Конспект урока: Строение атома. Поглощение и испускание света атомами. Оптические спектры

Модель атома Томпсона

К концу XIX в. в результате изучения протекания электрического тока в растворах солей и кислот было установлено, что существует минимальный неделимый заряд, модуль которого равен 1,6 ∙ 10^-19 Кл. Также было известно, что в целом атом электрически нейтрален, следовательно, в нём должны присутствовать и положительно, и отрицательно заряженные частицы.

В 1897 г. английским физиком Джозефом Томсоном (1856–1940) был открыт электрон. 

Рис. 1. Модель атома Томсона

В результате исследований Томсон установил, что электрон, будучи в составе атома, является отрицательно заряженной частицей, а модуль заряда электрона равен 1,6 ∙ 10^-19 Кл. Томсон предложил модель атома, согласно которой атом представляет собой положительно заряженный шар, внутри которого находятся отрицательно заряженные электроны, подобно беспорядочным изюминкам в тесте пудинга (рис. 1). Модель атома Томсона часто называют «пудинг с изюмом».

Данная теория была опровергнута после открытия явления радиоактивности, что позволило учёным применить новые методы для изучения строения атома.

Открытие радиоактивности

В 1896 г. Французский физик Анри Беккерель (1852–1908) обнаружил самопроизвольное излучение атомов урана. В 1897 г. супруги Пьер Кюри (1859–1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867–1934) открыли два новых химических элемента — радий и полоний, которые также испускают невидимое глазу излучение. Данное явление получило название радиоактивность.

Рис. 2. В магнитном поле радиоактивное излучение делится на три вида лучей

Исследованием явления радиоактивности занимался британский физик Эрнест Резерфорд (1871–1937). Учёный поместил небольшое количество радиоактивного элемента — радия — в магнитное поле 
(рис. 2). 

 

По следам на фотопластинке было установлено, что две части излучения в магнитном поле отклоняются в разные стороны, а третья часть не изменяет направление распространения. Следовательно, радиоактивное излучение имеет сложный состав. Три потока радиоактивных частиц были названы альфа-, бета- и гамма – излучениями.

Вспомним, что магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы с силой Лоренца, направление которой определяется по правилу левой руки. Отклонение частей радиоактивного излучения позволяет предположить, что альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц, бета-излучение — поток отрицательно заряженных частиц, а поток гамма-излучения, не отклоняющийся в магнитном поле, не несёт электрический заряд. Впоследствии это предположение было подтверждено экспериментально.

Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома

После открытия радиоактивного излучения появились новые методы исследования строения атома. Резерфорд предложил использовать для этих целей альфа-излучение. Так как масса электрона много меньше массы альфа-частицы, при бомбардировке вещества альфа-частицами электроны не должны оказывать существенное влияние на движение этих частиц. Тогда по характеру отклонения положительно заряженных ядер гелия можно будет судить о размерах положительно заряженной части атома.
 

Схема опыта Резерфорда показана на рисунке 3.

Рис. 3. Схема опыта Резерфорда по рассеянию альфа-частиц

Учёный направил на кусочек золотой фольги узкий поток альфа-частиц. Вокруг фольги был установлен люминесцирующий экран, покрытый слоем сульфида цинка. При попадании альфа-частиц на такой экран происходит вспышка, которую можно наблюдать в микроскоп.

Большинство альфа-частиц проходило сквозь фольгу, не изменяя своего направления, небольшая часть частиц отклонялась на угол порядка 50° и только 1 частица из 20 000 изменяла направление движения на 180°. Результаты эксперимента показали, что атом не состоит из положительно заряженного вещества, как предполагал Томсон. Положительно заряженная масса атома сосредоточена в очень маленьком объёме — ядре атома.

Рис. 4. Планетарная модель атома Резерфорда

Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома (рис. 4). В центре нейтрального атома находится положительно заряженное ядро, занимающее лишь 10^-12 часть всего объёма атома, но содержащее весь положительный заряд и порядка 99,95 % массы всего атома. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома.

 

Электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра подобно планетам вокруг Солнца. Электроны не могут находиться в покое, так как в этом случае они упали бы на ядро.

Итоги

• Согласно планетарной модели, атом состоит из атомного ядра, в котором сосредоточен весь положительный заряд и практически вся его масса.
• Вокруг положительно заряженного ядра вращаются отрицательно заряженные электроны.
• Заряд ядра по модулю равен суммарному заряду всех электронов в данном атоме.
• Радиоактивность — это способность некоторых химических элементов самопроизвольно распадаться и испускать невидимые излучения.
• Радиоактивное излучение состоит из трёх потоков частиц: положительно заряженных альфа-частиц, отрицательно заряженных бета-частиц и 
  фотонов — частиц гамма-излучения, представляющего собой электромагнитную волну.