Модели строения атома

Первой моделью строения атома можно считать неделимый атом древних греков (рис. 1.1). Она просуществовала 2000 лет. На рубеже XIX-XX вв. были выявлены протоны и электроны, и в 1903 г. Дж.Дж. Томсон предложил «пудинг»-модель. Согласно этой модели, атом представляет собой равномерно заполненный положительным электричеством шар, в который вкраплены электроны – отрицательно заряженные шарики. Единственным положительным моментом в этой несостоятельной модели было определение радиуса атома, близкое (по порядку) к реальным размерам атома.

Рис.1.1. Модели строения атома:

а) неделимый атом древних греков; б) «пудинг»- модель Томсона; в) ядерная

модель Резерфорда; г) современная модель атома

В 1911 г., основываясь на выводах опыта Гейгера и Марсдена о рассеянии и поглощении -частиц, испускаемых радием, тонкими металлическими пластинами (Au, Ag, Al), Э. Резерфорд впервые установил наличие ядра в атоме. Значительная часть -частиц проходила беспрепятственно, часть их – незначительно, и лишь одна из 10⁵ -частиц возвращалась обратно, встретив на своем пути ядро атома. Это свидетельствовало о том, что атом «пуст» и вся его масса сосредоточена в малом объеме. Резерфорд предложил ядерную модель атома (рис. 1.1.), согласно которой атом представляет собой систему зарядов, в центре которой расположено положительно заряженное ядро, вокруг которого размещены электроны, компенсирующие заряд ядра. В дальнейшем Резерфорд по величине отклонения -частиц рассчитал заряды ядер атомов элементов, которые оказались равными порядковому номеру элементов в периодической системе Д. И. Менделеева (числу электронов в атомах).

Недостатки теории Резерфорда: 1) согласно его теории электрон должен был упасть на ядро; 2) Резерфорд не объяснял линейчатость атомных спектров.

Протонно-нейтронная модель строения ядра атома

Простейшее ядро, состоящее из одной элементарной частицы – ядро атома водорода. Эта частица, образующаяся при ионизации атома водорода в трубке Крукса, в 1920 г. названа Э. Резерфордом протоном, что означает первый. Поэтому считали, что ядра атомов других элементов также состоят из протонов, а атомы – из электронов и протонов. Но в 1932 г. английским физиком Чэдвиком были открыты новые частицы – нейтроны, которые не имели заряда и по массе были близки к массе протона. Эти частицы образовывались в результате ядерной реакции

Be +He() → C + n

В противоположность протону или -частице нейтрон n ионизирует воздух и его трудно обнаружить. Нейтроны направляют обычно на водородсодержащие соединения (воду, парафин), и, сталкиваясь с ядром атома водорода, нейтрон заставляет его двигаться. По направлению движения протонов и обнаруживают нейтроны.

Обнаружение нейтрона позволило создать протонно-нейтронную теорию строения ядра в 1933 г. (Д. Д. Иваненко, Е. Н. Гапон, СССР; В. Гейзенберг, Германия). По этой модели ядра атомов всех элементов состоят из протонов (р), число которых равно порядковому номеру элемента Z в периодической системе, а число нейтронов N равно разности между атомной массой А и числом протонов Z:

N = A – Z, A = N + Z

В обозначении атома элемента указываются массовое число и число протонов Э. Например, ядро атома кислорода О, имеющего порядковый номер Z = 8 и атомную массу А = 16, имеет 8 протонов и 16 – 8 = 8 нейтронов. Протоны и нейтроны называют также нуклонами.