Новости

Мысль о том, что все вещества в Природе состоят из мельчайших неделимых частиц – атомов - высказывалась еще в античные времена. По мере развития научных представлений стало ясно, что это не совсем так. Минимальная частица вещества, сохраняющая свойства вещества – это молекула. Молекула же чаще всего состоит из нескольких атомов одного или разных элементов (но иногда молекула состоит из одного атома).

Атомы же элементов долгое время считались неделимыми.

Однако в самом конце XIX в. были открыты электроны – их испускал нагретый электрод в колбе с вакуумом. Стало ясно, что даже атомы простого вещества имеют структуру. Согласно первой атомной теории Дж. Томсона атом представляет собой положительно заряженный шар, внутри которого заключены один или несколько электронов.

Следующей важной вехой в постижении истинного строения атома стала планетарная модель атома, предложенная Э. Резерфордом.

Для зондирования состава атома Резерфорд использовал поток альфа-частиц, испускаемых радиоактивным препаратом на тонкую металлическую фольгу, а после прохождения фольги частицы попадали на экран, вызывая его свечение. По размеру зоны отклонения можно было судить о том, как воздействовал атом вещества фольги на альфа-частицу.

Альфа-частица (фактически, представляющая собой ядро атома гелия) имеет гораздо больший вес, чем электрон, таким образом, электроны не могут сколько-нибудь заметно повлиять на ее движение. Отклонение альфа-частицы может происходить только из-за взаимодействия с положительно заряженным атомом. При этом чем равномернее распределен заряд по атому, тем меньше он будет отклонять альфа-частицу, влияя только на ее скорость.

Опыт дал неожиданный результат. Большинство альфа-частиц, как и следовало ожидать, отклонялись очень слабо. Однако небольшой их процент отклонялся на большие углы, иногда частицы полностью меняли направление движения. Модель Томсона никак не могла объяснить этого явления.

Из опыта Резерфорда следовало, что вся масса атома сосредоточена в очень малой его части.

Поэтому была предложена планетарная модель строения атома, согласно которой внутри атома имеется маленькое положительно заряженное ядро, вокруг которого обращаются отрицательно заряженные электроны.

В целом атом получается нейтральным. Электроны не падают на ядро потому, что они вращаются вокруг него по круговым орбитам. Таким образом, атом подобен Солнечной системе, ядро подобно Солнцу, а электроны – планетам.

Но на самом деле атом заметно более «пуст», чем Солнечная система. Если атом увеличить так, чтобы ядро увеличилось до размера Солнца, орбиты электронов будут в сто раз дальше от Солнца, чем Земля.

Планетарная модель атома Резерфорда объяснила опыт по рассеянию альфа-частиц, однако, она противоречила электродинамике Максвелла, согласно которой заряд, движущийся с ускорением, должен излучать электромагнитные волны. Электрон, двигаясь по круговой орбите, имеет постоянное центростремительное ускорение, а значит, должен излучать, теряя энергию, и в конце концов, должен упасть на ядро. Расчеты показывали, что это должно происходить очень быстро. Однако, в реальности атомы устойчивы. Для объяснения стабильности атомов великому датскому физику Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Необходимость введения постулатов Бора была следствием осознания того, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.