Будова атома. Періодичний закон та його фізичний зміст

Досить довгий час вважали, що атом є неподільною та незмінною частинкою

Наприкінці ХІХ ст. було зроблено багато відкриттів, що показало – атом не є неподільною частинкою, а складається з субатомних частинок. Перше з цих відкриттів базувалось на вивченні випромінювання негативного електрода. Існування цих катодних промінів було продемонстровано в 70 –ті роки ХІХ ст., у цілому ряді експериментів, які виконували Крукс та Гольдштейн. Наприклад, в експерименті Крукса катодні промені обертали крихітну турбінку на скляній підвісці. В 1895 р. Вільгельм Рентген відкрив х- – промені, що були названі рентгенівськими променями. В наступному 1896 р. Беккерель показав, що солі урану самостійно випромінюють незримі промені, сходні з рентгенівськими променями. Це явище було названо радіоактивністю. Далі супруги Кюрі та Резерфорд довели, що радіоактивне випромінювання не однорідне: під дією магнітного поля воно розподіляється на три частини, одна з яких не міняє напрямку, а дві інші – змінюють. Ці частинки випромінювання – γ – не має заряду, β – потік електронів, α – заряджені атоми Гелію. Таким чином, дослідження радіоактивності підтвердили складність структури атома.

Першою відкритою частинкою був електрон (Томсон, 1897 р.). Проводячи експерименти з катодною трубкою Томсон визначив питомий заряд та відносну масу електрону. Він встановив, що незалежно від газу, яким наповнювалась катодна трубка, значення відношення e/m є завжди постійним. На цьому він базує висновок, що всі елементі мають в своєму складі електрони. Пізніше Міллікеном (1909 р.) був визначений заряд е. В поєднанні з відношенням e/m це дозволяло визначити масу е: q = 1,602*10^-19 Кл; m=9,11*10^-28 г = 9,11*10^-31кг.

Томсон визначив значення e/m і для анодних промінів. Він довів, що це значення залежить від природи газу, що заповнює трубку. Самою легкою була маса Гідрогену. Маса позитивно зарядженої частинки дорівнює масі атому Гідрогену. Таким чином, позитивно заряджена частинка – це атом Гідрогену, що втратив електрон. Частинку назвали протоном. Заряд протону чисельно дорівнює заряду е-на, але з протилежним знаком, а m=1,672*10^-24 г=1,672*10^-27 кг. Таким чином, другою частинкою, що була відкрита був протон, але автор цього відкриття не Томсон, а Резерфорд та його учні Гейгер та Мардли. Коли в 1899 р. школа Резерфорда проводила досліди з золотою фольгою, то вони спостерігали, що частина променів проходять крізь золоту фольгу, а деякі промені повертаються до джерела випромінювання. Резерфорд писав: “Це було також неймовірно, як те, що ви б стріляли 15–тидюймовим снарядом по шматку папіросного паперу, а снаряд рикошетом повернувся б назад та влучив в вас ”. З цього експерименту було зроблено висновок, що в центрі атому знаходиться дуже мале позитивно заряджене ядро, що оточене відносно віддаленими частинками - електронами. Резерфорд показав, що маса протона повинна бути в 1800 разів більша за масу е.

Резерфорд передбачив, що повинна існувати і третя частинка, яка б пояснила різницю між атомною масою і (атомним номером) протонним числом елементу. Експериментально нейтрон був відкритий в 1932 р. Чедвиком при вивченні результатів бомбардування берилію α – частинками. Берилій випромінював при цьому частинки з досить високою проникаючою здібністю, які не відхилюються в електричному та магнітному полях, бо вони нейтральні. З цього й назва – нейтрон.

По ходу відкриття усіх субатомних частинок будувалися й теорії, за якими електрони, протони й нейтрони розміщуються в атомах.

Теорії будови атомів: