Взаимосвязь строения атома и периодического закона. 9.  Типы связи в химических соединениях. 10. Принцип Ле Шателье и его практическое применение. 11.  Закон Гесса как основа термохимических расчетов. 12.  Сущность каталитического управления химическими процессами. 13.  Предмет биологии и структура биологической науки. 14.

  Характеристика основных биологических систем. 15.  Клетка как первокирпичик живого, ее строение и функ­ционирование. 16.   Предмет генетики.     ЧАСТЬ V    ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ О МИРЕ, ОГРАНИЧЕННОМ ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЧЕЛОВЕКОМ   Глава 1 МИКРОМИР: НЕКОТОРЫЕ КОНЦЕПЦИИ  СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ   Развитие представлений о строения атома Первые указания о сложном cmpoeimu атома были получены при изучении процессов прохождения электричес­кого тока через жидкости.

Опыты выдающегося английско­го ученого М. Фарадея в тридцатых годах XIX в. навели на мысль о том, что электричество существует в виде от­дельных единичных зарядов. Величины этих единичных зарядов электричества были определены в более поздних экспериментах по пропусканию электрического тока через газы (опыты с так называемыми катодными лучами).

Было установлено, что катодные лу­чи — это поток отрицательно заряженных частиц, которые получили название электронов. Прямым доказательством сложности строения атома было открытие самопроизвольного распада атомов некото­рых элементов, названное радиоактивностью. (А. Беккерель, 1896 г.). Последовавшее за этим установление приро­ды α-, β- и γ-лучей, образующихся при радиоактивном рас­паде (Э. Резерфорд, 1899-1903 гг.), открытие ядер атомов (Э. Резерфорд, 1909-1911 гг.), определение заряда электро­на (Р. Милликен, 1909 г.) позволили Э. Резерфорду в 1911 г.

предложить одну из первых моделей строения атома. Модель Резерфорда. Суть планетарной модели стро­ения атома (Э. Резерфорд, 1911 г.) можно свести к следую­щим утверждениям. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома. Весь положительный заряд и почти вся масса атома со­средоточены в его ядре (масса электрона равна 1/1823 а.е.м.). Вокруг ядра вращаются электроны.

Их число равно по­ложительному заряду ядра. Эта модель оказалась очень наглядной и полезной для объяснения многих экспериментальных данных, но она сра­зу обнаружила и свои недостатки. В частности, электрон, двигаясь вокруг ядра с ускорением (на него действует цен­тростремительная сила), должен был бы, согласно электро­магнитной теории, непрерывно излучать энергию.

Это при­вело бы к тому, что электрон должен был бы двигаться вок­руг ядра по спирали и в конце концов упасть на него. Никаких доказательств того, что атомы непрерывно исчезают, не было, отсюда следовало, что модель Рсзерфорда в чем-то ошибочна. Теория Бора. В 1913 г. датский физик Н. Бор предло­жил свою теорию строения атома. При этом Бор не отрицал полностью предыдущие представления о строении атома: как и Резерфорд, он считал, что электроны двигаются вокруг ядра подобно планетам, движущимся вокруг Солнца. Одна­ко к этому времени Дж. Франк и Г. Герц (1912 г.)

доказали дискретность энергии электрона в атоме и это позволило Бору положить в основу новой теории два необычных пред­положения (постулата): 1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по произ­вольным, а только по строго определенным (стационарным) круговым орбитам. Радиус орбиты г и скорость электрона v связаны кван­товым соотношением Бора: mnr = пħ, где m — масса электрона, п — номер орбиты, Ъ — по­стоянная Планка (ħ = 1,05-10-34 Джс). 2.

При движении по стационарным орбитам электрон не излучает и не поглощает энергии. Таким образом, Бор предположил, что электрон в ато­ме не подчиняется законам классической физики. Соглас­но Бору, излучение или поглощение энергии определяется пе­реходом из одного состояния, например, с энергией Е1, в дру­гое — с энергией Е2, что соответствует переходу электрона с одной стационарной орбиты на другую.

При таком перехо­де излучается или поглощается энергия δЕ = Е1 - Е2 = hn , где п — частота излучения, h = 2рħ = 6,62-10-34 Дж с. Бор, используя это уравнение, рассчитал частоты линий спектра атома водорода, которые хорошо согласовались с экспериментальными значениями, но было обнаружено так­же и то, что для других атомов эта теория не давала удов­летворительных результатов.

Квантовая модель строения атома В последующие годы некоторые положения теории Бора были переосмыслены и дополнены. Наиболее существен­ным нововведением явилось понятие об электронном об­лаке, которое пришло на смену понятию об электроне толь­ко как частице. В основе современной теории строения атома лежат сле­дующие основные положения: 1.Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу.

Он может вести себя и как частица, и как волна: подобно частице, электрон обладает определенной массой и зарядом; в то же время, движущийся электрон про­являет волновые свойства, например, характеризуется спо­собностью к дифракции. Длина волны электрона 1 и его ско­рость v связаны соотношением де Бройля: 1 = ħ/mv 2. Для электрона невозможно одновременно точно измерить координату и скорость.

Чем точнее мы изме­ряем скорость, тем больше неопределенность в координате, и наоборот. На соотношении неопределенностей, установленном немецким физиком В. Гейзенбергом, основывается квантово-механическое описание микромира. Математи­ческим выражением принципа неопределенности служит соотношение: δх m δv > ħ /2, где δх — неопределенность положения координаты, δv — погрешность измерения скорости. 3.

Электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может находиться в любой части око­лоядерного пространства, однако вероятность его нахож­дения в разных частях этого пространства неодинакова. Про­странство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью. 4. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название — нуклоны).