Версия 08:23, 12 августа 2010

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>> Фізика: Будова атома. Електрон. Йон

З грецької слово «атом» перекладається як неподільний. Проте, відкриття носія негативного електричного заряду – електрона, дозволило Джозефу Томсону висунути модель внутрішньої будови атома. Оскільки відношення заряду до маси позитивної частини атома свідчило про значну перевагу її над масою електрона, Томсон уявляв атом як кулю, радіусом 10^-10 м, на поверхні та всередині якої знаходяться негативно заряджені частки – електрони. Така модель згодом отримала назву «пудинг з родзинками». 

Сукупний заряд електронів компенсував заряд позитивної частини атома. 1911 року, під керівництвом британського дослідника Ернста Резерфорда, було проведено експеримент по зондуванню внутрішньої будови атома. Для цього було використано попередньо відкриті ним позитивно заряджені частки, які отримали назву α-часток. Частки самовільно викидалися речовиною радій і рухалися з найбільшою на той час можливою швидкістю. Направивши такий потік на золоту фольгу, Резерфорд підраховував кількість часток, що відхилялася на різні кути (відео 1).

Рис. 14 Модель атома за Томсоном

За цими даними він зробив висновок, що позитивний заряд не може бути розмитий по всьому об’єму атома, а мусить міститися в центральній його частині. Ця частина за оцінками Резерфорда має розмір 10^-15 м. Вона отримала назву атомне ядро. Для електронів Резерфорд відводить місце на орбітах навколо ядра атома. Атом усередині виявився порожнім! Така модель атома отримала надалі назву планетарної моделі атома. Згодом Резерфорд встановлює існування частки з  найменшим позитивним зарядом – протона. Ця частка виявилася ядром атома найлегшої речовини – гідрогену. 1932 року, британський фізик Джеймс Чедвік відкриває існування в ядрах атомів часток без електричного заряду, маса яких складала 1,67×10^-27 кг,  на долі відсотка перевищуючи масу протона. Ії назвали нейтроном. З відкриттям нейтрона склад атомів було повністю пояснено, хоча внутрішня будова ще тривалий час з’ясовувалася.

Склад атома речовини визначається за її розміщенням у періодичній системі Менделєєва. Кожний елемент у системі має порядковий номер  Z та масове число A. Порядковий номер Z відповідає кількості протонів у атомному ядрі. Кількість електронів буде такою ж, якщо атом у цілому нейтральний. Масове число А вказує загальну кількість протонів та нейтронів. Для прикладу склад атому урану : кількість протонів Z=92, кількість електронів в нейтральному атомі – 92, кількість нейтронів N = 238 – 92 = 146. Питання про розміщення електронів у атомах виявилося набагато складнішим, оскільки на рівні мікросвіту працюють закони квантової фізики, що відрізняються від звичайних уявлень про простір та час. Ділянки в яких можуть перебувати електрони в атомах називають електронними орбіталями.  Взаємодія електронів з атомними ядрами залежить від їхньої орбіталі, що також визначається позицією елемента в періодичній системі Менделєєва. Наслідком цього є те, що в різних атомів взаємодія електронів з ядрами різна!

Рис. 17 Утворення йонів

У разі втрачання або приєднання нейтральним атомом одного, або кількох електронів він перетворюється на заряджену частку з позитивним або негативним зарядом відповідно. Такі атоми називають – позитивні або негативні йони.

На основі цих фактів знаходить пояснення явище електризації тіл та поділ речовин на провідники та ізолятори.

При трибоелектризації ми приводимо у контакт речовини, в атомах яких електрони по різному взаємодіють з ядрами. Існує велика ймовірність захоплення електронів одними атомами у інших. Чим більша площа контакту тим більше атомів приймають участь у цьому процесі.

Провідниками виступають речовини, ядра атомів яких, слабко утримують зовнішні електрони. За рахунок їх звільнення всередині тіла вони можуть рухатися вільно. В ізоляторах спостерігається сильний зв’язок електронів з ядрами. Проте при створенні додаткових умов, які сприяють відокремленню електронів (наприклад, сильному нагріванні) ізолятори перетворюються на провідники.