История Развития учения о строении атома, Радиоактивность, планетарная модель Резерфорда, постулаты Бора

ФГО ВПО ОМГАу

Институт Ветеринарной Медицины

Кафедра Химии

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОКЛАД на тему:

 

“История Развития учения о строении атома,

Радиоактивность, планетарная  модель Резерфорда, постулаты Бора.”

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовил: Григоренко В, 13с 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2011

 

 

 

 

 

Содержание :

 

История Развития учения о строении атома……………………………………….3

 

Радиоактивность атома……………………………………………………………....4

 

Планетарная модель атома Резерфорда………………………………………….....5

 

Недостатки планетарной модели Резерфорда……………………………………....5

 

Постулаты Бора……………………………………………………………………….6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История Развития учения о строении атома

           Мысль о том, что вещество построено из мельчайших “кирпичиков” высказывалась еще древнегреческими учеными. Более двух тысяч лет тому назад в столице древней Греции Афинах жил знаменитый философ Анаксагор. Он учил, что все вещи построены из первичных мельчайших частиц – “семян”. По обвинению в безбожии Анаксагор был выслан из Афин и умер в ссылке.                

              Однако идеи Анаксагора развили  его последователи – Левкипп  и Демокрит. Они сделали гениальную  попытку объяснить строение мира, не прибегая ни к каким сверхъестественным  обоснованиям. Итак, с точки зрения  Демокрита и Левкиппа вселенная  состоит из пустого пространства и бесконечного множества мельчайших частиц – атомов, одинаковых по своим свойствам и движущихся без всякой видимой причины. Существует предел деления атомов. 

                Еще один древнегреческий мыслитель – Аристотель - сыграл немаловажную роль в науке о строении вещества. Он утверждал, что в природе нет пустоты, материя непрерывна, а делимость вещества бесконечна.  Это учение Аристотеля господствовало примерно до XVII столетия, в котором атомистические представления вновь возроди

                   Учение о строении всех тел из атомов противоречило учению церкви и жестоко преследовалось. Так в начале XVII века в 1626 году французский парламент специальным декретом запретил под страхом смертной казни заниматься атомной теорией. Но, несмотря на это ученые продолжали выступать с учением об атомах.В 1647 году во Франции вышла книга ученого Гассенди об атомах. Гассенди утверждал, что атомы – мельчайшие физические тела разнообразной формы и отличающиеся друг от друга весом и величиной. Молекула – соединение нескольких атомов.

                   Однако все это оставалось только догадкой, ибо существовавший тогда уровень развития науки не позволял доказать существование атома. Нидерландский физик Христиан Гюйгенс утверждал, что главное свойство атома – бесконечная твердость, противостоящая любым попыткам разделить атом на части. Таким образом, он подтвердил правильность названия данного древними греками: атом - неделимый.

                     Весьма интересны атомистические представления хорватского ученого XVII столетия Р. Бошковича. У Бошковича атомы – это не частички вещества, а некие точки, рассматриваемые как “силовые центры”. Все “центры” одинаковы, а различные свойства веществ объясняются различием во взаимном расположении “центров”. Представления Бошковича, по сути дела, первая попытка ввести в физическую картину мира силовые поля. Эти представления оказали в последствии влияние на взгляды М.Фарадея.                                                      

                     Большая заслуга в формулировке научной атомной гипотезы принадлежит М.В.Ломоносову. В своих трудах он дал основы кинетической теории газов и кинетической теории тепла. Молекулярно-кинетическая теория подтверждалась экспериментальными данными.Справедливость этой теории свидетельствовала о реальности существования атомов и молекул. По словам Ломоносова, вещество состоит из мельчайших частиц – атомов, и их сочетаний – молекул. Атом характеризуется определенной массой и обладает химическими свойствами.

                   Химик У. Праут в 1815 году выдвинул гипотезу о том, что все атомы построены из атомов водорода. Вопрос о строении атома оставался нерешенным. Атом по-прежнему считали неделимым. На вопрос о том, является ли атом простейшей частицей, или он в свою очередь построен из более простых частиц, могли ответить только основываясь на экспериментальных фактах.

                     В 1895 году Г.Кирхгоф и Р.Бунзен открыли спектральный анализ – метод определения химического состава вещества по его спектру. Было установлено, что атомы имеют различные спектры. Спустя 10 лет в 1869 году Д.И.Менделеев создал свою знаменитую Периодическую систему, что имело неоценимое значение для науки. Открыв периодический закон Д.И. Менделеев создал “карту атомного мира”. Сам Менделеев писал: “…Мы, говоря об атомах, не будем под этим словом подразумевать то, что подразумевали метафизики, не нечто неделимое, а то, что при данных условиях представляется неделимым”.

                   Многие физические явления, известные физикам, свидетельствовали о том, что атомам присущи электрические заряды. В 1895 году В.Рентген открыл и всесторонне изучил Х-лучи, названные впоследствии в честь него рентгеновскими. Эти лучи представляли собой электромагнитные волны, возникающие при торможении быстро летящих электронов веществом анода.

                 Дж. Дж. Томсон изучая отклонения катодных лучей в электрическом и магнитных полях открыл в 1897 году электрон.  В 1896 году Анри Беккерель исследуя соль урана обнаружил, что атомы урана испускают невидимое глазом излучение, которое способно ионизировать воздух, делая его проводником электричества. Этот вид излучения получил впоследствии название радиоактивного. Польская ученая Мария Кюри и ее супруг француз Пьер Кюри установили, что радиоактивное излучение испускают, не только соли урана, но и атомы других элементов. По радиоактивному излучению они открыли два ранее неизвестных элемента – радий, полоний. 

