На пути к пониманию строения атома (важные научные открытия девятнадцатого века)

246 прочитали
Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.

Для школьников (по материалам учебной литературы).

С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.

Естественно возник вопрос о строении атома (создании модели атома) и возникло предположение, что ток в проводниках (проводах) связан с движением в них электронов.

Посвятим эту статью первому вопросу (созданию модели атома), а второй вопрос рассмотрим в следующей статье.

Коснёмся важных научных открытий 19 века, нужных нам сейчас для понимания рассматриваемых вопросов:

1. Изучение линейчатых спектров атомов.

2. Открытие рентгеновских лучей.

3. Открытие радиоактивности.

4. Открытие Менделеевым периодического закона химических элементов.

Спектральный анализ. Линейчатые спектры атомов

Вспомним сначала историю появления спектрального анализа.

Ещё в 17 веке Ньютоном путём проведения опытов было изучено разложение белого света на цвета (в спектр).

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-2

Опыт Ньютона заключался в следующем. Свет от фонаря освещал узкое отверстие (щель) S . При помощи линзы L изображение щели получалось на экране в виде белого прямоугольника S(со штрихом). Лучи, дающие это изображение, на рисунке показаны штриховыми линиями.

При помещении на пути лучей призмы Р, ребро которой было параллельно щели, изображение щели на экране смещалось, превращаясь в окрашенную полоску от красного до фиолетового цвета (в спектр).

В результате Ньютоном были сделаны два открытия:

1. Свет разной длины волны преломляется в линзе по-разному.

2. Белый свет состоит из простых цветов радуги.

Чтобы изображение спектра было более чётким, применяют приборы, называемые спектрографами, схема спектрографа показана ниже.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-3

Щель S, через которую проходит свет, расположена в фокальной плоскости объектива L1 . Пройдя объектив, свет падает на призму Р в виде параллельного пучка. Из призмы он тоже выходит параллельным пучком. Но так как лучи разного цвета отклоняются призмой на разные углы, то из призмы выходят параллельные пучки разного направления, которые объективом L2 собираются в разных точках его фокальной плоскости MN. В этой плоскости получаются изображения щели, но изображения, соответствующие разным длинам волн, приходят в разные места плоскости MN. Расположенная в этой плоскости фотопластинка даёт чёткое изображение спектра.

Рассмотренный оптический спектр называется сплошным, так как он содержит электромагнитные волны всех длин (всех цветов радуги) в диапазоне от 400 нм до 760 нм (нанометров).

Сплошные спектры испускают светящиеся твёрдые тела (Солнца, нить лампы накаливания и т. д.), расплавленные металлы, а также светящиеся газы или пары большой плотности.

Светящиеся газы или пары малой плотности (имеющие атомарное строение), дают электромагнитное излучение только отдельных длин волн (или частот) - их спектр имеет вид набора спектральных линий. Такие спектры называются линейчатыми.

В 1859 году Кирхгофом и Бунзеном было замечено, что излучения атомов разных химических элементов представляет собой свой неповторимый набор спектральных линий (свой линейчатый спектр). Этот факт явился основой для создания спектрального анализа.

При помощи спектрального анализа Кирхгоф и Бунзен сделали несколько важных открытий. Так, исследуя спектр пара смеси соединений щелочных металлов (лития, натрия и калия) они обнаружили новые спектральные линии, предположив, что в смеси присутствуют новые, ещё не известные химические элементы.

Действительно, удалось выделить линейчатые спектры двух новых элементов, которые получили названия рубидий и цезий.

Позднее, с помощью спектрального анализа были открыты ещё элементы таллий, индий, галлий.

На рисунке ниже под номером 1 показан сплошной спектр, а под номерами 2, 3 и 4 - линейчатые спектры испускания атомами натрия, водорода и гелия, состоящие из серий линий разного цвета, разделённых тёмными промежутками.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-4

Как можно получить, например, спектр водорода?

Для этого перед щелью спектрографа надо поместить колбу, наполненную водородом, и подать напряжение между впаянными в колбу электродами. Газ засветится голубоватым цветом. Если при этом установить фотопластинку, то на ней обнаружится ряд линий линейчатого спектра: 656,28нм; 486,13нм; 434,07нм и 410,17 нм.

Очень долго учёные не могли установить, существует ли зависимость между этими величинами?

В 1885 году Бальмер, утверждавший, что в природе во всём царит порядок и гармония, смог найти эту зависимость. Он вывел формулу для линий водорода, а Ридберг придал этой формуле следующий вид:

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-5

Здесь R= 109677,581 1/см, называется она постоянной Ридберга.

m=3,4,5,6.

Через 28 лет Бор дал этой закономерности физическое объяснение.

Предполагалось, что отличие спектров испускания атомов разных химических элементов указывает на разную структуру этих атомов.

Перед учёными в конце 19 века встала очень трудная задача: создание моделей атомов химических элементов с использованием их линейчатых спектров.

В желании понять строение атома через его линейчатый спектр появилась новая теория под названием "квантовая механика".

Открытие рентгеновского излучения

В 1895 году Рентгеном, при исследовании катодных лучей в электронно-лучевой трубке, было обнаружено новое излучение, проходящее через стекло трубки и действующее на фотопластинку, названное им Х-лучами (сейчас оно называется рентгеновским излучением).

Проведя ряд опытов, Рентген установил, что Х-лучи проходят и через другие тела, непрозрачные для обычного света: дерево, эбонит, человеческое тело, слои металла и др., но по разному.

Так, пластинка свинца задерживает Х-лучи гораздо сильнее, чем пластинка алюминия той же толщины; кости задерживают Х-лучи лучше, чем тело.

Для получения рентгеновских лучей разработаны устройства, называемые рентгеновскими трубками. Принцип их работы заключается в том, что из катода за счёт термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. При соударении их с металлическим электродом (анодом) образуются рентгеновские лучи.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-6

Позднее была установлена природа рентгеновских лучей - это электромагнитные волны малой длины волны, порядка нескольких десятков нанометров.

Причиной появления рентгеновских лучей в электронно-лучевой трубке является торможение быстро летящих электронов, когда на их пути встречается, например, стекло трубки или другая мишень.

При торможении электрона магнитное поле вокруг него изменяется, вызывая излучение электромагнитных волн. Различают сплошной и линейчатый рентгеновские спектры.

На практике рентгеновское излучение используется в рентгеновском структурном анализе, заключающемся в исследовании структуры вещества по распределению в пространстве рассеянного на веществе рентгеновского излучения.

В его основе лежит взаимодействие рентгеновского излучения с частицами вещества, в результате которого возникает дифракция рентгеновских лучей.

Дифракционная картина зависит от длины волны используемых рентгеновских лучей и строения объекта исследования.

Для исследования атомной структуры применяют рентгеновское излучение с длиной волны примерно 1 ангстрем, т. е. порядка размеров атома.

Наиболее успешно рентгеновский структурный анализ применяют для установления атомной структуры кристаллических тел (к которым относятся и металлы).

Это обусловлено тем, что кристаллы обладают строгой периодичностью строения и для рентгеновских лучей представляют собой дифракционную решётку.

Дифракция рентгеновских лучей была открыта в 1912 году Лауэ. Если направить узкий пучок рентгеновских лучей на неподвижный кристалл, то на помещённой за кристаллом фотопластинке будет наблюдаться дифракционная картина, состоящая из большого числа закономерно расположенных пятен вокруг центрального пятна (это центральное пятно дают лучи распространяющиеся по прямой линии). Каждое другое пятно есть след дифракционного луча, рассеянного кристаллом.

На рисунке ниже показан вид лауэграммы, полученной на кристалле.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-7

Открытие радиоактивности

В 1896 году Беккерель, узнавший об открытии рентгеновских лучей, решил проверить, не излучают ли похожие лучи флуоресцирующие материалы, светящиеся под действием света.

Он взял кусочки высокоактивного фосфоресцирующего вещества уранилсульфата (двойной сернокислой соли урана и калия), положил на фотопластинку, завернул всё в чёрную бумагу и положил в стол в ожидании солнечного дня.

Вынув из стола и развернув чёрную бумагу, Беккерель обнаружил на фотопластинке тёмные пятна, в точности соответствующие форме и положению образцов урановой соли. Так было открыто новое явление - урановая соль испускала лучи неизвестного типа.

Они во многом были похожи на рентгеновские лучи - проходили через плотную бумагу, дерево, тонкие металлические пластинки. Они делали воздух проводником электричества, так же как и лучи Рентгена. Но всё-таки это были не рентгеновские лучи.

Рентгеновские лучи могли отражаться и преломляться, лучи Беккереля этим свойством не обладали. Поставив много опытов, Беккерель доказал, что источником его лучей является элемент уран. Он назвал эти лучи урановыми.

Элемент уран оказался не единственным, способным испускать новые лучи. Пьер и Мария Кюри выделили из руды неизвестные ранее элементы - полоний и радий. Эти элементы также испускали "урановые" лучи. Такие же свойства были обнаружены у тория.

Лучи, открытые Беккерелем, стали называть радиоактивными, а само явление их испускания - радиоактивностью.

Для исследования радиоактивного излучения препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-8

Против канала размещалась фотопластинка. На пути излучения создавалось сильное магнитное поле, направленное перпендикулярно излучению. Установка размещалась в вакууме.

При отключении магнитного поля на фотопластинке обнаруживалось одно тёмное пятно, расположенное точно напротив канала.

При включении же магнитного поля пучок излучения делился на три части. Две составляющие излучения отклонялись магнитным полем в противоположные стороны, что указывало на наличие в них электрических зарядов.

Причём отрицательно заряженная составляющая излучения (бета -лучи) отклонялась магнитным полем гораздо сильнее, чем положительная (альфа -лучи). Третья составляющая излучения (гамма -лучи) не отклонялась магнитным полем.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-9

Таким образом, физическая природа этих составляющих радиоактивного излучения оказалась различной: альфа -лучи - это ионы атомов гелия; бета -лучи - это быстрые электроны; гамма -лучи - это электромагнитные волны очень малой длины волны (меньше 0,01 нм)

На шкале электромагнитных волн гамма-лучи следуют за рентгеновскими лучами.

Альфа-частицы вылетают из радиоактивных атомов со скоростью свыше 10000км/с. Благодаря такой огромной скорости альфа-частицы при столкновении с атомом могут проникать внутрь атомов, что позволяет получать сведения о строении атома.

Подробнее о рентгеновском излучении и радиоактивности будет говориться в своё время.

Открытие Менделеевым периодического закона химических элементов

В 1869 году Менделеевым был открыт фундаментальный закон природы, названный периодическим законом химических элементов.

Этот закон не выражается в виде математической формулы, как другие законы, он выражен в виде таблицы, называемой периодической таблицей Менделеева.

Менделеев был убеждён в правильности периодического закона, его слова: "периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает...".

Время показало справедливость его предсказаний.

Посмотрим, как Менделеев создавал и совершенствовал свою периодическую таблицу химических элементов.

(Для сведения. Для химиков атом - это мельчайшая частица химического элемента, так как никакими химическими средствами (нагреванием, действием на вещество кислотами, щелочами и т. д.) атом изменить нельзя, можно только изменить сочетание атомов в молекуле. Химические свойства элементов определяются свойствами атомов этих элементов. Вещества, составленные из одинаковых элементов, называют простыми веществами).

На рисунках ниже показан первый вариант системы химических элементов Менделеева, разработанной им в 1869 году под названием "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве" (левый рисунок сделан рукой автора, правый - его печатный экземпляр).

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-10

Менделеев писал: "... Невольно зародилась мысль о том, что между массой и химическими свойствами необходимо должна быть связь. А так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, выражается окончательно в виде весов атомов, то надо искать фундаментальное соответствие между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами".

(Надо отметить, что сейчас вместо "атомный вес" говорят "атомная масса").

Для каждого известного на то время 64 элементов, Менделеев создал свою карточку, и расположил их по клеткам по мере возрастания атомной массы (на рисунке показано начало таблицы):

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-11

После лития он расположил бериллий и написал, что его атомный вес равен 9, хотя все химики считали, что атомный вес бериллия равен 14.

Тогда в вертикальных рядах у него оказались химически сходные элементы.

Металл литий похож на металл натрий: оба мягкие, легко режутся ножом, бурно реагируют с водой, образуя щёлочи.

Бериллий и магний схожи друг с другом.

У фтора много общего с хлором - это едкие удушливые газы, которые образуют с металлами совершенно сходные соединения.

