A T O M I S T I K A
1 5 . Z Á K L A D N É P O Z N A T K Y
15.1.
Vývoj názorov na zloženie
atómu. Predstava, že hmota nie je delitelná
do nekonečna, pochádza už od gréckych filozofov Leukippa a Demokrita
(5. storočie pred n. 1.), ktorí najmenšie dalej už nedeliteľné čiastočky hmoty
nazvali atómami
(
x t o
/
lioct
= nedeliteľný). Všeobecne uznávanou prírodovedec
kou teóriou sa však atómová teória stala až na počiatku 19. storočia, a to
najmä zásluhou M. V. L o m o n o s o v a a J. D a l t o n a . Ukázalo sa totiž, že
rozličné — do toho času nepochopiteľné — vlastnosti hmoty možno pomocou
atómovej teórie prirodzene a presvedčivo vysvetliť aj na základe všeobecných
zákonov mechaniky. Prednosťou atómovej teórie bolo v tom čase najmä to,
že na rozdiel od staršej fyziky nemusela sa opierať o rozličné hypotetické
nevážiteľné kvapaliny, akou bolo napríklad tepelné fluidum, tzv. caloricum,
alebo prisudzovať hmote rozličné snahy, napríklad známy ,,strach pred
prázdnotou“ (horor vacui), pomocou ktorého sa kedysi vysvetľoval účinok
vývev. M. V. Lomonosov, ktorý vo svojom spise „Úvaha o príčine tepla
a chladu“ , uverejnenom r. 1747, na svoju dobu najúplnejšie rozvinul kinetickú
teóriu hmoty, ukázal, že tepelné javy aj snaha plynov zaujať čo najväčší
priestor sú spôsobené pohybom najmenších častíc látok, ktoré Lomonosov
nazval korpuskulárni. Pojem atómu ako najmenšej čiastočky prvku zaviedol
však do prírodovedeckých úvah až J. D a l t on r. 1808, aby mohol jednoducho
vysvetľovať súčasne a čiastočne ním samým objavené stechiometrické zákony
stálych a množných hmotnostných pomerov pri tvorbe chemických zlúčenín.
Dalton si atómy predstavoval ako dalej už nedeliteľné hmotné útvary,
atómy tohože prvku ako „absolútne jednoduché“ a medzi sebou rovnaké,
atómy rôznych prvkov, ako aj látkové rôzne. Avšak s ohľadom na to, že ató
mové hmotnosti hlavne mnohých ľahkých prvkov, medzi nimi aj atómová
hmotnosť vodíka, ktorý zo všetkých prvkov má najmenšiu atómovú hmotnosť,
sú aspoň približne čísla celé, anglický lekár W. P r o u t vyslovil už r. 1815 d o
mnienku, že atómy všetkých ostatných prvkov sú zložené z atómov vodíka.
Domnienka Proutova všeobecne nebola však prijatá hlavne preto, lebo chemic
kými metódami stanovené atómové hmotnosti prvkov ťažších už čísla celé nie
lí). 1. Vývoj názorov
na
zloženie at/'/mu
301
sú. Poznatky získané pri výskume rádioaktivity prirodzenej, javy súvisiace
s rádioaktivitou umelou, najmä však bezprostredný dôkaz existencie izotopov
určením merných nábojov plynných iónov Proutovu domnienku aspoň v pod
state predsa potvrdili.
Podľa toho v prvej polovici 19. storočia sa o atómoch všeobecne predpokla
dalo, že sú to malé pružné gule (o atómoch rôznych prvkov, že sú aj kvalitou
svojej látky rôzne), ktoré v pevných a kvapalných látkach kmitajú okolo
určitých rovnovážnych polôh a v plynoch sa pohybujú priamočiaro. Energia
ich kmitavého alebo postupného pohybu určuje teplotu látky. Pri vzájomných
zrážkach si atómy vymieňajú energiu podľa zákona o zraze pružných gúľ.
Dopadom a odrazom atómov plynov od stien vzniká tlak plynu.
Neskoršie J. J. B e r z e l i u s (1779— 1848) vyslovil domnienku, že tvorba che
mických zlúčenín je podmienená elektrickými silami. Predstavoval si, že atómy
rôznych prvkov sú elektricky polárne a majú dva na vonok nerovnako účinné
elektrické póly. Atómy, pri ktorých prevláda kladný pól (elektropozitívne
atómy) priťahujú k sebe atómy so silnejším záporným pólom (elektronegatívne
atómy), čím vznikajú molekuly. Berzeliove predstavy boli vo svojich hlavných
rysoch potvrdené objavom elektrolytickej disociácie, pri ktorej z molekúl elek
trolytu vznikajú kladné a záporné ióny.
K pojmu iónov ako kladne a záporne nabitých atómov alebo skupín atómov
viedli F a r a d a y o v e zákony o elektrolýze. K ed potom J. W . H i t t o r f r. 1869
objavil katódové lúče, o ktorých na základe pokusov najmä W . C r o o k e s a
(1879), P. L e n a r d a (1894) a J. J. T h o m s o n a (1897) sa neskoršie dokázalo,
že sú to rýchle sa pohybujúce častice so záporným elektrickým nábojom
a s pomerne veľmi malou hmotnosťou, nazývané dnes elektrónmi, bolo už veľmi
prirodzené vysloviť domnienku, že ióny vznikajú z atómov alebo ich skupín
pribratím (anióny) alebo stratou (katióny) elektrónov. Tento výklad, pravda,
správne už predpokladal, že elektricky neutrálny atóm obsahuje kladnú aj
zápornú elektrinu.
Prvá podrobnejšia predstava o zložení atómu, ktorý obsahuje kladnú a zá
pornú elektrinu, pochádza od J. J. T h o m s o n a . Podľa tejto predstavy kladný
elektrický náboj vyplňuje s konštantnou objem ovou hustotou vnútro gule,
ktorá svojou veľkosťou predstavuje celý atóm, a pláva v nej toľko elektrónov,
že atóm je navonok elektricky neutrálny. Medzi nimi a jednotlivými elemen
tárnymi objemami gule pôsobia odpudivé a príťažlivé sily podľa Coulombovho
zákona. K ed atóm obsahuje len jeden elektrón, nachádza sa v jeho strede;
po prípadnom vychýlení z tejto svojej stabilnej polohy vracia sa do nej naspäť
pôsobením síl úmerných výchylke. Keď v atóme je viac elektrónov, ich rovno
vážne polohy sú vo vrcholoch určitého — vzhľadom na stred atómu súmer
ného — geometrického útvaru, na ktoré sú elektróny viazané tiež silami
302
15. Základné poznatky
úmernými prípadným príslušným výchylkám. Preto ak vonkajším pôsobením
nastane v usporiadaní elektrónov nejaká porucha, začnú elektróny kmitať
okolo svojich rovnovážnych polôh, čím vzniká v okolí atómu elektromagne
tické žiarenie, t. j. svetlo s určitou frekvenciou.
Avšak kmitočty vypočítané podla práve opísaného tzv. Thomsonovho modelu
atómu sa nezhodovali s experimentálnymi výsledkami spektrálnej analýzy.
Tomuto statickému modelu atómu odporovali okrem toho aj W i l s o n o v e
pozorovania prechodu rádioaktívneho a-žiarenia cez hmotu. Jeho známe
hmlové fotografie dráh rádioaktívnych a-častíc ukazovali, že a-častice môžu
pri svojom rýchlom pohybe zasiahnuť aj niekoľko tisíc atómov ktoré ionizujú
(t. j. vytrhnú z nich elektrón), pričom sa však ich smer len veľmi málo mení.
Niekedy ale stačí jeden atóm, aby sa smer a-častice značne zmenil.
Na základe týchto aj svojich vlastných pokusov s prechodom a-žiarenia
cez tenké kovové fólie dospel E. R u t h e r f o r d k presvedčeniu, že kladná elek
trina, ako aj prakticky celá hmota atómu sú v ňom sústredené na pomerne
veľmi malý priestor, na tzv. jadro atómu, a že elektróny predstavujúce zá
porný elektrický náboj, ktoré kompenzujú kladný náboj jadra, nie sú v ňom,
ale v jeho okolí. Pravda, aby elektróny nespadli do jadra, musel Rutherford
predpokladať, že obiehajú okolo jadra ako planéty okolo Slnka. Rutherford bol
si však vedomý toho, že ani jeho model atómu nie je bez nedostatkov. Len p o
mocou tohto modelu nebolo možno nijakým spôsobom vysvetliť už dávnejšie
známe zákonitosti v stavbe optických spektier plynov. Okrem toho podľa Max-
wellovej teórie elektromagnetického poľa elektrón obiehajúci okolo jadra atómu
je zdrojom elektromagnetického vlnenia, ktoré odnáša energiu sústavy jadro
a elektrón, v dôsledku čoho elektrón krúžiaci okolo jadra atómu musí sa k nemu
stále približovať, až nakoniec do neho nevyhnutne spadne. Rutherfordov d y
namický model atómu nebol teda tiež v zhode so súčasnou fyzikou.
Tieto nedostatky Rutherfordovho modelu atómu odstránil N i e l s B o hr
r. 1913 vhodným využitím a zovšeobecnením Planckovej kvantovej teórie.
K poznaniu zloženia atómov v posledných rokoch minulého storočia a v tomto
storočí najviac prispeli výskum y v oblasti prirodzenej a umelej rádioaktivity
a umelej transmutácie prvkov. Pri výskume týchto javov, ktoré všetky majú
dnes už aj mimoriadny praktický význam, veľmi významnú úlohu mala
Mendelejevova periodická sústava prvkov, ktorou sa v stručnosti budeme
zaoberať hned na prvom mieste.
15.2.
Periodická Mendelejevova sústava.
Už v prvej polovici 19. storočia,
len co boli objavené a zdokonalené metódy určovania atómových hmotností
prvkov rozborom ich chemických zlúčenín, hľadala sa aj s určitosťou predpo
kladaná súvislosť chemických a fyzikálnych vlastností prvkov s ich atómo-
Dostları ilə paylaş: |