Сторінка
1

Розвиток періодичного закону д. І. Менделєєва і будова атома

РАННІ УЯВЛЕННЯ ПРО СКЛАДНІСТЬ СТРУКТУРИ АТОМА

Періодичний закон і періодична система елементів Д.І. Менделєєва відіграли і відіграють велику роль у розвитку хімічної науки. Вони допомагають хімікам орієнтуватись у безлічі фактів. Однак подальші успіхи науки не можна було б уявити без розкриття фізичного змісту періодичного закону.

В період відкриття періодичного закону і в більш пізні часи хімічні елементи розглядались у тісному зв'язку з поглядами про неподільність атомів. Проте уявлення про неподільність атомів не давало змоги зрозуміти внутрішню причину періодичності та послідовності зміни властивостей елементів залежно від їхніх протонних чисел. Атом справді не ділиться під час перебігу всіх хімічних реакцій. Принцип неподільності атомів відіграв позитивну роль у розвитку науки; незмінність, стабільність маси атома була однією з вихідних ідей Д.І. Менделєєва. Проте досить закономірно, що після завершення побудови атомістики на фундаменті неподільності атома виникла проблема його внутрішньої структури. Діалектика розвитку науки привела до заперечення того, що становило лише одну із стадій пізнання. Разом з тим пізнання будови атома було б неможливим, якби не існувало атомістичної теорії, що виходила з принципу неподільності атома. Саме періодичний закон і відкрив шлях до пізнання надр атома, і систематизація нових фактів (відкриття радіоактивності, електрона, теорія Бора тощо) набула логічної основи після того, як була зіставлена з періодичним законом.

Ще в 1886 р. великий російський вчений О.М. Бутлеров висловив думку про те, що атом подільний. Аналогічні думки майже одночасно з О.М.Бутлеровим висловлював російський вчений М.О. Морозов. Проте ці припущення в той час не могли бути підтверджені експериментальними даними.

В кінці минулого століття було встановлено ряд фактів, які свідчили про складність будови атомів. Це, насамперед, відкриття електрона англійським фізиком Дж. Томсоном у 1897 р., встановлення факту, що електрони можна вилучити з будь-якого елемента, їх випускають багато речовин під час нагрівання, освітлення, рентгенівського опромінювання, а також того, що електрони є переносниками електричного струму в металах. Отже, електрони є в атомах усіх елементів.

Електрон — це елементарна частинка з найменшим негативним електричним зарядом, який тільки може існувати (1,602 • 1019 Кл); маса електрона дорівнює 9,11 • 10-31 кг. Атом електронейтральний. Отже, крім електронів в атомах повинні бути позитивно заряджені частинки.

Велику роль у розвитку теорії будови атома відіграло відкриття явища радіоактивності, вперше виявленого у сполук Урану французьким фізиком А. Беккерелем у 1896 р. А в 1898 р. Марія Кюрі-Склодовська та П'єр Кюрі відкрили в уранових рудах два нових радіоактивних елементи — Полоній і Радій, які мали більшу радіоактивність, ніж Уран і Торій.

Радіоактивність — це явище випромінювання деякими елементами невидимого проміння, здатного проникати крізь різні речовини, в тім числі й метали, засвічувати фотоплівку, йонізувати гази.

У вивченні радіоактивності велика заслуга видатного англійського фізика Е. Резерфорда, який у 1899 р. довів, що радіоактивне випромінювання неоднорідне — під дією магнітного поля воно поділяється на три пучки: -, - і -промені. Ці промені відрізняються за проникною здатністю, а також за здатністю до взаємодії з електричним полем.

-Промені — це потік позитивно заряджених частинок, маса яких дорівнює масі атома Гелію, а заряд цих частинок вдвічі більший, ніж заряд електрона.

-Промені — це потік електронів, швидкість їх руху близька до швидкості світла.

-Промені — жорсткі електромагнітні коливання, подібні до рентгенівських променів, вони мають дуже велику проникну здатність.

Вивчення радіоактивності підтвердило складність будови атомів.

У 1903 р. англійський фізик Дж. Томсон запропонував модель будови атома. Згідно з цією моделлю атом складається з позитивного заряду, рівномірно розподіленого по всьому об'єму атома, та електронів, що коливаються всередині цього заряду.

Видатний англійський фізик Е. Резерфорд з метою перевірки гіпотези Дж. Томсона виконав серію дослідів з розсіювання а-частинок тонкими металевими пластинками.

Схему дослідів Е. Резерфорда наведено на рис. 1. Препарат радію 2, що служив джерелом -випромінювання, вміщували у свинцевий кубик 1 з висвердленим каналом, що давало змогу дістати спрямований потік -частинок 3, що поширюються у певному напрямку. Потрапляючи на екран 4, вкритий сульфідом цинку, -частинки викликали його світіння (окремі спалахи, які можна полічити). Між джерелом випромінювання -частинок і екраном він розміщував тонку металеву пластинку 6, проходячи крізь яку -частинки розсіювались, тобто відхилялись від початкового напрямку руху. Більшість -частинок не змінювала свого напрямку (див. рис. 1, поз. 7), деякі (5) відхилялись на невеликі кути або різко змінювали напрямок свого руху на протилежний. Однак таких частинок було дуже мало. Тільки одна з 10 000 пропущених крізь пластинки з срібла, золота, платини а-частинок відкидалася назад, ніби наштовхнувшись на масивну перешкоду. Це навело Е. Резерфорда на думку, що в атомі є важке ядро, яке займає дуже малу частку простору і в якому зосереджена переважна частина всієї маси атома; воно повинно мати позитивний заряд, оскільки відштовхує однойменне заряджені -частинки.