Атом (химия)

Материал из Циклопедии
(перенаправлено с «Атом»)
Перейти к: навигация, поиск
Атом гелия
Строение атома и атомного ядра [1:15]
Строение атома. Химия 11 класс. Часть 1 // UrokiXimii [28:23]
Строение атома. Химия 11 класс. Часть 2 // UrokiXimii [19:58]

Атом — наименьшая, электронейтральная, химически неделимая частица химического элемента. Атом состоит из плотного ядра из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, которое окружено облаком отрицательно заряженных электронов. Когда количество протонов равно количеству электронов, атом электрически нейтрален; в противном случае он превращается в ион, имеющий определенный электрический заряд. Атомы классифицируются в соответствии с количеством протонов и нейтронов: количество протонов определяет химический элемент, а количество нейтронов — его нуклид. Образуя между собой связи, атомы образуют молекулы, тела́, флюиды (жидкости, газы) и иные формы.

В античной философии атом — гипотетическая неделимая частица с постоянными физическими свойствами и с объёмом, наименьшим из возможного или достижимого.

Содержание

[править] Общая характеристика строения атома

Современные представления о строении атома базируются на квантовой механике. На популярном уровне строение атома можно изложить в рамках волновой модели, которая опирается на модель Бора и дополнительные заявления квантовой механики.

  • Атомы состоят из элементарных частиц (протонов, электронов, и нейтронов). Масса атома в основном сосредоточена в ядре, поэтому большая часть объема относительно пуста. Ядро окружено электронами. Количество электронов равно количеству протонов в ядре, количество протонов определяет порядковый номер элемента в периодической системе. В нейтральном атоме суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду протонов. Атомы одного элемента с разным количеством нейтронов называются изотопами.
  • В центре атома находится крошечное, положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов.

Ядро атома примерно в 100 000 раз меньше, чем сам атом. Таким образом, если увеличить атом до размеров аэропорта Борисполь, размер ядра будет меньше размера шарика для настольного тенниса.

  • Ядро окружено электронным облаком, которое занимает большую часть его объема. В электронном облаке можно выделить оболочки, для каждой из которых существует несколько возможных орбиталей. Заполненные орбитали составляют электронную конфигурацию, характерную для каждого химического элемента.
  • Каждая орбиталь может содержать до двух электронов, характеризующихся тремя квантовыми числами: основным, орбитальным и магнитным.
  • Каждый электрон на орбитали имеет уникальное значение четвертого квантового числа: спина.

Орбитали определяются специфическим распределением вероятности того, где именно можно найти электрон. Примеры орбиталей и их обозначения приведены на рисунке справа. «Границей» орбитали считается расстояние, на котором вероятность того, что электрон может находиться вне ее, меньше 90 %.

  • Каждая оболочка может содержать не больше строго определенного числа электронов. Например, ближайшая к ядру оболочка может иметь максимум два электрона, следующая — 8, третья от ядра — 18.
  • Когда электроны присоединяются к атому, они занимают орбиталь с низкой энергией. Только электроны внешней оболочки могут участвовать в образовании межатомных связей. Атомы могут отдавать и присоединять электроны, становясь положительно или отрицательно заряженными ионами.
  • Химические свойства элемента определяются тем, с какой легкостью ядро ​​может отдавать или получать электроны. Это зависит как от числа электронов, так и от степени заполненности внешней оболочки.

[править] Электронные оболочки и орбитали

Сложные атомы имеют десятки, а для очень тяжелых элементов, даже сотни электронов. Электронные состояния атомов формируются всеми электронами, и невозможно определить, где находится каждый из них. Однако, в так называемом одноэлектронном приближении, можно говорить об определенных энергетических состояниях отдельных электронов.

Согласно этим представлениям существует определенный набор орбиталей, которые заполняются электронами атома. Эти орбитали образуют определенную электронную конфигурацию. На каждой орбитали может находиться не более чем два электрона (принцип исключения Паули). Орбитали группируются в оболочки, каждая из которых может иметь лишь определенное фиксированное количество орбиталей (1, 4, 10 и т. д.). Орбитали разделяют на внутренние и внешние. В основном состоянии атома внутренние оболочки полностью заполнены электронами.

На внутренних орбиталях электроны сильно связаны с ядром. Чтобы вырвать электрон из внутренней орбитали, нужно предоставить ему большую энергию, до нескольких тысяч электрон-вольт. Такую энергию электрон на внутренней оболочке может получить только поглотив квант рентгеновского излучения. Энергии внутренних оболочек атомов индивидуальные для каждого химического элемента, а потому по спектру рентгеновского поглощения можно идентифицировать атом. Эту индивидуальность используют в некоторых методах рентгеновской спектроскопии, в частности в рентгенофлуоресцентном анализе, рентгеновской спектроскопии поглощения, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

На внешней оболочке электроны находятся на большем расстоянии от ядра и слабее связаны с ним. Именно эти электроны участвуют в формировании химических связей, поэтому внешнюю оболочку называют валентной, а электроны внешней оболочки — валентными электронами.

[править] Свойства

[править] Ядерные свойства

Основная масса атома сосредоточена в ядре, которое состоит из нуклонов: протонов и нейтронов, связанных между собой силами ядерного взаимодействия.

Количество протонов в ядре атома определяет его атомный номер и то, которому элементу принадлежит атом. Например, атомы углерода содержат 6 протонов. Все атомы с определенным атомным номером имеют одинаковые физические характеристики и проявляют одинаковые химические свойства. В периодической таблице элементы перечислены в порядке возрастания атомного номера.

Общее количество протонов и нейтронов в атоме элемента называется массовым числом и определяет его атомную массу, поскольку протон и нейтрон имеют массу примерно равную 1 а.е.м. Нейтроны в ядре не влияют на то, которому элементу принадлежит атом, но химический элемент может иметь атомы с одинаковым количеством протонов и разным количеством нейтронов. Такие атомы имеют одинаковый атомный номер, но разную массу, и называются изотопами элемента. Например, атомы водорода всегда содержат один протон, но существуют изотопы без нейтронов (водород-1, который иногда называют протием — самая распространенная форма), с одним нейтроном (дейтерий) и двумя нейтронами (тритий)[1]. Известные элементы составляют непрерывный натуральный ряд по числу протонов в ядре, начиная с атома водорода с одним протоном и заканчивая атомом унуноктия, в ядре которого 118 протонов.[2]

Когда пишут название изотопа, после него пишут массовое число. Например, изотоп углерод-14 содержит 6 протонов и 8 нейтронов, что в сумме составляет массовое число 14. Другой популярный метод нотации заключается в том, что атомная масса обозначается верхним индексом перед символом элемента. Например, углерод-14 обозначается, как 14C.

Атомная масса элемента, приведенная в периодической таблице, является усредненным значением массы изотопов, встречающихся в природе. Усреднения проводится в соответствии с распространенности изотопа в природе.

С увеличением атомного номера растет положительный заряд ядра, а, следовательно, кулоновское отталкивание между протонами. Чтобы удержать протоны вместе необходимо все больше нейтронов. Однако большое количество нейтронов нестабильно, и это обстоятельство накладывает ограничения на возможный заряд ядра и количество химических элементов, существующих в природе. Все изотопы элементов периодической системы, начиная с номера 83 (висмут), радиоактивны.[3][4] Химические элементы с большими атомными номерами имеют очень малый время жизни, могут быть созданы только при бомбардировке ядер легких элементов ионами, и наблюдаются лишь во время экспериментов с использованием ускорителей. По состоянию на февраль 2008 года самым тяжелым синтезированным химическим элементом является унуноктий.[5]

Многие изотопы химических элементов нестабильны и распадаются со временем. Это явление используется радиоэлементным анализом для определения возраста объектов, имеет большое значение для археологии и палеонтологии.

[править] Масса

Поскольку наибольший вклад в массу атома вносят протоны и нейтроны, полное число этих частиц в нуклидов называют массовым числом. Значение массового числа близко к атомной массе нуклида. Массу покоя нуклида часто приводят в атомных единицах массы (а.е.м.) Эта единица определяется как 1/12 часть массы покоя нейтрального атома углерода-12, которая примерно равна 1,66×10−24 г.[6] Водород-1 или протий — легкий изотоп водорода, и атом с наименьшей массой, имеет массу около 1,007825 а.е.м.[7] Масса атома примерно равна произведению массового числа на атомную единицу массы.[8] Тяжелый стабильный изотоп — свинец-208[9] с массой 207,9766521 а.е.м.</ref> Так как массы даже самых тяжелых атомов в обычных единицах (например, в граммах) очень малы, в химии для измерения количества вещества используют моли. В одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов (примерно 6,022×1023). Это число (число Авогадро) выбрано таким образом, что если масса элемента равна 1 а.е.м., то моль атомов этого элемента будет иметь массу 1 г. Например, атом углерода-12 имеет массу 12 а.е.м., значит, 1 моль углерода имеет массу 12 г.[10]

[править] Форма и размеры

Размер атома является величиной, трудно поддается измерению, ведь центральное ядро окружает размыта электронное облако. Для атомов, образующих твердые кристаллы, расстояние между смежными узлами кристаллической решетки может служить приближенным значением их размера. Для атомов, которые не образуют кристаллов, используют другие техники оценки, включая теоретические расчеты. Например, размер атома водорода оценивают 1,2×10−10 м. Это значение можно сравнить с размером протона (что является ядром атома водорода): 0,87×10−15 м и убедиться в том, что ядро атома водорода в 100 000 раз меньше, чем сам атом. Атомы других элементов сохраняют примерно то же соотношение. Причиной этого является то, что элементы с большим положительно-заряженным ядром притягивают электроны сильнее.

Еще одной характеристикой размеров атома является радиус Ван дер Ваальса — расстояние, на которое к данному атома может приблизиться другой атом. Межатомные расстояния в молекулах характеризуются длиной химических связей или ковалентным радиусом.

[править] Энергетические уровни

Значения энергии, которые может иметь атом, исчисляются и интерпретируются, исходя из положений квантовой механики. При этом учитываются такие факторы, как электростатическое взаимодействие электронов с ядром и электронов между собой, спины электронов, принцип неразличимости частиц. Существует определенный набор состояний, каждый из которых имеет определенное значение энергии. Состояние с наименьшей энергией называется основным состоянием. Другие состояния называются возбужденными. Атом находится в возбужденном состоянии конечное время, излучая рано или поздно квант электромагнитного поля (фотон) и переходя в основное состояние. В основном состоянии атом может находиться долго. Чтобы возбудиться, ему нужна внешняя энергия, которая может прийти к нему только из внешней среды. Атом излучает или поглощает свет только определенных частот, соответствующих разности энергий его состояний.

[править] Квантовые переходы в атоме

Между различными состояниями атомов возможны переходы, вызванные внешним возмущением, часто электромагнитным полем. Вследствие квантования состояний атома оптические спектры атомов состоят из отдельных линий, если энергия кванта света не превышает энергию ионизации. При более высоких частотах оптические спектры атомов становятся непрерывными. Вероятность возбуждения атома светом падает с дальнейшим ростом частоты, но резко возрастает при определенных характерных для каждого химического элемента частотах в рентгеновском диапазоне.

Возбужденные атомы излучают кванты света с теми же частотами, на которых происходит поглощение.

Переходы между различными состояниями атомов могут вызываться также взаимодействием с быстрыми заряженными частицами.

[править] Химические свойства

Химические свойства атома определяются в основном валентными электронами — электронами на внешней оболочке. Количество электронов на внешней оболочке определяет валентность атома.

Атомы последнего столбца периодической таблицы элементов имеют полностью заполненную внешнюю оболочку, а для перехода электрона на следующую оболочку нужно передать атому очень большую энергию. Поэтому эти атомы инертные, не склонные вступать в химические реакции, а соответствующие элементы называются инертными газами. Инертные газы сжижаются и кристаллизуются только при очень низких температурах.

