно классической электродинамике, ускоренные электроны излучают электромагнитные волны, вследствие чего непрерывно теряют энергию. Поэтому электрон, вращаясь вокруг ядра, излучает энергию. В результате потери энергии, двигаясь по спирали и приближаясь к ядру, он в конце концов упадет на него. Таким образом, атом в модели Резерфорда оказался неустойчивой системой.
   Попытки создать модель атома в рамках классической физики не привели к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами Резерфорда, планетарная же модель не смогла объяснить устойчивость атомов. Преодоление возникших трудностей требовало принципиально нового подхода.

   2. Спектры изучения постулатов Бора

   Планетарная модель атома позволила объяснить результаты опытов по рассеянию альфа-частиц вещества, однако возникли принципиальные трудности при обосновании устойчивости атомов.
   Первая попытка построить качественно новую — квантовую — теорию атома была предпринята в 1913 г. Нильсом Бором. Он поставил цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил ядерную модель Резерфорда. Он предположил, что электроны движутся вокруг ядра по круговым орбитам. Движение по окружности даже с постоянной скоростью обладает ускорением. Такое ускоренное движение заряда эквивалентно переменному току, который создает в пространстве переменное электромагнитное поле. На создание этого поля расходуется энергия. Энергия поля может создаваться за счет энергии кулоновского взаимодействия электрона с ядром. В результате электрон должен двигаться по спирали и упасть на ядро. Однако опыт показывает, что атомы — очень устойчивые образования. Отсюда следует вывод, что результаты классической электродинамики, основанной на уравнениях Максвелла, неприменимы к внутриатомным процессам. Необходимо найти новые закономерности. В основу своей теории атома Бор положил следующие постулаты. [3, с.145]
   Первую попытку создать качественно новую модель атома предпринял в 1913 году датский физик Нильс Бор. Он связал в единое целое эмпирические закономерности линейчатого спектра излучения атома водорода, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории атома Бор положил два постулата.
   Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по таким орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.
   Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией
   hv = En-Em,
   равной разности энергий En и Em, соответствующих стационарным состояниям атома до и после излучения (поглощения). [3, с.146]
   Переходу электрона со стационарной орбиты с номером т на стационарную орбиту с номером п соответствует переход атома из состояния с энергией Em в состояние с энергией En (рис.1). При En > Em возможен переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т.е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близкую, при котором излучается фотон. Поглощение фотона происходит при переходе атома в состояние с большей энергией, т.е. переход электрона на более удаленную от ядра орбиту.
   Набор возможных дискретных частот квантовых переходов определяет линейчатый спектр излучения атома.
   Рис.1. К пояснению постулатов Бора.
   Модель атома Бора блестяще объяснила экспериментально наблюдаемый линейчатый спектр излучения атомов водорода. Такой успех достигнут ценой отказа от фундаментального положения классической электродинамики. Поэтому большое значение имело прямое экспериментальное подтверждение справедливости постулатов Бора, особенно первого — о существовании стационарных состояний (второй постулат можно рассматривать как следствие закона сохранения энергии и гипотезы о существовании фотонов). Существование стационарных состояний и дискретность значений энергии атомов экспериментально подтвердили в 1913 г. немецкие физики Д. Франк и Г. Герц при исследовании взаимодействия электронов с атомами газообразной ртути.
   Несмотря на несомненный успех концепции Бора в объяснении структуры атома водорода, для которого удалось создать количественную теорию спектра излучения, построить подобную теорию для следующего за водородом атома гелия на основании модели Бора не удалось. В современном представлении определенные орбиты, по которым движется электрон в атоме Бора, отражает один из этапов в понимании структуры атома. На самом деле движение электронов в атоме различных элементов имеет сложный характер и объясняется в рамках квантово-механической концепции. [3, с.146]

