Model struktur atom apa yang diusulkan Rutherford. Beberapa model atom yang bersejarah dan modern

Model sejarah1 atom mencerminkan tingkat pengetahuan yang sesuai dengan periode tertentu dalam perkembangan ilmu pengetahuan.

Tahap pertama dalam pengembangan model atom ditandai dengan tidak adanya data eksperimental tentang strukturnya.

Menjelaskan fenomena mikrokosmos, para ilmuwan mencari analogi dalam makrokosmos, dengan mengandalkan hukum mekanika klasik.

J. Dalton, pencipta atomisme kimia (1803), berasumsi bahwa atom-atom yang sama unsur kimia adalah bola terkecil yang sama, dan karena itu, partikel tak terpisahkan.

Fisikawan Prancis Jean Baptiste Perrin (1901) mengusulkan model yang benar-benar mengantisipasi model "planet". Menurut model ini, inti bermuatan positif terletak di pusat atom, di mana elektron bermuatan negatif bergerak dalam orbit tertentu, seperti planet mengelilingi Matahari. Model Perrin tidak menarik perhatian para ilmuwan, karena model ini hanya memberikan karakteristik atom secara kualitatif, tetapi tidak kuantitatif (pada Gambar 7 hal ini ditunjukkan oleh perbedaan antara muatan inti atom dan jumlah elektron ).

Pada tahun 1902, fisikawan Inggris William Thomson (Kelvin) mengembangkan gagasan tentang atom sebagai partikel bola bermuatan positif, di dalamnya elektron bermuatan negatif berosilasi (memancarkan dan menyerap energi). Kelvin menarik perhatian pada fakta bahwa jumlah elektron sama dengan muatan positif bola, oleh karena itu, secara umum, atom tidak memiliki muatan listrik (Gbr. 7).

Setahun kemudian, fisikawan Jerman Philipp Lenard mengusulkan model yang menurutnya atom adalah bola berongga, di dalamnya terdapat dipol listrik (dinamida). Volume yang ditempati oleh dipol ini jauh lebih kecil daripada volume bola, dan bagian utama atom kosong.

Menurut gagasan fisikawan Jepang Gontaro (Hantaro) Nagaoka (1904), inti bermuatan positif terletak di pusat atom, dan elektron bergerak di ruang di sekitar inti dalam cincin datar menyerupai cincin planet Saturnus (ini modelnya disebut atom "Saturnus"). Sebagian besar ilmuwan tidak memperhatikan gagasan Nagaoka, meskipun sampai batas tertentu memiliki kesamaan dengan gagasan modern tentang orbital atom.

Tak satu pun dari model yang dipertimbangkan (Gbr. 7) menjelaskan bagaimana sifat-sifat unsur kimia terkait dengan struktur atomnya.

Beras. 7. Beberapa model sejarah atom

Pada tahun 1907, J. J. Thomson mengusulkan model statis struktur atom, yang mewakili atom sebagai partikel bola bermuatan listrik positif, di mana elektron bermuatan negatif didistribusikan secara merata ( model"puding", Gambar 7).

Perhitungan matematis telah menunjukkan bahwa elektron dalam atom harus ditempatkan pada cincin yang tersusun secara konsentris. Thomson melakukannya dengan sangat baik kesimpulan penting: alasan perubahan periodik dalam sifat-sifat unsur kimia dikaitkan dengan fitur struktur elektronik atom mereka. Berkat ini, model atom Thomson sangat dihargai oleh orang-orang sezamannya. Namun, itu tidak menjelaskan fenomena tertentu, misalnya, hamburan partikel selama perjalanannya melalui . piring besi.

Berdasarkan gagasannya tentang atom, Thomson memperoleh rumus untuk menghitung simpangan rata-rata partikel , dan perhitungan ini menunjukkan bahwa kemungkinan hamburan partikel tersebut pada sudut yang besar mendekati nol. Namun, telah dibuktikan secara eksperimental bahwa kira-kira satu dari delapan ribu partikel alfa yang jatuh pada kertas emas dibelokkan melalui sudut yang lebih besar dari 90°. Ini bertentangan dengan model Thomson, yang mengasumsikan penyimpangan hanya pada sudut kecil.