Исследовать природу радиоактивного излучения взялся английский физик Э.Резерфорд. Он и его сотрудник Ф.Содди установили в 1902 году, что атомы одного химического элемента могут превращаться в атомы другого химического элемента. Этот переход сопровождается испусканием различных частиц. 

                  Все это свидетельствовало об “электрическом” строении атома. И в 1903 году Дж. Дж. Томсон предложил первую модель атома. Она представляла собой положительно заряженную по объему сферу диаметром 10  , внутрь которой вкраплены электроны. На основе этой модели Резерфорд пытался объяснить результаты проделанных опытов по рассеянию ?-частиц. Но тут выяснилась непригодность этой модели. Рассуждения привели Резерфорда к совершенно отличному от Томсона представлению о строении атома, и им была разработана новая теория атома, которая существует до сих пор.

 

 

 

 

Радиоактивность атома 

В 1896 г. французский физик А. Беккерель, изучая явление люминесценции солей урана,  
установил, что уран испускает лучи неизвестного типа. 
Таким образом, А.Беккерель обнаружил явление радиоактивности, т.е. способность некоторых химических элементов самопроизвольно испускать радиоактивные лучи. 
1897-98 г.физик Мария Склодовская-Кюри обнаружила аналогичное излучение у тория и, исследуя урановые руды, открыла новые радиоактивные химические элементы: полоний, радий. 
Позднее было установлено, что все химические элементы, начиная с порядкового номера 83, являются радиоактивными. 
1899г. - Английский физик Э.Резерфорд в результате проведенных опытов открыл 
неоднородность радиоактивного излучения.

                                                                                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Планетарная модель атома Резерфорда

         Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома, согласно которой ядро находится в центре атома, а электроны вращаются вокруг ядра подобно планетам, вращающимся вокруг Солнца. Заряды электронов уравновешиваются положительным зарядом ядра, и атом в целом остается электронейтральным.                                         Возникающая вследствие вращения электронов центробежная сила уравновешивается электростатическим притяжением электронов к противоположно заряженному ядру. Опыты по рассеянию  α-частиц позволили не только установить существование атомного ядра, но и определить его заряд. Оказалось, что положительный заряд ядра атома численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе.                        Следовательно, порядковый номер элемента не просто регистрирует его положение в периодической системе, а является важнейшей константой элемента, выражающей положительный заряд ядра его атома. Из электронейтральности атома следует, что и количество вращающихся вокруг ядра электронов равно порядковому номеру элемента. Таков физический смысл порядкового номера элемента в Периодической системе элементов.

 

Недостатки  планетарной модели Резерфорда

 Создание Резерфордом планетарной, или ядерной, модели атома было крупным шагом вперед в познании строения атома. Но в некоторых случаях эта теория вступала в противоречие с твердо установленными фактами. Так планетарная модель не могла объяснить устойчивости атома. Вращаясь вокруг ядра, электрон должен часть своей энергии испускать в виде электромагнитных колебаний, что должно привести к нарушению равновесия между электростатическим притяжением электрона к ядру и центробежной силой, обусловленной вращением электрона вокруг ядра. Для восстановления равновесия электрон должен переместиться ближе к ядру.                                                                                                              Следовательно, непрерывно излучая электромагнитную энергию, электрон должен постепенно приближаться к ядру и в конце концов упасть на него - существование атома должно прекратиться. В действительности атом очень устойчив и может существовать бесконечно долго. Модель Резерфорда не могла объяснить также характер атомного спектра. Известно, что солнечный свет, проходя через стеклянную призму, образует спектр - цветную полосу, содержащую все цвета радуги. Это явление объясняется тем, что солнечный свет состоит из электромагнитных волн различных частот. Волны различных частот неодинаково преломляются призмой, что приводит к образованию сплошного спектра. Аналогично ведет себя свет, излучаемый раскаленными жидкостями и твердыми телами. Спектр раскаленных газов и паров представляет собой отдельные цветные линии, разделенные темными промежутками, - линейчатый спектр. При этом атомы одного элемента дают вполне определенный спектр, отличающийся от спектра другого элемента. Линейчатый характер спектра водорода не согласуется с теорией Резерфорда, так как излучающий энергию электрон должен приближаться к ядру непрерывно, и его спектр должен быть непрерывным, сплошным.                                                                                                                         Следовательно, планетарная модель атома не могла объяснить ни устойчивости атомов, ни линейчатый характер спектра газов и паров.

 

 

 

    

 

 

Постулаты Бора  

Планетарная модель атома является внутренне противоречивой. Движущийся с ускорением заряд излучает электромагнитную волну. При этом энергия атома уменьшается: электрон должен упасть на ядро, а атом прекратить свое существование.  В 1913 году Бор показал, что несовпадение с экспериментом выводов, основанных на модели Резерфорда, возникла потому, что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами, что и макроскопических тел. 
Бор предположил, что величины характеризующие микромир, должны квантоваться, т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения.                                                         Законы микромира - квантовые законы! Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов. дополняющих ( и "спасающих") атом Резерфорда.                                                                                                                   Первый постулат:  
Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е₁, Е₂...E_n. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает, несмотря на движение элетронов.                                                                                                                                

Второй постулат: 
В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение:  
                                              m·V·r = n·h/2·p (1) 
где m·V·r =L - момент импульса, n=1,2,3..., h-постоянная Планка.

Третий постулат: 
Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант), равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход:             e = h·u = E_m-E_n