Строение атома. Модели Резерфорда, Бора и Современная

Предположения о существовании в природе атомов были у людей еще во времена Древней Греции и Древней Индии. Пришли древние к этим гипотезам путём сложных философских умозаключений. Несколько позднее, примерно в восемнадцатом-девятнадцатом веках люди получили некоторые эмпирические доказательства существования атомов. Правда еще позднее на стыке девятнадцатого и двадцатого веков были открыты субатомные частицы, и дело сильно усложнилось. Так как атом по-гречески значит неделимый, то получается, что открытые ранее атомы оказались вовсе не атомами. Но название менять не стали, а в современной формулировке атом – это химически неделимая частица.

Для порядка разберём две классические, хотя и устаревшие на сегодняшний день модели.

По версии господина Резерфорда, атом состоял из массивного ядра, которое заряжено положительно, и отрицательно заряженных гораздо более легких электронов, которые вращались вокруг ядра. Эту модель ещё называют планетарной.

Такая модель уже была прорывом, т.к. раньше не было представлений о ядре, а Резерфорд обнаружил его, благодаря своему эксперименту с золотой фольгой и α-частицами. Резерфорд пропускал поток α-частиц через оную фольгу и большинство частиц пролетело насквозь, а некоторые (малая часть) отскочили под определенным углом, свидетельствующем об их столкновении с массивными объектами. Так и был сделан вывод, кстати, довольно правильный, что атом по большей части пустой, а внутри него есть тяжёлое ядро.

Однако в модели Резерфорда вскоре был найден прокол: по классической электродинамике одна заряженная частица беспрестанно вращающаяся вокруг другой должна была бы постоянно излучать энергию, которая вскоре кончилась бы, и встал вопрос: почему электроны не падают на ядро?

На смену Резерфордовской модели атома пришла модель Нильса Бора.

Суть её заключена в двух предположениях: 1. электроны в атомах находятся только на определенных постоянных орбитах, не поглощая и не излучая энергии, 2. излучение или поглощение энергии происходит только при переходе электрона с одной орбиты на другую. Эти два предположения известны, как постулаты Бора.

Конечно, в идеях Бора вскоре нашли кучу неувязок, однако эта модель стала первым шагом к квантовой механике.

Квантово-механическая модель

Её тоже нельзя считать истинной в последней инстанции, но это принятая в научном мире современная модель. Для удобства рассмотрим её в виде положений.

1. атом по большей части пустой, а внутри него расположено крохотное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома;
2. ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, масса каждой их частиц принимается равной 1 атомной единице массы;
3. вокруг ядра с огромной скоростью по сложным и непостоянным траекториям перемещаются электроны, которые заряжены отрицательно и почти не имеют массы;
4. область пространства вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона превышает 80%, называется орбиталью;
5. для электронов характерен корпускулярно-волновой дуализм, то есть они одновременно являются и частицами и волнами, однако они подпадают под принцип неопределенностей Гейзенберга и убедиться в их корпускулярных либо волновых свойствах можно лишь по отдельности;
6. состояние электронов в атомах определяется их волновой функцией и её параметрами.

Теперь перейдём к выводам из квантово-механической модели, которые мы сможем применить к химии и даже более того применить в ЕГЭ по химии.