   3. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц

   Если поведение атомов так непохоже на наш обыденный опыт, то к нему очень трудно привыкнуть. И новичку в науке, и опытному физику — всем оно кажется своеобразным и туманным. Даже большие ученые не понимают его настолько, как им хотелось бы, и это совершенно естественной потому что весь непосредственный опыт человека, вся интуиция — все прилагается к крупным телам. Мы знаем что будет с большим предметом; но именно так мельчайший тельца не поступают. Поэтому, изучая их, приходится прибегать к различного рода абстракциям, напрягать воображение и не пытаться связывать их с нашим непосредственным опытом. В доквантовой физике «понять» означало составить себе наглядный образ объекта или процесса. Квантовую физику нельзя понять в таком смысле слова. Всякая наглядная цель неизбежно будет действовать по классическим законам и поэтому непригодна для представления квантовых процессов. Поэтому самое правильное, что можно сделать, — это отказаться от попыток строить наглядные модели поведения квантовых объектов. Отсутствие наглядности поначалу может вызвать чувство неудовлетворенности, но со временем это чувство проходит, и все становится на свои места. [2, с.172]
   B первое время физики были поражены необычными свойствами тех мельчайших частиц материи, которые они изучали микромире. Попытки описать, а тем более объяснить свойства микрочастиц с помощью понятий и принципов классической физики потерпели явную неудачу. Поиски новых понятий и методов объяснения в конце концов привели к возникновению новой квантовой механики, в окончательное построение и обоснование которой значительный вклад внесли Шредингер, В. Гейзенберг, М. Борн. В самом начале эта механика была названа волновой в противоположность обычной механике, которая рассматривает свои объекты как состоящие из корпускул, или частиц. В дальнейшем для механики микрообъектов утвердилось название квантовой механики.
   Для облегчения понимания корпускулярно-волновой природы микрочастиц полезно рассмотреть такую же двойственную природу поведения электромагнитных волн, в частности света. В результате углубления представлений о природе света выяснилось, что в оптических явлениях обнаруживается своеобразный дуализм. Наряду с такими свойствами света, которые самым непосредственным образом свидетельствуют о его волновой природе (интерференция, дифракция), имеются и другие свойства, столь же непосредственно обнаруживающие его корпускулярную природу) эффект, явление Комптона). Рассмотрим их.
   Фотоэлектрическим эффектом, или фотоэффектом, называется испускание электронов веществом под действием света. В 1905 г.А. Эйнштейн показал, что все закономерности фотоэффекта легко объясняются, если предположить, что свет поглощается такими же порциями (квантами) энергии Е = h?, какими он, по предположению Планка, испускается. По мысли Эйнштейна, энергия, полученная электроном, доставляется ему в виде кванта hv, который усваивается им целиком. Часть этой энергии, равная работе выхода, т.е. наименьшей энергии, необходимой электрону, чтобы удалиться из тела в вакуум, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Остаток энергии образует кинетическую энергию Ек электрона, покинувшего вещество. В этом случае должно выполняться соотношение
   которое называется формулой Эйнштейна. Отсюда вытекает, что в случае, когда работа выхода А превышает энергию кванта hv, электроны не могут покинуть металл. Следовательно, для возникновения фотоэффекта необходимо, чтобы энергия кванта была больше работы выхода. Частота v0, ниже которой не наблюдается фотоэффект, называется красной границей фотоэффекта. Эйнштейн выдвинул гипотезу, что свет распространяется в виде дискретных частиц, названных световыми квантами. Впоследствии эти частицы получили название фотонов. Энергия фотона определяется его частотой Е = hv, масса покоя фотона равна нулю, и фотон всегда движется со скоростью с. Сказанное означает, что фотон представляет собой частицу особого рода, отличную от таких частиц, как электрон, протон и т.п., которые могут существовать, двигаясь со скоростями, меньшими с, и даже покоясь. [2, с.173]
   Поток фотонов, падающих перпендикулярно на поглощающую свет поверхность, оказывает на нее давление. Если плотность фотонов равна n, то давление света равно Р = n? = nhv, так как каждый фотон сообщает стенке импульс
   Особенно отчетливо проявляются корпускулярные свойства света в явлении, которое получило название эффекта Комптона. В 1923 г.А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей различными веществами, обнаружил, что в рассеянных лучах наряду с излучением первоначальной длины волны содержатся также лучи большей длины волны. Разность между этими длинами волн оказалась зависящей только от угла, образуемого направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка. От первоначальной длины волны и от природы рассеивающего вещества разность им волн не зависит. Все особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов с практически ободными электронами. Свободными можно считать слабее всего связанные с атомами электроны, энергия связи которых значительно меньше той энергии, которую фотон может передать электрону при соударении. Таким образом, мы рассмотрели ряд явлений, в которых свет ведет себя как поток частиц (фотонов). Однако не надо забывать, что такие явления, как интерференция и дифракция света, могут быть объяснены только на основе волновых представлений. Таким образом, свет обнаруживает корпускулярно-волновой дуализм (двойственность): в одних явлениях проявляется его волновая природа, и он ведет себя как электромагнитная волна, в других явлениях проявляется корпускулярная природа света, и он ведет себя как поток фотонов. [2, с.174]
   Новый радикальный шаг в развитии физики был связан с распространением корпускулярно-волнового дуализма на мельчайшие частицы вещества — электроны, протоны, нейтроны и другие микрообъекты. В классической физике вещество всегда считалось состоящим из частиц, и потому волновые свойства казались явно чуждыми ему. Тем удивительнее оказалось открытие о наличии у микрочастиц волновых свойств, первую гипотезу о существовании которых высказал зал в 1924 г. известный французский ученый Луи де Бройль «В оптике, — писал он, — в течение столетия слишком пренебрегали корпускулярным способом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории вещества обратная ошибка? ». Допуская, что частицы вещества наряду с корпускулярными свойствами имеют также и волновые, де Бройль перенес на случай частиц вещества те же правила перехода от одной картины к другой, какие справедливы и случае света. По идее де Бройля, движение электрона или какой-либо другой частицы связано с волновым процессом, с частотой
   v = E/h.
   Гипотеза де Бройля была вскоре подтверждена экспериментально в 1927 г. американскими физиками К. Дэвинсоном: и Л. Джермером, впервые обнаружившими явление дифракции электронов на кристалле никеля, т.е. типично волновую картину. Формула
   называется формулой де Бройля и является одним из соотношений, лежащих в основе современной физики. Для частицы с массой т, движущейся с малой скоростью v
   Рис.2. Эксперимент по определению свойств микрочастиц.
   Сочетая в себе свойства частицы и волны, микротела не ведут себя ни как волны, ни как частицы. Отличие микрочастицы от волны заключается в том, что она всегда обнаруживается как неделимое целое. Никто никогда не наблюдал, например, пол-электрона. В то же время волну можно разделить на части (например, направив световую волну на полупрозрачное зеркало) и воспринимать затем каждую часть в отдельности. Отличие микрочастицы от привычной нам микрочастицы заключается в том, что она не обладает одновременно определенными значениями координаты и импульса, вследствие чего понятие траектории применительно к микрочастице утрачивает смысл. [2, с.177]
   Своеобразие свойств микрочастиц отчетливее всего обнаруживается в следующем мысленном эксперименте. Достоверность наблюдаемого в мысленном эксперименте эффекта вытекает из наблюдений, полученных в ряде реальных экспериментов. Направим на преграду с двумя узкими щелями параллельный пучок моноэнергетических (т.е. обладающих одинаковой кинетической энергией) электронов. За преградой поставим фотопластинку Фп. Сначала закроем вторую щель и произведем экспонирование в течение определенного времени. Почернение на обработанной фотопластинке будет характеризоваться кривой 1 на рисунке 2 (б). Вторую фотопластинку подвергнем экспозиции в течение того же времени, закрыв первую щель. Характер почернения передается в этом кривой 2 на рисунке 2 (б). Наконец, откроем обе щели и подвергнем экспонированию в течение того же времени третью пластинку. Картина почернения, получающаяся в последнем случае, изображена на рисунке 2 (в). Эта картина отнюдь не эквивалентна положению первых двух картин. Она оказывается аналогичной картине, получающейся при интерференции двух когерентных световых волн. Характер картины свидетельствует о том, что на движение каждого электрона оказывают влияние оба отверстия. Такой вывод несовместим с представлением о траекториях. Если бы электрон в каждый момент времени находился в определенной точке пространства и двигался по траектории, он проходил бы через определенное отверстие — первое или второе. Явление же дифракции доказывает, что в прохождении каждого электрона участвуют оба отверстия — и первое, и второе. Не следует, однако, представлять дело так, что какая-то часть электрона проходит через одно отверстие, а другая часть — через второе. Мы уже отмечали, что электрон, как и другие микрочастицы, всегда обнаруживается как целое, с присущей ему массой, зарядом и другими характерными для него величинами.
   Таким образом, электрон, протон, атомное ядро представляют собой частицы с весьма своеобразными свойствами Обычный шарик, даже и очень малых размеров (макроскопическая частица), не может служить прообразом микрочастицы. С уменьшением размеров начинают проявляться качественно новые свойства, не обнаруживающиеся у микрочастиц. Однако при определенных условиях понятие траектории оказывается приближенно применимым к движению микрочастиц, подобно тому, как оказывается справедливым закон нелинейного распространения света. В формуле де Бройля нет ничего специфического для электрона как определенной частицы. Волновые свойства должны быть присущи любой частице вещества, имеющей массу m и скорость v. Убедительное доказательство справедливости формулы де Бройля наличия волновых свойств у частиц было получено в опытах по дифракции нейтронов на кристаллах. В ряде случаев с помощью дифракции нейтронов можно успешнее исследовать строение веществ, чем с помощью рентгеновских лучей или электронов.
   Универсальность корпускулярно-волновой концепции. Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представление о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: [3, с.148]
   не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают волновыми свойствами.
   Согласно де Бройлю, любой микрообъект можно описать, с одной стороны, корпускулярными характеристиками — энергией Е и импульсом р, а с другой — волновыми характеристиками — частотой v и длиной волны X. Формулы, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как и для фотонов:
   Смелость гипотезы де Бройля заключалась в том, что приведенные формулы постулировались не только для фотонов, но и для микрочастиц, обладающих массой покоя. Таким образом, любой частице с импульсом р соответствует волновой процесс с длиной волны, определяемой формулой де Бройля:
   Вскоре гипотезу де Бройля экспериментально подтвердили американские физики К. Дэвиссон (1881-1958) и Л. Джермер (1896-1971), обнаружив дифракцию электронов, рассеивающихся от естественной дифракционной решетки.
   Всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства: для них существуют потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.
   Принципы неопределенности и дополнительности. В классической механике всякая частица движется по определенной траектории, так что в любой момент времени можно определить ее координату и импульс. Микрочастицы из-за наличия у них волновых свойств существенно отличаются от классических частиц. Одно из основных различий — нельзя говорить о движении микрочастицы по определенной траектории и об одновременных точных значениях ее координаты и импульса. Это следует из корпускулярно-волнового дуализма. Так, понятие «длина волны в данной точке» лишено физического смысла, а поскольку импульс выражается через длину волны, микрочастица с определенным импульсом имеет неопределенную координату. И наоборот, если микрочастица находится в состоянии с определенным значением координаты, то ее импульс неопределен. [3, с.149]
   Немецкий физик В. Гейзенберг (1901-1976), учитывая волновые свойства микрочастиц и связанные с волновыми свойствами ограничения в их поведении, пришел в 1927 г. к выводу: любой объект микромира невозможно одновременно с заданной наперед точностью характеризовать и координатой, и импульсом. Он сформулировал принцип неопределенности:
   микрочастица (микрообъект) не может иметь одновременно определенную координату х и определенный импульс р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию
   Данное соотношение неопределенностей Гейзенберга означает, что произведение неопределенностей координаты ?х и импульса ?р не может быть меньше постоянной Планка h. Невозможность одновременно определить в пределах ошибки эксперимента координату и соответствующую ей составляющую импульса не связана с несовершенством методов измерения или измерительных приборов. Это следствие специфики микрообъектов, отражающей особенности их объективных свойств, их двойственной корпускулярно-волновой природы. Соотношение неопределенностей включает классические характеристики движения частицы (координату, импульс) с учетом ее волновых свойств. Поскольку в классической механике измерение координаты и импульса может быть произведено с заданной точностью, то соотношение неопределенностей является, таким образом, квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам.
   Соотношение неопределенностей, отражая специфику физики микрочастиц, позволяет оценить, например, в какой мере можно применять понятия классической механики к микрочастицам и, в частности, с какой степенью точности можно определить траекторию микрочастиц, характеризующихся в любой момент времени определенными значениями координат и скорости. Для макроскопических тел волновые свойства не играют существенной роли: их координату и скорость можно одновременно измерить в пределах ошибки эксперимента и для достоверного описания их движения можно пользоваться законами классической механики.
   Анализируя принцип неопределенности, некоторые философы пришли к выводу: соотношение неопределенности устанавливает границу познаваемости мира. На самом деле соотношение неопределенностей не ограничивает познание микромира, а только указывает, насколько применимы к нему понятия и законы классической механики. [3, с.149]
   Для описания микрообъектов Н. Бор сформулировал в 1927 г. принцип дополнительности:
   · получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым.
   Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и ее скорость (или импульс). С физической точки зрения принцип дополнительности часто объясняют влиянием измерительного прибора (макроскопического объекта) на состояние микрообъекта. При точном измерении (имеется в виду измерение в пределах ошибки эксперимента) одной из дополнительных величин (например, координаты частицы) с помощью соответствующего прибора другая величина (импульс) в результате взаимодействия частицы с прибором претерпевает полностью неконтролируемое изменение. С позиции квантовой теории роль прибора в измерениях заключается в «приготовлении» некоторого состояния системы. Состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенные значения, принципиально невозможны, причем если одна из таких величин точно определена, то значения другой неопределенны. Таким образом, фактически принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых систем, не связанные с наблюдателем. [3, с.150]

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Микромир образуют микрочастицы, которыми являются элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, фотоны и другие простые частицы), а также сложные частицы, образованные из сравнительно небольшого числа элементарных частиц (молекулы, атомы, ядра атомов и т.п.) Термин «микрочастица» отражает только одну сторону объекта, к которому он применяется. Всякий микрообъект (молекула, атом, электрон, фотон и т.д.), представляет собой образование особого рода, сочетающее в себе свойства и частицы, и волны. Может быть, правильнее было бы называть его «частицей-волной». Микрообъект не способен воздействовать непосредственно на наши органы чувств — ни видеть, ни осязать его нельзя. Ничего подобного микрообъектам в воспринимаемом нами мире не существует. Микротела не похожи ни на что из того, что нам хоть когда-нибудь приходилось видеть.
   Обнаружено, что элементарные частицы могут взаимно превращаться, т.е. не являются «последними кирпичиками» мироздания. Стало ясно, что число элементарных частиц не должно быть особенно большим.
   В механике микромира уравнение Шредингера для волновой функции играет ту же роль, что и уравнение Ньютона в классической механике. В уравнении, объясняющем поведение электрона в атоме, содержится волновая функция, квадрат модуля которой определяет положение электрона в данной точке в каждый момент времени. Главным открытием квантовой механики является вероятностный характер законов микромира.
   Частицам вещества в микромире присущ корпускулярно-волновой дуализм: в одних явлениях они проявляют волновые свойства, а в других — корпускулярную природу. Поэтому для изучения свойств микромира применяют принцип дополнительности, введенный Н. Бором в 1927 г.
   Фундаментальным в квантовой теории является принцип неопределенности, определяющий границы применимости классических представлений при описании свойств микромира. Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастиц.
   В результате экспериментов по рассеянию ?-частиц Резерфордом была предложена планетарная модель строения атома. При заполнении электронами орбит в атоме соблюдается принцип Паули: два электрона не могут находиться в одном и том же состоянии.
   Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределенности результатов измерений и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего.

   СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

   1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2002. — 208 с.
   2. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания: Учебник. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2004. — 692 с.
   3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. – М.: ГУП «Издательство „Высшая школа“, 2003. – 487 с.
   4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: Гарадарики, 2003. – 476 с.
   5. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1999. — 288 с.

9. передвигаться ближе к ядру, причем так же постепенно
   будет изменяться частота обращения электрона и
   характер испускаемого им света.
   В конце концов,
   исчерпав всю энергию, электрон должен “упасть” на
   ядро, и излучение света прекратится. Если бы на самом
   деле происходило такое непрерывное изменение движения
   электрона, то и спектр получался бы всегда
   непрерывный, а не с лучами определенной длины волны.
   Кроме того, “падение” электрона на ядро означало бы
   разрушение атома и прекращения его существования.
   Таким образом, теория Резерфорда была бессильна
   объяснить не только закономерности в распределении
   линий спектра, ни и само существование линейчатых
   спектров. В 1913 г. Бор предложил сою теорию строения
   атома, в которой ему удалось с большим искусством
   согласовать спектральные явления с ядерной моделью
   атома, применив к последней так называемую квантовую
   теорию излучения, введенную в науку немецким
   ученым-физиком Планком. Сущность теории квантов
   сводится к тому, что лучистая энергия испускается и
   поглощается не непрерывно, как принималось раньше, а
   отдельными малыми, но вполне определенными порциями –
   квантами энергии.
   Запас энергии излучающего тела
   изменяется скачками, квант за квантом; дробное число
   квантов тело не может ни испускать, ни поглощать.
   Величина кванта энергии зависит от частоты излучения
   : чем больше частота излучения, тем больше величина
   кванта. Обозначая квант энергии через , можно
   написать: = где – постоянная величина, так называемая
   константа Планка, равная 6,625 10 эрг сек. Кванты
   лучистой энергии называются также фотонами. Применив
   квантовые представления к вращению электронов вокруг
   ядра, Бор положил в основу своей теории очень смелые
   предположения, или постулаты. Хотя эти постулаты и
   противоречат законам классической электродинамики, но
   они находят свое оправдание в тех поразительных
   результатах, к которым приводят, и в том полнейшем
   согласии, которое обнаруживается между теоретическими
   результатами и огромным числом экспериментальных
   фактов.
   Постулаты Бора заключаются в следующем:
   Электрон может двигаться вокруг не по любым орбитам, а
   только по таким, которые удовлетворяют определенными
   условиям, вытекающим из теории квантов. Эти орбиты
   получили название устойчивых или квантовых орбит.
   Когда электрон движется по одной из возможных для
   него устойчивых орбит, то он не излучает. Переход
   электрона с удаленной орбиты на более близкую
   сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при
   каждом переходе энергия превращается в один квант
   лучистой энергии. Частота излучаемого при этом света
   определяется радиусами тех двух орбит, между которыми
   совершается переход электрона. Обозначив запас
   энергии атома при положении электрона на более
   удаленной от ядра орбите через Е , а на более близкой
   через Е и разделив потерянную атомом энергию Е – Е на
   постоянную Планка, получим искомую частоту:
   Чем больше расстояние от орбиты, на которой
   находится электрон, до той, на которую он переходит,
   тем больше частота излучения. Простейшим из атомов
   является атом водорода; вокруг ядра которого
   вращается только один электрон. Исходя из приведенных
   постулатов, Бор рассчитал радиусы возможных орбит для
   этого электрона и нашел, что они относятся, как
   квадраты натуральных чисел: 1 : 2 : 3 : … n Величина
   n получила название главного квантового числа. Радиус
   ближайшей к ядру орбиты в атоме водорода равняется
   0,53 ангстрема. Вычисленные отсюда частоты излучений,
   сопровождающих переходы электрона с одной орбиты на
   другую, оказались в точности совпадающими с
   частотами, найденными на опыте для линий водородного
   спектра Тем самым была доказана правильность расчета
   устойчивых орбит, а вместе с тем и приложимость
   постулатов Бора для таких расчетов. В дальнейшем
   теория Бора была распространена и на атомную структуру
   других элементов, хотя это было связанно с некоторыми
   трудностями из-за ее новизны.
   Теория Бора позволила разрешить очень важный
   вопрос о расположении электронов в атомах различных
   элементов и установить зависимость свойств элементов
   от строения электронных оболочек их атомов. В
   настоящее время разработаны схемы строения атомов
   всех химических элементов. Однако, иметь ввиду, что
   все эти схемы это лишь более или менее достоверная
   гипотеза, позволяющая объяснить многие физические и
   химические свойства элементов. Как раньше уже было
   сказанно, число электронов, вращающихся вокруг ядра
   атома, соответствует порядковому номеру элемента в
   периодической системе.
   Электроны расположены по слоям, т.е. каждому
   слою принадлежит определенное заполняющие или как бы
   насыщающее его число электронов. Электроны одного и
   того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом
   энергии, т.е. находятся примерно на одинаковом
   энергетическом уровне. Вся оболочка атома распадается
   на несколько энергетических уровней. Электроны
   каждого следующего слоя находятся на более высоком
   энергетическом уровне, чем электроны предыдущего
   слоя. Наибольшее число электронов N, могущих
   находиться на данном энергетическом уровне, равно
   удвоенному квадрату номера слоя:
   N=2n
   где n-номер слоя. Таким образом на 1-2, на 2-8,
   на 3-18 и т.д. Кроме того, установлено, что число
   электронов в наружном слое для всех элементов, кроме
   палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем –
   восемнадцати.
   Электроны наружного слоя, как наиболее
   удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно
   связанные с ядром, могут отрываться от атома и
   присоединяться к другим атомам, входя в состав
   наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного
   или нескольких электронов, становятся заряженные
   положительно, так как заряд ядра атома превышает
   сумму зарядов оставшихся электронов. Наоборот атомы
   присоединившие электроны становятся заряженные
   отрицательно. Образующиеся таким путем заряженные
   частицы, качественно отличные от соответствующих
   атомов. называются ионами. Многие ионы в свою очередь
   могут терять или присоединять электроны, превращаясь
   при этом или в электронейтральные атомы, или в новые
   ионы с другим зарядом.
   Теория Бора оказала огромные услуги физике и
   химии, подойдя, с одной стороны, к раскрытию законов
   спектроскопии и объяснению механизма лучеиспускания,
   а с другой – к выяснению структуры отдельных атомов и
   установлению связи между ними. Однако оставалось еще
   много явлений в этой области, объяснить которые
   теория Бора не могла.
   Движение электронов в атомах рисовалось Бору до
   известной степени как простое механическое
   перемещение, между тем как оно является весьма
   сложным и своеобразным. Своеобразие движения
   электронов было раскрыто новой теорией – квантовой,
   или волновой, механикой. Квантовая механика
   показывает, что законы движения электронов имеют
   много общего с законами распространения волн. Я хочу
   лишь основное уравнение волновой механики, в связи с
   ее сложностью: связывающие длину волны для потока
   электронов с их скоростью и массой :
   где h- постоянная Планка.
   Охватывая более широкий круг явлений, чем
   теория Бора, решает ряд вопросов, с которыми теория
   Бора справится не смогла.
   Так, например, при помощи волновой механики
   получает объяснение устойчивость лишь определенных
   электронных орбит. “Устойчивыми” являются лишь те
   орбиты, на которых укладывается целое число волн. Так
   как длина круговой орбиты с радиусом r равна 2 r,то
   устойчивость орбиты будет определятся ур-нием:
   2 r=
   где n-целое число. Это и есть математическое
   выражение первого постулата Бора, которое он в 1913
   г. положил в основу расчета движения электрона в
   атоме водорода.
   В приведенном выше урние n-главное квантовое
   число. Принимает значения любого натурального числа.
   1) Главное квантовое число n определяет уровень
   энергии, которому отвечает данная орбита, и ее
   удаленность от ядра. Главное квантовое число
   определяет среднее радиальное распределение
   электронной плотности около ядра. Помимо главного
   квантового числа, состояние электрона в атоме
   характеризуется еще тремя другими квантовыми числами:
   l,m,s.
   2) Побочное (азимутальное) квантовое число l
   характеризует момент количества движения электрона
   относительно центра орбиты. Оно определяет форму
   электронного облака (форму орбиты), его сплошность
   или разрывы и его вытянутость. (s,p,d орбитали)
   3) Магнитное квантовое число m определяет
   положение плоскости орбиты электрона в пространстве
   или, согласно представления волновой механики, то
   направление, в котором вытянуто электронное облако.
   Равно по модулю .
   4) Спиновое квантовое число s определяет
   направление вращения электрона. может принимать
   только два значения.
   На основании анализа спектров и учета
   положения элементов в периодической системе физиком
   Паули был найден общий принцип, позволяющий избрать
   те сочетания квантовых чисел, которые отвечают
   реальной действительности. Согласно этому принципу
   два электрона в атоме не могут иметь четыре
   одинаковых квантовых числа.
   Страницы: 1 2

10. РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА
    Кафедра естественнонаучных дисциплин
    РЕФЕРАТ
    По дисциплине: “Физика и концепция современногоестествознания”
    Тема: Строение атома и атомного ядра
    Выполнила: студент 10-у2 Бушмин Кирилл
    Проверила: доцент Г.В. Суравицкая
    Пенза 2010г.
    Введение2
    Раздел I. История атома. 3
    1.1 Исследования Эрнеста Резерфорда.6
    1. 2. Исследования Нильса Бора.10
    Раздел II. Строение атома. 16
    2.1 Электрон …………………………………………………16
    2.2 Строение электрона…………………………………………….17
    2.3 Общие принципы заполнения электронных оболочек атомов элементов по периодам…………..17
    2.3 Ядра атомов. 19
    2.4 Атомная орбиталь. 21
    Атомная орбиталь – пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона.21
    Заключение25
    Список литературы:25

    Введение

    Первые представления о том, что вещество состоит из отдельных неделимых частиц, появилось в глубокой древности. В древней Индии признавалось не только существование первичных неделимых частиц вещества, но и их способность соединяться друг с другом, образуя новые частицы. Древнегреческий ученый Аристотель писал, что причинами всех вещей являются определенные различия в атомах, а именно: форма, порядок и положение. Позднее древнегреческий философ – материалист ввел понятие о массе атомов и их способности к самопроизвольному отклонению во время движения. Французский ученый Пьер Гассенди ввел понятие о молекуле, под которой он понимал качественно новое образование, составленное путем соединения нескольких атомов.
    По мысли английского ученого Р. Бойля, мир корпускул (молекул), их движение и «сплетение» очень сложны. Мир в целом и его мельчайшие части – это целесообразно устроенные механизмы. Великий русский ученый М. В. Ломоносов развил и обосновал учение о материальных атомах и корпускулах. Он приписывал атомам не только неделимость, но и активное начало – способность к движению и взаимодействию.
    Английский ученый Дж. Дальтон рассматривал атом как мельчайшую частицу химического элемента, отличающуюся от атомов других элементов прежде всего массой.
    Большой вклад в атомно-молекулярное учение внесли французский ученый Ж. Гей-Люссак, итальянский ученый А. Авогадро, русский ученый Д. И. Менделеев. В 1860 году в г. Карлсруэ состоялся международный конгресс химиков. Благодаря усилиям итальянского ученого С. Канниццаро были приняты следующие определения атома и молекулы: молекула – «количество тела, вступающее в реакции и определяющее химические свойства»; атом – «наименьшее количество элемента, входящее в частицы (молекулы) соединений.
    Установленные С. Канниццаро атомные массы элементов послужили Д. И. Менделееву основной при открытии периодического закона.

    Раздел I. История атома

    В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности». Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших частиц, называемых атомами. Научные основы атомно-молекулярного учения были заложены позднее в работах русского учёного М.В. Ломоносова, французских химиков Л. Лавуазье и Ж. Пруста, английского химика Д. Дальтона, итальянского физика А. Авогадро и других исследователей. [ 1 ]
    Периодический закон Д.И. Менделеева показывает существование закономерной связи между всеми химическими элементами. Это говорит о том что в основе всех атомов лежит нечто общее. До конца XIX века в химии царило убеждение, что атом есть наименьшая неделимая частица простого вещества. Считалось, что при всех химических превращениях разрушаются и создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на части. И наконец в конце XIX века были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения одних атомов в другие. [ 7 ]
    Это послужило толчком к образованию и развитию нового раздела химии «Строение атома». Первым указанием на сложную структуру атома — были опыты по изучению 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 катода трубки перпендикулярно к его поверхности распространяются «невидимые» катодные лучи, вызывающие яркое зеленое свечение в том месте, куда они попадают. Катодные лучи обладают способностью приводить в движение. На их пути легко подвижные тела откланяются от своего первоначального пути 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 состоят из мельчайших частиц, несущих отрицательный заряд и летящих со скоростью, достигающей половины скорости света. Также удалось определить массу и величину их заряда. Масса каждой частицы равнялась 0,00055 углеродной частицы. Заряд равняется 1,602 на 10 в минус 19 степени. 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 существовать без своих зарядов, не могут быть превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет, самую сущность их природы. Эти частицы получили название электронов. В катодных трубках электроны отделяются от катода под влиянием электрического заряда. Но они могут возникать и вне всякой связи с электрическим зарядом. Так, например при электронной эмиссии металлы испускают электроны; при фотоэффекте многие вещества также выбрасывают электроны. Выделение электронов самыми разнообразными веществами указывает на то, что эти частицы входят в состав всех атомов; следовательно атомы являются сложными образованиями, построенными из более мелких «составных частей».
    Изучение строения атома практически началось в 1897-1898 гг., после того как была окончательно установлена природа катодных лучей как потока электронов и были определены величина заряда и масса электрона. Факт выделения электронов самыми разнообразными веществами приводил к выводу, что электроны входят в состав всех атомов. Но атом, как известно, электрически нейтрален, из этого следовало, что в его состав должна была входить ещё одна составная часть, уравновешивавшая сумму отрицательных зарядов электронов. Эта положительно заряженная часть атома была открыта в 1911 г. Резерфордом при исследовании движения ?-частиц в газах и других веществах.

    1.1 Исследования Эрнеста Резерфорда .

    ???частицы, выбрасываемые веществами активных 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, потерявшие электроны, становятся заряженными положительно, выбитые же 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.
    Впоследствии аппарат для фотографирования частиц получил название камеры Вильсона. (Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. В дальнейшем вытеснена другими трековыми детекторами.)
    Исследуя пути движения частиц с помощью камеры, Резерфорд заметил, что в камере они параллельны (пути), а при пропускании пучка параллельных лучей через слой газа или тонкую металлическую пластинку, они выходят не параллельно, а несколько расходятся, т.е. происходит отклонение частиц от их первоначального пути. Некоторые частицы отклонялись очень сильно, некоторые вообще не проходили через тонкую пластинку. [ 1, 7 ]
    Рис. 1. Модель атома Бор-Резерфорд
    Исходя из этих наблюдений, Резерфорд предложил свою схему строения атома: в центре атома находится положительное ядро, вокруг которого по разным орбиталям вращаются отрицательные электроны. (рис.1.)
    Центростремительные силы, возникающие при их вращении удерживают их на своих орбиталях и не дают им улететь. Эта модель атома легко объясняет явление отклонения ?- частиц. 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, стоявших перед 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 рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи возникают при ударе быстро летящих электронов о какое-либо твердое тело и отличаются от лучей видимого света только значительно меньшей длиной волны. В то время как короткие световые волны имеют длину около 4000 ангстремов (фиолетовые лучи), длины волн рентгеновских лучей лежат в пределах от 20 до 0,1 ангстрема. Чтобы получить спектр рентгеновских лучей, нельзя пользоваться обыкновенной призмой или дифракционной решеткой. (Дифракционная РЕШЕТКА, оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих друг от друга, на которых происходит дифракция света. Дифракционная решетка разлагает падающий на нее пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах. )
    Для рентгеновских лучей требовалась решётка с очень большим количеством делений на один миллиметр (примерно 1млн./1мм.). Такую решётку искусственно приготовить было невозможно. В 1912 г. у швейцарского физика Лауэ возникла мысль использовать кристаллы в качестве дифракционной решетки для рентгеновских лучей.
    Рис. 2. Модель кристалла
    Упорядоченное расположение атомов в кристалле и малое расстояние между ними давало повод предполагать, что как раз кристаллы и подойдут на роль требуемой дифракционной решётки. (рис. 1.)
    Опыт блестяще подтвердил предположение Лауэ, вскоре удалось построить приборы, которые давали возможность получать спектр рентгеновских лучей почти всех элементов. Для получения рентгеновских спектров антикатод в рентгеновских трубках делают из того металла, спектр которого хотят получить, или же наносят соединение исследуемого элемента. Экраном для спектра служит фотобумага; после проявления на ней видны все линии спектра. В 1913 г. английский ученый Мозли, изучая рентгеновские спектры, нашел соотношение между длинами волн рентгеновских лучей и порядкового номерами соответствующих элементов — это носит название закона Мозли и может быть сформулировано следующим образом: Корни квадратные из обратных значений длин волн находятся в линейной зависимости от порядковых номеров элементов.
    Еще до работ Мозли некоторые учёные предполагали, что порядковый номер элемента указывает число зарядов ядра его атома. В тоже время Резерфорд, изучая рассеивание ?-частиц при прохождении через тонкие металлические пластинки, выяснил, что если заряд электрона принять за единицу, то выражаемый в таких единицах заряд ядра приблизительно равен половине атомного веса элемента. Порядковый номер, по крайне мере более легких элементов, тоже равняется примерно половине атомного веса. Все вместе взятое привело к выводу, что Заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента. Таким образом, закон Мозли позволил определить заряды атомных ядер. Тем самым, ввиду нейтральности атомов, было установлено и число электронов, вращающихся вокруг ядра в атоме каждого элемента. [ 1 ]

    1. 2. Исследования Нильса Бора.

    Ядерная модель атома Резерфорда получила свое дальнейшее развитие благодаря работам Нильса Бора, в которых учение о строении атома неразрывно связывается с учением о происхождении спектров.
    Линейчатые спектры получаются при разложении света испускаемого раскаленными парами или газами. Каждому элементу отвечает свой спектр, отличающийся от спектров других элементов. Большинство металлов дает очень сложные спектры, содержащие огромное число линий (в железе до 5000), но встречаются и сравнительно простые спектры.
    Развивая ядерную теорию Резерфорда, ученые пришли к мысли, что сложная структура линейчатых спектров обусловлена происходящими внутри атомов колебаниями электронов. По теории Резерфорда, каждый электрон вращается вокруг ядра, причем сила притяжения ядра уравновешивается центробежной силой, возникающей при вращении электрона. Вращение электрона совершенно аналогично его быстрым колебаниям и должно вызвать испускание электромагнитных волн. Поэтому можно предположить, что вращающийся электрон излучает свет определенной длины волны, зависящий от частоты обращения электрона по орбите. Но, излучая свет, электрон теряет часть своей энергии, вследствие чего нарушается равновесие между ним и ядром; для восстановления равновесия электрон должен постепенно передвигаться ближе к ядру, причем так же постепенно будет изменяться частота обращения электрона и характер испускаемого им света. В конце концов, исчерпав всю энергию, электрон должен «упасть» на ядро, и излучение света прекратится. Если бы на самом деле происходило такое непрерывное изменение движения электрона, то и спектр получался бы всегда непрерывный, а не с лучами определенной длины волны. Кроме того, «падение» электрона на ядро означало бы разрушение атома и прекращения его существования. Таким образом, теория Резерфорда была бессильна объяснить не только закономерности в распределении
    линий спектра, ни и само существование линейчатых спектров. В 1913 г. Бор предложил сою теорию строения атома, в которой ему удалось с большим искусством согласовать спектральные явления с ядерной моделью атома, применив к последней так называемую квантовую теорию излучения, введенную в науку немецким ученым-физиком Планком. Сущность теории квантов сводится к тому, что лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывно, как принималось раньше, а отдельными малыми, но вполне определенными порциями — квантами энергии. Запас энергии излучающего тела изменяется скачками, квант за квантом; дробное число квантов тело не может ни испускать, ни поглощать. Величина кванта энергии зависит от частоты излучения: чем больше частота излучения, тем больше величина кванта. Кванты лучистой энергии называются также фотонами. Применив квантовые представления к вращению электронов вокруг ядра, Бор положил в основу своей теории очень смелые предположения, или постулаты. Хотя эти постулаты и противоречат законам классической электродинамики, но они находят свое оправдание в тех поразительных результатах, к которым приводят, и в том полнейшем согласии, которое обнаруживается между теоретическими результатами и огромным числом экспериментальных фактов. Постулаты Бора заключаются в следующем: Электрон может двигаться вокруг не по любым орбитам, а только по таким, которые удовлетворяют определенными условиям, вытекающим из теории квантов. Эти орбиты получили название устойчивых или квантовых орбит. Когда электрон движется по одной из возможных для него устойчивых орбит, то он не излучает. Переход электрона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при каждом переходе энергия превращается в один квант лучистой энергии. Частота излучаемого при этом света определяется радиусами тех двух орбит, между которыми совершается переход электрона. Чем больше расстояние от орбиты, на которой находится электрон, до той, на которую он переходит, тем больше частота излучения. Простейшим из атомов является атом водорода; вокруг ядра которого вращается только один электрон. Исходя из приведенных постулатов, Бор рассчитал радиусы возможных орбит для этого электрона и нашел, что они относятся, как квадраты натуральных чисел: 1: 2: 3:… n Величина n получила название главного квантового числа. Радиус ближайшей к ядру орбиты в атоме водорода равняется 0,53 ангстрема. Вычисленные отсюда частоты излучений, сопровождающих переходы электрона с одной орбиты на другую, оказались в точности совпадающими с частотами, найденными на опыте для линий водородного спектра.Тем самым была доказана правильность расчета устойчивых орбит, а вместе с тем и приложимость постулатов Бора для таких расчетов. В дальнейшем теория Бора была распространена и на атомную структуру других элементов, хотя это было связанно с некоторым трудностями из-за ее новизны.
    Теория Бора позволила разрешить очень важный вопрос о расположении электронов в атомах различных элементов и установить зависимость свойств элементов от строения электронных оболочек их атомов. В настоящее время разработаны схемы строения атомов всех химических элементов. Однако, иметь ввиду, что все эти схемы это лишь более или менее достоверная гипотеза, позволяющая объяснить многие физические и химические свойства элементов. Как раньше уже было сказано, число электронов, вращающихся вокруг ядра атома, соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе. Электроны расположены по слоям, т.е. каждому слою принадлежит определенное заполняющие или как бы насыщающее его число электронов. Электроны одного и того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом энергии, т.е. находятся примерно на одинаковом энергетическом уровне. Вся оболочка атома распадается
    на несколько энергетических уровней. Электроны каждого следующего слоя находятся на более высоком энергетическом уровне, чем электроны предыдущего слоя. Наибольшее число электронов N, могущих находиться на данном энергетическом уровне, равно удвоенному квадрату номера слоя:
    N =2 n 2 ,
    где n — номер слоя;
    N – наибольшее количество элементов.
    Кроме того, установлено, что число электронов в наружном слое для всех элементов, кроме палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем — восемнадцати. Электроны наружного слоя, как наиболее удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно связанные с ядром, могут отрываться от атома и присоединяться к другим атомам, входя в состав наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов, становятся заряженные положительно, так как заряд ядра атома превышает сумму зарядов оставшихся электронов. Наоборот атомы, присоединившие электроны становятся заряженные отрицательно. Образующиеся таким путем заряженные частицы, качественно отличные от соответствующих атомов. называются ионами. Многие ионы в свою очередь могут терять или присоединять электроны, превращаясь при этом или в электронейтральные атомы, или в новые ионы с другим зарядом. Теория Бора оказала огромные услуги физике и химии, подойдя, с одной стороны, к раскрытию законов спектроскопии и объяснению механизма лучеиспускания, а с другой — к выяснению структуры отдельных атомов и установлению связи между ними. Однако оставалось еще много явлений в этой области, объяснить которые теория Бора не могла.
    Движение электронов в атомах Бор представлял как простое механическое, однако, оно является сложным и своеобразным. Это своеобразие было объяснено новой квантовой теорией. Отсюда и пошло: «Карпускулярно-вролновой дуализм».
    И так, электрон в атоме характеризуется:
    1.Главным квантовым числом n, указывающим на энергию электрона;
    2.Орбитальным квантовым числом l, указывающим на характер орбиты;
    3.Магнитным квантовым числом, характеризующим положение облаков в пространстве;
    4.И спиновым квантовым числом, характеризующим веретенообразное движение электрона вокруг своей оси. [ 1, 4 ]

    Раздел II. Строение атома

    Химики XIXв. Не в состоянии были ответить на вопрос, в чем суть различий между атомами разных элементов, например меди и йода. Лишь в период 1897-1911гг. удалось установить, что сами атомы состоят из еще более мелких частиц. Открытие этих частиц и исследование строения атомов – того, каким образом построены атомы разного вида из более мелких частиц, — одна из наиболее интересных страниц истории науки. Более того, знание строения атомов позволило затем провести исключительно успешную систематизацию химических фактов, а это сделало химию более легкой для понимания и усвоения. Величайшую помощь каждому, изучающему химию, окажет, прежде всего, ясное представление о строении атома.
    Частицы, из которых состоят атомы, — это электроны и атомные ядра. Электроны и атомные ядра несут электрические заряды, которые в значительной степени обуславливают свойства самих частиц и строение атомов.

    2.1 Электрон

    Название «электрон» происходит от греческого слова ????????, означающего «янтарь»: ещё в древней Греции естествоиспытателями проводились эксперименты — куски янтаря тёрли шерстью, после чего те начинали притягивать к себе мелкие предметы. Термин «электрон» как название фундаментальной неделимой единицы заряда в электрохимии был предложен[3] Дж. Дж. Стоуни (англ.) в 1894 (сама единица была введена им в 1874). Открытие электрона как частицы принадлежит Дж. Дж. Томсону, который в 1897 установил, что отношение заряда к массе для катодных лучей не зависит от материала источника.
    2.2 Свойства электрона
    Электрон представляет собой частицу с отрицательным зарядом величиной –0,1602 10-18 Кл.
    Масса электрона равна 0,9108 10-30 кг, что составляет 1/1873 массы атома водорода.
    Электрон имеет очень небольшие размеры. Радиус электрона точно не определен, но известно, что он значительно меньше 1·10-15 м.
    В 1925г. было установлено, что электрон вращается вокруг собственной оси и что он имеет магнитный момент. [5]

    2.3 Общие принципы заполнения электронных оболочек атомов элементов по периодам.

    Число электронов в электронейтральном атоме закономерно повышается при переходе элемента от Z к Z + 1. Эта закономерность подчиняется квантовой теории строения атома.
    Максимальная устойчивость атома, как системы электрических частиц, отвечает минимуму его полной энергии. Потому электроны при заполнении энергетических уровней в электромагнитном поле ядра будут занимать (застраивать) в первую очередь наиболее низкий из них (К – уровень; n=1). В электронейтральном невозбужденном атоме электрон в этих условиях имеет наименьшую энергию (и, соответственно, наибольшую связь с ядром). Когда К – уровень будет заполнен (1s2 – состояние, характерное для атома гелия), электроны начнут застраивать уровень L (n = 2), затем M – уровень (n=3). При данном n электроны должны застраивать сначала s-, затем p-, d- и т. д. подуровни.
    Однако, как показывает рис. 3, энергетические уровни в атоме элемента не имеют ясных грани. Более того, здесь наблюдается даже взаимное перекрывание энергий отдельных подуровней. Так, например, энергетическое состояние электронов в подуровнях 4s и 3d, а так же 5s и 4d очень близки между собой, а 4s1 и 4s2 – подуровни отвечают более низким значениям энергии, чем 3d. Поэтому электроны, застраивающие, M- и N- уровни, в первую очередь попадут на 4s – оболочку, которая относится к внешнему электронному слою N (n=4), и лишь по ее заполнении (т. е. после завершения построения оболочки 4s2 ) будут размещаться в 3d – оболочке, относящейся к предвнешнему слою M (n=3). Аналогичное наблюдается и в отношении электронов 5s — и 4d – оболочек. Еще более своеобразно идет заполнение электронами f – оболочек: они при наличии электронов на внешнем уровне n (при n, равном 6 или 7) застраивают уровень n=2, т. е. предпревнешний слой, — пополняют оболочку 4f (при n=6) или соответственно оболочку 5f (при n=7).
    Обобщая, можно высказать следующие положения.
    1. Уровни ns, (n-1)d и (n-2)f близки по энергии и лежат ниже уровня np.
    2. С увеличением числа электронов в атоме (по мере повышения величины Z) d – электроны «запаздывают» в построении электронной оболочки атома на один уровень (застраивают предвнешний слой, т. е. уровень n-1), а f – электроны запаздывают на два уровня: достраивают второй снаружи (т. е. предвнешний) слой n – 2. Появляющиеся f – электроны часто как бы вклиниваются между (n-1)d1 и (n-1)d2?10 – электронами.
    Во всех указанных случаях n – номер внешнего уровня, на котором уже содержатся два электрона (ns2 – электроны), причем n одновременно и номер того периода по таблице Менделеева, который включает данный элемент.
    Элементы, в атомах которых при наличии электронов во внешнем слое n (ns2 – электроны) идет достройка одного из подуровней (3d, 4d, 4f, 5d или 5f ), находящихся на предвнешних слоях (n-1) или (n-2), называются переходными.
    Общая картина последовательности заполнения электронами оболочек атомов элементов, принадлежащих к периоду n, имеет вид:
    Границы значений
    величины n:
    ns1?2 (n-1) d1 (n-2)/1?14 (n-1)d2?10 np1?6 (a)1?7 4?7 6?7 4?7 2?7
    В показателе степени при s-, p-, d- и f – обозначениях в строке (а) указано возможное число электронов в данной оболочке. Например, в оболочке s может содержаться либо один, либо два электрона, но не больше; в оболочке f – от 1 до 14 электронов и т. д.
    Известно, что минимальное значение коэффициента при обозначении d – электронов равно трем. Следовательно, d-электроны могут в атомное структуре появится не ранее четырем. В связи с этим указанные электроны могут появиться в атомах не ранее как в элементах шестого периода (т. е. при n-2=4; n=4+2=6). Это обстоятельство и отмечено во второй строке.
    Теперь перейдем к общей характеристике отдельных периодов таблицы Менделеева. Размещение элементов по электронным семействам представлено в таблице Д. И. Менделеева. [ 3 ]

