Атомная структура

Свойства электрона

• 
  Электрон представляет собой частицу с отрицательным зарядом величиной –0,1602 10-18 Кл.
  
• 
  Масса электрона равна 0,9108 10-30кг, что составляет 1/1873 массы атома водорода.
  

Электрон имеет очень небольшие размеры. Радиус электрона точно не определен, но известно, что он значительно меньше 1·10-15м.
В 1925г. было установлено, что электрон вращается вокруг собственной оси и что он имеет магнитный момент.


III. Ядра атомов
3.1.Планетарная модель строения атома и ее недостатки

Анализируя результаты многих экспериментов, Резерфорд в 1911 году создал планетарную модель строения атома. Согласно этой модели, в центре атома находится ядро ​​с массой, равной почти всей его массе, и имеющее положительный заряд. Электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам (электроны не могут оставаться в атоме в состоянии покоя, иначе они попали бы в ядро). Это движение происходит за счет кулоновской силы, действующей на ядро. Размер ядра 10^-15 порядка m, а размер атома определяется размером электронной орбиты и 10^-10 Известно, что он находится недалеко от m. Поскольку атом в целом нейтрален, число электронов в атоме равно числу элемента в периодической системе Менделеева, в отличие от заряда ядра.
Таким образом, атом каждого химического элемента состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов. Эти электроны составляют электронную оболочку атома.
Простейшим атомом является атом водорода, вокруг ядра которого движется только один электрон. Ядро атома водорода имеет положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона, и массу примерно в 1836 раз большую, чем масса электрона. Это ядро ​​называется протоном и считается элементарной частицей. Остальные атомы имеют более сложную структуру. По мере увеличения порядкового номера в периодической системе элемента увеличивается число электронов в атоме. Например, 1 электрон вращается вокруг ядра атома водорода, 2 электрона вокруг ядра атома гелия, 3 электрона вокруг ядра лития и т. д. и, наконец, 104 электрона вращаются вокруг ядра 104-го ранга курчатовия. атом.
На рис. 3 представлены модели атомов водорода (а), гелия (б) и лития (г).

4-рис
Таким образом, простая и очевидная планетарная модель атома имеет прямое экспериментальное основание. Но эта классическая модель строения атома не лишена недостатков.
Мы видели, что источником световых волн являются атомы вещества, а спектр излучения вещества в атомарном состоянии представляет собой линейчатый спектр. Так как же атомы излучают свет? На этот вопрос можно ответить, исходя из планетарной модели строения атома, следующим образом.
В атоме электрон движется вокруг ядра по замкнутым орбитам с ускорением (центростремительным ускорением), поэтому, согласно законам классической электродинамики, электрон создает изменяющееся электромагнитное поле. Поэтому атом должен быть источником электромагнитных волн и непрерывно излучать волны с частотой, равной частоте вращения электрона вокруг ядра. Но электрон может вращаться вокруг ядра с любой частотой. Следовательно, наличие разных длин волн в спектре излучения атомов данного вещества, следовательно, излучение атомов вещества должно давать непрерывный спектр.
Такой ответ на вопрос о механизме атомного излучения полностью противоречит экспериментальным результатам.
Во-первых, спектр излучения атомов не сплошной, а линейный.
Во-вторых, частоты электромагнитных волн, соответствующие этим линиям, совершенно не зависят от частоты вращения электронов вокруг ядра.
В-третьих, если электрон вращается вокруг ядра и непрерывно излучает электромагнитные волны, то энергия атома непрерывно должно уменьшаться. В результате электрон должен двигаться по спирали, постепенно приближаться к ядру и, наконец, упасть в ядро ​​под действием электрической гравитации (рис. 4). Расчеты, основанные на ньютоновской механике и максвелловской электродинамике, показывают, что электрон должен упасть на ядро ​​за очень короткое время порядка 10-8 секунд. Соответственно атом теряет свою электронную оболочку, а также физические и химические свойства.

5-рис

Эксперименты показывают, что атомы являются очень стабильными системами и могут жить в невозбужденном состоянии бесконечное количество времени, не излучая никаких электромагнитных волн.
Вывод, не согласующийся с опытом, о неизбежной гибели атомов в результате расхода энергии излучения является результатом применения законов классической физики к явлениям, происходящим внутри атома. Отсюда следует, что законы классической физики неприменимы к явлениям атомного масштаба.
В 1911г. английский физик Эрнест Резерфорд провел ряд опытов, которые показали, что каждый атом содержит, кроме одного или нескольких электронов, другую частицу, называемую ядром атома. Каждое ядро несет положительный заряд. Оно очень мало – диаметр ядра составляет лишь около 10-14м, но оно очень тяжелое – самое легкое ядро в 1836 раз тяжелее электрона.
Существует много разных видов ядер, причем ядра атомов одного элемента отличаются от ядер атомов другого элемента. Ядро атома водорода (протон) имеет точно такой же электрический заряд, как и электрон, но противоположного знака (положительный заряд вместо отрицательного). Ядра других атомов имеют положительные заряды, в целое число раз превышающие величину этого основного заряда – заряда протона.