02. Становление представлений о строении атома

Модель Дж. Томсона

Первые экспериментальные факты, доказывающие сложное строение атома, появились в процессе изучения электрического тока в вакууме. В вакууме, где нет других веществ, кроме материалов катода и анода, может протекать электрический ток, если катод нагреть (рис. 1). Было установлено, что частицы, испускаемые веществом, из которого сделан катод, имеют отрицательный заряд и очень маленькую массу. Их назвали электронами.

Так появилась одна из первых моделей строения атома, которую предложил английский физик Джозеф Томсон (рис. 2). В соответствии с этой моделью, атом представляет собой шар, состоящий из положительно заряженного вещества с вкраплениями отрицательно заряженных электронов (наподобие изюма в бисквите).

Особенность модели Томсона заключалась в предположении того, что положительный заряд «размыт» внутри атома и не «вылетает» из него, т. к. обладает значительно большей массой по сравнению с электронами.

Модель Э. Резерфорда

Следующим удивительным экспериментальным фактом было открытие Беккерелем в 1896 г. явления радиоактивности. Было обнаружено, что атомы некоторых элементов самопроизвольно распадаются с образованием новых атомов, электронов и α-частиц. Также установили, что α-частицы имеют положительный заряд и относительно большую массу.

С помощью α-частиц Эрнест Резерфорд и его ученики провели эксперимент, результаты которого опровергли модель строения атома Дж. Томсона. Англичанин Эрнест Резерфорд и его ученики поставили следующий эксперимент: направляли быстрый поток α-частиц на тонкую золотую фольгу. Оказалось, что большинство α-частиц проходит через фольгу беспрепятственно, небольшая часть отклоняется на различные углы, а примерно 1 на 10 000 частиц отскакивает в обратном направлении (рис. 3).

Результаты опыта противоречили модели Томсона. Частица с большой массой и положительным зарядом может отскочить назад, если только встретит в качестве препятствия большой положительный заряд, сконцентрированный в одном месте.

Положительный заряд, сконцентрированный в центре атома, Резерфорд назвал ядром и предложил свою модель строения атома: в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны (рис. 4). При этом основная масса атома сосредоточена в ядре, масса электронов очень мала.

Суммарный заряд ядра и электронов должен быть равен нулю, т. к. атом в целом электронейтрален.

Модель Резерфорда напоминает Солнечную систему, поэтому ее назвали «планетарной».

Состав ядра атома. Изотопы

Порядковый номер элемента в Периодической системе численно равен заряду ядра атома химического элемента. Так как атом в целом заряда не имеет, то и число отрицательно заряженных частиц – электронов – в атоме должно быть тоже равным порядковому номеру.

Существуют атомы с одинаковым зарядом ядра, но разной массой. Такие атомы называются изотопами.

Ядро атома состоит из протонов нейтронов (рис. 5).

Протон р – элементарная частица, имеющая заряд +1 и относительную массу, равную 1.

Нейтрон n – частица, не имеющая заряда, с относительной массой 1.

Масса атома в основном складывается из суммы масс всех протонов и нейтронов. Массой электронов при расчетах пренебрегают, т. к. она очень мала (масса 1 электрона в 1841 раз меньше массы 1 протона или нейтрона).

Заряд ядра атома определяет число находящихся в нем протонов.

Таким образом, изотопы одного химического элемента различаются между собой числом нейтронов в ядре.

Изотопы – атомы одного химического элемента, различающиеся массой, а значит, числом нейтронов в ядре.

Список литературы

1. Оржековский П. А. Химия: 8-й класс: учеб для общеобр. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013. (§43)

2. Рудзитис Г. Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§37)

3. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008. (с. 36-37)

4. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003. (с. 38-41)

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «chemnet»

2. Словари и энциклопедии на Академике

3. Энциклопедия Кругосвет

Домашнее задание

1. с. 244 №№ 5-7 из учебника П. А. Оржековского «Химия: 8-й класс» / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.

2. Чем различаются изотопы цезия 112Сs и 115Сs?