Понятие о радиоактивности и строении атома. Физический смысл периодического закона

После открытие периодического закона долгое время оставалось непонятным, почему свойства элементов находятся в периодической зависимости от их относительной атомной массы. Была непонятна сама причина периодичности. Необходимо было выяснить физический смысл периодического закона. Это стало возможным после установление строения атома. Длительное время в науке господствовало представление о том, что атомы являются неделимыми частицами. Однако в конце девятнадцатого века было зафиксированы факты, свидетельствующие о сложном строении атома. Особую роль сыграло открытие радиоактивности (самоплавающего распада атомов некоторых элементов).

В 1896 году французский физик А. Беккерель установил, что материалы, содержащие Уран, засвітлюють в темноте фотопластинку, вызывают свечение веществ, способных флуоресціювати. Такое явление самопроизвольного излучения стали называть радиоактивностью. Потом выяснилось, что способность излучать имеет не только уран. Польской химик М. Склодовская-Кюри вместе с французским физиком П. Кюри открыли два новых радиоактивных элемента: Полоний и Радий. Впоследствии английский физик Е. Резерфорд выяснил, что радиоактивное излучение неоднородно и под воздействием электрического поля разделяется на α-, β - и γ-промені. α-частицами являются ядра атомов Гелия, β-частицы являются электронами, γ-частицы - электромагнитными волнами. Изучение радиоактивности подтвердило сложность строения атома.

В 1911 году Е. Резерфорд при проведении опытов с α-частицами выяснил, что в центре атома находится очень маленькая по объему положительно заряженная частица, которую он назвал ядром атома. Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг ядра вращаются электроны, как планеты вокруг солнца.

Экспериментальные факты подтвердили сложность строения атома и показали, что атом состоит из отрицательно заряженных частиц - электронов и положительно заряженного ядра. В 1932 году российские физики Д. Д. Иваненко и Есть. М. Гапон и независимо от них немецкий физик Гейзенберг предложили протонно-нейтронное строение ядра атома. Согласно этой теории атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы имеют общую название - нуклоны. Протон p - это частица с относительной массой примерно равной единице и относительным зарядом +1. Нейтрон n - это электронейтральная частица с относительной массой примерно равной единице. Масса протона практически равна массе нейтрона и в 1836 раз превышает массу электрона. В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Протоны, нейтроны, так же как и электроны, относятся к элементарных частиц.

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Это является физическим содержанием порядкового номера.

Весь положительный заряд ядра создается протонами. Поскольку заряд протона +1, то заряд ядра равен общему числу протонов. Любой атом електронейтральний, то есть число протонов с зарядом +1 всегда равно числу электронов с зарядом -1. Если в ядро атома входит 12 протонов, то заряд такого ядра должна быть равна +12. Для того, чтобы атом был електронейтральною частицей, вокруг ядра имеет вращаться 12 электронов.

Исследования строения атома доказали, что важнейшей характеристикой атома является положительный заряд ядра. Итак химические элементы в периодической таблице расположены по возрастанию зарядов ядер их атомов. Поэтому согласно современным формулировкой периодического закона Д. И. Менделеева свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов. Таким образом, исследования строения атомов создали научную основу периодического закона.