МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА-БОРА
Сучасне
вчення про будову атомів стало розвиватися після відкриття і вивчення
властивостей електрона та явища радіоактивності. Було встановлено, що електрон
має негативний заряд 1,6∙10-19
Кл, який є найменшим елементарним зарядом і тому прийнятий за відносну
одиницю (-1). Маса електрона (9,1∙10-31 кг) становить 1/1837 маси атома
гідрогену.
Першу наукову
теорію будови атомів запропонував у 1911 р. англійський вчений Е.Резерфорд
(1871-1937), який вивчав походження α-променів (спрямований потік
ядер гелію )
крізь металічні пластинки з олова або золота. Було зроблено висновок, що
практично вся маса атома зосереджена в дуже малому об’ємі, названому ядром, а
основний об’єм атома заповнений легкими частинками – електронами. Ядро має
позитивний заряд, його радіус становить 10-5...10-4
радіуса атома. Рух електрона навколо ядра уявлявся аналогічним руху планет
навколо Сонця, незважаючи на величезну різницю у розмірах цих систем. Тому
запропоновану модель будови атома назвали планетарною. Уявлення
Резерфорда про ядро і електронну оболонку атома – важливий внесок у розвиток
науки.
Однак
запропонована Е.Резерфордом модель атома не конкретизувала форми і положення у просторі орбіт, якими
рухаються електрони; деякі її положення суперечили висновкам класичної
електродинаміки. Теорія Е.Резерфорда
також не могла пояснити, чому світло, що випромінюється збудженими
атомами, має не суцільний, а лінійчатий спектр.
Подальшого
розвитку теорія будови електронної оболонки набула в працях датського вченого
Н.Бора (1885-1962). При цьому Н.Бор використав висунуте німецьким вченим
М.Планком (1858-1947) положення про те, що енергія випромінюється не суцільним
потоком, а певними порціями (квантами). Енергія кванта залежить від частоти
коливань ν:
,
де –
стала Планка, яка дорівнює 6,63∙10-34
Дж∙с, а
змінюється в широких межах, в залежності від
чого змінюється енергія випромінювання.
Н.Бор
висловив думку, що кванти випромінюються атомом, коли електрони переходять з
однієї орбіти на іншу. Щоб пояснити випромінювання атомами квантів з певною
енергією, що відповідають утворенню відповідних ліній у спектрі, треба було
припустити існування в атомах стаціонарних орбіт з певним запасом енергії.
Н.Бор сформулював два постулати (положення), які лягли в основу його теорії
будови атома:
1. Електрон в атомі не випромінює енергію, якщо
рухається особливими або квантовими орбітами, на яких його момент кількості
руху дорівнює , де
–
номер орбіти.
2. Перехід
електрона з більш віддаленої на ближчу до ядра нижчу орбіту атома з меншою енергією супроводжується випромінюванням
порції енергії, яка дорівнює різниці енергій електрона на цих орбітах: . Для
зворотного переходу з нижчої орбіти на вищу треба таку ж кількість енергії
затратити.
Теорію Бора не можна було застосувати до багатоелектронних атомів,
оскільки вона враховувала лише корпускулярні властивості електрона, тим часом
як електрон має властивості не тільки матеріальної частинки, а й хвилі.