Dom > Abrazivna sredstva

Izrada planetarnog modela atoma. Školska enciklopedija

Ideja da su atomi najmanje čestice materije prva se pojavila tijekom Drevna grčka. Međutim, tek krajem 18. stoljeća, zahvaljujući radu znanstvenika kao što su A. Lavoisier, M. V. Lomonosov i neki drugi, dokazano je da atomi stvarno postoje. Međutim, tada se nitko nije pitao kakva je njihova unutarnja struktura. Znanstvenici su atome još uvijek smatrali nedjeljivim "ciglama" koje čine svu materiju.

Pokušaji objašnjenja strukture atoma

Tko je predložio nuklearni model prije svih znanstvenika? Prvi pokušaj stvaranja modela ovih čestica pripadao je J. Thomsonu. Međutim, ne može se nazvati uspješnim u punom smislu riječi. Uostalom, Thomson je vjerovao da je atom sferni i električno neutralan sustav. Istodobno, znanstvenik je pretpostavio da je pozitivni naboj ravnomjerno raspoređen po volumenu ove lopte, a unutar nje se nalazi negativno nabijena jezgra. Svi pokušaji znanstvenika da objasni unutarnju strukturu atoma bili su neuspješni. Ernest Rutherford je taj koji je predložio nuklearni model strukture atoma nekoliko godina nakon što je Thomson iznio svoju teoriju.

Povijest istraživanja

Uz pomoć proučavanja elektrolize 1833. godine, Faraday je uspio ustanoviti da je struja u otopini elektrolita tok nabijenih čestica, odnosno iona. Na temelju tih studija uspio je odrediti minimalni naboj iona. Također je važnu ulogu u razvoju ovog smjera u fizici odigrao domaći kemičar D. I. Mendeleev. On je prvi u znanstvenim krugovima postavio pitanje da svi atomi mogu imati istu prirodu. Vidimo da su prije nego što je prvi put predložen Rutherfordov nuklearni model strukture atoma, razni znanstvenici proveli veliki broj ništa manje važni eksperimenti. Oni su unaprijedili atomističku teoriju strukture materije.

Prva iskustva

Rutherford je uistinu briljantan znanstvenik, jer su njegova otkrića preokrenula ideju o strukturi materije. Godine 1911. uspio je postaviti eksperiment s kojim su istraživači mogli pogledati u tajanstvene dubine atoma, kako bi dobili ideju o tome kakva je njegova unutarnja struktura. Prve pokuse znanstvenik je proveo uz potporu drugih istraživača, ali je glavna uloga u otkriću ipak pripala Rutherfordu.

Eksperiment

Koristeći prirodne izvore radioaktivnog zračenja, Rutherford je uspio napraviti top koji je emitirao mlaz alfa čestica. Bila je to kutija od olova, unutar koje je bila radioaktivna tvar. Top je imao prorez kroz koji su sve alfa čestice udarale u olovni zaslon. Mogli su izletjeti samo kroz prorez. Još nekoliko paravana stajalo je na putu ovom snopu radioaktivnih čestica.

Odvojili su čestice koje su odstupile od prethodno zadanog smjera. Strogo fokusiran pogodak pogodio je metu, a kao metu je iskoristio Rutherford tanki list od zlatne folije. Nakon što su čestice udarile u ovu ploču, nastavile su svoje kretanje i na kraju pogodile fluorescentni zaslon, koji je postavljen iza ove mete. Kada alfa čestice udare u ovaj ekran, zabilježeni su bljeskovi po kojima je znanstvenik mogao procijeniti koliko čestica odstupa od izvornog smjera kada se sudare s folijom i kolika je veličina tog odstupanja.

Razlike u odnosu na prijašnja iskustva

Školarci i studenti koje zanimaju oni koji su predložili nuklearni model strukture atoma trebali bi znati da su slični eksperimenti provedeni u fizici prije Rutherforda. Ih glavna ideja bio prikupiti što više informacija o strukturi atoma iz odstupanja čestica od izvorne putanje. Sve te studije dovele su do nakupljanja određene količine informacija u znanosti, potaknule na razmišljanje o unutarnja struktura najmanjih čestica.

Već početkom 20. stoljeća znanstvenici su znali da atom sadrži elektrone koji imaju negativan naboj. No među većinom istraživača prevladavalo je mišljenje da je atom iznutra više poput mreže ispunjene negativno nabijenim česticama. Takvi eksperimenti omogućili su dobivanje puno informacija – na primjer, određivanje geometrijskih dimenzija atoma.

genijalno pogađanje

Rutherford je primijetio da nitko od njegovih prethodnika nikada nije pokušao utvrditi mogu li alfa čestice odstupiti pod vrlo velikim kutovima od svoje putanje. Stari model, koji se među znanstvenicima ponekad naziva "puding od grožđica" (jer su prema ovom modelu elektroni u atomu raspoređeni poput grožđica u pudingu), jednostavno nije dopuštao postojanje gustih strukturnih komponenti unutar atoma. Nitko se od znanstvenika nije ni potrudio razmotriti ovu opciju. Istraživač je zamolio svog studenta da preopremi instalaciju na način da se bilježe i velika odstupanja čestica od putanje – samo kako bi se takva mogućnost isključila. Zamislite iznenađenje i znanstvenika i njegovog učenika kada se pokazalo da se neke čestice razlijeću pod kutom od 180 o.

Što je unutar atoma?

Saznali smo tko je predložio nuklearni model strukture atoma i kakvo je iskustvo ovog znanstvenika. U to je vrijeme Rutherfordov eksperiment bio pravi proboj. Bio je prisiljen zaključiti da je unutar atoma većina mase zatvorena u vrlo gustu tvar. Shema nuklearni model Struktura atoma je krajnje jednostavna: unutra je pozitivno nabijena jezgra.

Druge čestice, zvane elektroni, kruže oko ove jezgre. Ostatak je nekoliko redova veličine manje gustoće. Raspored elektrona unutar atoma nije kaotičan – čestice su poredane po rastućoj energiji. Istraživač je unutarnje dijelove atoma nazvao jezgrama. Nazivi koje je znanstvenik uveo još uvijek se koriste u znanosti.

Kako se pripremiti za nastavu?

Oni školarci koje zanimaju oni koji su predložili nuklearni model strukture atoma mogu pokazati dodatna znanja na satu. Na primjer, možete reći kako je Rutherford, dugo nakon svojih eksperimenata, volio dati analogiju za svoje otkriće. Južnoafrička zemlja krijumčari se oružjem za pobunjenike, koje je zatvoreno u balama pamuka. Kako carinici mogu točno utvrditi gdje su opasne zalihe ako je cijeli vlak pun ovih bala? Carinik može početi pucati na bale, a gdje će meci odbiti, a tu je i oružje. Rutherford je naglasio da je tako došlo do njegovog otkrića.

Učenicima koji se na satu pripremaju odgovoriti na ovu temu preporučljivo je pripremiti odgovore na sljedeća pitanja:

1. Tko je predložio nuklearni model strukture atoma?

2. Što je bilo značenje pokusa?

3. Razlika nuklearnog modela od ostalih modela.

Značaj Rutherfordove teorije

Radikalni zaključci koje je Rutherford izveo iz svojih eksperimenata natjerali su mnoge njegove suvremenike da posumnjaju u valjanost ovog modela. Ni sam Rutherford nije bio iznimka – rezultate svojih istraživanja objavio je tek dvije godine nakon otkrića. Uzimajući kao osnovu klasične ideje o tome kako se mikročestice kreću, predložio je nuklearni planetarni model strukture atoma. Općenito, atom ima neutralan naboj. Elektroni se kreću oko jezgre, baš kao što se planeti okreću oko Sunca. Ovo kretanje nastaje zbog Coulombovih sila. Trenutno je Rutherfordov model doživio značajnu doradu, ali otkriće znanstvenika ne gubi svoju važnost danas.

Planetarni model atoma

Planetarni model atoma: jezgra (crveno) i elektroni (zeleno)

Planetarni model atoma, ili Rutherfordov model, - povijesni model strukturu atoma, koju je predložio Ernest Rutherford kao rezultat eksperimenta s raspršivanjem alfa čestica. Prema ovom modelu, atom se sastoji od male pozitivno nabijene jezgre, u kojoj je koncentrirana gotovo cijela masa atoma, oko koje se kreću elektroni, baš kao što se planeti kreću oko Sunca. Planetarni model atoma odgovara suvremenim idejama o strukturi atoma, uzimajući u obzir činjenicu da je kretanje elektrona kvantne prirode i nije opisano zakonima klasične mehanike. Povijesno gledano, Rutherfordov planetarni model naslijedio je "model pudinga od šljiva" Josepha Johna Thomsona koji postulira da su negativno nabijeni elektroni smješteni unutar pozitivno nabijenog atoma.

