СТРОЕНИЕ АТОМА
Вот каково строение атома по современным представлениям: вокруг крошечного ядра атома, заряженного положительно и обладающего большой массой, движутся лёгкие, отрицательно заряженные электроны. Они не улетают от ядра, так как притягиваются к нему электрическими силами, действующими между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами.
Изучение опытов по рассеянию альфа-частиц в веществе дало возможность определить заряд ядра.
Оказалось, что число положительных зарядов в атомном ядре, равных по величине (но обратных по знаку!) заряду электрона, в точности равно номеру, который имеет атом в таблице Менделеева. А так как атом нейтрален, то значит, и число электронов, вращающихся вокруг ядра, равно номеру атома в таблице Менделеева.
Из опытов по рассеянию альфа-частиц оказалось возможным сделать также заключения и о размерах атомных ядер. Вычисления показали, что диаметры атомных ядер в десятки тысяч раз меньше диаметров атомов.
Если атом увеличить в тысячу миллиардов раз, то при этом его ядро увеличится до размера булавочной головки. Электроны же будут вращаться вокруг него на расстояниях в сто метров и больше.
Таково строение атома, который в течение долгих веков представлялся учёным непроницаемым и неделимым!
Практически вся масса атома сосредоточена в ядре, которое в тысячи раз тяжелее принадлежащих атому электронов.
Как же велика плотность вещества в ядре?
Если бы можно было наполнить один кубический сантиметр ядерным веществом, то вес его составил бы около ста двадцати миллионов тонн! Кубик с ребром в два миллиметра, наполненный ядерным веществом, весил бы столько же, сколько весят сто крейсеров (рис. 13)!
Мы никогда не имеем дела с такими плотностями. Тяжёлая ядерная материя распылена на крохотные ядра, сравнительно очень удалённые друг от друга.
Электроны, вращающиеся вокруг ядра, довольно легко отнять от атома. Это можно сделать множеством способов, например, как было уже сказано раньше, освещая газ ультрафиолетовыми или рентгеновыми лучами, разогревая вещество или пропуская через газ электрический ток.
Всё это не значит, однако, что утверждения учёных прошлых веков об огромной устойчивости атомов и не- превращаемости элементов лишены всякого смысла.
Атом может потерять электрон, но ядро его остаётся неприкосновенным. Пройдёт больше или меньше времени, и лишённый электрона, т. е. положительно заряженный,
Рис. 13. Если бы кубик, изображённый в белом круге (е натуральную величину), был наполнен ядерным веществом, он весил бы столько же, сколько весят сто крейсеров (один миллион тонн). |
Атом притянет какой-либо свободный электрон, присоединит его к себе и снова превратится в обычный нейтральный атом — ведь все электроны в точности одинаковы и замена одного другим никак не скажется на атоме.
Когда атомы вступают в соприкосновение друг с другом, сталкиваясь и разлетаясь или образуя прочные, устойчиво связанные молекулы, изменения в своём движении испытывают только наружные наиболее удалённые от ядра электроны. В строении внутренних электронных оболочек, а тем более ядра, не происходит никаких изменений. Но если химические свойства атомов зависят от наружных электронов, то «хранителем» его химических свойств является ядро — ведь от ядра зависит, сколько электронов будет у атома. А добраться до ядра не так-то просто. Именно поэтому в течение многих веков предшественники химиков — алхимики — не могли решить задачу превращения одних элементов в другие. Только в наше время и не химическими, а физическими способами, после того как было разгадано строение атомов, была решена эта задача. Но об этом мы расскажем ниже. Сейчас же нам предстоит познакомиться подробнее со строением атома.
Итак, «обстрел» атомов дал возможность определить размеры и положение основной массы атома — его ядра. Но важнейшие свойства атома, в особенности его химические свойства, определяются окружающими ядро электронами, или, как принято говорить, электронной оболочкой атома.
Откуда же можно получить более подробные сведения о строении электронной оболочки атома? Как узнать, на каких расстояниях и с какими скоростями движутся электроны вокруг ядра?
Оказывается об этом очень подробно «рассказывает» сам атом. Нужно только научиться понимать его очень красочный «язык», то-есть научиться разбираться в свете, излучаемом атомом. Но для этого нам раньше нужно познакомиться с тем, что такое свет.