Меню Рубрики

Как устроен атом с точки зрения электронной теории

11. Электронная теория строения вещества

В продолжение всего прошлого столетия только предполагалось существование атомов и мельчайших частиц далее неделимых. Их действительное существование удалось доказать лишь с помощью современных экспериментальных методов. Открытие радиоактивности особенно способствовало мощному развитию химии, причем пришлось отрешиться от существовавших до тех пор взглядов на неделимость и неизменяемость атома и пополнить науку новыми воззрениями. Также первоначальные представления об атомах, как об упругих шариках, и некоторые представления о соединении атомов в молекулы в свете новых открытий оказались недействительными; было доказано, что атомы — это сложные системы и что все химические изменения вызываются преимущественно действием электрических сил.

Современные исследования вещества показали, что атомы всех элементов являются системами, созданными так наз. элементарными частицами (протоны, нейтроны и электроны). Атомы одного элемента содержат в ядре одинаковое число протонов, атомы же разных элементов различаются между собой числом протонов и их расположением.

Согласно электронной теории строения вещества, атом любого элемента состоит из электроположительного атомного ядра (состоящего из протонов и нейтронов), в котором сосредоточена вся масса атома, и из электронной оболочки электроотрицательных электронов, которые по сравнению с ядром атома почти не имеют массы. * (см. рис. 7).

* ( Протон — это положительно заряженная частица размером в 1, нейтрон — частица той же величины без заряда, электрон — частица размером в 1/180 протона.)


Рис. 7. Схема строения атома

Ввиду того, что атом в целом является электрически нейтральным, то заряд ядра атома будет равен заряду электронной оболочки, т. е. число электронов будет равно числу протонов.

На основании новых открытий в области спектральной физики мы приходим к представлению, что электроны вращаются вокруг ядер атома по определенным энергетически уравновешенным путям (слоям, оболочкам, сферам), которые мы обозначаем (начиная от ядра) буквами К, L, М, N, О, Р и Q (см. табл. 4).

Рис. 8 представляет собой схематическое изображение атомов первых трех периодов периодической системы элементов Менделеева; из него ясно, что самым простым атомом является атом водорода, ядро которого состоит из одного протона, а электронный слой из одного электрона. Ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Его электронный слой составляют два электрона, вращающихся в сфере К. Ввиду того, что гелий — элемент несоединяющийся (с нулевой валентностью), можем считать его сферу К заполненной. Атом лития содержит в ядре три протона, а его электронный слой — три электрона, из которых два находятся в заполненной сфере К, а один в сфере L. У прочих атомов этого периода двух- электронная сфера К остается устойчивой, тогда как сфера дополняется, так что Be имеет в сфере L два электрона, В три, С четыре, N пять, О шесть и F семь электронов. После F следует Ne, который так же как Не не соединяем и поэтому его восемь электронов заполняют сферу L в так наз. октет. Если эти отношения выразить числами, то получится таблица 4.


Рис. 8. Строение атомов

У элементов с большими атомными весами отношения все же гораздо более сложные, как это видно из таблицы периодической системы, где число электронов обозначено маленькими цифрами. Химическая соединяемость вызвана электронами внешнего электронного слоя или так наз. валентной сферы, их называют валентными электронами. Если возьмем валентные электроны атомов первых элементов периодической системы, то получим таблицу 5.

Из таблицы следует, что:

а) в каждом периоде число валентных электронов возрастает от элемента к элементу всегда на один электрон, в каждой же группе число электронов одинаково;

б) у атомов элементов с нулевой валентностью (несоединяющихся) их валентные сферы заполнены (у Не два электрона, у прочих — по восьми электронов) так наз. октетом. Ввиду того, что эти элементы с остальными элементами не соединяются, мы считаем формацию их атомов устойчивой (без энергии).

Из этого следует, что соединяться может только такой элемент, атомы которого не имеют в валентной сфере октета, или если их валентные сферы не заполнены. Атомы с незаполненными валентными сферами меняют свою формацию на устойчивую после того как они соединятся или свяжутся.

Атом — вещество

В атомах веществ , предшествующих этим трем элементам, число электронов меньше 9, а в последующих элементах число электронов превышает число используемых орбит. Следует указать, что этот взгляд на структуры таких металлов, основанный на сходстве металлических и ковалентных радиусов, не является общепринятым. [31]

В атоме вещества электрического изолятора ( диэлектрика) электроны прочно связаны с ядром и не покидают его. Эти электроны называют несвободными. Так как изоляторы почти не имеют свободных электрических зарядов, которые определяют проводимость материала, то электрическое сопротивление изоляторов очень велико. [32]

Не все атомы вещества одновременно находятся в одинаково устойчивых состояниях. [34]

Окислителями являются атомы веществ , образующие отрицательные элементарные ионы ( F -; CI -; Os -; Sz -), принимая электроны от восстановителей, или вещества, понижающие степень окисления атомов в составе молекул сложных веществ при взаимодействии с восстановителями. [35]

На каждый атом вещества в магнитном поле действует элементарная сила, обусловленная взаимодействием внешнего поля с микроскопическим током в атоме. Результирующая всех элементарных сил, действующих на атомы тела со стороны внешнего неоднородного магнитного поля, стремится втянуть тело или вытолкнуть его из поля. Вещества, на которые в магнитном поле действуют силы, стремящиеся удалить их из поля, являются диамагнетиками. Силы, действующие на диамагнетик в магнитном поле, незначительны. [36]

Как устроен атом вещества с точки зрения электронной теории. [37]

Если каждый атом вещества отдает два электрона, то валентная зона будет заполнена целиком и твердое тело проявит диэлектрические свойства при условии, что между данной зоной и остальными какое-либо перекрытие отсутствует. [39]

Окислителями являются атомы веществ , образующие. СГ, О 2 -, S 2), принимая электроны от восстановителей, или вещества, понижающие степень окисления атомов в составе молекул сложных веществ при взаимодействии с восстановителями. [40]

При объединении атомов вещества в кристалл валентные электроны коллективизируются, образуя единую систему. Электрическое поле образовавшейся ионной решетки периодично, как и положения ионов в ней. Энергетически возможные состояния электронов образуют разрешенные зоны, отделенные друг от друга запрещенными зонами, охватывающими состояния, которые в данных условиях невозможны. [41]

Вследствие взаимодействия атомов вещества , входящих в состав молекул, наблюдаются отдельные полосы, состоящие из большого числа тесно расположенных цветных линий. [42]

При объединении атомов вещества в кристалл валентные электроны коллективизируются, образуя единую систему. Электрическое поле образовавшейся ионной решетки периодично, как и положения ионов в ней. Энергетически возможные состояния электронов образуют разрешенные зоны, отделенные друг от друга запрещенными зонами, охватывающими состояния, которые в данных условиях невозможны. [43]

Рентгеновское возбуждение атомов вещества может возникать в результате бомбардировки образца электронами больших энергий или при его облучении рентгеновскими лучами. Первый процесс называют прямым возбуждением; последний — вторичным или флюоресцентным. В обоих случаях энергия электрона или кванта первичной рентгеновской радиации, бомбардирующих излучающий атом, должна быть больше энергии, необходимой для вырывания электрона из определенной внутренней оболочки атома. Электронная бомбардировка исследуемого вещества приводит к появлению не только характеристич. В ходе первичного возбуждения спектра происходит интенсивное разогревание исследуемого вещества, отсутствующее при вторичном возбуждении. Наконец, первичный метод возбуждения лучей предполагает помещение исследуемого вещества внутрь откачанной до высокого вакуума рентгеновской трубки, в то время как для получения спектров флюоресценции исследуемые образцы могут располагаться на пути пучка первичных рентгеновских лучей вне вакуума и легко сменять ДРУГ друга. Поэтому приборы, использующие спектры флюоресценции ( несмотря на то, что интенсивность вторичного излучения в тысячи раз меньше интенсивности лучей, полученных первичным методом), в последние годы почти полностью вытеснили из практики установки, в к-рых осуществляется возбуждение рентгеновских лучей с помощью потока быстрых электронов. [45]

История развития представлений о строении атома

Все тела живой и неживой природы, несмотря на их разнообразие, состоят из мельчайших частиц — атомов. Первым, кто высказал предположение об этом, считается древнегреческий философ Демокрит. Именно он назвал атомом мельчайшую неделимую частицу образующую вещество (атом в переводе с др.греч «неделимый»). Лишь в конце XIX в. были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома, что атомы разлагаются на более мелкие элементарные частицы и таким образом «атомами» в Демокритовском смысле не являются. Тем не менее, термин используется и теперь в современной химии и физике, несмотря на несоответствие его этимологии современным представлениям о строении атома.

Первые представления об атоме

Демокрит считал, что если разделить, например, яблоко на две половины, затем одну из них еще на две части, и продолжать деление таким образом до тех пор пока результат деления перестанет быть яблоком, то мельчайшая частица которая все еще сохраняет свойство яблока является атомом яблока (т.е. неделимой частью яблока). Он утверждал, что атомы существуют вечно; они настолько малы, что их размеры не поддаются измерению; все атомы одинаковы, но они различаются внешне (атомы воды, например, гладкие, они способны перекатываться, и поэтому жидкости свойственна текучесть; атомы железа имеют зубчики, которыми они зацепляются друг за друга, что придает железу свойства твердого тела). Представления Демокрита были умозрительными.

Группу греческих философов, придерживавшихся того взгляда, что существуют подобные крошечные неделимые частицы, называли атомистами. Атоми́зм — натурфилософская теория, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из химически неделимых частиц — атомов. (В современной физике вопрос об атомизме является открытым. Некоторые теоретики придерживаются атомизма, но под атомами подразумевают фундаментальные частицы, которые далее неделимы).

Основы атомной теории строения вещества

В 1808 г. физик Дальтон Джон (1766–1844) возродил атомизм, доказал реальность существования атомов. Он писал: «Атомы — химические элементы, которые нельзя создать заново, разделить на более мелкие частицы, уничтожить путем каких-либо химических превращений. Любая химическая реакция просто изменяет порядок группировки атомов». Джон Дальтон ввёл понятие «атомный вес», первым рассчитал атомные веса (массы) ряда элементов и составил первую таблицу их относительных атомных весов, заложив тем самым основу атомной теории строения вещества.

Дальтон был одним из самых знаменитых и уважаемых учёных своего времени, ставший широко известным благодаря своим новаторским работам в разных областях знания. Он впервые (1794) провёл исследования и описал дефект зрения, которым страдал сам, — цветовая слепота, позже названный в его честь дальтонизмом; открыл закон парциальных давлений (закон Дальтона) (1801), закон равномерного расширения газов при нагревании (1802), закон растворимости газов в жидкостях (закон Генри-Дальтона). Установил закон кратных отношений (1803), обнаружил явление полимеризации (на примере этилена и бутилена).

Однако вопрос о внутреннем строении атомов даже не возникал, так как атомы считались неделимыми.

В 1897 г. английский физик Дж. Томсон изучая катодные лучи, пришел к выводу, что атомы любого вещества содержат отрицательно заряженные частицы, которые он назвал электронами. Огромной заслугой Томсона явилось доказательство того, что все частицы, образующие катодные лучи, тождественны друг другу и входят в состав вещества. Он предложил первую модель атома — «пудинг с изюмом» 1904 г.

По мысли Томсона, положительный заряд атома занимает весь объем атома и распределен в этом объеме с постоянной плотностью,в положительно заряженной сфере находится несколько электронов, так что атом подобен кексу, в котором роль изюминок играют электроны.

Ядерная модель атома (планетарная)

Резерфорд бомбардировал α-частицами атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения α-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома.

Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад.

Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома (планетарная):
1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.
2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре (масса электрона равна 1/1823 а.е.м.).
3. Вокруг ядра вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.

Читайте также:  Перечень средств для инвалидов по зрению

Но на основе этой модели нельзя объяснить факт существования атома, его устойчивость. Ведь движение электронов по орбитам происходит с ускорением, причем весьма немалым. Ускоренно движущийся электрон по законам электродинамики должен терять энергию и приближаться к ядру. Как показывают расчеты, основанные на механике Ньютона и электродинамике Максвелла, электрон за ничтожное время должен упасть на ядро. Атом должен прекратить свое существование. В действительности ничего подобного не происходит. Атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать неограниченно долго, совершенно не излучая электромагнитные волны. Не согласующийся с опытом вывод о неизбежной гибели атома вследствие потери энергии на излучение — это результат применения законов классической физики к явлениям, происходящим внутри атома. Отсюда следует, что к явлениям атомных масштабов законы классической физики неприемлемы.

Датским физик Нильс Бор (1885 — 1962) считал что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами, что и макроскопических тел.
Бор предположил, что величины характеризующие микромир, должны квантоваться, т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения.
Законы микромира — квантовые законы! Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов. дополняющих ( и «спасающих») атом Резерфорда. Его теория впоследствии привела к созданию стройной теории движения микрочастиц — квантовой механики.

Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия E. В стационарном состоянии атом не излучает.
Согласно второму постулату Бора излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний.

Квантовая теория строения атома

Теорию Бора сменила квантовая теория, которая учитывает волновые свойства электрона и других элементарных частиц, образующих атом.

В основе современной теории строения атома лежат следующие основные положения:

1. Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Он может вести себя и как частица, и как волна, подобно частице, электрон обладает определенной массой и зарядом; в то же время, движущийся электрон проявляет волновые свойства, например, характеризуется способностью к дифракции. Длина волны электрона λ и его скорость v связаны соотношением де Бройля:

λ = h / mv, где m — масса электрона.

2. Для электрона невозможно одновременно точно, измерить координату и скорость. Чем точнее мы измеряем скорость, тем больше неопределенность в координате, и наоборот. Математическим выражением принципа неопределенности Гейзенберга служит соотношение

∆x∙m∙∆v > ћ/2,
где ∆х — неопределенность положения координаты, ∆v — погрешность измерения скорости.

3. Электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может находиться в любой части около ядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова. Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью.

4. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название — нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.

Последнее положение было сформулировано после того, как в 1920 г. Э.Резерфорд открыл протон, а в 1932 г. Дж.Чедвик — нейтрон.

Различные виды атомов имеют общее название — нуклиды. Нуклиды достаточно характеризовать любыми двумя числами из трех фундаментальных параметров: А — массовое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов, и N — число нейтронов в ядре. Эти параметры связаны между собой соотношениями:

Z = А — N,
N = А — Z,
А= Z + N.

Нуклиды с одинаковым Z, но различными А и N, называют изотопами.

Сформулированные выше положения составляют суть новой теории, описывающей движение микрочастиц, — квантовой механики (механику, применимую к движению обычных тел и описываемую законами Ньютона, стали называть классической механикой). Наибольший вклад в развитие этой теории внесли француз Л. де Бройль, немец В.Гейзенберг, австриец Э.Шредингер, англичанин П.Дирак. Впоследствии каждый из этих ученых был удостоен Нобелевской премии.

Квантовая механика — математически очень сложная теория. Но главная трудность не в этом. Процессы, которые описывает квантовая механика, — процессы микромира — недоступны не только восприятию нашими органами чувств, но и воображению. Люди лишены возможности представить их себе наглядно в полной мере, так как они совершенно отличны от тех макроскопических явлений, которые человечество наблюдало на протяжении миллионов лет. Человеческое воображение не создает новые, а лишь комбинирует известные, поэтому практически невозможно на нашем макроскопическом языке описать поведение фотонов и других частиц.

2. Общие понятия об электричестве и электронной теории

Долгое время существовало мнение о том, что атомы являются первичными, неразложимыми и неизменными частями всех тел природы, откуда и произошло название «атом», что по-гречески значит «неделимый».

В конце прошлого столетия, пропуская электрический ток высокого напряжения через трубку с сильно разреженным газом, физики заметили зеленоватое свечение стекла трубки, вызванное действием невидимых лучей. Светящееся пятно располагалось против электрода, соединенного с отрицательным полюсом источника тока (катода). Поэтому лучи получили название катодных. Под действием магнитного поля светящееся пятно смещалось в сторону. Катодные лучи вели себя так же, как проводник с током в магнитном поле. Смещение зеленоватого пятна происходило также под влиянием электрического поля, причем положительно заряженное тело притягивало катодные лучи, отрицательно заряженное тело отталкивало их. Это навело на мысль, что сами катодные лучи представляют собой поток отрицательных частиц — электронов.

