![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
Лекция № 1. Строение атома. Предпосылки создания теории строения атома
Вся окружающая нас природа представлена простыми и сложными веществами, которые состоят из атомов. Поэтому изучение общей химии мы начинаем с проникновения в тайны строения мельчайшей частицы вещества – атома.
Рассмотрим теперь научные предпосылки создания атомистической теории. В конце XVIII-начале XIX вв. появилась научная основа для признания учеными атомистического строения материи. В этот период были открыты и установлены многие стехиометрические законы химии (стехиометрия – раздел химии, изучающий количественный состав веществ и количественные соотношения (масс, объемов) между реагирующими веществами).
1. Закон постоянства состава (И. Пруст, 1801 г.).
2. Закон сохранения материи и движения, а также его частный случай – закон сохранения массы, открытый М. В. Ломоносовым в 1760 г. и подтвержденный впоследствии А. Лавуазье, Р. Майером, А. Эйнштейном.
3. Закон эквивалентов (Дж. Дальтон, 1803 г.).
4. Закон кратных отношений и атомистическая гипотеза о строении вещества (Дж. Дальтон, 1803 г.).
5. Закон объемных отношений (Ж. Л. Гей-Люссак, 1808 г.).
6. Закон Авогадро (1811 г.).
Все эти законы подтверждали атомистическую теорию строения вещества. Возрожденное Дж. Дальтоном понятие «атома» и введенное им в химию понятие «атомного веса» получили широкое распространение в науке к концу XIX в. Наука к этому времени достигла такого уровня, что была уже в состоянии заглянуть в более глубокие тайны строения материи.
Основные научные открытия конца XIX-начала XX в. В настоящее время доказано, что атом в первом приближении состоит из электронной оболочки и атомного ядра, состоящего в свою очередь из элементарных частиц. Более 100 лет назад ученые не знали ни о ядре, ни об электронах, его окружающих. Впервые поток электронов (катодные лучи) наблюдал Крукс в 1879 г. Однако название отрицательно заряженным катодным лучам по предложению английского физика С. Стонея дано Дж. Дж. Томсоном в 1870 г. Они были названы электронами.
В 1872 г. Эдисон обнаружил явление термоэмиссии – при сильном нагревании металл терял электроны.
А. Г. Столетов (1888 – 1890 гг.) и Г. Герц обнаружили и всесторонне исследовали явление фотоэффекта – вырывание электронов с поверхности металла под действием света.
В 1896 г. Гольдштейном (Германия) были обнаружены так называемые каналовые лучи – поток положительно заряженных частиц. С открытием катодных и каналовых лучей стало ясно, что атом включает в себя как положительно заряженные частицы, так и отрицательно заряженные электроны.
Дж.Дж. Томсоном в 1887 г. было измерено отношение заряда электрона к его массе:
=
1,7591011
Кл/кг.
Позднее Р. Милликеном (1909-1914 гг.) был определен заряд электрона qе, равный 1,60210-19 Кл. А зная заряд электрона, определена его масса me = =9,110-31 кг.
Дж. Дж. Томсон, исследуя каналовые лучи, нашел, что при потере электрона, атом водорода приобретал заряд, равный 1,60210-19 Кл, а масса этой частицы (протона, р) была в 1836 раз больше массы электрона mр = =1,6710-27 кг.
Объяснению сложного строения атома способствовали еще два важных открытия XIX в. Первое – открытие рентгеновских лучей (В.К. Рентген, 1895 г/, X-лучи), которые не отклонялись ни в электрическом, ни в магнитных полях и обладали большой проникающей способностью. Второе открытие – установление в 1896 г. французом Анри Беккереем явления радиоактивности при исследовании действия на фотопленку солей урана. Явление засвечивания фотопленки солями урана было известно еще в 1868 г. (Ниепе де Сен-Виктор), но тогда данному сообщению в Парижской академии наук не придали никакого значения.
Исследование влияния магнитного и электрического полей на радиоактивность показало, что оно не однородно и состоит из , , - лучей. -лучи – поток положительно заряженных частиц с массой, равной четырем атомным массам протона, и которые имеют заряд, в два раза превышающий заряд электрона (это ядра атомов гелия, движущиеся со скоростью 16000 км/с); -лучи – поток электронов, двигающихся со скоростью 150-300 тыс. км/с; - лучи – электромагнитное излучение, подобное рентгеновскому, но с более короткой длиной волны (рентг. 1Å (10-10 м); - лучей 0,1 – 0,02 Å (110-11 – 110-12 м)) и с еще большей проникающей способностью, чем рентгеновские лучи.
Изучение радиоактивных лучей привело Э. Резерфорда к мысли, что эти лучи являются результатом самопроизвольного распада атомов (1903 г.). Позднее Сидди показал, что радиоактивное излучение сопровождается превращением атомов одного химического элемента в атомы другого химического элемента.
Важное значение в утверждении атомно-молекулярного учения имели принятые на Международном съезде химиков (г. Карлсруэ, 1860 г.) понятия атома и молекулы.
Атом – наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ.
Молекула – это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются составом и химическим строением.
В результате открытий конца XIX-начала XX в. были определены размеры атома, их массы, а также массы и заряды электрона и протона: dат. 110-10 м (1 Å), mат. 1,610-27 - 4,310-25 кг; mе 9,110-31 кг; qе = qр = 1,60210-19 Кл; mр = 1,6710-27 кг (1886 mе).
Учитывая, что атом в целом нейтральная частица, можно дать современное определение атома.
Атом – это электронейтральная микросистема, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В атоме различают две частицы: ядро, внутреннюю часть, весьма малого объема (110-13 см3), имеющую невероятно высокую плотность вещества 1014 –1015 г/см3 (в 1 см3 100 млн. т.), и электронную оболочку, внешнюю часть, имеющую значительную протяженность 110-10 м и очень малую плотность вещества.