Атомная структура. Понятие об атоме

Введение

Представление о неделимых мельчайших частицах материи, возникшее еще в глубокой древности, сопровождало развитие воззрений на природу на протяжении всей их истории. Впервые понятие об атоме как последней и неделимой частице тела возникло в античной Греции в рамках натурфилософского учения школы Левкиппа-Демокрита, согласно которому в мире существуют только атомы, которые движутся в пустоте. Различные комбинации атомы образуют самые разнообразные видимые тела.
Вещества состоят из атомов. Атом — частица вещества очень малых размеров и массы. Это самая маленькая часть химического элемента, которая является носителем его свойств.
Слово «атом» происходит от греческого атород — «неделимый», и таковой эта частица считалась долгие века. Однако уже в начале XX в. стала известна структура атома.
Актуальность темы реферата заключается в том, что атом вовсе не является последней и неделимой частицей материи и имеет сложное строение, все же тенденция к поиску последних элементарных частиц, из которых построено все мироздание, продолжает существовать в новых формах атомистической концепции.
Цель работы – более полное изучение атомной структуры, понятия об атоме.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть, что такое атом, возникновение учения о строении атома, его структуру, свойства, а также характеристики и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.
1. Возникновение учения о строении атома
Для объяснения эмпирических законов, таких как, различные химические законы, закон теплового расширения, закон Гей-Люссака и закон Бойля-Мариотта, была возрождена гипотеза об атомах, как частицах, которые не подвержены делению. Первым делом это коснулось химии и физики, а также других естественных наук. Закон Бойля - Мариотта утверждает, что объем газа обратно пропорционален его давлению, но не объясняет почему. Аналогично этому при нагревании тела его размеры увеличиваются, но эмпирический закон теплового расширения не объясняет причину такого расширения.
Понятие об атоме как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано древнеиндийскими и древнегреческими философами. В пятом веке до нашей эры Левкипп признал, одним из первых, атомы за всеобщие начала. Его идеи развивал Демокрит. У них мы находим предположения о том, что окружающий нас мир состоит из корпускул, атомов, которые и определяют предельную делимость материи. Другими словами, микромир как бы пронизывает все сущее макромира.[2]
Данную идею удалось подтвердить, практически, химикам в семнадцатом и восемнадцатом веках. Они выяснили, что при помощи химических методов определенные элементы не способны к дальнейшему расщеплению.
В 1808 г. химик Джон Дальтон сформулировал атомистическую теорию: все вещества состоят из атомов, мельчайших неделимых частиц, которые нельзя ни создать, ни уничтожить

. Также, Дальтон утверждал, что атомы одного и того же элемента абсолютно одинаковы. Так зародилась атомистическая теория, и было заложено начало к изучению самих атомов.
Тем не менее, в конце девятнадцатого века, начале двадцатого, учеными были открыты составная структура атома и субатомные частицы. Стало ясно, что атом в действительности не является «неделимым».
С открытием рентгеновского излучения (1895) немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном (1845 – 1923) и радиоактивности (1896) Антуаном Анри Беккерелем (1852 – 1908) началась эра интенсивного познания микромира в живом и неживом веществе. Хотя к этому времени учёные уже знали многое, что определяло само понятие микромира.
Ниже представлены концепции, на которых основана история исследования структуры атома, точнее модели его строения.
Модель атома Дж.Дж. Томсона представляется как модель «пудинга с изюмом». Он предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами.
В 1904 году японский физик Х. Нагаока предложил модель атома, построенную по аналогии с планетой Сатурн.[5]
Эрнест Резерфорд в 1911 году пришел к выводу, что электроны в атоме движутся подобно планетам в солнечной системе вокруг Солнца. Таким «солнцем» в атоме является ядро, которое положительно заряжено, на а электроны соответственно несут отрицательный заряд. К этому ученый пришел на основе своих экспериментов. Кстати, предложенная им модель называется «моделью атома Резерфорда».
2. Структура атома и его характеристики
Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки (Рисунок 2.1). Сто лет назад считалось, что электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Так часто изображают атом для упрощения. На самом деле невозможно определить точку, где в данный момент находится электрон. Электрон заряжен отрицательно, а ядро — положительно. Само ядро также состоит из элементарных частиц — протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, а нейтроны электрически нейтральны. Обычно атом нейтрален. Это справедливо, когда число протонов в ядре такое же, как число электронов. Если у атома на внешней орбите имеется один или несколько дополнительных электронов, он превращается в отрицательно заряженный ион (анион). Если у атома на внешней орбите недостает одного или нескольких электронов, он превращается в положительно заряженный ион (катион). Таких ионов очень много в различных растворах.[3]
Рисунок 2.1 - Атом водорода Н, состоящий из одного протона и одного электрона
Вокруг ядра электрон формирует «облако вероятности». Это состояние описывают волновой функцией, квадрат которой характеризует плотность вероятности нахождения частицы в данной точке пространства в данный момент времени. Существует дискретный набор таких орбиталей, и электроны могут находиться длительное время только в этих состояниях, так как они являются наиболее устойчивыми