    2.3 Ядра атомов

    В 1911г. английский физик Эрнест Резерфорд провел ряд опытов, которые показали, что каждый атом содержит, кроме одного или нескольких электронов, другую частицу, называемую ядром атома. Каждое ядро несет положительный заряд. Оно очень мало – диаметр ядра составляет лишь около 10-14 м, но оно очень тяжелое – самое легкое ядро в 1836 раз тяжелее электрона.
    Существует много разных видов ядер, причем ядра атомов одного элемента отличаются от ядер атомов другого элемента. Ядро атома водорода (протон) имеет точно такой же электрический заряд, как и электрон, но противоположного знака (положительный заряд вместо отрицательного). Ядра других атомов имеют положительные заряды, в целое число раз превышающие величину этого основного заряда – заряда протона. [5]

    2.3.1 Протон и нейтрон

    Протон – простейшее атомное ядро. Это ядро наиболее распространенного вида водорода, самого легкого из всех атомов.
    Протон имеет электрический заряд 0,1602·10-18 Кл. Этот заряд точно равен заряду электрона, но он положительный, тогда как заряд электрона отрицательный.
    Масса протона равна 1,672·10-27 кг. Она в 1836 раз больше массы электрона.
    Нейтрон был открыт английским физиком Джеймсом Чедвиком в 1932г. Масса нейтрона равна 1,675·10-27 кг, что в 1839 раз больше массы электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда.
    Среди химиков принято пользоваться единицей атомной массы, или дальтоном (d), приблизительно равной массе протона. Масса протона и масса нейтрона приблизительно равны единице атомной массы. [5]

    2.3.2 Строение атомных ядер

    Известно о существовании нескольких сот разных видов атомных ядер. Вместе с электронами, окружающими ядро, они образуют атомы разных химических элементов.
    Хотя детальное строение ядер и не установлено, физики единодушно принимают, что ядра можно считать состоящими из протонов и нейтронов.
    Вначале в качестве примера рассмотрим дейтрон. Это ядро атома тяжелого водорода, или атома дейтерия. Дейтрон имеет такой же электрический заряд, как и протон, но его масса приблизительно вдвое электрический заряд, как и протон, но его масса приблизительно вдвое превышает массу протона. Полагают, что дейтрон состоит из одного протона и одного нейтрона.
    Ядро атома гелия, которое также называют альфа – частицей илигелионом, имеет электрический заряд, в два раза превышающий заряд протона, и массу приблизительно в четыре раза больше массы протона. Считают, что альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. [5]

    2.4 Атомная орбиталь

    Атомная орбиталь – пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона.

    Электроны, движущиеся в орбиталях, образуют электронные слои, или энергетические уровни .
    Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле:
    N = 2 n 2 ,
    где n – главное квантовое число;
    N – максимальное количество электронов.
    Электроны, имеющие одинаковое значение главного квантового числа, находятся на одном энергетическом уровне. Электрические уровни, характеризующиеся значениями n=1,2,3,4,5 и тд., обозначают как K,L,M,N и тд. Согласно приведенной выше формуле, на первом (ближайшем к ядру) энергетическом уровне может находиться – 2, на втором – 8, на третьем – 18 электронов и тд.
    Главным квантовым числом задается значение энергии в атомах. Электроны, обладающие наименьшим запасом энергии, находятся на первом энергетическом уровне (n=1). Ему соответствует s-орбиталь, имеющая сферическую форму. Электрон, занимающий s-орбиталь, называется s-электроном.
    Начиная с n=2 энергетические уровни подразделяются на подуровни, отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром. Различают s-, p-, d- и f-подуровни. Подуровни образуют, обитали одинаковой формы.
    На втором энергетическом уровне (n=2) имеется s-орбиталь (обозначается 2s-орбиталь) и три p-орбитали (обозначаются 2p-орбиталь). 2s-электрон находится от ядра дальше, чем 1s-электрон и обладает большей энергией. Каждая 2p-орбиталь имеет форму объемной восьмерки, расположенной на оси, перпендикулярной осям двух других p-орбиталей (обозначаются px -, py -, pz – орбитали). Электроны, находящиеся на p-орбитали, называются p-электронами .
    На третьем энергетическом уровне имеются три подуровня (3s, 3p, 3d ). d- подуровень состоит из пяти орбиталей.
    Четвертый энергетический уровень (n=4) имеет 4 подуровня (4s, 4p, 4d и 4f ). f-подуровень состоит из семи орбиталей.
    В соответствии с принципом Паули на одной орбитали может находиться не более двух электронов. Если в орбитали находится один электрон, он называется неспаренным. Если два электрона – то спаренными. Причем спаренные электроны должны обладать противоположными спинами. Упрощенно спин можно представить как вращение электронов вокруг собственной оси по часовой и против часовой стрелки.
    На рис. 3 изображено относительное расположение энергетических уровней и подуровней. Следует учесть, что 4s-подуровень расположен ниже 3d-подуровня.
    Распределение электронов в атомах по энергетическим уровням и подуровням изображают с помощью электронных формул, например:
    H 1s1 He 1s2 Цифра перед буквой показывает номер энергетического уровня, буква – форму электронного облака, цифра справа над буквой – число электронов с данной формой облака.
    В соответствии с принципом наименьшей энергии каждый электрон, заполняющий оболочку атома, занимает такую орбиталь, чтобы атом имел наименьшую энергию.
    Согласно правилу, сформулированному немецким физиком Ф. Хундом (1927г.), атомные орбитали, принадлежащие к одному подуровню, заполняются вначале каждая одним электроном, и только потом происходит заполнение вторыми электронами. Таким образом, при заполнении p-, d-, f-подуровней число электронов с параллельными спинами (число неспаренных электронов) должно быть максимальным.
    Энергия орбиталей возрастает так:
    1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f …
    В этой же последовательности заполняются электронные орбитали атомов электронов периодической системы.
    При написании электронных формул следует учитывать так называемый «проскок» электрона. Так электронная формула хрома должна быть 1s2 2s2p6 3s2 3p6 3d4 4s2. Однако расположение электронов у этого элемента следующее: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1. Электрон четвертого уровня «проскочил» на d-подуровень второго снаружи уровня.
    На высшем энергетическом уровне свободного атома может находиться не более 8 (внешних) электронов. Для многих элементов именно внешние электроны определяют их химические свойства. У некоторых элементов химические свойства зависят от числа как внешних, так и внутренних электронов. Например, у атомов таких элементов, как Sc, Ti, Cr, Mn и др., такие электроны являются валентными.
    Электронная конфигурация элемента – это запись распределения электронов в его атомах по энергетическим уровням, подуровням, орбиталям. Электронная конфигурация атомов обычно записывается для атомов элементов в основном состоянии. Состояние атома, при котором его энергия минимальна, называют основным, прочие состояния носят названия возбужденных. [2]

    Заключение

    В далеком прошлом философы древней Греции предполагали, что вся материя едины, но приобретает те или иные свойства в зависимости от ее «сущности». А сейчас, в наше время, благодаря великим ученым, мы точно знаем, из чего на самом деле она состоит.

    Список литературы:

    1. Коровин Н.В., Курс общей химии – М: Высшая школа,1990. — 446с.
    2. Кременчугская М., Васильева С., Химия – М: Слово, 1995. – 479с.
    3. Полинг Л., Полинг П. Химия –М: Мир, 1978. – 685с.
    4. Савина О. М., Энциклопедия – М.: АСТ, 1994. – 448с.

11. В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности». Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших частиц, называемых атомами. Научные основы атомно-молекулярного учения были заложены позднее в работах русского учёного М.В. Ломоносова, французских химиков Л. Лавуазье и Ж. Пруста, английского химика Д. Дальтона, итальянского физика А. Авогадро и других исследователей.
    Периодический закон Д.И. Менделеева показывает существование закономерной связи между всеми химическими элементами. Это говорит о том что в основе всех атомов лежит нечто общее. До конца XIX века в химии царило убеждение, что атом есть наименьшая неделимая частица простого вещества. Считалось, что при всех химических превращениях разрушаются и создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на части. И наконец в конце XIX века были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения одних атомов в другие.
    Это послужило толчком к образованию и развитию нового раздела химии «Строение атома». Первым указанием на сложную структуру атома – были опыты по изучению 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 катода трубки перпендикулярно к его поверхности распространяются “невидимые” катодные лучи, вызывающие яркое зеленое свечение в том месте, куда они попадают. Катодные лучи обладают способностью приводить в движение. На их пути легко подвижные тела откланяются от своего первоначального пути 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 состоят из мельчайших частиц, несущих отрицательный заряд и летящих со скоростью, достигающей половины скорости света. Также удалось определить массу и величину их заряда. Масса каждой частицы равнялась 0,00055 углеродной частицы. Заряд равняется 1,602 на 10 в минус 19 степени. 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 существовать без своих зарядов, не могут быть превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет, самую сущность их природы. Эти частицы получили название электронов. В катодных трубках электроны отделяются от катода под влиянием электрического заряда. Но они могут возникать и вне всякой связи с электрическим зарядом. Так, например при электронной эмиссии металлы испускают электроны; при фотоэффекте многие вещества также выбрасывают электроны. Выделение электронов самыми разнообразными веществами указывает на то, что эти частицы входят в состав всех атомов; следовательно атомы являются сложными образованиями, построенными из более мелких «составных частей».
    Изучение строения атома практически началось в 1897-1898 гг., после того как была окончательно установлена природа катодных лучей как потока электронов и были определены величина заряда и масса электрона. Факт выделения электронов самыми разнообразными веществами приводил к выводу, что электроны входят в состав всех атомов. Но атом, как известно, электрически нейтрален, из этого следовало, что в его состав должна была входить ещё одна составная часть, уравновешивавшая сумму отрицательных зарядов электронов. Эта положительно заряженная часть атома была открыта в 1911 г. Резерфордом при исследовании движения
    a-частиц в газах и других веществах.
    Резерфорд Эрнест (1871-1937)
    a- частицы, выбрасываемые веществами активных элементов представляют собой положительно заряженные ионы гелия, скорость движения которых достигает 20000 км/сек. Благодаря такой огромной скорости a-частицы, пролетая через воздух и сталкиваясь с молекулами газов, выбивают из них электроны. Молекулы, потерявшие электроны, становятся заряженными положительно, выбитые же электроны тотчас присоединяются к другим молекулам, заряжая их отрицательно. Таким образом, в воздухе на пути a-частиц образуются положительно и отрицательно заряженные ионы газа. Способность a-частиц ионизировать воздух была использована английским физиком Вильсоном для того, чтобы сделать видимыми пути движения отдельных частиц и сфотографировать их.
    Впоследствии аппарат для фотографирования частиц получил название камеры Вильсона. (Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. В дальнейшем вытеснена другими трековыми детекторами.)
    Исследуя пути движения частиц с помощью камеры, Резерфорд заметил, что в камере они параллельны (пути), а при пропускании пучка параллельных лучей через слой газа или тонкую металлическую пластинку, они выходят не параллельно, а несколько расходятся, т.е. происходит отклонение частиц от их первоначального пути. Некоторые частицы отклонялись очень сильно, некоторые вообще не проходили через тонкую пластинку.
    Модель атома Бор-Резерфорд
    Исходя из этих наблюдений, Резерфорд предложил свою схему строения атома: в центре атома находится положительное ядро, вокруг которого по разным орбиталям вращаются отрицательные электроны. Центростремительные силы, возникающие при их вращении удерживают их на своих орбиталях и не дают им улететь. Эта модель атома легко объясняет явление отклонения a- частиц. Размеры ядра и электронов очень малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов; поэтому большинство a-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда a-частицы очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяние a-частиц положило начало ядерной теории атома. Одной из задач, стоявших перед 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 рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи возникают при ударе быстро летящих электронов о какое-либо твердое тело и отличаются от лучей видимого света только значительно меньшей длиной волны. В то время как короткие световые волны имеют длину около 4000 ангстремов (фиолетовые лучи), длины волн рентгеновских лучей лежат в пределах от 20 до 0,1 ангстрема. Чтобы получить спектр рентгеновских лучей, нельзя пользоваться обыкновенной призмой или дифракционной решеткой. (Дифракционная РЕШЕТКА, оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих друг от друга, на которых происходит дифракция света. Дифракционная решетка разлагает падающий на нее пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах. )
    Для рентгеновских лучей требовалась решётка с очень большим количеством делений на один миллиметр (примерно 1млн./1мм.). Такую решётку искусственно приготовить было невозможно. В 1912 г. у швейцарского физика Лауэ возникла мысль использовать кристаллы в качестве дифракционной решетки для рентгеновских лучей.
    Модель кристалла
    Упорядоченное расположение атомов в кристалле и малое расстояние между ними давало повод предполагать что как раз кристаллы и подойдут на роль требуемой дифракционной решётки.
    Опыт блестяще подтвердил предположение Лауэ, вскоре удалось построить приборы, которые давали возможность получать спектр рентгеновских лучей почти всех элементов. Для получения рентгеновских спектров антикатод в рентгеновских трубках делают из того металла, спектр которого хотят получить, или же наносят соединение исследуемого элемента. Экраном для спектра служит фотобумага; после проявления на ней видны все линии спектра. В 1913 г. английский ученый Мозли, изучая рентгеновские спектры нашел соотношение между длинами волн рентгеновских лучей и порядкового номерами соответствующих элементов – это носит название закона Мозли и может быть сформулировано следующим образом: Корни квадратные из обратных значений длин волн находятся в линейной зависимости от порядковых номеров элементов.
    Еще до работ Мозли некоторые учёные предполагали, что порядковый номер элемента указывает число зарядов ядра его атома. В тоже время Резерфорд, изучая рассеивание a-частиц при прохождении через тонкие металлические пластинки, выяснил, что если заряд электрона принять за единицу, то выражаемый в таких единицах заряд ядра приблизительно равен половине атомного веса элемента. Порядковый номер, по крайне мере более легких элементов, тоже равняется примерно половине атомного веса. Все вместе взятое привело к выводу, что Заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента. Таким образом, закон Мозли позволил определить заряды атомных ядер. Тем самым, ввиду нейтральности атомов, было установлено и число электронов, вращающихся вокруг ядра в атоме каждого элемента. Ядерная модель атома Резерфорда получила свое дальнейшее развитие благодаря работам Нильс Бора, в которых учение о строении атома неразрывно связывается с учением о происхождении спектров.
    Бор (Bohr) Нильс Хенрик Давид (1885-1962)
    Линейчатые спектры получаются при разложении света испускаемого раскаленными парами или газами. Каждому элементу отвечает свой спектр, отличающийся от спектров других элементов. Большинство металлов дает очень сложные спектры, содержащие огромное число линий (в железе до 5000), но встречаются и сравнительно простые спектры.
    Развивая ядерную теорию Резерфорда, ученые пришли к мысли, что сложная структура линейчатых спектров обусловлена происходящими внутри атомов колебаниями электронов. По теории Резерфорда, каждый электрон вращается вокруг ядра, причем сила притяжения ядра уравновешивается центробежной силой, возникающей при вращении электрона. Вращение электрона совершенно аналогично его быстрым колебаниям и должно вызвать испускание электромагнитных волн. Поэтому можно предположить, что вращающийся электрон излучает свет определенной длины волны, зависящий от частоты обращения электрона по орбите. Но, излучая свет, электрон теряет часть своей энергии, в следствие чего нарушается равновесие между ним и ядром; для восстановления равновесия электрон должен постепенно передвигаться ближе к ядру, причем так же постепенно будет изменяться частота обращения электрона и характер испускаемого им света. В конце концов, исчерпав всю энергию, электрон должен “упасть” на ядро, и излучение света прекратится. Если бы на самом деле происходило такое непрерывное изменение движения электрона, то и спектр получался бы всегда непрерывный, а не с лучами определенной длины волны. Кроме того, “падение” электрона на ядро означало бы разрушение атома и прекращения его существования. Таким образом, теория Резерфорда была бессильна объяснить не только закономерности в распределении
    Планк (Planck) Макс
    (1858-1947)
    линий спектра, ни и само существование линейчатых спектров. В 1913 г. Бор предложил сою теорию строения атома, в которой ему удалось с большим искусством согласовать спектральные явления с ядерной моделью атома, применив к последней так называемую квантовую теорию излучения, введенную в науку немецким ученым-физиком Планком. Сущность теории квантов сводится к тому, что лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывно, как принималось раньше, а отдельными малыми, но вполне определенными порциями – квантами энергии. Запас энергии излучающего тела изменяется скачками, квант за квантом; дробное число квантов тело не может ни испускать, ни поглощать. Величина кванта энергии зависит от частоты излучения: чем больше частота излучения, тем больше величина кванта. Кванты лучистой энергии называются также фотонами. Применив квантовые представления к вращению электронов вокруг ядра, Бор положил в основу своей теории очень смелые предположения, или постулаты. Хотя эти постулаты и противоречат законам классической электродинамики, но они находят свое оправдание в тех поразительных результатах, к которым приводят, и в том полнейшем согласии, которое обнаруживается между теоретическими результатами и огромным числом экспериментальных фактов. Постулаты Бора заключаются в следующем: Электрон может двигаться вокруг не по любым орбитам, а только по таким, которые удовлетворяют определенными условиям, вытекающим из теории квантов. Эти орбиты получили название устойчивых или квантовых орбит. Когда электрон движется по одной из возможных для него устойчивых орбит, то он не излучает. Переход электрона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при каждом переходе энергия превращается в один квант лучистой энергии. Частота излучаемого при этом света определяется радиусами тех двух орбит, между которыми совершается переход электрона. Чем больше расстояние от орбиты, на которой находится электрон, до той, на которую он переходит, тем больше частота излучения. Простейшим из атомов является атом водорода; вокруг ядра которого вращается только один электрон. Исходя из приведенных постулатов, Бор рассчитал радиусы возможных орбит для этого электрона и нашел, что они относятся, как квадраты натуральных чисел: 1 : 2 : 3 : … n Величина n получила название главного квантового числа. Радиус ближайшей к ядру орбиты в атоме водорода равняется 0,53 ангстрема. Вычисленные отсюда частоты излучений, сопровождающих переходы электрона с одной орбиты на другую, оказались в точности совпадающими с частотами, найденными на опыте для линий водородного спектра .Тем самым была доказана правильность расчета устойчивых орбит, а вместе с тем и приложимость постулатов Бора для таких расчетов. В дальнейшем теория Бора была распространена и на атомную структуру других элементов, хотя это было связанно с некоторым трудностями из-за ее новизны.
    Теория Бора позволила разрешить очень важный вопрос о расположении электронов в атомах различных элементов и установить зависимость свойств элементов от строения электронных оболочек их атомов. В настоящее время разработаны схемы строения атомов всех химических элементов. Однако, иметь ввиду, что все эти схемы это лишь более или менее достоверная гипотеза, позволяющая объяснить многие физические и химические свойства элементов. Как раньше уже было сказано, число электронов, вращающихся вокруг ядра атома, соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе. Электроны расположены по слоям, т.е. каждому слою принадлежит определенное заполняющие или как бы насыщающее его число электронов. Электроны одного и того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом энергии, т.е. находятся примерно на одинаковом энергетическом уровне. Вся оболочка атома распадается
    на несколько энергетических уровней. Электроны каждого следующего слоя находятся на более высоком энергетическом уровне, чем электроны предыдущего слоя. Наибольшее число электронов N, могущих находиться на данном энергетическом уровне, равно удвоенному квадрату номера слоя:
    N=2n*n
    где n-номер слоя. Кроме того, установлено, что число электронов в наружном слое для всех элементов, кроме палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем – восемнадцати. Электроны наружного слоя, как наиболее удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно связанные с ядром, могут отрываться от атома и присоединяться к другим атомам, входя в состав наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов, становятся заряженные положительно, так как заряд ядра атома превышает сумму зарядов оставшихся электронов. Наоборот атомы присоединившие электроны становятся заряженные отрицательно. Образующиеся таким путем заряженные частицы, качественно отличные от соответствующих атомов. называются ионами. Многие ионы в свою очередь могут терять или присоединять электроны, превращаясь при этом или в электронейтральные атомы, или в новые ионы с другим зарядом. Теория Бора оказала огромные услуги физике и химии, подойдя, с одной стороны, к раскрытию законов спектроскопии и объяснению механизма лучеиспускания, а с другой – к выяснению структуры отдельных атомов и установлению связи между ними. Однако оставалось еще много явлений в этой области, объяснить которые теория Бора не могла.
    Движение электронов в атомах Бор представлял как простое механическое, однако оно является сложным и своеобразным. Это своеобразие было объяснено новой квантовой теорией. Отсюда и пошло: «Карпускулярно-вролновой дуализм».
    И так, электрон в атоме характеризуется:
    1. Главным квантовым числом n, указывающим на энергию электрона;
    2. Орбитальным квантовым числом l , указывающим на характер орбиты;
    3. Магнитным квантовым числом, характеризующим положение облаков в пространстве;
    4. И спиновым квантовым числом, характеризующим веретенообразное движение электрона вокруг своей оси.
    … В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности». А сейчас, в наше время, благодаря великим учёным, мы точно знаем, из чего на самом деле она состоит.
    Используемая литература:
    1) Курс общеё химии (Н.В. Коровин)
    2) Курс общей химии (А.Н. Харин )
    3) Строение вещества (В.К. Васильев, А.Н. Шувалова)
    4) Физическая химия ( А.Л. Дайнэко )