Атомы первого столбца периодической таблицы элементов имеют на внешней оболочке один электрон, и являются химически активными. Их валентность равна 1. Характерным типом химической связи для этих атомов в кристаллизованном состоянии является металлическая связь.

Атомы элементов второго столбца периодической таблицы в основном состоянии имеют на внешней оболочке 2 s-электрона. Их внешняя оболочка заполнена, поэтому они должны быть инертными. Но для перехода из основного состояния с конфигурацией электронной оболочки s² в состояние с конфигурацией s¹p¹ нужно очень мало энергии, поэтому эти атомы имеют валентность 2, однако они проявляют меньшую активность.

Атомы элементов третьего столбца периодической таблицы элементов (в краткой форме) имеют в основном состоянии электронную конфигурацию s²p¹. Они могут проявлять различную валентность: 1, 3, 5. Последняя возможность возникает тогда, когда электронная оболочка атома дополняется до 8 электронов и становится замкнутой.

Атомы элементов четвертого столбца короткой формы периодической таблицы элементов основном имеют валентность 4 (например, углерод в составе углекислого газа), хотя возможна и валентность 2 (например, углерод в составе угарного газа). К этому столбцу принадлежит углерод — элемент, который образует самые разнообразные химические соединения. Соединениям углерода посвященный особый раздел химии — органическая химия. Другие элементы этого столбца — кремний, германий при обычных условиях является твердотельными полупроводниками.

Элементы пятого столбца имеют валентность 3 или 5.

Элементы шестого столбца короткой формы периодической таблицы в основном состоянии имеют конфигурацию s²p⁴ и общий спин 1. Поэтому они двухвалентные. Начиная с 3 периода, существует также возможность перехода атомов в возбужденные состояния s²p³d и sp³d², у которых валентность равна 4 и 6 соответственно.

Элементам седьмого столбца короткой формы периодической таблицы не хватает одного электрона на внешней оболочке для того, чтобы ее заполнить. Они в основном одновалентные. Однако они могут вступать в химические соединения в возбужденных состояниях, проявляя валентности 3, 5, 7.

Для переходных элементов характерно заполнение внешней s-оболочки, прежде чем полностью заполняется d-оболочка. Поэтому они в основном имеют валентность 1 или 2, но в некоторых случаях один из d-электронов участвует в образовании химических связей, и валентность становится равной трем. В образовании связей может принять участие и большее количество d-электронов. Именно элементам платиновой группы присущ широкий спектр валентностей[11] вплоть до максимального значения 8. А вот лантаноиды и актиноиды проявляют в основном валентность 3, реже 2, 4.

При образовании химических соединений атомные орбитали видоизменяются, деформируются и становятся молекулярными орбиталями. При этом происходит процесс гибридизации орбиталей — образование новых орбиталей, как специфической суммы базовых.

[править] Анализ и методы визуализации

Атомы слишком малы, чтобы их можно было наблюдать с помощью оптического микроскопа, разрешение которого не превышает десятых долей микрона. Разрешение электронного микроскопа целом сопоставимо с размерами атома, но все же получение изображений атомов в них — сложная техническая задача. Лучше отдельные атомы можно различить с помощью сканирующего туннельного микроскопа. При этом то изображение, которое видит исследователь, есть только результат компьютерной реконструкции на мониторе. Сканирующий туннельный микроскоп чувствует неровности на поверхности, в том числе неровности атомарных размеров, «на ощупь». В нем тонкий щуп сканирует поверхность в горизонтальном направлении, осуществляя такие движения в вертикальном направлении, чтобы поддерживать постоянным туннельный ток. Именно эти вертикальные смещения и записываются электроникой, которая в дальнейшем реконструирует изображение.

[править] История

О существовании мельчайших частиц вещества человечество догадывалось еще с давних времен, однако подтверждение существования атомов было получено только в конце 19 века. Но почти сразу же стало понятно, что атомы, в свою очередь, имеют сложное строение, которым определяются их свойства.

Понятие атом, как и само слово, имеет древнегреческое происхождение, хотя истинность гипотезы о существовании атомов нашла свое подтверждение лишь в 20 веке.

