В истории физики наиболее плодотворной и важной для понимания явлений природы была концепция атомизма, согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т.е. состоит из мельчайших частиц – атомов. Атомистическая гипотеза строения материи, выдвинутая в античности Демокритом, была возрождена в 18в химиком Дальтоном, который принял атомный вес водорода за единицу и сопоставил с ним атомные веса других газов. Благодаря его трудам стали изучаться физико-химические св-ва атома. В ХIХв Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе. В физику представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи пришли из химии. Собственно физические исследования атома начинаются в конце XIX в., когда французским физиком А.А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности, которое заключалось в самопроизвольном Превращении атомов одних элементов в атомы других элементов. Изучение радиоактивности было продолжено французскими физиками супругами Пьером и Марией Кюри, открывшими новые радиоактивные элементы полоний и радий. История исследования строения атома началась в 1895 благодаря открытию Томсоном электрона – отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Поскольку электрон имеет отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо е и положительно заряженной частицы. Исходя из огромной, по сравнению с электроном, массы положительно заряженной частицы, Томсон предложил в 1902 первую модель атома – положительный заряд распределен в достаточно большой области, а электроны вкраплены в него, как «изюм в пудинг». Эта система просуществовала 15 лет, не устояв перед опытом: эта модель не объяснила почему радиоактивные вещества испускают положительно заряж. частицы. Модель атома, предложенная Резерфордом в 1911, напоминала солнечную систему: в центре находится атомное ядро, а вокруг него по своим орбитам движутся электроны. Ядро имеет положительный заряд, а электроны – отрицательный. Вместо сил тяготения, действующих в Солнечной системе, в атоме действуют электрические силы. Электрический заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в системе Менделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов – атом электрически нейтрален. Неразрешимое противоречие этой модели заключалось в том, что электроны, чтобы не потерять устойчивость, должны двигаться вокруг ядра. В то же время они, согласно законам электродинамики, обязательно должны излучать электромагнитную энергию. Но в таком случае электроны очень быстро потеряли бы всю свою энергию и упали на ядро. Следующее противоречие связано с тем, что спектр излучения электрона должен быть непрерывным, так как электрон, приближаясь к ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывает, что атомы излучают свет только определенных частот. Именно поэтому атомные спектры называют линейчатыми. Другими словами, планетарная модель атома Резерфорда оказалась несовместимой с электродинамикой Дж.К. Максвелла. В 1913 Бор применил принцип квантования при решении вопроса о строении атома и характеристике атомных спектров. Модель атома Бора базировалась на планетарной модели Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теории строения атома. Бор выдвинул гипотезу строения атома, основанную на двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физикой: 1) в каждом атоме существует несколько стационарных состояний (говоря языком планетарной модели, несколько стационарных орбит) электронов, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая; 2) при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии. Постулаты Бора объясняют устойчивость атомов: находящиеся в стационарных состояниях электроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии. Становится понятным, почему атомы химических элементов не испускают излучения, если их состояние не изменяется: каждой линии спектра соответствует переход электрона из одного состояния в другое. Теория атома Бора позволяла дать точное описание атома водорода, состоящего из одного протона и одного электрона, достаточно хорошо согласующееся с экспериментальными данными. Дальнейшее же распространение теории на многоэлектронные атомы и молекулы столкнулось с неопределенными трудностями. Как стало ясно в ходя развития квантовой теории, эти расхождения главным образом были связаны с волновыми св-ми электрона. Следует учитывать, что электрон не точка и не твердый шарик, он обладает внутренней структурой, которая может изменяться в зависимости от его состояния. При этом детали внутренней структуры электрона неизвестны. Вследствие своей волновой природы электроны и их заряды как бы размазаны по атому, однако не равномерно, а таким образом, что в некоторых точках усредненная по времени электронная плотность заряда больше, а в других – меньше. Теория Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Это последнее усилие описать структуру атома на основе классической физики, дополняя ее лишь небольшим числом новых предложений. Введенные Бором постулаты ясно показали, что классическая физика не в состоянии объяснить даже самые простые опыты, связанные со структурой атома. Создавалось впечатление, что постулаты Бора отражают какие-то новые, неизвестные св-ва материи, но лишь частично. Ответы на эти вопросы были получены в результате развития квантовой механики. Выяснилось, что атомную модель Бора не следует понимать буквально, как это было вначале. Процессы в атоме в принципе нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире. Даже понятия пространства и времени в существующей в макромире форме оказались неподходящими для описания микрофизических явлений. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-наблюдаемой суммой уравнений. Дальнейшее развитие идей атомизма было связано с исследованием элементарных частиц. На основе кварковой (кварк - теоретически вычисленная элементарная частица с дробным электрическим зарядом) модели физики разработали простое и изящное решение проблемы строения атомов. Каждый атом состоит из тяжелого ядра и электронной оболочки. Число протонов в ядре равно порядковому № элемента в периодической таблице химических элементов Д.И.Менделеева.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему