Строение атома. Квантовые числа

МИН ОБР НАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «УлГПУ им.И.Н.Ульянова. 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ НА ТЕМУ

 «Строение  атома. Квантовые числа.» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                   Выполнил:студент группы

                    БХ-11-2-4                              

                       Давыдов Александр.

               Проверил:доцент каф.химии

                        Кафиятуллина А.Г. 
 
 

2012 г.

Существование закономерной связи между всеми

химическими элементами, ярко выраженное в

периодической системе, наталкивает на мысль о  том,

что в основе всех атомов лежит нечто общее, что  все

они находятся  в близком родстве друг с другом. Однако

до конца 19 в. в химии господствовало метафизическое

убеждение, что атом есть наименьшая частица  простого

вещества, последний предел делимости материи. При

всех химических превращениях разрушаются и вновь

создаются только молекулы, атомы же остаются

неизменными и не могут дробиться на более  мелкие

части.

Но все  эти предположения в то время  еще не

могли быть подтверждены какими либо

экспериментальными  данными. Лишь в конце 19в. были

сделаны открытия, показавшие сложность строения атома

и возможность  превращения при известных условиях

одних атомов в другие. На основе этих открытий начало

быстро  развиваться учение о строении атома. Первые

указания  на сложную структуру атомов были получены

при изучении катодных лучей, возникающих при

электрическом разряде в сильно разреженных газах. Для

наблюдения  этих лучей из стеклянной трубки, в  которую

впаяны  два металлических электрода, выкачивается по

возможности весь воздух и затем пропускается сквозь

нее ток  высокого напряжения. При таких условиях от

катода  трубки перпендикулярно к его  поверхности

распространяются "невидимые" катодные лучи, вызывающие

яркое зеленое  свечение в том месте, куда они

попадают. Катодные лучи обладают способностью

приводить в движение на их пути легко подвижные  тела и

откланяются от своего первоначального пути в

магнитном и электрическом поле (в последнем  в сторону

положительно  заряженной пластины). Действие катодных

лучей обнаруживается только внутри трубки, так как

стекло  для них непроницаемо. Изучение свойств

катодных  лучей привело к заключению, что  они

представляют  собой поток мельчайших частиц, несущих

отрицательный электрический заряд и летящих со

скоростью, достигающей половины скорости света.

Особыми приемами удалось определить массу катодный

частицы и  величину их заряда. Оказалось, что  масса

каждой  частицы равняется 0,00055 углеродной единицы,

что составляет всего 1.1840 часть массы водорода, 

равняется 1,602 10 кулона, или 4,803 10

электростатических  единиц. Особенно замечательно, что

масса частиц и величина их заряда не зависит  ни от

природы газа, остающегося в трубке, ни от вещества из

которого сделаны электроды, ни от прочих условий

опыта. Кроме  того, катодные частицы известны только в

заряженном  состоянии и не могут быть лишены своих

зарядов, не могут быть превращены в

электронейтральные частицы: электрический заряд

составляет, самую сущность их природы. Эти частицы

получили  название электронов. По современным

воззрениям, заряд электрона есть наименьший

электрический заряд, наименьшее кол-во электричества,

какое только может существовать. В катодных трубках

электроны отделяются от катода под влиянием

электрического  заряда. однако они могут возникать и

вне всякой связи с электрическим зарядом. Так,

например, все металлы испускают электроны  при

накаливании; в пламени горелки также присутствуют

электроны; многие вещества выбрасывают электроны  при

освещении ультрафиолетовыми, рентгеновскими или

лучами  света (фотоэффект). Выделение электронов

самыми  разнообразными веществами указывает  на то, что

эти частицы  входят в состав всех атомов;

следовательно атомы являются сложными образованиями,

построенными из более мелких структурных единиц.

Изучение  строение атома практически началось в

1897-1898 гг., после того как была окончательно

установлена природа катодных лучей как потока

электронов  и были определены величина заряда и масса

электрона. Факт выделения электронов самыми

разнообразными  веществами приводил к выводу, что

электроны входят в состав всех атомов. Но атом в

целом электрически нейтрален; следовательно, он

должен  содержать в себе еще другую составную  часть,

заряженную  положительно, причем ее заряд должен

уравновешивать  сумму отрицательных зарядов

электронов, Эта положительно заряженная часть  атома

была открыта  в 1911 г. Резерфордом при исследовании

движения  -частиц в газах и других веществах. -частицы

выбрасываемые атомами радиоактивных элементов,

представляют  собой положительно заряженные ионы

гелия, скорость движения которых достигает 20000

км/сек. Благодаря  такой огромной скорости -частицы,

пролетая  через воздух и сталкиваясь с  молекулами

газов, выбивают из них электроны. Молекулы,

потерявшие  электроны, становятся заряженные

положительно, выбитые же электроны тотчас

присоединяются  к другим молекулам , заряжая их

отрицательно. Таким образом, в воздухе на пути

-частиц  образуются положительно и отрицательно

заряженные  ионы газа. Способность -частиц

ионизировать  воздух была использована английским

физиком Вильсоном  для того, чтобы сделать видимыми

пути движения отдельных частиц и сфотографировать их.В

последствии аппарат для фотографирования -частиц был

назван камерой Вильсона. Рассматривая пути движения

-частиц  в камере Вильсона, мы видим,  что они

прямолинейны.В то же время, как показывает теория,

каждая  частица на протяжении своего пути. а он

достигает в воздухе 11см, должна встретить  сотни

тысяч атомов. Если тем не менее путь ее остается

прямолинейным, то это можно объяснить только тем, что

-частица  пролетает сквозь атомы. Более  тщательное

исследование  этого явления показало, что при

прохождении пучка параллельных лучей сквозь слой газа

или тонкую металлическую пластинку выходят  уже не

параллельны, а несколько расходятся: происходит

рассеяние -частиц, т.е. отклонение от их

первоначального пути.Углы отклонения невелики, но

всегда  имеется небольшое число частиц (1/8000),

которые отклоняются  очень сильно, некоторые частицы

отбрасываются назад, как если бы на пути встретилось

что-то твердое  непроницаемое. (добавить о том, что

это не электроны  их масса в 7500 раз меньше массы

-частиц, отклонение  из-за положительных частиц того

же порядка, что и -частицы) Исходя из этих

соображений, Резерфорд предложил следующую  схему

строения  атома. В центре атома находится  положительно

заряженное  ядро, вокруг которого по разным орбитам

вращаются электроны. Возникающая при их вращении

центробежная  сила уравновешивается притяжением  между

ядром и  электронами, вседствии этого остаются на

определенных  расстояниях от ядра. Так как масса

электрона ничтожна мала, то почти вся масса

сосредоточена в его ядре. Размеры атома и его

отдельных частей выражается следующими числами:

диаметр атома - 10 см., диаметр электрона - 10 см и

диаметр ядра от 10 до 10 см. Отсюда ясно, что на долю

ядра и  электронов, число которых, как увидим дальше,

сравнительно  невелико, приходиться лишь, ничтожная

часть всего  пространства, занятого атомной системой.

Предложенная  Резерфордом схема строения атома  или,

как обыкновенной говорят, модель атома, легко

объясняет явления отклонение -частиц. Действительно,

размеры ядра и электронов очень малы по сравнению  с

размерами всего атома, которые определяются орбитами

наиболее  удаленных от ядра электронов; поэтому

большинство -частиц пролетает через атомы без

заметного отклонения. Только в тех случаях, когда

-частицы  очень близко подходит к ядру, электрическое

отталкивание  вызывает резкое отклонение ее от

первоначального пути. Таким образом, изучение

рассеяние -частиц положило начало ядерной теории

атома. Одной  из задач, стоявших перед теорией

строения  атома в начале ее развития, было определение