Концепция атома как малейшей неделимой частицы материи впервые была предложена в начале I тысячелетия до н. э. и популяризована Демокритом — который, собственно, и ввел в научный оборот термин «атом». Основной идеей, которая стояла за данным понятием течение всех столетий, было представление о мире как о наборе огромного количества неделимых элементов, которые являются очень простыми по своей структуре и существуют от начала времен. В конце 19 — начале 20 веков, физики открыли первую из субатомных частиц — электрон, а несколько позже — атомное ядро, таким образом показав, что атом не является неделимым. Продвижение теории атома дал английский физик Дж. Томсон. Основным средством изучения Томсона были катодные лучи, используя их, он пришел к выводу, что атомы вещества содержат отрицательно заряженные частицы, которые получили название «электроны». В 1904 году Томсон представил первую модель строения атома — «пудинг с изюмом». В этой модели положительный заряд занимал весь объём атома и располагался там равномерно, электроны же находились внутри положительного заряда. Эрнест Резерфорд и Эрнест Марсден после опытов с бомбардировки золотой фольги альфа-частицами обнаружили, что небольшая часть альфа-частиц отражается, что идет вразрез с прогнозами модели Томсона. На основании этих результатов Резерфорд создал новую модель атома, получившую название планетарной. В этой модели положительный заряд и основная масса атома сосредоточены в небольшом ядре в центре, а отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг ядра. Нильс Бор построил первую квантовую теорию атома водорода, которая получила название модели Бора. На смену теории Бора пришла квантовая теория, она учитывала волновые свойства электрона и других элементарных частиц.

[править] Натурфилософский атомизм

Демокрит

Первым начал проповедовать атомистическое учение в 5 веке до нашей эры философ Левкипп. Затем эстафету подхватил его ученик Демокрит. Сохранились лишь отдельные фрагменты их работ, из которых становится ясно, что они исходили из небольшого количества достаточно абстрактных физических гипотез:

«Сладость и горечь, жара и холод смысл определения, на самом деле [только] атомы и пустота».

По Демокриту, вся природа состоит из атомов, мельчайших частиц вещества, которые покоятся или движутся в совершенно пустом пространстве. Все атомы имеют простую форму, а атомы одного сорта тождественны; многообразие природы отражает многообразие форм атомов и многообразие способов, в которые атомы могут сцепляться между собой. И Демокрит, и Левкипп считали, что атомы, начав двигаться, продолжают двигаться по законам природы.

Наиболее тяжелым для древних греков был вопрос о физической реальности основных понятий атомизма. В каком смысле можно было говорить о реальности пустоты, если она, не имея материи, не может иметь никаких физических свойств? Идеи Левкиппа и Демокрита не могли служить удовлетворительной основой теории вещества в физическом плане, так как не объясняли, из чего состоят атомы, на также почему атомы неделимы.

Через поколение после Демокрита, Платон предложил свое решение этой проблемы: «мельчайшие частицы принадлежат не царству материи, а царству геометрии; они представляют собой различные телесные геометрические фигуры, ограниченные плоскими треугольниками».

Через тысячу лет абстрактные рассуждения древних греков проникли в Индию и были восприняты некоторыми школами индийской философии. Но если западная философия считала, что атомистическая теория должна стать конкретной и объективной основой теории материального мира, индийская философия всегда воспринимала материальный мир как иллюзию. Когда атомизм появился в Индии, то он принял форму теории, согласно которой реальность в мире есть процесс, а не субстанция, и мы присутствуем в мире как звенья процесса, а не как сгустки вещества.