В 1895 г. физик Рентген открыл особый вид лучей, не видимых простым глазом, но способных проникать сквозь многие непрозрачные тела. В настоящее время рентгеновские лучи широко используются в медицине и промышленности. В 1896 г. было обнаружено, что вещество, содержащее уран, способно в темноте действовать на фотографическую пластинку. Вскоре после этого Мария Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что, подобно урану, способностью испускать невидимые лучи, проникающие через непрозрачные тела, обладает элемент торий. В 1898 г. супруги Кюрн открыли два новых элемента — радий и полоний, обладающие тем же свойством, какое было обнаружено у урана и тория. Способность некоторых элементов испускать невидимые лучи была названа Кюри радиоактивностью. Исследуя радий, Кюри обнаружили, что этот серебристый мягкий металл светится в темноте, разлагает воду на кислород и водород, действует на фотографическую пластинку, непрерывно выделяет тепло. Распадаясь, радий испускает лучи трех видов: альфа-, бета- и гамма-лучи. В результате непрерывного распада радий превращается в устойчивый элемент — свинец.

Катодные лучи, лучи Рентгена, радиоактивность и другие физические, химические и магнитные явления позволяют сделать вывод, что атом не является неделимой частицей вещества, а имеет сложное строение. Научные исследования показали, что атомы состоят как из электрически заряженных, так и из нейтральных частиц.

Согласно современной теории строения вещества каждый атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны.

Ядро заряжено положительным электричеством, а электроны — отрицательным.

Атом обычно не проявляет никаких электрических свойств (нейтрален). Однако это указывает не на отсутствие в нем электричества, а только на то, что положительного и отрицательного электричества имеется в нем поровну.

Атомы различных химических элементов отличаются друг от друга своим весом (атомный вес), величиной положительного заряда ядра и числом электронов, вращающися вокруг ядра. Так, например, в атоме водорода — самого легкого и простого по строению элемента — вокруг ядра вращается только один электрон (фиг. 1), в атоме меди — 29 электронов, в атоме золота — 79 электронов и т. д. Числу электронов, вращающихся вокруг ядра, всегда соответствует порядковый номер элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Например, атом 92-го элемента таблицы — урана — имеет ядро, заряженное 92 единицами положительного электричества, и 92 электрона, вращающихся вокруг ядра по многочисленным орбитам.

Те из вращающихся в атоме электронов, которые расположены на крайних орбитах, связаны с ядром слабее, чем электроны, находящиеся на ближних к ядру орбитах. Под действием соседних атомов или вследствие других причин можно заставить крайние электроны покинуть свои орбиты.

Атомы всех металлов имеют эти неустойчивые внешние электроны, которые легко покидают свои орбиты, чем и объясняется хорошая электропроводность металлов.

Атомы ряда других веществ прочно удерживают электроны около ядра и не дают им свободно уходить из атомов. Такие вещества плохо проводят электричество.

Русские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси еще в 1912 г. поставили интересный опыт. Было взято металлическое кольцо (фиг. 2), вблизи которого против середины помещена маленькая магнитная стрелка. Стрелка устанавливалась в направлении север—юг. Кольцо под действием посторонней силы приводилось в быстрое вращение и затем резко останавливалось. В момент остановки кольца магнитная стрелка поворачивалась и располагалась вдоль оси кольца, но через некоторое время вновь принимала свое прежнее направление. Объяснить этот опыт можно так. При вращении кольца свободные электроны вместе с атомами металла приходят в движение. Резкое торможение приводит к остановке атомов металла, но свободные электроны некоторое время по инерции будут продолжать двигаться. В кольце на короткое время возникает электрический ток, который создает магнитное поле, действующее на магнитную стрелку.

Этот опыт показывает, что в металлах имеются свободные электроны.

В обычном состоянии атомы металла, ионы (атомы, потерявшие или приобретшие электроны), а также свободные электроны находятся в беспорядочном тепловом движении. Если под действием тех или иных причин заставить свободные электроны смещаться в одном направлении, такое упорядоченное движение свободных электронов в металлических проводниках будет представлять собой электрический ток.

Как уже упоминалось, положительный и отрицательный заряды в атоме обычно равны между собой. Но если атомы тела начинают терять электроны (например, при электризации тела трением), то положительный заряд тела становится больше, и мы говорим, что тело заряжается положительно.

Если же тело получает электроны, то в нем наступает их избыток, и тело заряжается отрицательно. При этом нужно учитывать, что если стекло, например, при натирании его кожей теряет электроны и заряжается положительно, то кожа, получая электроны со стекла, заряжается отрицательно.

Теряя или приобретая электроны, нейтральный в электрическом отношении атом становится заряженным. Такой атом называется ионом. Процесс превращения нейтрального атома в ион называется ионизацией. В качестве примера ионизации можно указать на некоторые металлы (натрий, калий), которые при освещении их поверхности способны выделять электроны. Честь открытия этого явления принадлежит известному русскому физику А. Г. Столетову. Это явление получило название фотоэлектрического эффекта и используется в фотоэлементах» Нагревая металл до высокой температуры, мы заставляем хаотически двигающиеся атомы металла двигаться еще быстрее. Электроны, которые ранее удерживались на орбитах атомов, теперь испускаются нагретым металлом в окружающее пространство. Это явление называется термоэлектронным эффектом и используется в радиолампах, выпрямителях и других устройствах-

Нейтральная молекула газа может быть ионизирована под действием высокой температуры, лучей Рентгена, ультрафиолетовых лучей, радиоактивных излучений, высокого напряжения, а также при ударе нейтральной молекулы о быстролетящий электрон (ионизация толчком). Молекулы веществ, попадая в растворитель, ослабляют внутреннюю связь и распадаются на положительные и отрицательные ионы.

Масса (вес) электрона очень мала: она в 1838 раз меньше массы ядра атома самого легкого газа — водорода. Поэтому при решении некоторых вопросов можно считать, что вес атома водорода целиком определяется весом ядра, заряженного положительным электричеством и называемого протоном.

Вторым по счету после водорода в таблице Менделеева стоит элемент гелий. Согласно электронной теории атом гелия имеет два протона в ядре и два электрона, вращающихся вокруг ядра. Заряд ядра гелия в два раза больше заряда ядра водорода. Однако атомный вес гелия не 2, а 4. Если предположить, что в ядре гелия 4 протона, то количество положительного электричества будет больше количества отрицательного электричества, чего не может быть. Советский ученый профессор Д. Д. Иваненко предположил, что в состав ядра каждого атома, кроме частиц, заряженных положительно, — протонов, входят также частицы, не имеющие заряда; но масса которых равна массе протона. Эти частицы были названы нейтронами. Таким образом, в ядре атома гелия, кроме двух протонов, находятся два нейтрона. Строение атома гелия схематически дано на фиг. 3.

Читайте также:  Первые очки для зрения как привыкнуть

Атом железа в таблице Менделеева имеет порядковый номер 26 и атомный вес 56, следовательно, ядро атома железа состоит из 26 протонов и 56—26=30 нейтронов. Вокруг ядра атома железа вращаются 26 электронов. На фиг. 4 схематически показано строение атома урана (порядковый номер 92, атомный вес 238).

Мы попытались упрощенно представить себе строение атома.

На самом деле атом устроен несравненно сложнее.

Нами была рассмотрена разница между проводниками и изоляторами с точки зрения классической физики, которая изучает законы макроскопических тел, т. е. таких тел, в состав которых входит большое количество атомов и электронов. Различие между диэлектриками и проводниками классическая физика видит в том, что в диэлектрике все электроны прочно удерживаются около ядра атома. В проводниках же, наоборот, связь между электронами и ядром атома сильна и имеется большое количество свободных электронов, упорядоченное движение которых вызывает электрический ток. Классическая физика допускает любые значения энергии атома (в пределах некоторого интервала энергии), а , изменение энергии атома считает ] происходящим непрерывно сколь угодно малыми порциями. Однако изучение оптических спектров элементов и явлений, связанных со взаимодействием атомов с электронами, указывает на непрерывистый характер внутренней энергии атомов. Атомная и молекулярная физика доказывает, что энергия атома не может быть любой и принимает только вполне определенные значения, характерные для каждого атома. Возможные значения внутренней энергии атома называются энергетическими или квантовыми уровнями. Уровни энергии, которыми не может обладать атом, называются запретными уровнями.

Квантовая физика, изучающая микроскопические тела и законы их движения, дает иное объяснение различию между диэлектриками и проводниками. Согласно квантовой теории как в диэлектрике, так и в проводнике существуют свободные электроны. Диэлектрики и проводники различаются между собой лишь заполненностью и относительным расположением энергетических уровней электронов. Это и составляет основу зонной теории электропроводимости. Полная энергия электронов, вращающихся вокруг ядра, тем больше, чем больше радиус орбиты. Электрон может находиться в строго определенном квантовом состоянии, причем другие электроны в этом состоянии находиться не могут. Если сообщить электрону извне определенное количество энергии, то он может перейти в новое, более высокое квантовое состояние. Сам электрон при этом и атом, в состав которого он входит, называются возбужденными. Переход электрона с высокого уровня на более низкий уровень вызовет перескок электрона на орбиту меньшего радиуса. При этом энергия, которая была затрачена на перевод электрона в возбужденное состояние, теперь будет отдана им в виде светового кванта определенной частоты или передана другому электрону. Переход электрона в иное квантовое состояние невозможен, если это квантовое состояние занято другим электроном. В твердом теле, состоящем из множества атомов, энергетические уровни отдельных атомов смещаются и, объединяясь, образуют энергетические зоны.

Различают заполненную или нормальную зону, в которой находятся электрические заряды невозбужденного атома. Другой зоной является свободная зона, или зона возбуждения, в которую могут попадать электроны возбужденного атома. Между заполненной и свободной зонами помещается запретная зона, или зона недозволенных уровней. Ширина запретной зоны определяет электропроводимость вещества. Слово «зона» не нужно понимать как площадь или полосу определенных геометрических размеров. Когда мы говорим о какой-либо зоне, то имеем в виду количество энергии, которой обладают электроны, находящиеся в этой зоне. Энергетическую структуру тела можно изобразить графически. На фиг. 5 показано расположение энергетических зон твердого тела. У проводников (металлов) заполненная и свободная зоны перекрываются, между ними нет запретной зоны (фиг. 5, а), поэтому электроны легко переходят из заполненной в свободную зону и обеспечивают высокую электропроводимость металлов.

У полупроводников ширина запретной зоны мала (фиг. 5, б). Под действием внешних причин (тепло, свет, электрическое поле и т. п.) электроны могут преодолеть запретную зону, перейти из заполненной в свободную зону. У изоляторов запретная зона чрезвычайно широка (фиг. 5, в) и переход электронов из заполненной зоны в свободную затруднен. Электропроводимость такого тела практически отсутствует.

Кроме частиц — протона, нейтрона и электрона, о которых говорилось выше, в состав атома входят еще другие частицы. За счет превращений внутри ядра атом при определенных условиях выбрасывает частицу, имеющую положительный заряд. Масса этой частицы равна массе электрона, и называется эта частица позитроном (положительным электроном). Позитроны были впервые обнаружены в космических лучах.

Как нам уже известно, в состав ядра атома входят положительные частицы — протоны и нейтральные — нейтроны. Связь этих частиц в пределах ядра осуществляется не электрическими, а ядерными силами. Чтобы объяснить происхождение ядерных сил, предположили, что должны существовать частицы более тяжелые, чем электроны, но более легкие, чем протоны. Эти частицы были найдены в космических лучах и названы мезонами. Они могут иметь положительный и отрицательный заряды.

Во время распада радиоактивного вещества выбрасываются различные частицы, в частности альфа-частицы (положительно заряженные ядра атома гелия) и бета-частицы (отрицательные электроны). Было замечено, что при бета-распаде, кроме электронов, атом выбрасывает нейтральные частицы более легкие, чем нейтрон. Эти частицы получили название нейтрино. В октябре 1955 г. ученые, работающие над расщеплением атома, открыли новую элементарную частицу, которую назвали антипротоном, или отрицательным протоном.

Таким образом, мы имеем целый ряд элементарных частиц: протоны и нейтроны, положительные и отрицательные мезоны, электроны, позитроны, нейтрино и антипротоны.

Электрические явления были известны людям очень давно. Еще древние греки 2500 лет назад, натирая янтарь сукном, заметили, что янтарь после этого приобретает способность притягивать к себе легкие тела. Силу, проявляемую натертым янтарем, греки назвали электрической силой (по-гречески янтарь называется «электрон»).

Исследование электрических явлений в России было впервые начато отцом русской науки Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711—1765). Им была оборудована первая в России лаборатория по изучению электрических явлений. М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман производили исследования явлений атмосферного электричества при помощи «громовой машины» и «электрического указателя», изобретенных этими учеными. Ломоносовым был написан труд «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих», в котором ои установил тождество атмосферного электричества и электричества трения, Ломоносов рассматривал электричество как особую форму движения, а не как какую-то невесомую жидкость. Он гениально предсказал возможность передачи электрической энергии на большие расстояния!

При натирании стекла, смолы, эбонита, сургуча и других тел последние приобретают способность притягивать к себе легкие тела, или, иначе говоря, электризуются. Наэлектризованное тело может передать часть своего электрического заряда другому (не-наэлектризованному) телу, если их привести в соприкосновение или соединить металлической проволокой. Если же наэлектризованное тело соединить с ненаэлектризованным телом при помощи стеклянной, фарфоровой или эбонитовой палочки, то передачи части заряда от первого тела ко второму происходить не будет. Тела, способные хорошо проводить электрические заряды, называются электрическими проводниками. К ним относят все металлы, уголь, растворы солей, кислот и щелочей. Тела, очень плохо проводящие электричество, называются и непроводниками, изоляторами, или диэлектриками. К ним относятся все газообразные тела в обычном состоянии, многие жидкости и почти все твердые тела, за исключением металлов и угля. К изоляторам относятся эбонит, стекло, резина, слюда, шелк, парафин, мрамор, трансформаторное масло и др.

Было замечено, что наэлектризованные тела притягиваются одно к другому или отталкиваются одно от другого. Так, например, если два тела зарядить от стеклянной палочки, натертой о кожу, то тела будут отталкиваться. То же самое произойдет, если оба тела зарядить от эбонитовой палочки, натертой о сукно. Если же одно тело зарядить от стеклянной палочки, а другое тело от эбонитовой, то оба тела будут притягиваться одно к другому. Таким образом удалось установить, что в результате электризации различных тел получается два рода электричества. Условно один вид электричества назвали положительным, а другой— отрицательным. Следовательно, тела, заряженные одноименным электричеством, взаимно отталкиваются, заряженные разноименным электричеством,— притягиваются.

Подводя итог сказанному выше, дадим определение электричества. Электричеством называется свойство материи (особая форма движения материи), имеющее двойственную природу и выявляющееся в элементарных частицах вещества (положительное электричество — в протонах, позитронах или мезонах, отрицательное— в электронах, антипротонах или мезонах).

ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

Вещества как простые, так и сложные состоят из молекул, а молекулы — из атомов.

Простые вещества — медь, алюминий, цинк, свинец и др. — ..образуются из одинаковых атомов данного вещества.

Это значит, что молекулы меди содержат только атомы меди, .а молекулы алюминия — только атомы алюминия. Молекулы слож­ных веществ образованы из атомов различных химических элемен­тов. Например, молекулы поваренной соли (хлористого натрия) .состоят из атомов хлора и атомов натрия. Молекулы воды содер­жат атомы водорода и атомы кислорода и т. д.

По своим размерам и весу молекулы и атомы очень малы.
Каждый атом имеет ядро, состоящее из протонов, нейтронов и других частиц. Вокруг ядра движутся по определенным орбитам электроны. Размеры электронов, протонов и других частиц атомов измеряются единицами, во много раз меньшими миллиметра.

В обычном состоянии атомы веществ содержат равное количе­ство электронов и протонов. Электроны и протоны являются частицами материи, имеющими электрический заряд.

Электроны обладают отрицательным, а протоны — положительным электрическим зарядом. Электронная оболочка – область, внутри которой движутся электроны.

2. Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел иличастиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжённость электрического поля —векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

В классической физике, применимой при рассмотрении крупномасштабных (больше размера атома) взаимодействий, электрическое поле рассматривается как одна из составляющих единого электромагнитного поля и проявление электромагнитного взаимодействия. В квантовой электродинамике — это компонент электрослабого взаимодействия.

В классической физике система уравнений Максвелла описывает взаимодействие электрического поля, магнитного поля и воздействие зарядов на эту систему полей.

Сила Лоренца описывает воздействие электромагнитного поля на частицу.

Эффект поля заключается в том, что при воздействии электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда. Этот эффект лежит в основе работы полевых транзисторов.

Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляющая силы Лоренца).

3. Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками, Шарль Кулон дал такую формулировку закона:

Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними

Иначе: Два точечных заряда в вакууме действуют друг на друга с силами, которые пропорциональны произведению модулей этих зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними и направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды. Эти силы называются электростатическими (кулоновскими).

Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен, необходимы:

1. точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными непересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;

2. их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;

3. взаимодействие в вакууме.

4. Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками.

В системе СИ ёмкость измеряется в фарадах.

Для одиночного проводника ёмкость равна отношению заряда проводника к его потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что потенциал бесконечно удалённой точки принят равным нулю. В математической форме данное определение имеет вид

Читайте также:  Классификация с точки зрения прогнозирования выделяет

где — заряд, — потенциал проводника.

Ёмкость определяется геометрическими размерами и формой проводника и электрическими свойствами окружающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника. К примеру, ёмкость проводящего шара радиуса R равна (в системе СИ):

Понятие ёмкости также относится к системе проводников, в частности, к системе двух проводников, разделённых диэлектриком или вакуумом, — к конденсатору. В этом случае взаимная ёмкость этих проводников (обкладок конденсатора) будет равна отношению заряда, накопленного конденсатором, к разности потенциалов между обкладками.

5. Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённыхдиэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Свойства конденсатора:

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом.

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью C, собственной индуктивностьюLC и сопротивлением потерь Rn.

6. Электрический ток это направленное движение электрических зарядов в веществе или вакууме под воздействием электрического поля. Ток характеризуется силой, измеряемой в амперах (А). Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):

По типу носителей электрических зарядов и среды их перемещения различают токи проводимости и токи смещения. Проводимость делят на электронную и ионную. Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянныйи переменный. Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего знака сколь угодно долгое время. Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Переменные токи подразделяют на синусоидальные и несинусоидальные.

7. Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой

Современные представления о строении атома

Введение

Открытие сложного строения атома — важнейший этап становления современной физики. Первые сведения о строении атома были получены при изучении процессов прохождения электрического тока через жидкости. В тридцатых годах XIX в. опыты выдающегося физика М. Фарадея навели на мысль о том, что электричество существует в виде отдельных единичных зарядов. Открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью, стало прямым доказательством сложности строения атома.

В 1902 году английские учёные Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди доказали, что при радиоактивном распаде атом урана превращается в два атома — атом тория и атом гелия. Это означало, что атомы не являются неизменными, неразрушимыми частицами.

Развитие исследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории — с другой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда — Бора. Но созданию этой модели предшествовали попытки построить модель атома на основе представлений классической электродинамики и механики. В 1904 году появились публикации о строении атома, одни из которых принадлежали японскому физику Хантаро Нагаока, другие — английскому физику Д.Д. Томсону.

Нагаока представил строение атома аналогичным строению солнечной системы: роль Солнца играет положительно заряженная центральная часть атома, вокруг которой по установленным кольцеобразным орбитам движутся «планеты» — электроны. При незначительных смещениях электроны возбуждают электромагнитные волны.

В атоме Томсона положительное электричество «распределено» по сфере, в которую вкраплены электроны. В простейшем атоме водорода электрон находится в центре положительно заряженной сферы. В многоэлектронных атомах электроны располагаются по устойчивым конфигурациям, рассчитанным Томсоном. Томсон считал каждую такую конфигурацию определяющей химические свойства атомов. Он сделал попытку теоретически объяснить периодическую систему элементов Д.И. Менделеева. Позже Бор указал, что со времени этой попытки идея о разделении электронов в атоме на группы сделалась исходным пунктом.

Но вскоре оказалось, что новые опытные факты опровергают модель Томсона и, наоборот, свидетельствуют в пользу планетарной модели. Эти факты были открыты Резерфордом. В первую очередь следует отметить открытие ядерного строения атому.

Основой современной теории электронного строения атомов стала планетарная модель атома Нильса Бора.

Цель реферата: отразить процесс эволюции представлений о строении атомов на примере моделей Эрнеста Резерфорда и Нильса Бора.

Задачи реферата: изучить, проанализировать, обобщить представления о строении атомов, высказанные Э. Резерфордом и Н. Бором, сделать выводы о наиболее верном, с точки зрения современной физики, предположении. В процессе работы были использованы различные виды источников: учебники С. Х. Карпенкова и Т.И. Трофимовой, предназначенные для высшей школы. В них доступным языком рассказывается об истории возникновения и развития знаний о строения атома. Данный подход обусловлен стремлением изучить проблему во всей многогранности.

Строение атома

Атом (от греч. atomos — неделимый) — это частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Каждому элементу соответствует определённый род атомов., обозначаемых символом элемента (например, атом водорода Н, атом железа Fe; атом ртути Hg; атом урана U).

По современным представлениям атом — это сложная система, состоящая из положительно заряженного ядра и электронов, окружающих ядро.

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный электрический заряд. Все атомные ядра состоят из элементарных частиц: протонов и нейтронов, которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы — нуклона. Протон имеет положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда.

Электроны, окружающие ядро атома — это отрицательно заряженные микрочастицы, имеющие массу

5∙10 -4 атомная единица массы и заряд -1,6 ∙ 10 -19 К (-1). Так как масса электрона ничтожно мала по сравнению с массой протона или нейтрона, масса атома практически равна массе его ядра, т.е. сумме масс протонов и нейтронов. Число электронов в атоме равно числу положительно заряженных протонов, входящих в состав ядра.

Размеры атома в целом определяются размерами его электронной оболочки и велики по сравнению с размерами ядра атома. Электронные оболочки атома не имеют строго определённой границы; значения размеров атома в большей или меньшей степени зависят от способов их определения и весьма разнообразны

В 1911 году, английский учёный Эрнест Резерфорд придумал «планетарную» модель атома, согласно которой в центре атома Резерфорд расположил крохотное, но очень плотное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а электроны вращались вокруг него по определённым орбитам, как планеты вокруг Солнца.

Потом оказалось, что каждый электрон движется вокруг ядра так быстро, что его не только нельзя рассмотреть с помощью самого мощного микроскопа, но невозможно даже представить в виде точки, движущейся по определённой траектории. Электрон как бы «размазан» в пространстве и образует электронное облако, причём форма электронного облака может быть различной.

На данный момент известны четыре формы электронных облаков: s-электроны (сферическая форма электронного облака); p-электроны (форма электронного облака — гантель или объёмная восьмёрка); d-электроны; f-электроны.

Модели Резерфорда и Бора

В 1911 г. английским физиком Эрнестом Резерфордом при исследовании движения альфа-частиц в газах и других веществах была обнаружена положительно заряженная часть атома. Дальнейшие более тщательные исследования показали, что при прохождении пучка параллельных лучей сквозь слои газа или тонкую металлическую пластинку выходят уже не параллельные лучи, а несколько расходящиеся: происходит рассеяние альфа-частиц, т. е. отклонение их от первоначального пути. Углы отклонения невелики, но всегда имеется небольшое число частиц (примерно одна из нескольких тысяч), которые отклоняются очень сильно. Некоторые частицы отбрасываются назад, как если бы на пути встретилась непроницаемая преграда. Это не электроны — их масса гораздо меньше массы альфа-частиц. Отклонение может происходить при столкновении с положительными частицами, масса которых того же порядка, что и масса альфа-частиц. Исходя из этих соображений, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель 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, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой».

Предложенная Резерфордом схема строения атома или, как обыкновенно говорят, ядерная модель атома, легко объясняет явления отклонения альфа-частиц. Действительно, размеры ядра и электронов чрезвычайно малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов, поэтому большинство альфа-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда альфа-частица очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяния альфа-частиц положило начало ядерной теории атома. Но, несмотря на последовательные рассуждения, модель Резерфорда не смогла объяснить все свойства атомов. Так, согласно законам классической физики атом из положительно заряженного ядра и электронов, обращающимся по круговым орбитам, должен излучать электромагнитные волны. «Излучение электромагнитных волн должно приводить к уменьшению запаса потенциальной энергии в системе ядро — электрон, к постепенному уменьшению радиуса орбиты электрона и падению электрона на ядро. Однако атомы обычно не излучают электромагнитные волны, электроны не падают на атомные ядра, то есть атомы устойчивы». Попытки построить модель атома в рамках классической физики не привели к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами Резерфорда, ядерная же модель оказалась неустойчивой электродинамический и противоречила опытным данным. Преодоление возникших трудностей потребовало создания качественно новой теории атома.

Первая попытка построить качественно новую — квантовую теорию атома была предпринята в 1913г. датским физиком Нильсом Бором. Он поставил перед собой цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил ядерную модель Резерфорда. Он предположил, что электроны движутся вокруг ядра по круговым орбитам. Движение по окружности даже с постоянной скоростью обладает ускорением. Такое ускоренное движение заряда эквивалентно переменному току, который создает в пространстве переменное электромагнитное поле. На создание этого поля расходуется энергия. Энергия поля может создаваться за счет энергии кулоновского взаимодействия электрона с ядром. В результате электрон должен двигаться по спирали и упасть на ядро. Однако опыт показывает, что атомы — очень устойчивые образования. Отсюда следует вывод, что результаты классической электродинамики, основанной на уравнениях Максвелла, неприменимы к внутриатомным процессам. Необходимо найти новые закономерности. В основу своей теории Бор положил два постулата.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): «в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите должен иметь дискретные квантовые значения момента импульса, удовлетворяющие условию.

Второй постулат Бора (правило частот): «при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией = En – Em равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (En и Em — соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения и поглощения). При En > Em происходит излучение фотона (переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т.е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близлежащую), при En

Источники:
  • http://www.ngpedia.ru/id116676p3.html
  • http://himege.ru/stroenie-atoma/
  • http://rza.org.ua/elteh/read/2--Obshchie-ponyatiya-ob-elektrichestve-i-elektronnoy-teorii_2.html
  • http://mylektsii.ru/8-10241.html
  • http://pdnr.ru/a21592.html