12. Реферат по физике на тему: Строение атома.
    Реферат по физике на тему: Строение атома.
    Реферат на тему: Строение атома
    Строение атома
    При химических реакциях ядра атомов остаются без изменений, изменяется лишь строение электронных оболочек вследствие перераспределения электронов между атомами. Способностью атомов отдавать или присоединять электроны определяются его химические свойства.
    Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Благодаря волновым свойствам электроны в атоме могут иметь только строго определенные значения энергии, которые зависят от расстояния до ядра. Электроны, обладающие близкими значениями энергии образуют энергетический уровень. Он содержит строго определенное число электронов – максимально 2n2. Энергетические уровни подразделяются на s-, p-, d- и f- подуровни; их число равно номеру уровня.
    Квантовые числа электронов.
    Состояние каждого электрона в атоме обычно описывают с помощью четырех квантовых чисел: главного (n), орбитального (l), магнитного (m) и спинового (s). Первые три характеризуют движение электрона в пространстве, а четвертое – вокруг собственной оси.
    Главное квантовое число (n). Определяет энергетический уровень электрона, удаленность уровня от ядра, размер электронного облака. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3 …) и соответствует номеру периода. Из периодической системы для любого элемента по номеру периода можно определить число энергетических уровней атома и какой энергетический уровень является внешним.
    Пример.
    Элемент кадмий Cd расположен в пятом периоде, значит n = 5. В его атоме электроны раcпределены по пяти энергетическим уровням (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); внешним будет пятый уровень (n = 5). Орбитальное квантовое число (l) характеризует геометрическую форму орбитали. Принимает значение целых чисел от 0 до (n – 1). Независимо от номера энергетического уровня, каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы. Набор орбиталей с одинаковыми значениями n называется энергетическим уровнем, c одинаковыми n и l – подуровнем.
    Для
    l=0 s- подуровень, s- орбиталь – орбиталь сфера
    l=1 p- подуровень, p- орбиталь – орбиталь гантель
    l=2 d- подуровень, d- орбиталь – орбиталь сложной формы
    f-подуровень, f-орбиталь – орбиталь еще более сложной формы
    S – орбиталь
    Три p – орбитали
    Пять d – орбиталей
    На первом энергетическом уровне (n = 1) орбитальное квантовое число l принимает единственное значение l = (n – 1) = 0. Форма обитали – сферическая; на первом энергетическом только один подуровень – 1s. Для второго энергетического уровня (n = 2) орбитальное квантовое число может принимать два значения: l = 0, s- орбиталь – сфера большего размера, чем на первом энергетическом уровне; l = 1, p- орбиталь – гантель. Таким образом, на втором энергетическом уровне имеются два подуровня – 2s и 2p. Для третьего энергетического уровня (n = 3) орбитальное квантовое число l принимает три значения: l = 0, s- орбиталь – сфера большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 1, p- орбиталь – гантель большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 2, d- орбиталь сложной формы.
    Таким образом, на третьем энергетическом уровне могут быть три энергетических подуровня – 3s, 3p и 3d.
    Магнитное квантовое число (m) характеризует положение электронной орбитали в пространстве и принимает целочисленные значения от -I до +I, включая 0. Это означает, что для каждой формы орбитали существует (2l + 1) энергетически равноценных ориентации в пространстве.
    Для s- орбитали (l = 0) такое положение одно и соответствует m = 0. Сфера не может иметь разные ориентации в пространстве.
    Для p- орбитали (l = 1) – три равноценные ориентации в пространстве (2l + 1 = 3): m = -1, 0, +1.
    Для d- орбитали (l = 2) – пять равноценных ориентаций в пространстве (2l + 1 = 5): m = -2, -1, 0, +1, +2.
    Таким образом, на s- подуровне – одна, на p- подуровне – три, на d- подуровне – пять, на f- подуровне – 7 орбиталей.
    Спиновое квантовое число (s) характеризует магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Принимает только два значения +1/2 и -1/2 соответствующие противоположным направлениям вращения.
    Принципы заполнения орбиталей.
    1. Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов, у которых значения всех квантовых чисел (n, l, m, s) были бы одинаковы, т.е. на каждой орбитали может находиться не более двух электронов (c противоположными спинами).
    2. Правило Клечковского (принцип наименьшей энергии). В основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной. Чем меньше сумма (n + l), тем меньше энергия орбитали. При заданном значении (n + l) наименьшую энергию имеет орбиталь с меньшим n. Энергия орбиталей возрастает в ряду:
    1S < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d " 4f < 6p < 7s. 3. Правило Хунда. Атом в основном состоянии должен иметь максимально возможное число неспаренных электронов в пределах определенного подуровня. Полная электронная формула элемента. Запись, отражающая распределение электронов в атоме химического элемента по энергетическим уровням и подуровням, называется электронной конфигурацией этого атома. В основном (невозбужденном) состоянии атома все электроны удовлетворяют принципу минимальной энергии. Это значит, что сначала заполняются подуровни, для которых: 1) Главное квантовое число n минимально; 2) Внутри уровня сначала заполняется s- подуровень, затем p- и лишь затем d- (l минимально); 3) Заполнение происходит так, чтобы (n + l) было минимально (правило Клечковского); 4) В пределах одного подуровня электроны располагаются таким образом, чтобы их суммарный спин был максимален, т.е. содержал наибольшее число неспаренных электронов (правило Хунда). 5) При заполнении электронных атомных орбиталей выполняется принцип Паули. Его следствием является, что энергетическому уровню с номером n может принадлежать не более чем 2n2 электронов, расположенных на n2 подуровнях. Пример. Цезий (Сs) находится в 6 периоде, его 55 электронов (порядковый номер 55) распределены по 6 энергетическим уровням и их подуровням. Cоблюдая последовательность заполнения электронами орбиталей получим: 55Cs 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 5d10 6s1 Главная страница сайта