Д.Д. Томсон: Кн. для учащихся - Кудрявцев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Для TPex электронов устойчивое равновесие достигается, когда они располагаются в вершинах равностороннего треугольника со сторонами, равными радиусу сферы, и с общим со сферой центром.
Для четырех электронов устойчивое равновесйе возможно, если они быстро вращаются. При отсутствии вращения устойчивое равновесие возникает, если электроны располагаются в вершинах правильного тетраэдра, центр которого совпадает с центром сферы.
«Задача о расположении внутри шара п корпускул,— пи-
64 шет Томсон,— в таком общем виде весьма сложна, и мне не удалось разрешить ее; мы можем, однако, решить задачу в том частном случае, когда корпускулы лежат в одной плоскости, проходящей через центр шара; из решения этой частной задачи мы можем вывести некоторые заключения о свойствах группировок, имеющие более общий характер».
Томсон нашел, что при числе электронов больше 5 равновесие системы не будет устойчивым. Устойчивость в таком случае достигается при расположении электронов по кольцам.
Свой аналитический вывод расположения электронов в атоме Томсон проверил экспериментально с помощью метода, разработанного в 1879 г. американским физиком А. Н. Май-ером для других целей. Сущность его заключалась в следующем. В пробковые диски воткнуты одинаково намагниченные иголки. Пробки плавают в воде, над поверхностью которой помещен магнит, обращенный противоположным полюсом к полюсам иголок.
Иголки у Томсона выполняли роль корпускул, а магнит — роль заряженной сферы. Пуская поочередно пробки с иглами в воду, можно видеть, что три иглы располагаются в вершинах равностороннего треугольника, четыре — в вершинах квадрата, пять — в вершинах пятиугольника. Если пустить шесть игл, то пять располагаются в вершинах пятиугольника, а шестая игла будет уже располагаться в центре. Если пустить ceivtb игл, то шесть из них расположатся в одном кольце, а седьмая — в его центре.
Этот метод плавающих магнитов наглядно представлял размещение электронов в атоме и подтвердил аналитические расчеты Томсона. На возможность другой проверки расчетов Томсона указали опыты другого американского физика — Роберта Вуда (1868—1955). В его опытах вместо магнитных иголок использовались железные шарики, которые плавали в ртути и намагничивались благодаря индукционному действию большого магнита, помещенного между ними. Шарики отталкивались друг от друга и притягивались к внешнему MarHHty. При уравновешивании сил шары располагались так же, как иголки Майера.
Томсон применяет свою теорию к объяснению происхождения линейчатого спектра.
Его модель атома позволяла объяснять и химические закономерности элементов. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева вещества расположены в порядке возрастания атомных масс в несколько рядов, причем элементы, обладающие аналогичными свойствами, образуют вертикальные столбцы. Понятие кимического элемента сводится к понятию об атоме. Поэтому теория строения атома должна объяснять закономерности в химических свойствах элемен-
65 тов. Размещение электронов по кольцам в модели Томсона обнаруживало сходство с вертикальными столбцами таблицы.
Известный русский химик Лев Александрович Чугаев (1873 —1922) писал: «Атомы модели Томсона в их взаимоотношении действительно представляют многие черты, характеризующие периодическую систему. Правда, мы не находим еще здесь полного подобия между действительностью и ее теоретическим воспроизведением, но это не удивительно, так как Томсон простоты ради должен был сузить свою задачу, искусственно свести расположение электронов к одной плоскости...»
При объяснении периодической системы Томсон предположил, что атомная масса элементов пропорциональна числу электронов. И для него было очень важно определить действительное число электронов в атоме. В книге «Корпускулярная теория вещества» Томсон рассматривает три метода определения этого числа. Первый метод основан на рассеянии рентгеновских лучей веществом. Отсюда он определил, что число электронов в атоме равнялось атомному весу.
Второй метод Томсона определения числа электронов в атоме основывался на исследовании поглощения катодных лучей веществом. Томсон связал коэффициент поглощения катодных лучей с числом электронов в атоме поглощающего вещества. И в этом случае он пришел к заключению, что число электронов в атоме равно атомному весу. ч
Третий метод Томсона определения числа электронов основывался на изучении дисперсии света при прохождении через одноатомный газ. И снова рассуждения Томсона привели к заключению, что число электронов в атоме примерно того же порядка, что и атомный вес.
Таким образом, в отличие от своих предшественников, которые предлагали модели атома, не основываясь на реальных фактах, Томсон строго обосновывал свою модель атома. Во-первых, он доказал, что в состав всех атомов входят маленькие отрицательно заряженные частицы — электроны. Во-вторых, он показал, как размещаются электроны по кольцам в атоме, что подтвердилось опытами Майера и Вуда. В-третьих, он обосновывал число электронов в атоме.