Ernest Rutherford, meringkas data eksperimen, pada tahun 1911 mengusulkan model "planet" (kadang-kadang disebut "nuklir") dari struktur atom, yang menurutnya 99,9% massa atom dan muatan positifnya terkonsentrasi dalam nukleus yang sangat kecil, dan elektron bermuatan negatif, jumlah yang sama dengan muatan inti, berputar di sekitarnya, seperti planet-planet tata surya1 (Gbr. 7).

Rutherford, bersama dengan murid-muridnya, membuat eksperimen yang memungkinkan untuk menyelidiki struktur atom (Gbr. 8). Aliran partikel bermuatan positif (-partikel) diarahkan ke permukaan logam tipis (emas) foil 2 dari sumber radiasi radioaktif 1. Dalam perjalanannya, layar fluoresen 3 dipasang, yang memungkinkan untuk mengamati arah pergerakan partikel lebih lanjut.

Beras. 8. Pengalaman Rutherford

Ditemukan bahwa sebagian besar partikel melewati foil, praktis tanpa mengubah arahnya. Hanya partikel individu (rata-rata satu dari sepuluh ribu) yang dibelokkan dan terbang hampir ke arah yang berlawanan. Disimpulkan bahwa sebagian besar massa atom terkonsentrasi di inti bermuatan positif, itulah sebabnya partikel dibelokkan dengan sangat kuat (Gbr. 9).

Beras. 9. Penghamburan partikel- oleh inti atom

Elektron yang bergerak dalam sebuah atom, sesuai dengan hukum elektromagnetisme, harus memancarkan energi dan, kehilangannya, tertarik ke inti yang bermuatan berlawanan dan, oleh karena itu, "jatuh" di atasnya. Ini seharusnya mengarah pada hilangnya atom, tetapi karena ini tidak terjadi, disimpulkan bahwa model ini tidak memadai.

Pada awal abad ke-20, fisikawan Jerman Max Planck dan fisikawan teoretis Albert Einstein menciptakan teori kuantum cahaya. Menurut teori ini, energi radiasi, seperti cahaya, dipancarkan dan diserap tidak secara terus menerus, tetapi dalam porsi yang terpisah (kuanta). Selain itu, nilai kuantum energi tidak sama untuk radiasi yang berbeda dan sebanding dengan frekuensi osilasi gelombang elektromagnetik: E = hν, di mana h – Konstanta Planck sama dengan 6,6266 10 -34 J s, adalah frekuensi radiasi. Energi ini dibawa oleh partikel cahaya - foton.

Dalam upaya untuk secara artifisial menggabungkan hukum mekanika klasik dan teori kuantum, fisikawan Denmark Niels Bohr pada tahun 1913 melengkapi model atom Rutherford dengan dua postulat tentang perubahan bertahap (diskrit) dalam energi elektron dalam sebuah atom. Bohr percaya bahwa elektron dalam atom hidrogen hanya dapat ditemukan pada titik yang terdefinisi dengan baik orbit stasioner, yang jari-jarinya berhubungan satu sama lain sebagai kuadrat bilangan asli (1 2: 2 2: 3 2: ... :hal 2). Elektron bergerak di sekitar inti atom dalam orbit stasioner. Atom dalam keadaan stabil, tanpa menyerap atau memancarkan energi - ini adalah postulat pertama Bohr. Menurut postulat kedua, emisi energi hanya terjadi ketika elektron bergerak ke orbit yang lebih dekat ke inti atom. Ketika elektron bergerak ke orbit yang lebih jauh, energi diserap oleh atom. Model ini diperbaiki pada tahun 1916 oleh fisikawan teoretis Jerman Arnold Sommerfeld, yang menunjukkan gerakan elektron sepanjang orbit elips.