Свойства кислорода и серы тоже сходны между собой.

Таким образом, при расположении представленных на рисунке химических элементов по возрастанию атомных весов, совершенно чётко проявилась периодичность их свойств.

Причём периодически изменяются не только химические свойства элементов, но и многие физические свойства простых веществ.

Так Менделеев на основании периодичности установил правильный атомный вес бериллия, в дальнейшем подтверждённый опытами.

В следующем горизонтальном ряду Менделеев под натрием поместил калий, свойства которого очень похожи на свойства натрия.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-12

Далее он разместил следующие показанные на рисунке элементы, изменив у титана атомный вес на 48 (вместо 52), и оставил три клетки свободными, предсказав атомные веса и свойства элементов, которые должны существовать в природе (быть найденными) и занять эти пустые клетки таблицы.

Позднее (через 6, 10 и 15 лет) эти элементы были открыты, ими оказались галлий, скандий и германий.

Менделеев считал, что химические элементы существуют не разрозненно, а составляют стройную систему (тесно связаны друг с другом).

Менделеев не сомневался в справедливости открытого им закона (в справедливости составленной им таблицы элементов), считая, что каждая клетка его таблицы должна быть занята уже открытыми или ещё не открытыми химическими элементами.

Придавая огромное значение периодическому закону, Менделеев в то же время указывал, что для познания сущности этого закона требуется упорная работа и новые исследования.

(Менделеев и здесь оказался прав. Созданная много позднее квантовая теория строения атома вскрыла внутреннюю сущность периодического закона Менделеева. Понятие об этой теории будет дано в атомной физике.)

Сначала сама система элементов и внесённые в неё исправления и прогнозы были встречены учёными сдержанно, даже скептически. Но после открытия предсказанных Менделеевым элементов (галлия, германия, скандия) периодический закон получил признание.

Менделеевым были предсказаны более 10 новых, не известных никому элементов. Все последующие поиски новых элементов в природе проводились при помощи периодического закона.

Интересный факт: считалось, что был "открыт" элемент "ильмений" с атомным номером 114. Менделеев сказал, что это ошибка - такого элемента в природе быть не может, и он оказался прав. Были и другие подобные "открытия".

Вскоре с помощью спектрального анализа на Солнце был открыт газ гелий, а через 25 лет - аргон.

Периодический закон не рассматривал существование таких элементов, как гелий и аргон. Они были помещены Менделеевым в новый нулевой столбец. Вскоре были найдены и остальные элементы этой группы - криптон, ксенон и радон.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-13

Но у закона были и свои необъяснимые исключения: атомный вес аргона (39,9) оказался большим, чем атомный вес калия (39,1), а аргон в таблице стоит перед калием. Атомный вес кобальта превышал атомный вес никеля, хотя по свойствам кобальт в периодической системе должен был предшествовать никелю. И у теллура, стоящего перед йодом, атомный вес оказался больше, чем к йода.

Видим, что при размещении химических элементов по клеткам таблицы Менделеев не придавал решающего значения атомному весу, а руководствовался всей совокупностью свойств элементов.

Самое главное, что было неясным - это сам периодический закон. Надо было объяснить периодичность химических свойств химических элементов, из которых состоит окружающий мир. Для этого надо было понять строения атомов элементов.

Дальнейшие исследования показали правильность расположения элементов в таблице - оно соответствовало строению атомов элементов.

Открытое в 1896 году явление радиоактивности поставило периодический закон перед серьёзным испытанием.

Минералы и руды, содержащие уран, испускали загадочные невидимые лучи, способные проникать через непрозрачные тела и действовать на фотопластинку.

Затем были открыты ещё более радиоактивные элементы - полоний и радий. Когда были изучены химические свойства этих элементов, то они нашли свои места в периодической системе.

Оказалось, что оба элемента (полоний и радий) были предсказаны Менделеевым. Они заняли 84 и 88 клетки в периодической системе.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-14

Но когда были подробно изучены свойства этих элементов, обнаружились совершенно неожиданные для науки явления. Рухнули привычные и, казалось, незыблемые представления о вечности и неизменности каждого элемента.

Новые элементы были непостоянными, они рождались и исчезали, превращаясь в другие элементы. Одни из них исчезали в доли секунды, другие - жили очень долго.

