1. История развития учения о строении атома

1.1. Модель атома по резерфорду

Э.Резерфордом в 1911 – 1913 г.г. исследовал прохождение α - частиц через тонкую металлическую фольгу. Схематически сущность эксперимента приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Прохождение α-частиц через фольгу

Оказалось, что большая часть α - частиц проходила через фольгу не отклонялась, а лишь малая часть изменяла направление и даже отбрасывалась в противоположном напревлении, т.е. в очень малой части объема атома находится частица с большой массой и положительным зарядом сталкиваясь с которой α-частица изменяла свое направление движения.

Вывод: Атом состоит из положительно заряженного ядра, занимающего малый объем, и отрицательно заряженных легких частиц – электронов. Такая система может быть устойчива при условии вращения электронов вокруг ядра и при этом центробежная сила вращения электронов должна быть равна электростатическому притяжению электронов к ядру. Такую модель по аналогии с солнечной системой назвали планетарной.

Модель атома по Резерфорду не могла объяснить следующее:

1) Устойчивости системы ядро – электрон. При движении вокруг ядра, электрон должна непрерывно излучать энергию, что будет приводить к уменьшению радиуса орбиты электрона и в конечном итоге электрон должен упасть на ядро. На самом деле в отсутствие внешнего воздействия атом не излучает энергию.

2) Линейчатой природы спектра. Согласно предложенной модели радиус орбиты электрона должен непрерывно уменьшаться, что должно приводить к сплошному спектру. Но спектры атомов имеют линейчатую природу, т.е. электроны излучают и поглощают энергию не непрерывно, а отдельными порциями («квантами»).

Устранить эти противоречия смог Нильс Бор.

1.2. Модель атома по бору

В 1900 году Макс Планк показал, что энергия электромагнитного излучения видимой части спектра квантуется, т.е. свет излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями - кван­тами. Энергия квантов связана с частотой излучения υ следующей форму­лой

Е = h · υ,

где h - постоянная Планка, υ – частота излучения.

Основываясь на квантовой теории излу­чения, Нильс Бор сделал вывод о том, что энергия электронов в атоме изменяется скачками, т.е. электрон в атоме может принимать не любые, а строго определённые значения энергии. Переход электрона из одного энергетического состояния в другое совершается скачкообразно и сопровождается испуска­нием или поглощением кванта электромагнитного излучения.

На основе квантовой теории излучения и планетарной модели атома по Резерфорду Бор предложил модель атома, которая базировалась на следующих постулатах:

1) Электрон в атоме может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по строго определённым орбитам, которые называются стационарными.

2) Двигаясь по стационарным орбитам, электрон не излучает энергию.

3) При переходе с более низкой на более высокую орбиту электрон поглощает энергию, равную разности энергий между соответствующими орбитами. Такое состояние электрона называется возбужденным. В этом состоянии он пребывает примерно 10^-8 секунды и после излучения избыточной энергии он переходит обратно на стационарную орбиту.

Таким образом всю информацию о состоянии электрона в атоме можно получить исследуя спектры поглощения и испускания(эмиссионный спектр). Образно говоря можно сказать, что спектр – это зеркало электронных состояний.

Предложенный Бором математический аппарат позволил рассчитать спектр только атома водорода и водородоподобных атомов.

Основные недостатки модели атома по Бору: