Scan0006 4

Teoria Daltona, chociaż okazała się niezupełnie słuszna, wywarła wielki wpływ na rozwój chemii w XIX wieku. Była to bowiem pierwsza teoria, która dała bardziej wnikliwy obraz atomistycznego pojmowania materii.

(G) BUDOWA ATOMU

W wieku XIX zapanował burzliwy rozwój nowych osiągnięć naukowych, które stale doskonaliły poglądy na budowę atomu.

Na podstawie badań wyładowań elektrycznych w wysokiej próżni odkryto elektron, określono jego masę i ładunek. Odkryte zostają pierwiastki promieniotwórcze i trzy rodzaje promieniowania: promienie y. Szczególnie ważne było określenie charakteru tych promieni, a więc stwierdzenie tego, że promienie a są właściwie strumieniem jądet atomowych helu, promienie (1 strumieniem elektronów, a promienie y są falami elektromagnetycznymi, podobnymi do „promieni X”. Zaskakujące było także stwierdzenie, że elektrony można uzyskiwać także z innych źródeł, np. poprzez podgrzewanie metali lub działanie światła na metal (efekt foto-elektryczny).

A.    Rutherford i jego współpracownicy obserwowali rozproszenie cząsteczek a przy przenikaniu przez cienką folię (zastosowano folię złotą). W większości przypadków zaobserwowano odchylenia cząsteczek od pierwotnego kierunku o bardzo niewielki kąt (2—3°). Równocześnie jednak niewielka liczba cząsteczek odchylała się od pierwotnego kierunku o bardzo duży kąt (90—180°). Na podstawie tego rodzaju eksperymentów fizyk angielski E. Rutherford (1871—1837) przedstawił hipotezę struktury atomu. Rutherford porównywał strukturę atomu do systemu planetarnego, w którym jądro odpowiada Słońcu, a elektrony planetom. Według tej teorii atom stanowi system składający się z jądra o ładunku dodatnim, które zawiera prawie całą masę atomu, oraz z elektronów o ładunku ujemnym, poruszających się wokół jądra po torach zamkniętych.

B.    Duński fizyk N. Bohr (1885—1962) wykazał jednak, że teoria ta nie jest zgodna z prawami fizyki klasycznej, ponieważ poruszające się elektrony musiałyby stale wydzielać energię. W wyniku tego coraz bardziej przybliżałyby się one do jądra atomu, aż w końcu spadłyby na nie i tym samym zatrzymałyby się. W celu uniknięcia tych niezgodności Bohr wpro-wiidził tzw. kwantowo-mechaniczny model atomu. W modelu tym wzajemny stosunek jądra atomu i elektronów określa się dzięki temu, że do praw klasycznej mechaniki wprowadzono stałą Plancka h¹. (M. Planck, fizyk niemiecki 1858—1947). Na tej zasadzie mógł Bohr przedstawić swą koncepcję-struktury atomu wodoru. Według niej

1    — elektron w atomie może znajdować się w pewnych określonych

stanach, o określonej energii;

2    — w tym określonym stanie elektron nie traci energii; przechodząc

ze stanu o wyższej energii do stanu o niższej enegrii atom emituje kwant energii, czyli wysyła falę elektromagnetyczną. Przy przejściu ze stanu niższego do wyższego zachodzi absorpcja energii;

3    — elektrony poruszają się wokół jądra po torach kołowych w sta

nach, w których moment pędu elektronów stanowi całkowitą wielokrotność stałej Plancka h.

Na rysunku 1 odpowiednio do tej teorii przedstawiona została budowa powłok elektronowych azotu i tlenu.

Jednak ten model atomu, który w przypadku atomu wodoru był całkowicie zgodny z wynikami eksperymentów², wykazywał wiele braków przy zastosowaniu go do pierwiastków cięższych.

Rys. 1. Budowa atomu; a) azot, b) tlen

a)    b)

9

1

Podstawą teorii kwantowej Plancka (z roku 1900) jest założenie, że energia ciała może zmieniać się jedynie w postaci całkowitych wielokrotności kwantu energetycznego E. Wartość kwantu energetycznego nie jest stała, lecz zmienia się w zależności od częstotliwości drgań (względnie liczby drgań promieniowania na sekundę) promieniowania v:

E—h • v

h —jest to stała Plancka {h—6,626 ■ 40^-34 J-s).

2

Wyjaśnił powstawanie widm emisyjnych wodoru i przewidział nowe serie widm.