Свойство элементов испускать невидимые лучи свидетельствовало о распаде атомов. Было найдено, что радий - далёкий потомок урана. Сам радий превращается в радиоактивный газ радон.

При каждом превращении радиоактивный атом обязательно испускает либо заряженные атомы гелия (альфа-частицы), либо электроны (бета-частицы). Были найдены потомки урана, тория, актиния.

Снова встал трудный и принципиально важный вопрос - где и как найти для них места в периодической системе?

Этот вопрос науке пришлось решать без участия Менделеева, который не дожил до этого самого главного испытания его периодического закона.

Химики занялись определением химических свойств новых радиоактивных элементов.

Так, изучая свойства урана, занимающего клетку 92 таблицы, было установлено, что уран U1, испуская альфа-лучи, превращается в уран UХ1 и должен быть перемещён в клетку 90:

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-15

При этом химики убедились, что химическими свойствами UХ1 не отличим от тория. Но это был не торий. У тория радиоактивность так слаба, что её трудно обнаружить, а уран UХ1 сильно радиоактивен, быстро распадается - через 24 часа от него остаётся только половина от начального количества.

Это новый элемент, но химически это торий. Если смешать этот уран с торием, то никакими химическими реакциями их разделить будет невозможно.

На следующем рисунке показано, что происходит с ураном UХ1 при его распаде: уран UХ1 испытывает бета-превращение, образуя новое радиоактивное вещество обозначенное как уран UХ2. Оказалось, что по химическим свойствам он должен быть помещён в 91 ячейку таблицы.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-16

В свою очередь UХ2 снова теряет бета-частицу и превращается в U11, который совершенно неотличим от своего "прадеда"- обычного урана - и должен быть помещён в одной клетке с ним, т. е. занять 92 место в таблице, но его атомный вес становится другим.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-17

Менделеев же считал, что в одной клетке таблицы должен быть только один элемент со своим присущим только ему атомным весом.

Это противоречие было преодолено в результате открытия изотопов.

Изотопы - это элементы, обладающие тождественными химическими свойствами, но различными атомными весами (атомными массами).

Стало ясно, что изотопы должны занимать одно место в таблице.

Но также стало ясно, что атомный вес не может служить главной величиной, определяющей химические свойства элемента.

Оказалось, что главным в периодической таблице Менделеева является порядковый номер элемента.

В правильном присвоении номера химическому элементу проявилась гениальность Менделеева, его знания и интуиция учёного.

К вопросу о строении атома после открытия электрона активно подключились физики, используя линейчатые спектры испускания атомов, а также открытия рентгеновских лучей и явления радиоактивности.

Химики шли к познанию строения атома через химические свойства элементов, физики - через проведение физических экспериментов.

После открытия электрона Томсоном, им же была создана модель атома.

МОДЕЛЬ АТОМА ТОМСОНА

Томсон представил атом в виде шара из положительно заряженного вещества, с распределёнными в нём покоящимися электронами, расположенными в тех местах шара, когда силы отталкивания между электронами уравновешиваются силами притяжения электронов к центру атома.

Предполагалось, что при получении атомом дополнительной энергии, электроны начинали колебаться около своих положений равновесия, испуская при этом электромагнитные волны согласно линейчатым спектрам атомов.

Была проведена большая работа, но попытка объяснить линейчатый спектр с помощью модели атома Томсона не дала результатов, и от этой модели атома отказались.

ОПЫТЫ РЕЗЕРФОРДА. МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА

Следующая модель атома была предложена Резерфордом, исходя из результатов проведённых им в 1911 году опытов с использованием альфа-излучения, заключающихся в бомбардировке тонкой металлической фольги альфа- частицами.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-18

Резерфорд, направив альфа-частицы на металлическую фольгу, обнаружил, что основная масса альфа-частиц проходит через фольгу, не изменяя или мало изменяя своё направление.

Но примерно 0,01 доля частиц отклонялась от своего первоначального направления на угол близкий к 180 градусам. И совсем малое количество альфа-частиц (примерно 1 из 20000) возвращалась назад в сторону источника.

