Раздел четвертый. Атомная и ядерная физика

Глава XXII. Строение атома

§ 194. Представление об атомах

Из химии и предыдущих разделов физики мы знаем, что все тела построены из отдельных, очень малых частиц — атомов и молекул. Под атомами понимают мельчайшую частицу химического элемента. Молекулой называют более сложную частицу, состоящую из нескольких атомов. Физические и химические свойства элементов определяются свойствами атомов этих элементов.

Слово «атом» происходит от греческого «атомос» — неделимый. Вплоть до конца ХIХ века было распространено убеждение, что атомы являются простейшими, неделимыми частицами вещества. Однако последующее развитие науки опровергло эту точку зрения. Было установлено, что атомы не являются простейшими частицами, а представляют собой довольно сложные образования. Указание на это дает нам оптика, и, в частности, электромагнитная теория света. Было доказано, что электромагнитные волны, а следовательно, и свет испускаются при ускоренном движении электрических зарядов. Но и атомы вещества способны испускать свет — видимые электромагнитные волны, давая характерное для каждого атома излучение — спектр (см. гл. XX). Отсюда мы должны заключить, что атомы содержат в себе электрические заряды, способные перемещаться. Изучение электропроводности металлов и газов (см. том II. §§86, 91 и 92) показывает, что в состав атомов входят отрицательно заряженные частицы — электроны, масса которых очень мала по сравнению с массой атома. Так как атом в целом нейтрален, то наряду с электронами атомы содержат также и положительно заряженные частицы.

Таким образом, атомы являются сложными частицами, построенными из других, более простых частиц. Составными частями атомов являются электроны и, как мы увидим в гл. XXIV, положительно заряженные частицы — протоны и незаряженные частицы — нейтроны.

Атомы представляют собой весьма прочные системы, неизмеримо более стойкие, чем составленные из атомов молекулы. Действительно, мы можем сравнительно легко разложить молекулу на атомы. Для этой цели достаточно, например, нагреть вещество. Так, нагревая газообразный азот или водород до температуры порядка , мы заставляем значительную часть молекул ( или ) распадаться на соответствующие атомы; при этом надо отметить, что молекулы , и  принадлежат к числу наиболее прочных. Молекула хлористого аммония , например, распадается на аммиак  и хлористый водород  уже при комнатной температуре или небольшом нагревании. Бросая в воду кусочек металлического натрия, мы вызываем химическую реакцию, в результате которой молекула воды  распадается, выделяется газообразный водород  и образуется едкий натр , т. е. происходит радикальное преобразование молекул. С атомами такие преобразования долго не удавались. Весьма сильные воздействия (нагрев, изменение давления, пропускание мощных электрических разрядов и т. д.) приводят лишь к очень незначительным изменениям атомов: они могут ионизоваться: т. е. от них могут отделиться один или несколько электронов.

Хотя ион обладает некоторыми чертами, отличающими его от атома, однако основные свойства атома сохранены в нем; и он крайне легко вновь становится нейтральным атомом, присоединяя к себе обратно потерянные электроны. Длительные усилия алхимиков превратить один атом в другой (в частности, получить золото из «неблагородных» элементов) путем различных химических и физических воздействий на атом остались тщетными.

Лишь сравнительно недавно были открыты явления, в которых атомы претерпевают глубокие изменения, превращаясь в атомы других элементов. С кругом этих явлений мы познакомимся в гл. XXIII и XXIV.