То есть и Платон, и индийские философы считали примерно так: если природа состоит из мелких, но конечных по размерам, долей, то почему их нельзя разделить, хотя бы в воображении, на еще более мелкие частицы, которые стали бы предметом дальнейшего рассмотрения

Римский поэт Лукреций (96 — 55 год до н. э.) был одним из немногих римлян, которые проявляли интерес к чистой науке. В своей поэме «О природе вещей» (De rerum natura) он подробно выстроил факты, свидетельствующие в пользу атомистической теории. Например, ветер, который дует с большой силой, хотя никто не может его видеть, наверное состоит из частиц, слишком малых, чтобы их разглядеть. Мы можем чувствовать вещи на расстоянии по запаху, звуку и теплу, которые распространяются, оставаясь невидимыми. Лукреций связывает свойства вещей со свойствами их составляющих, то есть атомов: атомы жидкости малы и имеют округлую форму, поэтому жидкость течет так легко и просачивается через пористое вещество, тогда как атомы твердых веществ имеют крючки, которыми они сцеплены между собой. Так же и разнообразные вкусовые ощущения и звуки различной громкости состоят из атомов соответствующих форм — от простых и гармоничных в извилистых и нерегулярных. Учение Лукреция были осуждены церковью, поскольку он дал достаточно материалистическую их интерпретацию: например, представление о том, что Бог, запустив один раз атомный механизм, более не вмешивается в его работу, или то, что душа умирает вместе с телом.

[править] Начала научной теории атома

Одна из первых теорий о строении атома, которая имеет уже современные очертания, была описана Галилеем (1564—1642). По его теории вещество состоит из частиц, которые не находятся в состоянии покоя, а под воздействием тепла движутся во все стороны; тепло — не что иное, как движением частиц. Структура частиц является сложной, и если лишить любую часть ее материальной оболочки, то изнутри брызнет свет. Галилей был первым, кто, ​​хотя и в фантастической форме, представил строение атома.

В 17 и 18 веках химики установили, что химические вещества вступают в реакции в определенных пропорциях, которые выражаются с помощью малых чисел. Кроме того, они выделили определенные простые вещества, которые назвали химическими элементами. Эти открытия привели к возрождению идеи о неделимых частицах. Развитие термодинамики и статистической физики показало, что тепловые свойства тел можно объяснить движением таких частиц. В конце концов были экспериментально определены размеры атомов.

Основоположником атомной теории стал Джон Дальтон. Он доказал реальность атомов, первый ввел понятие «атомный вес», рассчитав при это атомный массы некоторых элементов. В 19 веке Джон Дальтон открыл закон кратных отношений и исходя из него развил теорию, названную им «новой системой химической философии», по которой химические вещества состоят из атомов, но он предполагал, что они неразделимы.[12] Новый толчок в становлении современного понимания атома дала молекулярно-кинетическая теория.

Первая модель атома Дж. Томсона «Пудинг с изюмом»
Атомная модель Резерфорда

В 1897 году Джозеф Джон Томсон, изучая катодные лучи, открыл электрон и пришел к выводу, что они есть в каждом атоме. Таким образом, было опровергнуто предположение, что атомы являются неделимыми компонентами вещества.[13] Он создал первую модель строения атома, которая получила название модели пудинга с изюмом, где отрицательно заряженные электроны плавают в однородной положительно заряженной сфере. Эта модель была изменена в 1909 году. Ганс Гейгер,

Резерфорд пришел к выводу, что в весь положительный заряд сконцентрирован в малом объёме, а большинство атомного пространства пустое. α-частица — это ионизированные атомы гелия, и электроны, входящие в состав атома не способны отклонить α-частицу. Во время опыта большинство α-частиц проходили без отклонения, но небольшая часть частиц отклонялась на значительный угол, превышающий 30 градусов, такой результат нельзя получить при расположении положительного заряда по всему объёму атома, так как электрическое поле будет недостаточно сильным. Так на смену модели Томсона пришла планетарная модель Резерфорда:

  1. Положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть объёма, находится в центре.
  2. Почти вся масса и весь положительный заряд сконцентрированы в ядре
  3. Электроны вращаются вокруг атома. Количество электронов равно положительному заряду ядра.

На основе данной модели нельзя было объяснить существование, так как электроны двигаются с ускорением, они должны излучать электромагнитные волны и терять энергию, что приведет к тому, что электроны «упадут» на ядро, и атом прекратит существование. Но в действительности атом в невозбужденном состоянии устойчив и может существовать неограниченно долго, также он не излучается электромагнитные волны. Следует вывод, что законы классической механики неприменимы.

Нильс Бор построил первую квантовую теорию атома водорода, которая получила название модели Бора. Модель Бора сумела объяснить оптические спектры атомов. Дальнейшее ее совершенствование привело к развитию квантовой механики. Значительный вклад в становление научной атомистики сделал Жан Батист Перрен, экспериментально подтвердив теорию броуновского движения Альберта Эйнштейна. Эксперименты Генри Мозли и установленный им закон Мозли позволили связать атомный номер химического элемента с электрическим зарядом ядра. В 1913 году, исследуя ионы неона в канальных лучах, Джозеф Джон Томсон впервые открыл изотопы.

Развитие квантовой механики дало возможность объяснить не только строение атомов, но также их свойства: оптические спектры, способность вступать в химические реакции, образовывать молекулы.

В изучении этого вопроса отличился датский физик Нильс Бор. Он считал, что для микромира не работают законы, предназначенные для макроскопических тел. Законы микромира — квантовые законы, были сформулированы в его постулатах и дополнили атом Резерфорда. Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия E. В стационарном состоянии атом не излучает.

Согласно второму постулату Бора излучение фотонов происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний.

[править] Квантовая теория строения атома

На смену теории Бора пришла квантовая теория, она учитывала волновые свойства электрона и других элементарных частиц. В основе квантовой теории строения атома лежат следующие положения:

  1. Электрон имеет корпускулярно-волновую природу. Он может вести себя как волна либо частица. Движущийся электрон проявляет волновые свойства, но как частица он обладает массой и зарядом.
  2. Неопределенность в измерении. Для электрона невозможно одновременно точно измерить скорость и координату, чем точнее один из показателей, тем больше неопределенность в другом.
  3. Электрон не движется по определённым траекториям вокруг ядра, он может находиться в любой точке пространства, но вероятность нахождения его в определённой точке не равна, наиболее вероятное пространство называют орбиталью.
  4. Ядро состоит из нуклонов: протонов и нейтронов, количество протонов численно равно порядковому номеру элемента, а количеств нуклонов равно массовому значению.

Данные положения формулируют квантовую теорию строения атома.

См. также: Атомная орбиталь.

[править] Источники

  1. Howard S. Matis. «The Isotopes of Hydrogen». Guide to the Nuclear Wall Chart. Lawrence Berkeley National Lab.
  2. Rick Weiss. «Scientists Announce Creation of Atomic Element, the Heaviest Yet». Washington Post.
  3. Sills (2003)
  4. Belle Dumé. «Bismuth breaks half-life record for alpha decay». Physics World
  5. Oganessian, Yu. Ts.; et al. (2006). «Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the 249Cf and 245Cm + 48Ca fusion reactions». Physical Review C 74: 044602
  6. Mills и др (1993).
  7. Chung Chieh. «Nuclide Stability». University of Waterloo
  8. «Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements». National Institute of Standards and Technology.
  9. G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault. (2003). «The Ame2003 atomic mass evaluation (II)». Nuclear Physics A729. с. 337—676
  10. Mills и др (1993).
  11. Турова Н. Я. Неорганическая химия в таблицах. / Ред. Григорьев А. Н. — М.: Высший химический колледж РАН, 1999. — 140 с.
  12. Dalton J. A New System Of Chemical Philosophy, Part 1. London and Manchester: S. Russell. (1808)
  13. «Biografia JJ Thomsona». Нобелевский фонд. 1906

[править] Литература

  • Белый М. В. (1973). Атомная физика. Киев: Высшая школа.
  • Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. (1974). Теоретическая физика. т. ИИИ. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. Москва: Наука.
  • Бронштейн М. П. (1980). Атомы и электроны (Серия «Библиотечка „Квант“»). Москва: Наука.
  • Шехтер В. М., Ансельм А. А. (1984). Атом и квантовая механика (Серия: «Физика»). Москва: Знание.
  • Demtröder, Wolfgang (2002). Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic- Molecular- and Quantum Physics (1st ed.). Springer.

[править] Ссылки

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты