Модели строения атома

История развития представлений о строении атома — это путь от идеи неделимой частицы до сложной квантово-механической системы. Каждая последующая модель устраняла недостатки предыдущей, опираясь на новые экспериментальные данные. 1. Модель Дальтона (начало XIX века) Джон Дальтон возродил античную идею демокритовского атома.

• Суть: Атом — это мельчайшая, химически неделимая сплошная сфера.
• Особенности: Атомы одного элемента идентичны по массе и свойствам. Химические реакции — это перегруппировка таких сфер.
• Недостаток: Модель не объясняла природу электричества и внутреннюю структуру атома.

2. Модель «Пудинг с изюмом» Томсона (1904 г.) После открытия электрона в 1897 году Джозеф Джон Томсон предложил первую модель сложного строения атома.

• Суть: Атом представляет собой положительно заряженное тело, внутри которого распределены отрицательно заряженные электроны.
• Особенности: Суммарный заряд равен нулю, что делает атом нейтральным.
• Недостаток: Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц полностью опровергли равномерное распределение массы и заряда.

3. Планетарная модель Резерфорда (1911 г.) Основываясь на результатах обстрела золотой фольги альфа-частицами, Эрнест Резерфорд предложил ядерную структуру.

• Суть: В центре атома находится крошечное, массивное положительно заряженное ядро. Электроны вращаются вокруг него по орбитам, подобно планетам вокруг Солнца.
• Особенности: Почти вся масса сосредоточена в ядре, а сам атом на 99,9% состоит из пустоты.
• Недостаток: Согласно классической электродинамике, движущийся с ускорением электрон должен излучать энергию, быстро терять её и упасть на ядро. Модель была нестабильна.

4. Модель Бора (1913 г.) Нилс Бор усовершенствовал модель Резерфорда, введя квантовые постулаты.

• Суть: Электроны могут вращаться вокруг ядра только по строго определенным (стационарным) орбитам, на которых они не излучают энергию.
• Особенности: Переход электрона с одной орбиты на другую сопровождается поглощением или испусканием кванта энергии (фотона). Энергия кванта определяется формулой:
  $E=h\nu =E_n-E_m$ Недостаток: Модель хорошо работала только для атома водорода и не могла объяснить спектры сложных многоэлектронных атомов.

5. Квантово-механическая модель (современная) Сформирована в 1920-х годах благодаря работам Шрёдингера, Гейзенберга и Де Бройля.

• Суть: Отказ от понятия «траектория». Электрон обладает свойствами и частицы, и волны (корпускулярно-волновой дуализм).
• Особенности:
  • Вместо орбит используется понятие орбитали — области пространства, где вероятность нахождения электрона максимальна.
  • Состояние электрона описывается волновой функцией $\psi$, а его нахождение в пространстве подчиняется принципу неопределенности Гейзенберга. Положение электрона описывается четырьмя квантовыми числами (главное, орбитальное, магнитное и спиновое).

Сводная таблица эволюции моделей

Если вам необходимо более подробное описание математического аппарата уравнения Шрёдингера или принципов заполнения электронных оболочек, я могу составить соответствующий обзор.