Раздел 1. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

1.1. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

В химии своеобразными элементарными частицами являются атомы, из которых построены все химические индивиды. Громадное разнообразие химических соединений обусловлено различным сочетанием атомов химических элементов в молекулы и немолекулярные вещества. Способность же атома вступать в химические соединения, его химические и физические свойства определяются структурой атома. Отсюда для химии первостепенное значение имеет строение атома, в первую очередь структура его электронной оболочки.

Реальность существования атомов, атомное строение вещества было установлено лишь в XIX в., после открытия броуновского движения.

Отказ от классического представления об атомах произошел в 1897 г., когда Дж. Томсоном был открыт электрон – отрицательно заряженная частица, входящая в состав всех атомов. Поскольку электрон имеет отрицательный заряд, а атом в целом электронейтрален, было сделано предположение, что в нем должна быть ещё и положительная частица. Опыты Э. Резерфорда, в которых он бомбардировал альфа-частицами, дважды ионизированными атомами гелия, листки металлической фольги, показали, что альфа-частицы отклоняются при ударе на самые разные углы, в том числе и на 180°. Это означало, что частицы встречают на своем пути массивную, положительную заряженную преграду очень малых размеров. Так было открыто атомное ядро – положительно заряженная микрочастица, которая намного меньше атома, но в ней почти полностью сосредоточена его масса.

Ещё один шаг к углублению знаний о строении материи был сделан при открытии радиоактивности А. Беккерелем в 1896 г., когда он случайно обнаружил, что соли урана засвечивают лежащую на столе фотопластинку. В ходе дальнейших исследований, в которых важнейшую роль сыграли супруги П. и М. Кюри, было установлено, что некоторые элементы в естественных условиях могут испускать радиоактивные лучи и в результате превращаться в другие химические элементы. Эти открытия опровергали представления об атомах как о твердых и неделимых структурных элементах вещества.

Первая модель атома принадлежит Дж. Томсону. В ней атом похож на «пудинг с изюмом», где «пудинг» – это сам атом, а роль «изюма» играют электроны. Иными словами, атом представлял собой положительно заряженную сферу диаметром около 10^{-10 м, в которую «вкраплены» электроны. При этом электроны группировались вокруг центра сферы, а масса атома равномерно распределялась по его объему.}

Более удачная модель атома была предложена Резерфордом после его опытов с альфа-частицами в 1911 г. Это так называемая планетарная модель атома, напоминающая Солнечную систему. В центре атома находилось положительно заряженное ядро, вокруг которого по орбитам вращались отрицательно заряженные электроны.

Другое направление было связано с изучением поля и волновых процессов в нем. Ведь к началу XX века в физике существовало, как мы знаем, два противоположных представления о материи – корпускулярное и континуальное. Тогда считалось, что они никак не связаны друг с другом. Дело в том, что в соответствии с расчетами классической электродинамики, энергия излучения должна была неограниченно возрастать, а это явно противоречило опыту. И в 1900 году М. Планк предположил, что излучение энергии (Е) в этом случае происходит не непрерывно, а определенными порциями – квантами. Математически представил это в виде уравнения (уравнение Планка):

E = h∙n, (1.1)