Темы докладов, страница 22 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Строение вещества. Параграф 6. Молекулы и атомы. Вопросы - страница 22.

Условие.

Решение.

Решение

История представлений о строении вещества и открытие атома — это долгий путь от философских догадок до строгой научной теории, подтвержденной экспериментально. Этот путь можно разделить на несколько ключевых этапов.

1. Античные представления

Первые идеи о том, что вся материя состоит из мельчайших неделимых частиц, были высказаны в Древней Греции в V веке до н.э. философами Левкиппом и его учеником Демокритом. Они назвали эти частицы «атомами» (от др.-греч. ἄτομος — неделимый). По их мнению, атомы вечны, неизменны, находятся в постоянном движении и отличаются друг от друга формой, размером и положением. Эта концепция была чисто умозрительной и не имела экспериментального подтверждения, оставаясь философской гипотезой на протяжении многих веков.

2. Атомная теория Дальтона (начало XIX века)

Научное возрождение атомной теории связано с именем английского ученого Джона Дальтона. В 1808 году, обобщив известные к тому времени законы сохранения массы, постоянства состава и кратных отношений, он сформулировал первую научную атомную теорию. Ее ключевые идеи заключались в том, что все вещества состоят из атомов, которые являются неделимыми и неразрушимыми частицами. Согласно Дальтону, атомы одного элемента идентичны, а атомы разных элементов отличаются по массе и свойствам, а химические реакции представляют собой лишь их перегруппировку. Модель Дальтона представляла атом как крошечный твердый шар, что стало огромным шагом вперед, поскольку теория основывалась на количественных экспериментальных данных.

3. Открытие электрона и модель Томсона (1897 г.)

Следующий прорыв произошел в конце XIX века. В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон, изучая катодные лучи, экспериментально доказал существование отрицательно заряженных частиц, масса которых была почти в 2000 раз меньше массы самого легкого атома — водорода. Эти частицы получили название «электроны». Это открытие разрушило представление о неделимости атома. Томсон предложил первую модель строения атома, известную как «пудинг с изюмом» (или «кекс с изюмом»). Согласно этой модели, атом представляет собой положительно заряженную сферу, внутри которой равномерно распределены отрицательно заряженные электроны, подобно изюминкам в кексе. В целом атом электронейтрален.

4. Планетарная модель Резерфорда (1911 г.)

Модель Томсона была опровергнута в 1911 году Эрнестом Резерфордом и его коллегами Гейгером и Марсденом. В своих знаменитых опытах по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге они обнаружили, что, хотя большинство частиц пролетало сквозь фольгу практически без отклонения, некоторые из них отклонялись на очень большие углы. Резерфорд сделал вывод, что почти вся масса и весь положительный заряд атома сосредоточены в очень малом объеме в его центре — ядре, а вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются электроны. Эта модель получила название «планетарной». Однако она имела серьезный недостаток: согласно законам классической электродинамики, вращающийся электрон должен был бы непрерывно терять энергию и в конечном итоге упасть на ядро.

5. Модель атома Бора (1913 г.)

Противоречия планетарной модели разрешил датский физик Нильс Бор в 1913 году, объединив модель Резерфорда с квантовыми идеями. Он сформулировал свои знаменитые постулаты: во-первых, электроны в атоме могут двигаться только по определенным, «стационарным» орбитам, не излучая при этом энергию. Во-вторых, излучение или поглощение энергии происходит только при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. Энергия излучённого или поглощённого фотона равна разности энергий этих орбит: $E_{фотона} = h\nu = E_n - E_m$. Модель Бора блестяще объяснила линейчатые спектры атома водорода, но оказалась неприменимой для более сложных атомов.

6. Квантово-механическая модель (1920-е гг. и далее)

Окончательное формирование современных представлений об атоме произошло с развитием квантовой механики. В 1924 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу о том, что не только свет, но и частицы материи, включая электроны, обладают двойственной природой (корпускулярно-волновой дуализм). В 1926 году Эрвин Шрёдингер предложил фундаментальное уравнение, описывающее поведение электрона в атоме как волны. Решение этого уравнения (волновая функция) позволяет определить не точную траекторию электрона, а лишь вероятность его нахождения в той или иной области пространства вокруг ядра. Эта область называется атомной орбиталью. Вернер Гейзенберг в 1927 году сформулировал принцип неопределенности, согласно которому невозможно одновременно с абсолютной точностью измерить и координату, и импульс частицы. Таким образом, от классического понятия «орбиты» пришлось отказаться в пользу вероятностного «электронного облака».

7. Открытие протона и нейтрона

Параллельно шло изучение строения атомного ядра. В 1919 году Резерфорд открыл протон — положительно заряженную частицу, являющуюся ядром атома водорода. В 1932 году ученик Резерфорда Джеймс Чедвик экспериментально обнаружил нейтрон — нейтральную частицу с массой, близкой к массе протона. Это позволило создать протонно-нейтронную модель ядра (предложенную Дмитрием Иваненко и Вернером Гейзенбергом), которая объяснила существование изотопов — разновидностей атомов одного и того же элемента, отличающихся массой из-за разного числа нейтронов в ядре.

Ответ: История открытия атома прошла путь от философской концепции неделимой частицы (Демокрит) до сложной квантово-механической модели. Ключевыми этапами стали: создание первой научной теории атома как твердого шара (Дальтон), открытие электрона и «пудинговая» модель (Томсон), открытие ядра и планетарная модель (Резерфорд), введение квантовых постулатов и модель стационарных орбит (Бор), и, наконец, современная квантово-механическая модель. Согласно этой модели, атом состоит из положительно заряженного ядра (включающего протоны и нейтроны), вокруг которого находится вероятностное «облако» отрицательно заряженных электронов, чье поведение описывается законами квантовой механики.