Урок 84 Тема: «Атом – сложная частица»

Цель: обобщить сведения о важнейших открытиях физики XIX —XX вв., доказывающих сложность строения атомов химических элементов; научить объяснять строение атома, опираясь на некоторые модели классической теории; закрепить знание современных представлений о строении атома на основе квантовой механики.

Понятие «атом» пришло к нам из далекой античности, но совершенно изменило тот первоначальный смысл, который вкладывали в него древние греки (в переводе с греческого «атом» означает «неделимый»). Этимология названия «неделимый» отражает сущность атома с точностью до наоборот. Атом делим и состоит из элементарных частиц.

Сложность строения атома доказана фундаментальными открытиями, сделанными в конце XIX и начале XX в. в результате изучения природы катодных лучей (Дж. Томсон, 1897 г.), открытия явления фотоэффекта (А. Г. Столетов, 1889 г.), открытия радиоактивности химических элементов (А. Беккерель, М. Склодовская-Кюри, 1896—1899 гг.), определения природы α-частиц (эксперименты Э. Резерфорда, 1889—1900 гг.). Ученые пришли к заключению о том, что атомы обладают собственной структурой, имеют сложное строение.

С тех пор, как стало ясно, что атом состоит из более мелких частиц, ученые пытались объяснить строение атома, предлагали различные модели. Как же развивалась классическая теория строения атома?

1. Дж. Томсон – атом состоит из положительного заряда, равномерно распространенному по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда. В 1904 г. в работе «О структуре атома» Дж. Томсон дал описание своей модели, получившей образное название «сливового пудинга». Эта модель не нашла экспериментального подтверждения.

2. Э. Резерфорд (1911 г.) предложил планетарную модель атома:

- внутри атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть объема атома;

- весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточена в ядре;

- электроны вращаются вокруг ядра, они нейтрализуют заряд ядра.

Модель Резерфорда подтверждалась опытами с тонкими металлическими пластинами, облучаемыми α-частицами.

Но классическая механика не могла объяснить, почему электроны не теряют энергию по мере вращения и не падают на ядро.

3. В 1913 г. Н. Бор дополнил планетарную модель постулатами:

- электроны в атоме вращаются по строго определенным замкнутым орбитам, не испуская и не поглощая энергии;

- при переходе электронов с одной орбиты на другую происходит поглощение или выделение энергии.

 4. В 1932 г. была разработана протонно-нейтронная теория ядра, согласно которой ядра атомов состоят из протонов и нейтронов.

Современная квантовая модель строения атома:

- электрон имеет двойственную природу. Подобно частице электрон имеет массу 9,1х10^-28г и заряд 1,6 ∙ 10^-19 Кл.

- электрон в атоме не движется по определенной траектории, а может находиться в любой части около ядерного пространства. Вероятность нахождения электрона в разных частях около ядерного пространства неодинакова.

Атом — электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов.

Ядро состоит из нуклонов – протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов равна массовому числу атома.

Это положение было сформулировано после открытия Э. Резерфордом в 1920 г. протона, Дж. Чедвиком в 1932 г.- нейтрона.

Электроны, протоны и нейтроны называют элементарными частицами.

Каковы же свойства этих частиц?

Корпускулярно-волновые свойства микромира. Элементарные частицы, а также построенные из них атомные ядра, атомы и молекулы имеют ничтожно малые массы и размеры и поэтому обладают своими особыми свойствами, непохожими на те, которые имеют объекты окружающего нас макромира. Они образуют свой, специфический мир — микромир, описываемый законами квантовой механики, которые в значительной степени применимы для частиц с очень маленькими массами и очень большими скоростями.

Квантовая механика характеризует частицы микромира как объекты с двойственной природой — корпускулярно-волновым дуализмом: они являются одновременно и частицами (корпускулами), и волнами.

Корпускулярно-волновой дуализм объектов микромира подтвержден и экспериментально интерференцией и дифракцией электронов, протонов, нейтронов, атомов и т. д.