Атомна теорія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Атомна теоріяфізична теорія, яка припускає, що все на світі складається з найдрібніших частинок — атомів, сполучених між собою ядерними та електромагнітними силами. У XX столітті на практиці було доведено, що атом можна розділити на ще більш дрібні — субатомні — частинки.

Історія[ред. | ред. код]

Атомізм[ред. | ред. код]

Докладніше: Атомізм

У давньогрецькій філософії, а пізніше і в середні віки, люди припускали, що речі навколо них складаються з двох частин: неподільні атоми, якимось чином зчеплені один з одним, і з порожнечі між атомами. Атоми вважали вічними та незруйновними корпускулами.[1][2] Цю позицію відстоювали у своїх працях такі філософи, як Демокріт або Левкіпп, але жодних доказів ця теорія тоді не мала.

Перша теорія будови атома[ред. | ред. код]

Наприкінці XVIII століття було відкрито хімічні закони збереження:

Модель атома Томсона

Ці закони не могли б виконуватися з такою точністю, якби матерія була дискретною структурою. Але в той час була не зовсім зрозумілою структура того, що ми тепер називаємо «молекулою». 1811 Амедео Авогадро провів серію дослідів з газом та з'ясував, що два літри гідрогену реагують лише з одним літром оксигену при отриманні водяної пари.[6] А після відкриття 1827 року броунівського руху,[7] стало очевидно, що матерія складається з окремих частинок — атомів, здатних утворювати групи — молекули, тобто була створена атомна теорія будови речовини.

Відкриття субатомних частинок[ред. | ред. код]

Планетарна модель атома.

До 1897 року атоми вважали неподільними. 1897 року Джозеф Джон Томсон провів досвід з круксовою трубкою[en],[8] в якому вперше спостерігався електрон. На катод подавали деяку напругу і, як згодом виявилося, в таких умовах катод випромінює пучки електронів. Томсон з'ясував, що ці пучки відхиляються при впливі на них електромагнітного поля. Сам Томсон називав ці частинки корпускулами, але пізніше вони отримали окрему назву — електрони.

Відкриття ядра атома[ред. | ред. код]

Модель атома Бора.

Модель атома Томсона спростував 1909 учень Томсона — Ернест Резерфорд. Він виявив, що атом не є однорідним за своєю структурою: в центрі розташоване масивне позитивно заряджене щільне ядро, а навколо нього, як планети навколо Сонця, рухаються електрони.

Виявилося, що якщо обстрілювати альфа-частками тонкий лист золота, то альфа-частинки будуть відхилятися на різні кути, причому частина з них — на кут більший ніж а це можливо лише якщо масивна позитивно заряджена альфа-частинка зустрічає на своєму шляху достатньо масивну позитивно заряджену перешкоду.[9]

Створення квантової теорії атома[ред. | ред. код]

Докладніше: Модель Бора

Планетарна модель мала низку недоліків, з яких найістотніший був пов'язаний з теоретично правильною втратою енергії електрона: оскільки електрон обертається навколо атома, то на нього діє доцентрове прискорення, а за формулою Лармора[en] будь-яка заряджена частинка, що рухається з прискоренням, випромінює. Тобто втрачає енергію. А якщо електрон втрачає енергію, то зрештою він повинен впасти на ядро, чого в реальності не відбувається.

1913 року Нільс Бор припустив, що електрон може обертатися не як завгодно, а по суворо визначених орбітах, не змінюючи своєї енергії як завгодно довгий час. Перехід з орбіти на орбіту вимагає певної енергії — кванта енергії.

Відкриття ізотопів[ред. | ред. код]

Докладніше: Ізотоп

1907 року радіохімік Фредерік Содді виявив, що існують сполуки з однаковими хімічними властивостями, які відрізняються за кількістю нейтронів.

Відкриття подільності ядра[ред. | ред. код]

Докладніше: Атомне ядро

1930 року було виявлено, що якщо високоенергетичні альфа-частинки потрапляють на деякі легкі елементи, то останні випромінюють промені з надзвичайно великою проникною здатністю. Це випромінювання мало набагато більшу проникну здатність, ніж всі інші промені. 1932 Ірен та Фредерік Жоліо-Кюрі показали, що якщо це невідоме випромінювання потрапляє на парафін, то утворюються протони високих енергій, і ці енергії не збігаються з теоретичними розрахунками. Фізик Джеймс Чедвік припустив, що це випромінювання складається з незаряджених частинок з масою, близькою до маси протона, і провів серію експериментів, які підтвердили цю гіпотезу. Ці незаряджені частинки отримали назву нейтрони.