model planet, karena visibilitasnya dan postulat Bohr, lama digunakan untuk menjelaskan fenomena atom dan molekuler. Namun, ternyata gerak elektron dalam atom, kestabilan dan sifat atom, berbeda dengan gerak planet dan kestabilan tata surya, tidak dapat dijelaskan dengan hukum mekanika klasik. Mekanika ini didasarkan pada hukum Newton, dan subjek studinya adalah pergerakan benda makroskopik, yang dilakukan pada kecepatan yang kecil dibandingkan dengan kecepatan cahaya. Untuk menggambarkan struktur atom, perlu menerapkan konsep mekanika kuantum (gelombang) tentang sifat gelombang sel ganda mikropartikel, yang dirumuskan pada tahun 1920 oleh fisikawan teoretis: Louis de Broglie dari Prancis, Werner dari Jerman. Heisenberg dan Erwin Schrödinger, orang Inggris Paul Dirac dan lainnya.

Pada tahun 1924, Louis de Broglie mengajukan hipotesis bahwa elektron memiliki sifat gelombang (prinsip pertama mekanika kuantum) dan mengusulkan rumus untuk menghitung panjang gelombangnya. Stabilitas atom dijelaskan oleh fakta bahwa elektron di dalamnya tidak bergerak dalam orbit, tetapi di daerah ruang tertentu di sekitar inti, yang disebut orbital atom. Elektron menempati hampir seluruh volume atom dan tidak dapat "jatuh pada inti" yang terletak di pusatnya.

Pada tahun 1926, Schrödinger, melanjutkan pengembangan ide L. de Broglie tentang sifat gelombang elektron, secara empiris memilih persamaan matematika yang mirip dengan persamaan getaran string, yang dapat digunakan untuk menghitung energi ikat elektron dalam atom di tingkat energi yang berbeda. Persamaan ini telah menjadi persamaan dasar mekanika kuantum.

Penemuan sifat gelombang elektron menunjukkan bahwa penyebaran pengetahuan tentang makrokosmos kepada objek-objek mikrokosmos adalah haram. Pada tahun 1927, Heisenberg menetapkan bahwa tidak mungkin untuk menentukan posisi yang tepat dalam ruang elektron dengan kecepatan tertentu, oleh karena itu, gagasan tentang gerak elektron dalam atom bersifat probabilistik (prinsip kedua mekanika kuantum).

Model Mekanik Kuantum Atom (1926) menggambarkan keadaan atom dalam hal: fungsi matematika dan tidak memiliki ekspresi geometris (Gbr. 10). Model seperti itu tidak mempertimbangkan sifat dinamis dari struktur atom dan pertanyaan tentang ukuran elektron sebagai partikel. Diyakini bahwa elektron menempati tingkat energi tertentu dan memancarkan atau menyerap energi selama transisi ke tingkat lain. pada gambar. 10 tingkat energi ditunjukkan secara skematis sebagai cincin konsentris yang terletak pada jarak yang berbeda dari inti atom. Panah menunjukkan transisi elektron antara tingkat energi dan emisi foton yang menyertai transisi ini. Skema ditampilkan secara kualitatif dan tidak mencerminkan jarak nyata antara tingkat energi, yang dapat berbeda satu sama lain hingga puluhan kali.

Pada tahun 1931, ilmuwan Amerika Gilbert White pertama kali mengusulkan representasi grafis dari orbital atom dan model "orbital" atom (Gbr. 10). Model orbital atom digunakan untuk mencerminkan konsep "kerapatan elektron" dan untuk menunjukkan distribusi muatan negatif di sekitar inti atom atau sistem inti atom dalam molekul.

Beras. 10. Sejarah dan model modern atom

Pada tahun 1963, seniman Amerika, pematung dan insinyur Kenneth Snelson mengusulkan "model berwajah cincin" dari kulit elektron atom (Gbr. 10), yang menjelaskan distribusi kuantitatif elektron dalam atom di atas kulit elektron yang stabil. Setiap elektron dimodelkan oleh magnet cincin (atau sirkuit tertutup dengan arus listrik yang memiliki momen magnet). Magnet cincin tertarik satu sama lain dan membentuk bentuk simetris dari cincin - ringhedra. Kehadiran dua kutub dalam magnet memberikan batasan pada opsi yang memungkinkan perakitan cincin. Model kulit elektron yang stabil adalah bentuk cincin yang paling simetris, disusun dengan mempertimbangkan keberadaan sifat magnetiknya.

Adanya spin dalam sebuah elektron (lihat Bagian 5) adalah salah satu alasan utama untuk pembentukan kulit elektron yang stabil dalam sebuah atom. Elektron membentuk pasangan dengan spin berlawanan. Model muka cincin dari pasangan elektron, atau orbital atom terisi, adalah dua cincin yang terletak pada bidang paralel di sisi berlawanan dari inti atom. Ketika lebih dari satu pasang elektron terletak di dekat inti atom, cincin-elektron dipaksa untuk saling mengorientasikan diri, membentuk kulit elektron. Dalam hal ini, cincin yang berjarak dekat memiliki arah magnet yang berbeda garis kekuatan, yang dilambangkan warna berbeda cincin yang mewakili elektron.

Percobaan model menunjukkan bahwa yang paling stabil dari semua kemungkinan model muka-cincin adalah model 8 cincin. Secara geometris, model dibentuk sedemikian rupa seolah-olah atom berbentuk bola dibagi menjadi 8 bagian (dibagi tiga kali menjadi dua) dan satu cincin-elektron ditempatkan di setiap bagian. Dalam model berwajah cincin, cincin dua warna digunakan: merah dan biru, yang mencerminkan positif dan arti negatif putaran elektron.

"Model muka gelombang" (Gbr. 10) mirip dengan model "muka cincin", dengan perbedaan bahwa setiap elektron atom diwakili oleh cincin "gelombang", yang berisi bilangan bulat gelombang (sebagai diusulkan oleh L. de Broglie).

Interaksi elektron kulit elektron pada model atom ini ditunjukkan oleh kebetulan titik kontak cincin "gelombang" biru dan merah dengan simpul gelombang berdiri.

Model atom memiliki hak untuk eksis dan batasan penerapan. Setiap model atom adalah pendekatan yang mencerminkan dalam bentuk yang disederhanakan bagian tertentu dari pengetahuan tentang atom. Tetapi tidak ada model yang sepenuhnya mencerminkan sifat atom atau partikel penyusunnya.

Banyak model saat ini hanya untuk kepentingan sejarah. Saat membangun model objek dunia mikro, para ilmuwan mengandalkan apa yang dapat diamati secara langsung. Ini adalah bagaimana model Perrin dan Rutherford (analogi dengan struktur tata surya), Nagaoka (semacam planet Saturnus), Thomson ("puding kismis") muncul. Beberapa ide dibuang (model dinamis Lenard), yang lain ditinjau kembali setelah beberapa saat, tetapi pada level baru yang lebih tinggi. tingkat teoritis: model Perrin dan Kelvin dikembangkan dalam model Rutherford dan Thomson. Gagasan tentang struktur atom terus ditingkatkan. Seberapa akurat model modern - "kuantum-mekanis" - waktu akan memberi tahu. Itulah sebabnya tanda tanya digambar di bagian atas spiral, melambangkan jalur kognisi (Gbr. 7).

Mereka menjadi langkah penting dalam perkembangan fisika. Model Rutherford sangat penting. Atom sebagai suatu sistem dan partikel penyusunnya telah dipelajari lebih teliti dan rinci. Hal ini menyebabkan keberhasilan pengembangan ilmu seperti fisika nuklir.

Ide kuno tentang struktur materi

Asumsi bahwa benda-benda di sekitarnya terdiri dari partikel terkecil dibuat pada zaman kuno. Para pemikir pada waktu itu menggambarkan atom sebagai partikel terkecil dan tak terpisahkan dari zat apa pun. Mereka berpendapat bahwa tidak ada sesuatu pun di alam semesta yang lebih kecil dari atom. Pandangan seperti itu dipegang oleh para ilmuwan dan filsuf Yunani kuno yang hebat - Democritus, Lucretius, Epicurus. Hipotesis para pemikir ini saat ini disatukan dengan nama "atomisme kuno".

Pertunjukan abad pertengahan

Zaman kuno telah berlalu, dan pada Abad Pertengahan ada juga ilmuwan yang membuat berbagai asumsi tentang struktur zat. Namun, dominasi pandangan filosofis agama dan kekuatan gereja pada periode sejarah itu menghentikan segala upaya dan aspirasi pikiran manusia untuk kesimpulan dan penemuan ilmiah materialistis. Seperti yang Anda ketahui, Inkuisisi abad pertengahan berperilaku sangat tidak ramah dengan perwakilan dunia ilmiah saat itu. Masih harus dikatakan bahwa orang-orang yang berpikiran cemerlang pada waktu itu memiliki gagasan yang berasal dari zaman kuno tentang atom yang tidak dapat dibagi-bagi.

Penelitian di abad 18 dan 19

Abad ke-18 ditandai dengan penemuan-penemuan serius di bidang struktur dasar materi. Sebagian besar berkat upaya para ilmuwan seperti Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov dan Independen satu sama lain, mereka mampu membuktikan bahwa atom benar-benar ada. Tapi pertanyaan tentang mereka struktur internal tetap terbuka. Akhir abad ke-18 ditandai dengan: peristiwa penting di dalam dunia ilmiah, sebagai penemuan oleh D. I. Mendeleev dari sistem periodik unsur-unsur kimia. Ini adalah terobosan yang benar-benar kuat pada waktu itu dan mengangkat tabir atas pemahaman bahwa semua atom memiliki sifat tunggal, bahwa mereka terkait satu sama lain. Kemudian, pada abad ke-19, langkah penting lain untuk mengungkap struktur atom adalah bukti bahwa salah satu dari mereka mengandung elektron. Karya para ilmuwan pada periode ini menyiapkan lahan subur untuk penemuan abad ke-20.

Eksperimen Thomson

Fisikawan Inggris John Thomson membuktikan pada tahun 1897 bahwa komposisi atom termasuk elektron dengan muatan negatif. Pada tahap ini, gagasan keliru bahwa atom adalah batas kemampuan membagi zat apa pun akhirnya dihancurkan. Bagaimana Thomson berhasil membuktikan keberadaan elektron? Ilmuwan dalam eksperimennya menempatkan elektroda dalam gas yang sangat murni dan lulus listrik. Hasilnya adalah sinar katoda. Thomson dengan hati-hati mempelajari fitur mereka dan menemukan bahwa mereka adalah aliran partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Ilmuwan mampu menghitung massa partikel-partikel ini dan muatannya. Dia juga menemukan bahwa mereka tidak dapat diubah menjadi partikel netral karena muatan listrik adalah dasar dari sifat mereka. Begitu pula Thomson dan pencipta model struktur atom pertama di dunia. Menurutnya, atom adalah sekelompok materi bermuatan positif, di mana elektron bermuatan negatif didistribusikan secara merata. Struktur ini menjelaskan kenetralan atom secara umum, karena muatan yang berlawanan saling menyeimbangkan. Eksperimen John Thomson menjadi sangat berharga untuk studi lebih lanjut tentang struktur atom. Namun, banyak pertanyaan tetap tidak terjawab.

penelitian Rutherford

Thomson menemukan keberadaan elektron, tetapi ia gagal menemukan partikel bermuatan positif dalam atom. mengoreksi kesalahpahaman ini pada tahun 1911. Selama percobaan, mempelajari aktivitas partikel alfa dalam gas, ia menemukan bahwa ada partikel bermuatan positif di dalam atom. Rutherford melihat bahwa ketika sinar melewati gas atau melalui pelat logam tipis, sejumlah kecil partikel menyimpang tajam dari lintasan gerak. Mereka benar-benar terlempar ke belakang. Ilmuwan menduga bahwa perilaku ini disebabkan oleh tumbukan dengan partikel bermuatan positif. Eksperimen semacam itu memungkinkan fisikawan untuk membuat model struktur atom Rutherford.

model planet

Sekarang ide ilmuwan agak berbeda dari asumsi yang dibuat oleh John Thomson. Model atom mereka juga menjadi berbeda. memungkinkan dia untuk membuat teori yang sama sekali baru di bidang ini. Penemuan ilmuwan sangat menentukan bagi pengembangan lebih lanjut fisika. Model Rutherford menggambarkan atom sebagai inti yang terletak di pusat, dan elektron bergerak di sekitarnya. Inti memiliki muatan positif, dan elektron memiliki muatan negatif. Model atom Rutherford mengasumsikan rotasi elektron di sekitar nukleus di sepanjang lintasan tertentu - orbit. Penemuan ilmuwan membantu menjelaskan alasan penyimpangan partikel alfa dan menjadi pendorong pengembangan teori nuklir atom. Dalam model atom Rutherford, ada analogi dengan pergerakan planet-planet tata surya mengelilingi matahari. Ini adalah perbandingan yang sangat akurat dan jelas. Oleh karena itu, model Rutherford, di mana atom bergerak mengelilingi nukleus dalam suatu orbit, disebut planetary.

Karya Niels Bohr

Dua tahun kemudian, fisikawan Denmark Niels Bohr mencoba menggabungkan gagasan tentang struktur atom dengan sifat kuantum. fluks bercahaya. model nuklir Atom Rutherford ditempatkan oleh para ilmuwan sebagai dasar teorinya teori baru. Menurut Bohr, atom berputar mengelilingi inti dalam orbit melingkar. Lintasan gerak seperti itu mengarah pada percepatan elektron. Selain itu, interaksi Coulomb partikel-partikel ini dengan pusat atom disertai dengan penciptaan dan konsumsi energi untuk mempertahankan ruang. medan elektromagnetik karena pergerakan elektron. Dalam kondisi seperti itu, partikel bermuatan negatif suatu hari nanti harus jatuh ke nukleus. Tetapi ini tidak terjadi, yang menunjukkan stabilitas atom yang lebih besar sebagai sistem. Niels Bohr menyadari bahwa hukum termodinamika klasik yang dijelaskan oleh persamaan Maxwell tidak bekerja dalam kondisi intraatomik. Oleh karena itu, ilmuwan menetapkan sendiri tugas untuk mendapatkan pola-pola baru yang akan berlaku di dunia partikel dasar.

Postulat Bohr

Sebagian besar karena fakta bahwa model Rutherford ada, atom dan komponennya dipelajari dengan baik, Niels Bohr mampu mendekati penciptaan postulatnya. Yang pertama mengatakan bahwa atom memiliki energi yang tidak berubah, sementara elektron bergerak dalam orbit tanpa mengubah lintasannya. Menurut postulat kedua, ketika elektron bergerak dari satu orbit ke orbit lainnya, energi dilepaskan atau diserap. Ini sama dengan perbedaan antara energi keadaan atom sebelumnya dan selanjutnya. Dalam hal ini, jika elektron melompat ke orbit yang lebih dekat ke inti, maka radiasi terjadi dan sebaliknya. Terlepas dari kenyataan bahwa pergerakan elektron memiliki sedikit kemiripan dengan lintasan orbital yang terletak persis di dalam lingkaran, penemuan Bohr memberikan penjelasan yang sangat baik untuk keberadaan spektrum garis.Pada waktu yang hampir bersamaan, fisikawan Hertz dan Frank, yang tinggal di Jerman , menegaskan teori Niels Bohr tentang keberadaan stasioner, keadaan stabil atom dan kemungkinan mengubah nilai energi atom.

Kolaborasi dua ilmuwan

Ngomong-ngomong, Rutherford lama tidak dapat menentukan Ilmuwan Marsden dan Geiger mencoba memeriksa kembali pernyataan Ernest Rutherford dan, sebagai hasil dari eksperimen dan perhitungan yang terperinci dan cermat, sampai pada kesimpulan bahwa inti adalah karakteristik terpenting dari atom, dan semua muatannya terkonsentrasi di dalamnya. Kemudian dibuktikan bahwa nilai muatan inti secara numerik sama dengan jumlah urut elemen dalam sistem periodik elemen D. I. Mendeleev. Menariknya, Niels Bohr segera bertemu Rutherford dan sepenuhnya setuju dengan pandangannya. Selanjutnya, para ilmuwan bekerja sama untuk waktu yang lama di laboratorium yang sama. Model Rutherford, atom sebagai suatu sistem yang terdiri dari partikel-partikel bermuatan dasar - semua ini dianggap adil oleh Niels Bohr dan selamanya dikesampingkan model elektronik. persendian kegiatan ilmiah ilmuwan sangat sukses dan telah membuahkan hasil. Masing-masing dari mereka mempelajari sifat-sifat partikel elementer dan membuat penemuan yang signifikan untuk sains. Kemudian, Rutherford menemukan dan membuktikan kemungkinan dekomposisi nuklir, tetapi ini adalah topik untuk artikel lain.

Rincian Kategori: Fisika atom dan inti atom Diposting pada 03/10/2016 18:27 Dilihat: 4106

Ilmuwan dan filsuf Yunani kuno dan India kuno percaya bahwa semua zat di sekitar kita terdiri dari partikel-partikel kecil yang tidak dapat membelah.

Mereka yakin bahwa tidak ada sesuatu pun di dunia ini yang lebih kecil dari partikel-partikel ini, yang mereka sebut atom . Dan memang, kemudian keberadaan atom dibuktikan oleh ilmuwan terkenal seperti Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov, John Dalton. Atom dianggap tidak dapat dibagi sampai akhir abad ke-19 - awal abad ke-20, ketika ternyata tidak demikian.

Penemuan elektron. Model atom Thomson

Joseph John Thomson

Pada tahun 1897, fisikawan Inggris Joseph John Thomson, mempelajari secara eksperimental perilaku sinar katoda dalam medan magnet dan medan listrik, menemukan bahwa sinar ini adalah aliran partikel bermuatan negatif. Kecepatan pergerakan partikel-partikel ini berada di bawah kecepatan cahaya. Oleh karena itu, mereka memiliki massa. Dari mana mereka berasal? Ilmuwan menyarankan bahwa partikel-partikel ini adalah bagian dari atom. Dia memanggil mereka sel darah . Kemudian mereka disebut elektron . Dengan demikian penemuan elektron mengakhiri teori tidak dapat dibagi-baginya atom.

Model atom Thomson

Thomson mengusulkan model elektronik pertama dari atom. Menurutnya, atom adalah bola, di dalamnya terdapat zat bermuatan, yang muatan positifnya didistribusikan secara merata ke seluruh volume. Dan dalam zat ini, seperti kismis dalam roti, elektron diselingi. Secara umum, atom bersifat netral secara listrik. Model ini disebut "model puding plum".

Tapi model Thomson ternyata salah, yang terbukti fisikawan Inggris Tuan Ernest Rutherford.

Pengalaman Rutherford

Ernest Rutherford

Bagaimana sebenarnya atom diatur? Rutherford memberikan jawaban atas pertanyaan ini setelah eksperimennya, yang dilakukan pada tahun 1909 bersama dengan fisikawan Jerman Hans Geiger dan fisikawan Selandia Baru Ernst Marsden.

Pengalaman Rutherford

Tujuan percobaan ini adalah untuk mempelajari atom dengan bantuan partikel alfa, sinar terfokus yang, terbang dengan kecepatan tinggi, diarahkan ke kertas emas tertipis. Di balik kertas timah itu ada layar bercahaya. Ketika partikel bertabrakan dengannya, kilatan muncul yang dapat diamati di bawah mikroskop.

