1.Разработка моделей строения атома

В 1911 г. Э. Резерфорд выдвинул ядерную планетарную модель атома. В 1913 г. Н.Бор создал первую квантовую теорию строения атома, которая затем совершенствовалась в работах А. Зоммерфельда, Дебая, Ланды, Стонера, Паули, Уленбека, Гоудсмита.

Резерфорд Эрнст (1871–1937)- английский физик. Один из основателей учения о радиоактивности, ядерной физики и представлений о строении атомов. Совместно с Ф. Содди дал четкую формулировку (1903) закона радиоактивных превращений, выразив его в математической форме, и ввел понятие «период полураспада». Изучил рассеяние α-частиц атомами различных элементов и предложил (1911) планетарную (ядерную) модель атома. Бомбардировал (1919) α-частицами атомы азота, осуществив первое искусственное превращение элементов (азота в кислород). Предложил называть ядро атома водорода протоном. Нобелевская премия по физике

2. Открытие и разработка системы изотопов, в особенности открытие закона сдвига (Ф. Содди, К. Фаянс, А. Рассел, А. Ван-Флек, Г. Хевеши, Ф. Астон). В результате этих работ величина атомной массы элемента потеряла свое решающее значение в качестве аргумента функциональных изменений свойств. Аргументами периодичности стали заряд ядра атома, численно равный ему порядковый номер, численно равное заряду ядра число электронов в оболочках атома.

Содди Фредерик (1877–1956)- английский радиохимик. Основные работы посвящены исследованию радиоактивности. Совместно с Э. Резерфордомоткрыл радиоэлемент торий-X (радий-224) и доказал химическую инертность двух эманаций радона-220 и радона-222. Совместно сЭ. Резерфордом(1903) сформулировал закон радиоактивных превращений. Ввел (1913) понятие об изотопах. Независимо отК. Фаянсасформулировал (1913)правила сдвига, или закон радиоактивного смещения: при α-распаде происходит смещение радиоэлемента в периодической системе на два места влево, а при β-распаде на одно место вправо. Совместно со своим сотрудником Д. Крэнстоном и независимо отО. Ганаи Л. Мейтнер открыл (1918) проактиний. Нобелевская премия (1921).

3. Открытие в 1913 г. Г. Мозли закона, связывающего длину волны рентгеновских спектров элементов с зарядом их атомных ядер. Это позволило определить заряд ядер от H до U уже в 1914 г. При этом выяснилось, что элементы 43 (технеций), 61 (прометий), 72 (гафний), 75 (рений), 85 (астат), 87 (франций), 91 (протактиний) еще предстоит открыть.

Все эти 3 направления привели к разработке теории ПС, основу которой заложил Н. Бор в 1921 г.

Бор Нильс Хендрик Давид (1885–1962)- датский физик.. Научные работы Бора, относящиеся к теоретической физике, заложили основы новых направлений в развитии химии. Бор создал (1913) квантовую теорию атома водорода. Рассчитал спектр атома водорода, показав полное совпадение расчетных данных с эмпирическими. Построил (1913–1921) модели атомов других элементов периодической системы, разработав реальную схему формирования электронных конфигураций атомов по мере роста Z. Связал периодичность свойств элементов с последовательностью построения электронных конфигураций атомов. Обосновал подразделение групп периодической системы на главные и побочные.

Н. Бор связал периодичность свойств с формированием электронных оболочек атомов по мере возрастания заряда ядра Z, т. е. порядкового номера элемента. Бор объяснил причину близости свойств редкоземельных элементов, установил их число и прогнозировал свойства еще не открытого элемента N 72 как аналога циркония. Уже в 1923 г. Ю. Костер и Хевеши открыли элемент N 72 – гафний и подтвердили предсказания Н. Бора.

Пятый этап (1926 – 1932) всецело связан с созданием квантовой теории ПС. Важнейшие работы этого периода:

1. Волновое уравнение Э. Шредингера НΨ=НΨ;

Шрёдингер Эрвин (1887–1961)- австрийский физик-теоретик. Один из создателей квантовой механики. Исходя из теории Л. де Бройляо корпускулярно-волновом дуализме, разработал теорию движения микрочастиц –волновую механику, в основу которой положил введенное им (1926) волновое уравнение. Это уравнение является фундаментальным для квантовой химии. Нобелевская премия по физике (1933, совместно с П. Дираком).

2. Интерпретация волновой функции как меры вероятности события (М. Борн);

3. Квантовая теория двухэлектронной химической связи и основы теории спин-валентности (В. Гейтлер, Ф. Лондон).

Физическая интерпретация ПС внесла кардинальное изменение в само понятие состава вещества. До работ Д. Дальтона понятие состава отражало долевое соотношение «простых», т. е. еще не разложенных тел, образующих сложное тело, установленное эмпирически. После Д. Дальтона это понятие стало отражать соотношение атомов разных простых тел, составляющих «сложный атом» данного химического соединения. С разработкой ПЗ в понятии состава отразилась уже вся совокупность знаний о химических элементах в целом. С появлением же теории ПС в понятии состава отражаются уже новые представления о микроструктуре элементов – строении атомов, электронных конфигурациях атомных оболочек, роли заряда ядра и т. д.

Понятие состава было уточнено в связи с дальнейшим уточнением понятия химического элемента. Атомы любого химического элемента, попадая в разные соединения, до известной степени – и иногда существенно – изменяются. Так, например, водород оказывается отнюдь не неизменным при переходе из соединения в соединение. Пример. H-CI (H^δ+), H^δ-Na, CH₄ (H-инертен), в трифенилметане H-C(С₆H₅)₃ атом водорода реакционноспособен. Но во всех этих соединениях Н всё-таки остается одним и тем же элементом. Единственным и вполне определенным критерием общности всех атомов, составляющих любой данный ХЭ, оказался один и тот же заряд ядра. Т. о., химическим элементом стали называть совокупность лишь тех атомов, которые обладают одинаковы зарядом ядра. В эту совокупность включаются и разные изотопы – атомы с одинаковым зарядом ядра, но с различной атомной массой. И так как при химических превращениях любой атом сохраняет заряд своего ядра, он остается атомом данного ХЭ. Но при этом он вовсе не остается неизменным: переходя из соединения в соединение и изменяя свою электронную оболочку, которая ответственна за химизм, он изменяет свою реакционную способность как часть реакционной способности молекулы данного соединения.

Таким образом, классический принцип неизменности ХЭ при переходе из соединения в соединение остается не строгим, не точным. Но если это действительно так, то можно ли говорить вообще о свойствах того или иного ХЭ, не уточняя при этом места его нахождения в ХС или его состояния? Очевидно нельзя, ибо ни физические свойства ХЭ (атомная масса), ни его структурная характеристика (внешняя электронная оболочка), строго говоря, не являются инвариантными. Инвариантным остается только заряд ядра.

Синтез противоположных идей инвариантности химических элементов ХЭ и их изменчивости осуществлен квантовой теорией ПС, в которой ХЭ моделируются через свободные атомы. Эта теория представляет собой не столько теорию ПС элементов, сколько теорию ПС свободных атомов. Эта идея (за эталон элемента брать его свободные атомы) идет со времен Жерара, Кекуле и Бутлерова.