💡 вопрос, страница 36 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Вопросы по тексту. §4. Как устроен атом. Глава 1. От атома до вещества - страница 36.

Как доказать, что атом — не элементарная частица, а в атоме есть ядро?

Как доказать, что атом — не элементарная частица

Долгое время, со времён древнегреческого философа Демокрита, атом считался мельчайшей неделимой частицей вещества. Само слово "атом" (ἄτομος) в переводе с греческого означает "неделимый". Однако в конце XIX — начале XX века был сделан ряд фундаментальных открытий, которые опровергли эту идею и доказали, что атом имеет сложную структуру и состоит из более мелких, субатомных частиц.

Основными доказательствами этого являются следующие явления:

1. Открытие электрона. В 1897 году английский физик Дж. Дж. Томсон в своих экспериментах с катодными лучами обнаружил, что они представляют собой поток отрицательно заряженных частиц. Он измерил отношение их заряда к массе и выяснил, что эти частицы (названные позже электронами) значительно легче любого известного атома. Поскольку электроны можно было получить из атомов различных химических элементов, это стало прямым свидетельством того, что атомы делимы и содержат в себе электроны как составную часть.

2. Явление радиоактивности. Открытое Анри Беккерелем в 1896 году и детально исследованное Пьером и Марией Кюри, это явление заключается в самопроизвольном распаде атомов некоторых элементов. В процессе распада испускаются различные частицы: альфа-частицы (позже идентифицированные как ядра атомов гелия), бета-частицы (электроны) и гамма-кванты (фотоны высокой энергии). Сам факт того, что атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого, испуская при этом другие частицы, неопровержимо доказывает их сложный состав и делимость.

3. Фотоэлектрический эффект. Это явление, при котором под действием света (электромагнитных волн) из вещества выбиваются электроны. Оно также подтверждает, что электроны входят в состав атомов и могут быть из них удалены при сообщении им достаточной энергии.

Ответ: Доказательством того, что атом не является элементарной (т.е. неделимой) частицей, служат экспериментальные факты, демонстрирующие возможность извлечения из него составных частей. Ключевыми являются открытие электрона, который оказался составной частью всех атомов, и явление радиоактивности, при котором атомы самопроизвольно распадаются и превращаются в другие атомы.

Как доказать, что в атоме есть ядро

После открытия электрона стало ясно, что атом содержит как отрицательные заряды (электроны), так и положительные, компенсирующие их (ведь атом в целом электронейтрален). Модель Дж. Дж. Томсона, известная как "пудинг с изюмом", предполагала, что положительный заряд равномерно распределён по всему объёму атома, а электроны вкраплены в него. Эту модель опроверг знаменитый эксперимент по рассеянию альфа-частиц, проведённый в 1909 году Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом под руководством Эрнеста Резерфорда.

Схема эксперимента:

- Узкий пучок положительно заряженных альфа-частиц, испускаемых радиоактивным источником, направлялся на мишень — очень тонкую золотую фольгу.

- За фольгой располагался подвижный экран, покрытый люминесцентным веществом (сульфидом цинка). Каждая вспышка (сцинтилляция) на экране отмечала место попадания альфа-частицы, что позволяло определить угол её отклонения от первоначального направления.

Результаты эксперимента:

- Подавляющее большинство альфа-частиц (более 99,9%) проходило сквозь фольгу, не изменяя своего направления или отклоняясь на очень малые углы.

- Однако небольшое число частиц отклонялось на значительные углы.

- И, что было самым поразительным, примерно одна из 8000 альфа-частиц отбрасывалась назад, в сторону источника (рассеяние на угол более 90°).

Выводы Резерфорда:

Резерфорд пришёл к выводу, что такие результаты несовместимы с моделью Томсона. Если бы положительный заряд был "размазан" по всему атому, его электрическое поле было бы слишком слабым, чтобы так сильно отклонить тяжёлую и быструю альфа-частицу. Отбрасывание частицы назад могло произойти только в результате её взаимодействия с чем-то очень массивным и компактным.

Это привело к созданию планетарной модели атома, согласно которой:

- Практически вся масса (более 99,9%) и весь положительный заряд атома сконцентрированы в очень малом объёме в его центре. Эту центральную часть Резерфорд назвал ядром.

- Размер ядра ($ \sim 10^{-15} $ м) ничтожно мал по сравнению с размером всего атома ($ \sim 10^{-10} $ м). Следовательно, большая часть атома — это пустое пространство.

- Сильное отклонение и отражение альфа-частиц объясняется мощным кулоновским отталкиванием между положительно заряженным ядром и положительно заряженной альфа-частицей, когда она пролетает очень близко к ядру.

Ответ: Существование ядра в атоме было доказано в опытах Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Факт рассеяния малого числа частиц на большие углы показал, что внутри атома есть очень маленькая, массивная и положительно заряженная структура — ядро, в которой сконцентрирована почти вся масса атома.