 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
87
Открытие сложного строения атома – важнейший этап становления современной физики. В
процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные
системы, были сформированы новые представления о свойствах микрочастиц, которые
описываются квантовой механикой.
Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах веществ, как уже отмечалось
выше, возникло еще в античные времена (Демокрит, Эпикур, Лукреций). В средние века учение об
атомах, будучи материалистическим, не получило признания. К началу XVIII в. атомистическая
теория приобретает все большую популярность. К этому времени работами французского химика
А. Лавуазье (1743–1794), великого русского ученого М.В. Ломоносова и английского химика и
физика Д. Дальтона (1766–1844) была доказана реальность существования атомов. Однако в это
время вопрос о внутреннем строении атомов даже не возникал, так как атомы считались
неделимыми.
Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д.И.
Менделеев, разработавший в 1869 г. периодическую систему элементов, в которой впервые на
научной основе был поставлен вопрос о единой природе атомов. Во второй половине XIX в. было
экспериментально доказано, что электрон является одной из основных частей любого вещества.
Эти выводы, а также многочисленные экспериментальные данные привели к тому, что в начале
XX в. серьезно встал вопрос о строении атома.
Существование закономерной связи между всеми химическими элементами, ярко выраженное в
периодической системе Менделеева, наталкивает на мысль о том, что в основе строения всех
атомов лежит общее свойство: все они находятся в близком родстве друг с другом.
Однако до конца XIX в. в химии господствовало метафизическое убеждение, что атом есть
наименьшая частица простого вещества, последний предел делимости материи. При всех
химических превращениях разрушаются и вновь создаются только молекулы, атомы же остаются
неизменными и не могут дробиться на более мелкие части.
Различные предположения о строении атома долгое время не подтверждались какими-либо
экспериментальными данными. Лишь в конце XIX в. были сделаны открытия, показавшие
сложность строения атома и возможность превращения при определенных условиях одних атомов
в другие. На основе этих открытий начало быстро развиваться учение о строении атома.
Первые косвенные подтверждения о сложной структуре атомов были получены при изучении
катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Изучение
свойств этих лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших
частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости
света. Особыми приемами удалось определить массу катодных частиц и величину их заряда,
выяснить, что они не зависят ни от природы газа, остающегося в трубке, ни от вещества, из
которого сделаны электроды, ни от прочих условий опыта. Кроме того, катодные частицы
известны только в заряженном состоянии и не могут быть лишены своих зарядов и превращены в
электронейтральные частицы: электрический заряд составляет сущность их природы. Эти
частицы, получившие название электронов, были открыты в 1897 г. английским физиком Дж.
Томсоном.
Изучение строения атома практически началось в 1897–1898 гг., после того как была
окончательно установлена природа катодных лучей как потока электронов и были определены
величина заряда и масса электрона. Томсон предложил первую модель атома, представив атом как
сгусток материи, обладающий положительным электрическим зарядом, в который вкраплено
столько электронов, что превращает его в электрически нейтральное образование. В этой модели
предполагалось, что под влиянием внешних воздействий электроны могли совершать колебания,
т. е. двигаться ускоренно. Казалось бы, это позволяло ответить на вопросы об излучении света
атомами вещества и гамма-лучей атомами радиоактивных веществ.
Положительно заряженных частиц внутри атома модель атома Томсона не предполагала. Но
как же тогда объяснить испускание положительно заряженных альфа-частиц радиоактивными
веществами? Модель атома Томсона не давала ответа и на некоторые другие вопросы.
В 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом при исследовании движения альфа-частиц в
газах и других веществах была обнаружена положительно заряженная часть атома. Дальнейшие
более тщательные исследования показали, что при прохождении пучка параллельных лучей сквозь
слои газа или тонкую металлическую пластинку выходят уже не параллельные лучи, а несколько
расходящиеся: происходит рассеяние альфа-частиц, т. е. отклонение их от первоначального пути.