Результаты этих экспериментов привели Резерфорда к выводу, что в центре атома находится положительно заряженное ядро размером порядка 10 -13 см (десять в минус 13 степени сантиметра), а вокруг ядра по орбитам вращаются электроны - размер орбит (размер атома) порядка 10 -8 см (десять в минус восьмой степени сантиметра).

Получалось, что ядро атома очень мало по сравнению с размером атома, что вся масса атома практически сосредоточена в ядре.

Исходя из результатов опытов, Резерфордом была предложена ядерная модель атома, усовершенствованная Бором.

Согласно модели Бора Электрон, вращающийся по определённой орбите в атоме, не должен излучать энергию.

Классическая электродинамика не может объяснить движение электрона в атоме по определённой орбите. Согласно классической физике, вращаясь по орбите, электрон должен излучать электромагнитные волны. При этом энергия электрона должна уменьшаться, электрон должен приближаться к ядру и упасть на него, тогда спектр излучения атома должен быть сплошным.

В действительности спектр излучения атома линейчатый, и атом является очень устойчивой структурой.

Нужно было для объяснения поведения атома создать новую теорию и она появилась под названием "квантовая механика".

Одной из задач, стоящих перед теорией строения атома, было определение величины заряда ядра различных атомов.

В решении задачи нахождения заряда ядер атомов очень помогло изучение спектров рентгеновских лучей, возникающих при ударе быстро летящих электронов о твёрдое тело.

Как и лучи видимого света, рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны, но гораздо меньшей длины волны. Если длина волны фиолетового цвета равна 4000 ангстрем, то длина волны рентгеновских лучей находится в пределах от 20 до 0,1 ангстрема.

Долгое время не удавалось получить спектр рентгеновских лучей из-за их очень малой длины волны. Призма и обычная дифракционная решётка для этого не годились. Только в 1913 году у Лауэ возникла мысль использовать в качестве дифракционной решётки для рентгеновских лучей кристаллы, в которых атомы расположены закономерно и на весьма малых расстояниях друг от друга.

Опыты удались, были построены приборы, которые дали возможность получать спектры рентгеновских лучей почти всех элементов. Для получения рентгеновского спектра используют рентгеновские трубки, в которых анод делают из того металла, спектр которого желают получить, или наносят на платиновый анод какое-нибудь соединение исследуемого элемента. На фотопластинке, служащей экраном для спектра, после проявления отчётливо выступают все линии спектра.

Рентгеновские спектры отличаются от линейчатых спектров газов и паров своей простотой. Рентгеновские спектры каждого элемента состоят из нескольких линий или групп линий, расположение которых для различных элементов совершенно аналогично. Влияние вещества сказывается лишь в длинах волн спектральных линий.

В 1913 году Мозли, изучая рентгеновские спектры, заметил, что с увеличением порядковых номеров элементов в таблице Менделеева линии каждой серии рентгеновского спектра смещаются в сторону убывания длин волн.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-19

Исследования Мозли показало, что порядковые номера элементов в таблице Менделеева не просто регистрируют положение элемента в периодической системе, но выражает какое-то свойство атомов элементов.

Исследования привели Мозли к выводу, что заряд ядра атома численно равен порядковому номеру элемента в таблице, что было экспериментально подтверждено Чэдвигом в 1920 году.

Итак, заряд атомного ядра любого элемента численно равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Это и стало решающим для понимания основы периодического закона.

Так как атом в целом нейтрален, то положительный заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду электронов в атоме. Разделив этот заряд ядра на заряд одного электрона, получим число электронов в атоме.

Таким образом, число электронов в атоме равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

Но как электроны распределены в атоме и как они ведут себя?

О распределении электронов в атоме и их свойствах рассказывает квантовая механика.

Об истории появления квантовой механики и понятиях квантовой механики будем говорить позднее (после оптики).

А пока без пояснений смотрим на строение атомов начальных периодов таблицы Менделеева.

Для школьников (по материалам учебной литературы). С открытием Томсоном в 1895 году электрона, стало ясно, что электроны являются составной частью атома.-20

Из последнего рисунка видно, что периодичность химических свойств химических элементов согласуется с периодичностью строения атомов химических элементов.

К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.

Предыдущая запись:Развитие электромагнетизма. Как был открыт электрон?

Следующая запись:Какова природа тока в металлах? Теории электропроводности металлов.

Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .

Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45 .

Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.

Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70 .