В конце XIX в. был сделан ряд открытий, показавших, что атом не является неделимой частицей, а состоит из элементарных частиц. Электрон был первой из обнаруженных элементарных частиц. В 1874 г. Дж.Дж. Стоней предположил, что электрический ток представляет собой поток отрицательно заряженных частиц, названных им в 1891 г. электронами. Однако приоритет открытия признается за Дж.Дж. Томсоном, который определил удельный заряд и относительную массу электрона. Он также установил, что отношение e/m остается неизменным. На этом основании Томсон заключил, что атомы всех элементов содержат электроны.
Электрон (от греч. ηλεκτρον – янтарь (хорошо электризуется при трении)) – стабильная элементарная частица, имеющая массу покоя, равную 9,109·10-31 кг = 5,486·10-4 а.е.м., и несущая элементарный отрицательный заряд, равный 1,6·10-19 Кл.
Заряд электрона принят за -1, заряды остальных частиц выражают в зарядах электрона.
Вторым по очередности был открыт протон в 1886 г. Гольдштейном. Существование нейтрона предсказано Резерфордом в 1920 г., а экспериментально он был обнаружен в 1932 г. Чедвигом.
Протон (от греч. πρωτοσ – первый) – элементарная частица, являющаяся составной частью ядер атомов всех химических элементов, обладает массой покоя, равной 1,672·10-27 кг = 1,007 а.е.м., и элементарным положительным электрическим зарядом, равным по величине заряду электрона, т.е. 1,6·10-19 Кл.
Число протонов в ядре определяет порядковый номер химического элемента.
Нейтрон (от лат. neutrum – ни то, ни другое) – электрически нейтральная элементарная частица с массой покоя, несколько превышающей массу покоя протона, равной 1,675·10-27 кг = 1,009 а.е.м.
Наряду с протоном входит в состав всех атомных ядер (кроме ядра изотопа водорода 1Н).
В 1896 г. Анри Беккерель, работая с соединениями урана, открыл явление радиоактивности. При этом он обнаружил, что превращения сопровождаются испусканием невидимых глазом излучений.
Радиоактивность – самопроизвольный распад атомов одного элемента и превращение их в атомы другого химического элемента.
Несколько позже Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри обнаружили, что невидимое излучение испускают не только соединения урана, но и другие вещества. В 1899 г. Резерфорд показал, что радиоактивные элементы испускают два вида излучений, которые он назвал α- и β-лучи. Затем было установлено, что радиоактивные вещества могут излучать и γ-лучи.
α-лучи (α-излучение) – представляют собой поток ядер атомов гелия, имеют массу 4 а.е.м. и электрический заряд +2.
β-лучи (β-излучение) – поток электронов.
Открытие частиц, из которых состоит атом, и явления радиоактивности доказало сложность строения атома. Атом – частица электронейтральная, поэтому отрицательный заряд электронов должен компенсироваться положительным зарядом. В науке возникла проблема строения атома, которая является актуальной до сих пор.
γ-лучи – электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны.