Модель атома Д.Д. Томсона

Первой научной гипотезой о строении атома, опирающейся на новые открытия, была модель, предложенная Томсоном. Обращение к построению атома было вызвано открытием электрона, являющегося составной частью всех атомов. Кроме того, явление радиоактивности говорило о том, что оно зависит от "изменений, происходящих в атомах радиоактивных веществ". В своей модели Томсон развивает теорию строения атома, предложенную в 1902 г. Уильямом Томсоном в статье "Эпинус атомизированный". У Томсона атом представляет собой сферу, равномерно заряженную положительным электричеством, в центре которой помещен электрон. Томсон опирается на эту модель и предлагает свою.

Модель Томсона представляла собой равномерно заряженную положительным зарядом сферу, в которой вращались или покоились электроны (корпускулы, как их называл Томсон). Поскольку атом в целом нейтрален, то общий заряд электронов равен положительному заряду сферы. Объем сферы гораздо больше объема корпускулы. Электроны вращаются по круговым орбитам, расположенным на различных расстояниях от центра сферы, зависящих от скорости электронов. При некоторой скорости корпускулы достигают поверхности сферы, а дальнейшее увеличение скорости заставляет их покидать сферу. Это означает, что атом распался. Томсон заключает, что атом устойчив тогда, когда кинетическая энергия корпускул не превышает некоторой предельной величины.

Модель Томсона не была свободна от недостатков. Главным из них был вопрос о распределении положительного заряда в атоме, размерах положительно заряженной сферы. Томсон знал об этом слабом месте своей модели.

В книге "Корпускулярная модель вещества" он писал: "В каком виде положительное электричество пребывает в атоме - это вопрос, относительно которого мы в настоящее время осведомлены весьма мало..." За отсутствием определенных сведений о том, в каком виде положительное электричество находится в атоме, мы рассмотрим такое распределение положительного электричества, которое представляет собой случай, наиболее доступный для математического вычисления, именно когда это электричество представляет собой шар постоянной плотности..." Для простоты Томсон предполагал, что электроны в его модели размещаются в одной плоскости. Эти слабости его модели проявились при объяснении различных физических и химических явлений. Так, томсоновская модель атома позволяла объяснить линейчатый спектр атомов, однако закономерности в спектрах не удалось объяснить. Не удалось полностью объяснить и периодическую систему, хотя, безусловно, модель Томсона обнаруживала сходство с законом Менделеева.

Модели атома Томсона был нанесен удар исследованиями Резерфорда и его учеников по рассеянию а- частиц. Суть этих исследований заключалась в следующем. Поток а-частиц, испускаемых радием, пропускался через маленькое отверстие в трубку с откаченным из нее воздухом. На небольшом расстоянии от отверстия находился сернистоцинковый экран. При ударе о него а-частиц получалось изображение светлого пятна. При закрывании отверстия тонкой металлической пластинкой изображение светлого пятна на экране несколько размывалось, т.е. а-частицы рассеивались веществом металлической пластинки. Изучение рассеяния показало, что небольшое число а-частиц (примерно 1/8000) отклонялось на угол больше 90°. Модель Томсона не допускала таких больших отклонений. Математический расчет показывал, что такие большие отклонения могут происходить, если а-частицы попадают под влияние сильных электрических полей, существующих вокруг зарядов, сконцентрированных в очень малом объеме. Электрическое поле, создаваемое положительно заряженной, размытой по всему объему атома сферой, не могло оказывать такого сильного влияния на а-частицу, и ее столкновение с электроном не могло повлиять на траекторию движения, поскольку масса а-частицы почти в 8000 раз больше массы электрона. Поэтому Резерфорд приходил к выводу, что почти вся масса атома сосредоточена в положительно заряженном ядре. Вокруг него, как планеты вокруг Солнца, вращаются электроны.

Модель атома Резерфорда - новый этап в развитии физики атома.

Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году^[6] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов 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»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.

Поиск по сайту: