История химии

Раздел: Химия

Открытие атомного номера привело к установлению заряда ядра атома и соответственно к установлению числа планетарных электронов у каждого вида атомов. Но порядок расположения электронов, уровни их вращения по орбитам оставались неизвестными. Между тем становилось все более очевидным, что электронной структурой атомов определяются их химические и физические свойства, в частности валентность.

Основная заслуга в выяснении строения электронных оболочек атомов принадлежит датскому физику Н. БоруПриняв за основу атомную модель Резерфорда, Н. Бор поставил перед собой задачу прежде всего объяснить чрезвычайную устойчивость атомов, стоявшую- в противоречии с общепринятыми представлениями. Действительно, согласно законам электродинамики, вращающийся вокруг атомного ядра электрон должен непрерывно терять энергию, замедлять свое движение и, в конце концов, упасть на ядро. Кроме того, Н. Бор задался целью объяснить спектры атомов различных элементов, очевидно связанных со строением электронных оболочек.

Н. Бор подошел к решению поставленных задач новаторски и пришел к ряду фундаментальных выводов, ставших основой ля дальнейшего развития физики атома. Он исходил из поло- ення, что каждый электрон вращается вокруг ядра атома по- Определенной замкнутой орбите, не испуская при этом непре- ывно энергии. Однако энергия (например, лучистая) может оглощаться электроном, и вследствие этого он переходит на олее высокий энергетический уровень, поднимаясь на более "высокую орбиту.

Поглощение (и испускание) энергии электроном происходит не непрерывно, а скачком. При объяснении этого положения Н. Бор привлек теорию квант, сформулированную в элементарной форме в 1900 г. М. Планком (1858—1947).

Он объяснил известные закономерности, установленные И. Бальмером и И. Ридбергом, и вычислил константу Ридберга из основных постоянных — заряда и массы электрона и постоянной Планка. При варьировании этих постоянных можно получить выражение для серий Бальмера, Ридберга и др.

Главные положения теории Бора сводятся к -следующему: электроны вокруг атомного ядра вращаются не по любым, а лишь по «дозволенным» орбитам. Такие орбиты определяются главными квантовыми числами (1, 2, 3 и т. д.), в свою очередь определяющими число оболочек электронов. Максимальное число электронов на каждой из оболочек (т. е. на разных уровнях) определяется удвоенным квадратом главных квантовых чисел,, т. е. 2-12, 2-22, 2-32 и т. д. Таким образом, число электронов в каждой из оболочек, начиная от ближайшей к. ядру, оказалось, равным числам элементов в периодах периодической системы, а именно: 2, 8, 8, 18, 32. При этоммаксимальное число электронов на наружной оболочке равно 8. Такой электронной оболочкой, как. известно, обладают атомы инертных элементов. У атомов других элементов наружная оболочка не завершена, и число электронов внешнего слоя колеблется от 1 до 7.

В заключение следует остановиться на эволюции представлений о строении атомных ядер. Э. Резерфорд, подобно У. Кельвину, принимал, что ядро атома включает определенное число- электронов, как бы цементирующих массу положительно заряженных протонов, из которых, по его мнению, составлено ядро. Он считал, что общее число электронов в атоме должно быть равно числу протонов, составляющих ядро.  

Однако оказалось, что эта точка зрения неверна. Протонно-электронная модель атомного ядра появилась в 1920 г. А уже через несколько лет при исследовании Э. Резерфордом явления расщепления ядер легких элементов бомбардировкой а-частицами было установлено существование частиц (продуктов расщепления) с большим пробегом. Особенно загадочными казались опыты немецких физиков В. Бете и Г. Беккера, бомбардировавших а-частицами бериллий (1930). Было установлено, что при этом возникает бериллиевое излучение с необычно длинным пробегом частиц. Оба исследователя полагали вначале, что они имеют дело с -у-лучами.