Строение атома

Содержание: 

1. Введение
2. Зарождение теории строения вещества

• Атомистическая теория Дальтона
• Модель атома Томсона
• Атом Резерфорда
• Атом Бора

3. Строение многоэлектронных атомов.

Периодический закон Менделеева.

4. Спектр
•   Спектр излучения
•   Спектр поглощения
5. Заключение
6. Список литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Введение. 

 Мысль о том, что вещество построено из мельчайших частиц, высказывалась еще древнегреческими учеными. Они-то и назвали эти

частицы атомами (от греческого слова, означающего «неделимый»).

 Древние греки предполагали, что атомы имеют форму правильных многогранников: куба («атомы земли»), тетраэдра («атомы огня»), октаэдра («атомы воздуха»), икосаэдра («атомы воды»). Поэтому и состоящий из них мир неисчерпаемо богат в своих свойствах и качествах. Цепляясь друг за друга крючками и крючочками, атомы образуют твердые тела. Атомы воды гладкие и скользкие, поэтому она растекается и не имеет формы. Атомы вязких веществ обладают заусеницами. Воздух – это пустота, в которой носятся отдельные редкие атомы. Атомы огня острые и колючие, поэтому огонь жжется. Прошло почти более двадцати столетий, прежде чем были получены экспериментальные подтверждения идеи атомистического строения вещества. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Зарождение  теории строения вещества. 

   Атомистическая  теория - современная теория строения вещества - зародилась еще в Древней  Греции. Древнегреческие мыслители  интересовались на первый взгляд отвлеченным  вопросом: можно ли делить вещество бесконечно на все меньшие и меньшие  части, или же оно состоит из некоторых неделимых частиц, не поддающихся дальнейшему делению?

   Основное  направление мысли древнегреческих  философов, следовавших взглядам Платона  и Аристотеля, основывалось на представлении  о непрерывности материи. Однако некоторые древнегреческие философы, особенно Демокрит, не соглашались с такой точкой зрения и считали, что материя состоит из мельчайших неделимых частиц, которые Демокрит называл атомами, что и значит “неделимые”. Атомистические представления лежали также в основе естественной философии римского поэта и философа Лукреция, жившего в первом веке до нашей эры. Им была написана знаменитая поэма “О природе вещей”, в которой он подробно развивал атомистические взгляды на природу материи.

   Даже  если было бы доказано, что материя  имеет атомное строение, возник бы вопрос, чем отличаются друг от друга атомы различных веществ.

   Лукреций  считал, что у атомов и веществ, имеющих горький вкус, на поверхности  есть зазубринки, которые царапают язык, тогда как атомы веществ  с приятным вкусом должны иметь гладкую поверхность.

   Атомистические  представления о природе веществ  не намного продвинулись вперед за последующие 18 веков, прошедших со времен Лукреция. Научная мысль в Европе много веков находилась под влиянием философских идей Платона и Аристотеля, которые не разделяли атомистических воззрений на природу материи. И хотя об атомистических представлениях время от времени вспоминали, в прежние времена сторонники любой конкретной теории строения материи искали подтверждения своих взглядов главным образом в интуиции. Однако и на протяжении этого долгого периода медленно, с перерывами, шла экспериментальная работа. Часто ею двигали ошибочные взгляды: например, алхимики считали, что простые металлы, наподобие свинца, можно превратить в драгоценные металлы. Тем не менее, накапливались сведения о том, как химические вещества реагируют друг с другом, и разрабатывались более количественные методы изучения химических реакций. Это подготовило почву для новых,  более содержательных формулировок в рамках атомистической теории. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Атомистическая  теория Дальтона. 

   Джон  Дальтон (1766 - 1844) большую часть своей  жизни преподавал в школе и  в колледже в Манчестере. Возможно потому, что сам Дальтон не был  химиком, он подошел к ее проблемам с иных позиций, чем химики его времени. Его атомистическая теория, опубликованная в период 1803-1807 гг., прочно основывалась на экспериментальных наблюдениях. Она оказалась столь успешной, что с этого времени заняла господствующее положение в науке и почти не потребовала дальнейшего пересмотра.

   Основные  постулаты теории Дальтона заключались  в следующем:

1.  Каждый  элемент состоит из чрезвычайно  мелких частиц, называемых атомами.

2.  Все  атомы одного элемента одинаковы.

3.  Атомы  различных элементов обладают  разными свойствами,  в том числе имеют разные массы.

4. Атомы  одного элемента не превращаются  в атомы других элементов в  результате химических реакций;  атомы не создаются и не  разрушаются в химических реакциях.

5. Соединения  образуются в результате комбинации атомов двух или

нескольких элементов.

6. В  данном соединении относительные  количества атомов разных сортов  и сорта этих атомов всегда  постоянны.

   Теория  Дальтона позволяет мысленно нарисовать картину строения материи. Мы представляем себе элемент состоящим из мельчайших частиц, называемых атомами. Атомы являются основными структурными единицами материи, это мельчайшие частицы элемента, которые могут соединяться с другими элементами. Соединения состоят из атомов двух или нескольких элементов, образующих определенные сочетания друг с другом. 
 

Модель  атома Томсона. 

   Первую  модель атома в 1903 г. предложил  Джозеф Джон Томсон (1856 – 1940), создав ее вскоре после открытия им же в 1895 – 1897 гг. электрона. Длительность времени открытия электрона определяется продолжительностью проведения большой серии многосложных экспериментов, которые он вместе со своими сотрудниками проводил в Кавендишской лаборатории, которую с 1884 г. он же и возглавлял.

   Представление об электроне, как мельчайшей заряженной частице созрело не сразу. Известно, что в экспериментах электроны предстают делокализованными, т.е. как бы размазанными по всему объему пространства атома. Кроме того, почти сразу же стало понятно, что масса электрона является переменной величиной; опыт Кауфмана, проведенный несколькими годами позже, подтвердил то, о чем Томсон только смутно догадывался. Позже он выведет формулу для массы электрона, движущегося со скоростью, сопоставимой со скоростью света, которая количественно давала те же результаты, что и релятивистская формула. У него же в экспериментах пока получалось так, что величина массы тесно была связана с зарядом.

   При измерении величины заряда Томсон колебался, какую величину от измеренной необходимо отнести на счет массы, а какую  на счет заряда. Поэтому Томсон не особенно торопился с выводами о существовании объекта, форму которого он себе плохо представлял. В 1897 г. он мог уверенно говорить лишь о том, что отношение электрического заряда к массе для частиц, которые образуют катодные лучи, намного больше, чем для ионов водорода. Если предположить, что заряды их по абсолютной величине равны, то, рассудил Томсон, масса катодных частиц должна быть намного меньше массы атомов водорода. Когда представление об электроне у него более или менее сложилось, он предложил модель «пудинга с изюмом». Согласно этой модели, отрицательные электроны, образуя правильные конфигурации, «плавают» в эфирной среде, заряженной положительно. О существовании положительного ядра атома он тогда ничего не подозревал; ядро было открыто несколько лет спустя.

   Теперь наш дальнейший интерес сосредоточится на той самой модели Томсона, которая послужила прототипом для представления о реальном атоме. Дело в том, что исходная модель была воссоздана в обычных лабораторных условиях макромира с помощью плавающих в ванне с водой намагниченных металлических иголок, которые закреплялись на крохотных пробковых плотиках. Опыт показал, что три близлежащие диполя в свободном плавании располагаются в вершинах правильного треугольника (3 + 0). Четыре диполя распределяются по вершинам квадрата (4 + 0). Пять диполей могут образовывать уже две устойчивые модификации: либо все пять занимают вершины правильного пятиугольника (5 + 0), либо четыре диполя занимают вершины квадратов, а один находится в центре (1 + 4).

   Однако  шесть диполей не располагаются по вершинам правильного шестиугольника, т.е. конфигурация 0 + 6 существовать не может; имеется лишь один устойчивый вариант, когда пять диполей находятся в вершинах правильного пятиугольника, а один в центре (1 + 5). Нет и варианта типа 0 + 7, но есть только 1 + 6. Зато из восьми диполей получается два варианта 1 + 7 и 2 + 6. Если число диполей не превосходит 15, то все они распределяются по двум подгруппам – внутренней и внешней. Для системы 14-го порядка образуется конфигурация 5 + 9, где кольцо из 5 диполей является внутренним по отношению к кольцу из 9 диполей. Для 15 диполей существует единственная конфигурация 1 + 5 + 9. Таким образом, возникает серия из трех подгрупп, например, 2 + 7 + 11 = 3 + 7 + 10 = 3 + 7 + 10 = 20. Это продолжается до конфигурации до 1 + 5 + 9 + 12 = 27, когда возникает четыре подгруппы. Количество возможных дипольных конфигураций, распределенных по одной, двум, трем и четырем подгруппам, которые Майеру удалось смоделировать в эксперименте, приведены в табл. 21 (в нее не вошли конфигурации с первым кольцом из пяти элементов: 5 + 0 = 5, 5 + 9 = 14, 5 + 9 + 12 = 26, 5 + 9 + 13 = 27 и т.д.)

   Первое, о чем следует помнить, когда  вы рассматривайте табл. 21, так это  то, что она прекрасно демонстрирует  принцип заполнения электронами энергетических уровней s, p, d орбиты в атоме. Неважно, что в этой дипольной модели отсутствует ядро; оно может повлиять только на число электронов, которые разместятся иначе в каждой из подгрупп. Но ядро не вносит какого-то принципиального изменения в сам ход заполнения уровней. Поскольку все приведенные в таблице числовые данные определялись экспериментальным способом, который нельзя назвать прецизионным, у нас, конечно, нет никаких гарантий, что какая-нибудь, пусть не очень устойчивая, конфигурация в таблице пропущена. Величина устойчивости магнитной системы в данном случае никак не измерялась.  

   Таблица 21