Rutherford je 1911. predložio novi model strukture atoma kao zaključak iz eksperimenta raspršenja alfa čestica na zlatnoj foliji, provedenog pod njegovim vodstvom. Tijekom ovog raspršenja neočekivano veliki broj alfa čestica bio je raspršen pod velikim kutovima, što je ukazivalo da centar raspršenja ima mala veličina a sadrži značajan električno punjenje. Rutherfordovi izračuni pokazali su da centar raspršenja, pozitivno ili negativno nabijen, mora biti najmanje 3000 puta manja veličina atom, koji je tada već bio poznat i procijenjen na oko 10 -10 m. Budući da su tada već bili poznati elektroni, te određena njihova masa i naboj, središte raspršenja, koje je kasnije nazvano jezgrom, mora imaju suprotan naboj od elektrona. Rutherford nije povezao količinu naboja s atomskim brojem. Ovaj zaključak donesen je kasnije. I sam Rutherford je sugerirao da je naboj proporcionalan atomskoj masi.

hendikep planetarni model bila njegova nekompatibilnost sa zakonima klasične fizike. Ako se elektroni gibaju oko jezgre poput planeta oko Sunca, tada je njihovo kretanje ubrzano, pa su prema zakonima klasične elektrodinamike trebali zračiti Elektromagnetski valovi, gube energiju i padaju na jezgru. Sljedeći korak u razvoju planetarnog modela bio je Bohrov model, koji je postulirao druge, različite od klasičnih, zakone gibanja elektrona. U potpunosti proturječja elektrodinamike mogla je riješiti kvantna mehanika.


Zaklada Wikimedia. 2010 .

Pogledajte što je "Planetarni model atoma" u drugim rječnicima:

    planetarni model atoma- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. model planetarnog atoma vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. planetarni model atoma, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas

    Bohrov model atoma sličnog vodiku (Z je naboj jezgre), gdje je negativno nabijeni elektron zatvoren u atomska ljuska, koji okružuje malu, pozitivno nabijenu atomsku jezgru ... Wikipedia

    Model (franc. modèle, talijanski modello, od lat. modulus mjera, mjera, uzorak, norma), 1) uzorak koji služi kao standard (standard) za serijsku ili masovnu reprodukciju (M. automobila, M. odjeće itd.). .). ), kao i vrstu, marku bilo kojeg ... ...

    I Model (Model) Walter (24. siječnja 1891., Gentin, Istočna Pruska, 21. travnja 1945., blizu Duisburga), nacistički njemački general feldmaršal (1944.). U vojsci od 1909., sudjelovao u 1. svjetskom ratu 1914. 18. Od studenog 1940. zapovijedao je 3. tenkom ... ... Velika sovjetska enciklopedija

    STRUKTURA ATOMA- (vidi) izgrađen od elementarne čestice tri vrste (vidi), (vidi) i (vidi), tvoreći stabilan sustav. Proton i neutron su dio atoma (vidi), elektroni tvore elektronsku ljusku. U jezgri djeluju sile (vidi), zahvaljujući kojima ... ... Velika politehnička enciklopedija

    Ovaj izraz ima druga značenja, vidi Atom (značenja). Atom helija Atom (iz drugog grčkog ... Wikipedia

    - (1871. 1937.), engleski fizičar, jedan od tvoraca teorije radioaktivnosti i strukture atoma, utemeljitelj znanstvena škola, inozemni dopisni član Ruske akademije znanosti (1922.) i počasni član Akademije znanosti SSSR-a (1925.). Rođen na Novom Zelandu, nakon diplomiranja na ... ... enciklopedijski rječnik

    Atom helija Atom (starogrčki ἄτομος nedjeljiv) najmanji dio kemijski element, koji je nositelj njegovih svojstava. Atom se sastoji od atomska jezgra i okolni elektronski oblak. Jezgra atoma sastoji se od pozitivno nabijenih protona i ... ... Wikipedia

    Atom helija Atom (još jedan grčki ἄτομος nedjeljiv) je najmanji dio kemijskog elementa, koji je nositelj njegovih svojstava. Atom se sastoji od atomske jezgre i elektronskog oblaka koji ga okružuje. Jezgra atoma sastoji se od pozitivno nabijenih protona i ... ... Wikipedia

knjige

Prve informacije o kompleksu struktura atoma dobiveni su u proučavanju procesa prolaska električna struja kroz tekućine. Tridesetih godina XIX stoljeća. eksperimente izvanredan fizičar M. Faraday je naveden na ideju da električna energija postoji u obliku zasebnih jediničnih naboja.

Otkriće spontanog raspada atoma nekih elemenata, zvanog radioaktivnost, bio je izravan dokaz složenosti strukture atoma. Godine 1902. engleski znanstvenici Ernest Rutherford i Frederick Soddy dokazali su da se tijekom radioaktivnog raspada atom urana pretvara u dva atoma – atom torija i atom helija. To je značilo da atomi nisu nepromjenjive, neuništive čestice.

Rutherfordov model atoma

Istražujući prolazak uskog snopa alfa čestica kroz tanke slojeve materije, Rutherford je otkrio da većina alfa čestica prolazi kroz metalnu foliju koja se sastoji od mnogo tisuća slojeva atoma bez odstupanja od izvornog smjera, bez raspršenja, kao da postoji nema prepreka na njihovom putu, nema prepreka. Međutim, neke su se čestice skretale pod velikim kutovima, nakon što su iskusile djelovanje velikih sila.

Na temelju rezultata eksperimenata za promatranje raspršenja alfa čestica u tvari Rutherford je predložio planetarni model strukture atoma. Prema ovom modelu struktura atoma je slična strukturi Sunčevog sustava. U središtu svakog atoma je pozitivno nabijena jezgra polumjera ≈ 10 -10 m, poput planeta, kruže negativno nabijenih elektrona. Gotovo sva masa koncentrirana je u atomskoj jezgri. Alfa čestice mogu proći kroz tisuće slojeva atoma bez raspršivanja, budući da je većina prostora unutar atoma prazan, a sudari s lakim elektronima nemaju gotovo nikakav utjecaj na gibanje teške alfa čestice. Do raspršivanja alfa čestica dolazi u sudarima s atomskim jezgrama.

Rutherfordov model atoma nije uspio objasniti sva svojstva atoma.

Prema zakonima klasične fizike, atom koji se sastoji od pozitivno nabijene jezgre i elektrona u kružnim orbitama mora zračiti elektromagnetske valove. Zračenje elektromagnetskih valova trebalo bi dovesti do smanjenja potencijalne energije u sustavu jezgra-elektron, do postupnog smanjenja radijusa elektronske orbite i pada elektrona na jezgru. Međutim, atomi obično ne emitiraju elektromagnetske valove, elektroni ne padaju na atomske jezgre, odnosno atomi su stabilni.

Kvantni postulati N. Bohra

Objasniti stabilnost atoma Niels Bohr predložio napuštanje uobičajenih klasičnih ideja i zakona pri objašnjavanju svojstava atoma.

Osnovna svojstva atoma dobivaju dosljedno kvalitativno objašnjenje na temelju usvajanja kvantni postulati N. Bohra.

1. Elektron se okreće oko jezgre samo po strogo određenim (stacionarnim) kružnim orbitama.

2. Atomski sustav može biti samo u određenim stacionarnim ili kvantnim stanjima, od kojih svako odgovara određenoj energiji E. Atom ne zrači energiju u stacionarnim stanjima.

Stacionarno stanje atoma s minimalne zalihe energija se zove glavno stanje, sva ostala stanja se nazivaju pobuđena (kvantna) stanja. U osnovnom stanju atom može biti beskonačno dug, životni vijek atoma u pobuđenom stanju traje 10 -9 -10 -7 sekundi.

3. Emisija ili apsorpcija energije događa se samo kada atom prijeđe iz jednog stacionarnog stanja u drugo. kvantna energija elektromagnetska radijacija pri prijelazu iz stacionarnog stanja s energijom E m u stanje energije E n jednaka je razlici između energija atoma u dva kvantna stanja:

∆E = E m – E n = hv,

gdje v je frekvencija zračenja, h\u003d 2ph \u003d 6,62 ∙ 10 -34 J ∙ s.

Kvantni model strukture atoma

U budućnosti su se neke odredbe teorije N. Bohra dopunjavale i ponovno promišljale. Najznačajnija promjena bilo je uvođenje koncepta elektronskog oblaka, koji je zamijenio koncept elektrona samo kao čestice. Kasnije je Bohrovu teoriju zamijenila kvantna teorija, koja uzima u obzir valna svojstva elektrona i drugih elementarnih čestica koje tvore atom.

osnovu moderna teorija struktura atoma je planetarni model, dopunjen i poboljšan. Prema ovoj teoriji, jezgra atoma se sastoji od protona (pozitivno nabijene čestice) i neurona (nenabijene čestice). A oko jezgre, elektroni (negativno nabijene čestice) kreću se neodređenim putanjama.

Imate li kakvih pitanja? Želite li saznati više o modelima atomske strukture?
Za pomoć učitelja - registrirajte se.
Prva lekcija je besplatna!

stranice, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, potrebna je poveznica na izvor.

Masa elektrona je nekoliko tisuća puta manja od mase atoma. Budući da je atom kao cjelina neutralan, najveći dio atoma pada na njegov pozitivno nabijeni dio.

Za eksperimentalno proučavanje raspodjele pozitivnog naboja, a time i mase unutar atoma, Rutherford je 1906. predložio primjenu sondiranja atoma pomoću α -čestice. Te čestice nastaju raspadom radija i nekih drugih elemenata. Njihova je masa oko 8000 puta veća od mase elektrona, a pozitivni naboj je po modulu jednak dvostrukom naboju elektrona. To nisu ništa drugo nego potpuno ionizirani atomi helija. Ubrzati α -čestica je vrlo velika: iznosi 1/15 brzine svjetlosti.

S tim je česticama Rutherford bombardirao atome teških elemenata. Elektroni, zbog svoje male mase, ne mogu primjetno promijeniti putanju α -čestice, poput kamenčića od nekoliko desetaka grama u sudaru s automobilom, nisu u stanju osjetno promijeniti njegovu brzinu. Rasipanje (promjena smjera kretanja) α -čestice mogu uzrokovati samo pozitivno nabijeni dio atoma. Dakle, raspršivanjem α -čestice mogu odrediti prirodu raspodjele pozitivnog naboja i mase unutar atoma.

Unutar olovnog cilindra 1 postavljen je radioaktivni pripravak, poput radija, uz koji je izbušen uski kanal. paket α -čestice iz kanala padale su na tanku foliju 2 ispitivanog materijala (zlato, bakar itd.). Nakon raspršivanja α -čestice su pale na prozirno sito 3 obloženo cink sulfidom. Sudar svake čestice sa zaslonom bio je popraćen bljeskom svjetlosti (scintilacija), što se moglo promatrati u mikroskopu 4. Cijeli uređaj je stavljen u posudu iz koje je evakuiran zrak.

Uz dobar vakuum unutar uređaja, u nedostatku folije, na ekranu se pojavio svijetli krug koji se sastoji od scintilacija uzrokovanih tankim snopom α -čestice. Ali kada je folija stavljena na put zraka, α -čestice zbog raspršenja bile su raspoređene po ekranu u krug veća površina. Modificirajući eksperimentalnu postavku, Rutherford je pokušao otkriti odstupanje α -čestice pod velikim kutovima. Sasvim neočekivano, pokazalo se da je mali broj α -čestice (oko jedna od dvije tisuće) odstupile su pod kutovima većim od 90°. Kasnije je Rutherford to priznao, ponudivši svojim studentima eksperiment za promatranje raspršenja α -čestice pod velikim kutovima, ni sam nije vjerovao u pozitivan rezultat. "To je gotovo jednako nevjerojatno", rekao je Rutherford, "kao da ste ispalili projektil od 15 inča u komad tankog papira, a projektil se vratio do vas i pogodio vas." Doista, bilo je nemoguće predvidjeti ovaj rezultat na temelju Thomsonovog modela. Kada je raspoređen po atomu, pozitivan naboj ne može stvoriti dovoljno intenzivno električno polje sposobno odbaciti a-česticu natrag. Maksimalna snaga Odbijanje je određeno Coulombovim zakonom:

gdje je q α - naboj α -čestice; q je pozitivni naboj atoma; r je njegov polumjer; k - koeficijent proporcionalnosti. Jakost električnog polja jednoliko nabijene kuglice najveća je na površini kuglice i smanjuje se na nulu kako se približava središtu. Dakle, što je manji polumjer r, to je veća odbojna sila α -čestice.

Određivanje veličine atomske jezgre. Rutherford je to shvatio α -čestica bi se mogla odbaciti samo ako su pozitivni naboj atoma i njegova masa koncentrirani u vrlo malom području prostora. Tako je Rutherford došao na ideju atomske jezgre - tijela male veličine, u kojem je koncentrirana gotovo sva masa i sav pozitivni naboj atoma.

Planetarni model atoma, ili Rutherfordov model, - povijesni model strukture atoma, koji je predložio Ernest Rutherford kao rezultat eksperimenta s raspršivanjem alfa čestica. Prema ovom modelu, atom se sastoji od male pozitivno nabijene jezgre, u kojoj je koncentrirana gotovo sva masa atoma, oko koje se kreću elektroni, baš kao što se planeti kreću oko Sunca. Planetarni model atoma odgovara suvremenim idejama o strukturi atoma, uzimajući u obzir činjenicu da je gibanje elektrona kvantne prirode i nije opisano zakonima klasične mehanike. Povijesno gledano, Rutherfordov planetarni model zamijenio je "model pudinga od šljiva" Josepha Johna Thomsona, koji postulira da su negativno nabijeni elektroni smješteni unutar pozitivno nabijenog atoma.

Također preporučujemo

Učitavam...Učitavam...