Строение атома

В соответствие с моделью Бора-Резерфорда атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по разным орбиталям вращаются отрицательно заряженные электроны (РИС.1). Ядерная модель атома Бора-Резерфорда основана на квантовой теории излучения Планка. Сущность теории квантов сводится к тому, что энергия излучения испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными малыми, но вполне определенными порциями - квантами энергии. Запас энергии излучающего тела изменяется скачками, квант за квантом; величина кванта энергии зависит от частоты излучения: чем больше частота излучения, тем больше величина кванта. Кванты лучистой энергии называются также фотонами.

Принцип строения атома описывают постулаты Бора:

- электрон двигается вокруг ядра не по любым орбитам, а только по таким, которые удовлетворяют определенным условиям, вытекающим из теории квантов - квантовые орбиты;

- когда электрон движется по одной из возможных для него устойчивых орбит, то он не излучает энергию;

- переход электрона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при каждом переходе энергия превращается в один квант лучистой энергии;

- частота испускаемого излучения при этом определяется радиусами тех двух орбит, между которыми совершается переход электрона;

- чем больше расстояние от орбиты, на которой находится электрон, до той, на которую он переходит, тем больше частота излучения.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов (РИС.2). Диаметр ядра составляет около 10^-14м. Основной характеристикой атомного ядра является его заряд. Электрический заряд ядра атома q равен произведению элементарного электрического заряда e на порядковый номер Z химического элемента в таблице Менделеева. Заряд ядра определяется количеством входящих в него протонов, поэтому ядро имеет положительный заряд. Атом в целом электрически нейтрален, поэтому заряд ядра равен количеству окружающих ядро электронов.

Масса ядра определяется суммой входящих в него протонов и нейтронов. Протон – простейшее атомное ядро, протон имеет электрический заряд 0,1602·10^-18Кл (принят за +1). Масса протона равна 1,672·10^-27кг (принята за 1) соответствует единице атомной массы (дальтон). Нейтрон не имеет электрического заряда. Масса нейтрона равна 1,675·10^-27кг (принята за 1).

Электрон - представляет собой частицу с отрицательным зарядом величиной – 0,1602 х 10^-18 Кл (принят за –1). Масса электрона равна 0,9108 х 10^-30кг, что составляет 1/1873 массы атома водорода (принята за 0). Электрон в атоме характеризуется: главным квантовым числом n, указывающим на энергию электрона; орбитальным квантовым числом l , указывающим на характер орбиты; магнитным квантовым числом, характеризующим положение облаков в пространстве; спиновым квантовым числом, характеризующим веретенообразное движение электрона вокруг своей оси.

Порядковый номер элемента в периодической системе соответствует числу электронов, вращающихся вокруг ядра атома. Электроны расположены по слоям, т.е. каждому слою принадлежит определенное насыщающее его число электронов, при этом электроны одного и того же слоя находятся примерно на одинаковом энергетическом уровне (РИС.3). Таким образом, вся оболочка атома разделена на несколько энергетических уровней. Электроны каждого следующего слоя находятся на более высоком энергетическом уровне, чем электроны предыдущего слоя. Электроны наружного слоя, как наиболее удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно связанные с ядром, могут отрываться от атома и присоединяться к другим атомам, входя в состав наружного слоя последних.

Число электронов в электронейтральном атоме закономерно повышается при переходе элемента от Z к Z + 1. Электроны при заполнении энергетических уровней в электромагнитном поле ядра занимают в первую очередь наиболее низкий из них (К – уровень; n=1). В электронейтральном невозбужденном атоме электрон в этих условиях имеет наименьшую энергию (и, соответственно, наибольшую связь с ядром). Когда К – уровень заполнен, электроны застраивают уровень L (n = 2), затем M – уровень (n=3), и далее N (n=4), и так далее.