Відкриття атомних орбіталей[ред. | ред. код]

Докладніше: Атомна орбіталь
Різні атомні орбіталі.

1924 року Луї де Бройль припустив, що всі частинки пов'язані з хвилею, названою згодом хвилею де Бройля з частотою і з довжиною хвилі

1926 року Ервін Шредінгер записав своє знамените рівняння Шредінгера,[10] яке описує субатомні частинки як хвилі. Трохи пізніше Макс Борн припустив, що корпускулярно-хвильовий дуалізм дійсний не лише для фотонів, але в принципі й для всіх частинок. Було введене поняття орбіталі — місце найбільш ймовірного знаходження електрона цього атома. Теоретично електрон можна дуже рідко виявити на якийсь конкретній відстані від ядра,[11] але найчастіше він розташований десь поруч з ним, якраз «на орбіталі».

Теорія будови атома в культурі[ред. | ред. код]

Атом як символ науки.
« Якби внаслідок якоїсь світової катастрофи всі накопичені наукові знання виявилися б знищеними, і до прийдешніх поколінь живих істот перейшла б лише одна фраза, то, яке твердження, складене з найменшого числа слів, принесло б найбільшу інформацію?

Я вважаю, що це-атомна гіпотеза: всі тіла складаються з атомів — маленьких тілець, які перебувають у безперервному русі, притягуються на невеликих відстанях, але відштовхуються, якщо одне з них щільніше притиснути до іншого. В одній цій фразі міститься неймовірна кількість інформації про світ, варто лише прикласти до неї трохи уяви і трохи міркування.

«
  • Модель атома в спрощеному вигляді є одним з відомих символів науки.

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Aristotle, Metaphysics I, 4, 985b 10—15.
  2. Berryman, Sylvia, «Ancient Atomism», The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2008 Edition), Edward N. Zalta (ed.), http://plato.stanford.edu/archives/fall2008/entries/atomism-ancient/ [Архівовано 4 червня 2016 у Wayback Machine.]
  3. Weisstein, Eric W. Lavoisier, Antoine (1743-1794)]. scienceworld.wolfram.com. Архів оригіналу за 7 квітня 2013. Процитовано 1 серпня 2009. 
  4. Proust, Joseph Louis. «Researches on Copper [Архівовано 4 червня 2016 у Wayback Machine.]», excerpted from Ann. chim. 32, 26-54 (1799) [as translated and reproduced in Henry M. Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry, 1400 — 1900 (Cambridge, MA: Harvard, 1952)]. Retrieved on August 29, 2007.
  5. Andrew G. van Melsen (1952). From Atomos to Atom. Mineola, N.Y.: Dover Publications. ISBN 0-486-49584-1. 
  6. Avogadro, Amedeo (1811.). Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and the Proportions in Which They Enter into These Compounds. Journal de Physique 73: 58–76. Архів оригіналу за 12 травня 2019. Процитовано 27 листопада 2014. 
  7. Einstein, A. (1905). Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Ганнаlen der Physik 322 (8): 549. Bibcode:1905AnP...322..549E. doi:10.1002/andp.19053220806. 
  8. Thomson, J.J. (1897). Cathode rays ([facsimile from Stephen Wright, Classical Scientific Papers, Physics (Mills and Boon, 1964)]). Philosophical Magazine 44 (269): 293. doi:10.1080/14786449708621070. Архів оригіналу за 24 листопада 2015. Процитовано 27 листопада 2014. 
  9. Geiger, H (1910). The Scattering of the α-Particles by Matter. Proceedings of the Royal Society A 83: 492–504. Архів оригіналу за 18 грудня 2017. Процитовано 27 листопада 2014. 
  10. Schrödinger, Erwin (1926). Quantisation as an Eigenvalue Problem. Ганнаlen der Physik 81 (18): 109–139. Bibcode:1926AnP...386..109S. doi:10.1002/andp.19263861802. 
  11. Mahanti, Subodh. Max Born: Founder of Lattice Dynamics. Архів оригіналу за 22 січня 2009. Процитовано 1 серпня 2009.