Как делили «неделимого»

691
0

Слово «атом», как известно, происходит от греческого слова «неделимый»: веками атомы считались мельчайшими, наименьшими, неразложимыми частицами материи. И действительно, безуспешные попытки химиков XVII–XIX веков разделить атомы на составные части, казалось, доказывали это. Но тут в дело вмешались физики.

В 1860-х обнаружилось, что из подключенного к электрической сети катоду исходят лучи, а в 1890-х выяснилось, что это поток легких отрицательно заряженных частиц (сегодня их называют электронами). В те же годы супруги Кюри открыли радиоактивность, а Резерфорд разделил его на альфа–, бета– и гамма-излучение.

После их открытий как из рога изобилия посыпались новые изотопы, масса которых в ту или иную сторону отличалась от давно установленных масс «обычных» элементов. Некоторые химики еще какое-то время пытались втиснуть их в Периодическую таблицу. Однако большинству ученых стало ясно, что проблема не в элементах, а в представлении об атоме.

Вместо неделимого шарика он оказался сложной системой с пока неясной внутренней структурой — но какой? Похож атом на шарик или на бублик? А может, на облако?… Прежде чем наука пришла к современным представлению о строении атома, физикам пришлось рассмотреть (и во многом отбросить) более простые модели.

Модель Демокрита (около 400 года до н. э.)

«Атом» каждого вещества представляет собой что-то вроде крошечной копии этого вещества. Например, «атом» острого перца — штука с колючими углами, зато атом сладкого меда — круглый и приятный.

Модель Джона Дальтона (около 1802 года)

Каждый атом — крошечная, неделимая и неуничтожимая сфера; у любого элемента он имеет свои уникальные размеры и свойства (последнее в целом верно и в рамках современных представлений).

Модель Уильяма Томсона, лорда Кельвина (1867 год)

Атомы имеют форму кольца и удерживают структуру за счет вихревого движения, как кольца дыма. Сплетаясь в сложные узлы и узоры, они получают соответствующие свойства.

Модель Джозефа Томсона (1897 год)

Атом похож на булку с изюмом: положительно заряженный сгусток материи, «хлеба», внутри которого распределены отрицательные электроны.

Модель Филиппа фон Ленарда (1903 год)

Атом — это пустота, в которой концентрируются подвижные частицы–«динамиды». Каждая из них, как магнит два полюса полюса, несет по сторонам разные заряды — положительный и отрицательный.

Модель Хантаро Нагаоки (1904 год)

Атом похож на планету Сатурн: массивное, положительно заряженное ядро в центре окружено кольцом из движущихся вокруг него быстрых электронов.

Модель Эрнеста Резерфорда (1911 год)

Атом — как Солнечная система, с положительно заряженным, крошечным, но тяжелым ядром, вокруг которого по орбитам движутся «планеты» электронов. Эта модель куда лучше объясняла многие эксперименты, но не отвечала на вопрос, почему атомы способны существовать, а их электроны не падают на ядро.

Модель Бора (1913 год)

Усовершенствованная планетарная модель Резерфорда, электроны в которой движутся не по любым, а лишь по разрешенным, стационарным орбитам, переходя с одной на другую «скачками», при получении или потере порции (кванта) энергии. Это объяснило и устойчивость атома, и данные спектроскопических экспериментов.

Квантово-механическая модель (1920–1930)

Современное представление о строении атома, с компактным, тяжелым, положительно заряженным ядром из протонов и нейтронов, которое окружено отрицательными электронами. При этом они движутся вокруг ядра «размазанными» практически по всему объему атома, заполняя энергетически разрешенные орбитали.