Схема будови атома, з прикладами

Схема будови атома

Всім відомо, що атом складається з позитивно зарядженого ядра, в якому зосереджена практично вся його маса. Всередині ядра знаходяться протони і нейтрони, а навколо нього по орбітах рухаються негативно заряджені електрони (рис. 1).

Мал. 1. Схематичне зображення будови атома неону.

Вперше модель будови атома була запропонована в 1903 році Дж. Дж. Томсоном. Згідно з його припущенням, атом складається з позитивного заряду, рівномірно розподіленого по всьому об'єму атома, і електронів, що коливаються всередині цього заряду.

Гіпотеза Томсона була перевірена і уточнена Е. Резерфордом, який провів серію дослідів з розсіювання α-частинок тонкими металевими пластинками і повідомив. На підставі свого дослідження він уклав що майже вся маса атома зосереджена в дуже малому обсязі - позитивно зарядженому ядрі. Навколо ядра на досить великій відстані рухаються електрони, причому їх число таке, що в цілому атом електронейтрален. Розміри ядра дуже малі в порівнянні з розмірами атома в цілому: діаметр атома - величина порядку 10 -8 см, а діаметр ядра - близько 10 -13 - 10 -12 см. Така модель будови атома отримала назву ядерної.

Однак, незважаючи на великий прорив у вивченні будови атома теорія Е. Резерфорда не могла дати відповідь на два питання: стійкість атома і приводила до неправильних висновків про характер атомних спектрів.

Істотний внесок у розвиток уявлень про будову атома в 1913 році зробив Нільс Бор, який запропонував квантову теорію, що об'єднує ядерну модель атома з квантовою теорією світла. Він показав, що здатність нагрітого тіла до випромінювання можна описати кількісно припустивши, що промениста енергія випускається і поглинається тілами не безупинно, а дискретно, тобто окремими порціями - квантами.

Основні положення теорії Бора про схему будови атома

Основні положення своєї теорії Бор виклав у вигляді постулатів:

Електрон може обертатися навколо ядра не по будь-яким, а тільки по деяким певним кругових орбітах (стаціонарним).
Рухаючись по стаціонарній орбіті, електрон не випромінює електромагнітної енергії.
Випромінювання відбувається при стрибкоподібному переході електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу. При цьому випускається або поглинається квант електромагнітного випромінювання, енергія якого дорівнює різниці енергії атома в кінцевому і вихідному станах.

Однак і теорія Н. Бора страждала суперечливістю, наприклад не могла відповісти на питання: де знаходиться електрон в процесі переходу з однієї орбіти на іншу.

Це завдання було вирішене тільки після розвитку нового відгалуження теоретичної фізики - квантової (хвильової) механіки (вчення Луї де Бройля і Шредінгера).

Приклади розв'язання задач

Відносна атомна маса вольфраму дорівнює 183,2. Відомо, що вольфрам складається з двох ізотопів: 183 W і 184 W. Розрахуйте молярну частку кожного ізотопу в природному вольфрамі.

Ізотопи - це атоми одного і того ж хімічного елемента, які мають різні масові числа (однакове число протонів, але різне - нейтронів). Приймемо за х число атомів ізотопу вольфраму 183 W в кожних ста атомах природного вольфраму, тоді число атомів ізотопу 184 W дорівнюватиме (100-х). Маса атомів ізотопу 183 W буде дорівнює 183х, а 184 W - 184 × (100-х). Складемо рівняння:

183х + 184 × (100-х) = 183,2 × 100%.

183х + 18400 - 184х = 18320;