Jika Thomson benar, dan atom terdiri dari awan elektron, maka partikel harus dengan mudah terbang melalui foil tanpa dibelokkan. Karena massa partikel alfa melebihi massa elektron sekitar 8000 kali, elektron tidak dapat bekerja padanya dan menyimpang lintasannya pada sudut yang besar, seperti halnya kerikil 10 g tidak dapat mengubah lintasan mobil yang bergerak.

Namun dalam praktiknya, semuanya ternyata berbeda. Sebagian besar partikel benar-benar terbang melalui foil, praktis tidak menyimpang atau menyimpang dengan sudut kecil. Tetapi beberapa partikel menyimpang cukup signifikan atau bahkan memantul kembali, seolah-olah ada semacam rintangan di jalurnya. Seperti yang dikatakan Rutherford sendiri, itu sama menakjubkannya dengan proyektil 15 inci yang memantul dari selembar kertas tisu.

Apa yang menyebabkan beberapa partikel alfa berubah arah begitu banyak? Ilmuwan menyarankan bahwa alasannya adalah bagian dari atom, terkonsentrasi dalam volume yang sangat kecil dan memiliki muatan positif. Dia memanggilnya inti atom.

Model atom planet Rutherford

Model atom Rutherford

Rutherford sampai pada kesimpulan bahwa atom terdiri dari inti padat bermuatan positif yang terletak di pusat atom dan elektron yang bermuatan negatif. Hampir semua massa atom terkonsentrasi di inti. Pada umumnya atom bersifat netral. Muatan positif inti sama dengan jumlah muatan negatif semua elektron dalam atom. Tetapi elektron tidak tertanam dalam inti, seperti dalam model Thomson, tetapi berputar mengelilinginya seperti planet-planet berputar mengelilingi matahari. Rotasi elektron terjadi di bawah aksi gaya Coulomb yang bekerja pada mereka dari nukleus. Kecepatan rotasi elektron sangat besar. Di atas permukaan inti, mereka membentuk semacam awan. Setiap atom memiliki awan elektronnya sendiri, bermuatan negatif. Untuk alasan ini, mereka tidak "bersatu", tetapi saling tolak.

Karena kemiripannya dengan tata surya, model Rutherford disebut planetary.

Mengapa atom ada

Namun, model atom Rutherford gagal menjelaskan mengapa atom begitu stabil. Lagi pula, menurut hukum fisika klasik, sebuah elektron, yang berputar di orbit, bergerak dengan percepatan, oleh karena itu, memancarkan gelombang elektromagnetik dan kehilangan energi. Pada akhirnya, energi ini harus habis, dan elektron harus jatuh ke dalam inti. Jika ini masalahnya, atom hanya bisa ada selama 10 -8 s. Tapi mengapa ini tidak terjadi?

Alasan fenomena ini kemudian dijelaskan oleh fisikawan Denmark Niels Bohr. Dia menyarankan bahwa elektron dalam atom bergerak hanya dalam orbit tetap, yang disebut "orbit yang diizinkan". Berada di atasnya, mereka tidak memancarkan energi. Dan emisi atau penyerapan energi hanya terjadi ketika elektron bergerak dari satu orbit yang diizinkan ke orbit yang lain. Jika ini adalah transisi dari orbit yang jauh ke orbit yang lebih dekat ke inti, maka energi dipancarkan, dan sebaliknya. Radiasi terjadi dalam bagian-bagian, yang disebut kuanta.

Meskipun model yang dijelaskan oleh Rutherford tidak dapat menjelaskan stabilitas atom, model tersebut memungkinkan kemajuan yang signifikan dalam studi strukturnya.

Model planet atom

Model planet atom: nukleus (merah) dan elektron (hijau)

Model planet atom, atau Model Rutherford, - model sejarah struktur atom, yang diusulkan oleh Ernest Rutherford sebagai hasil percobaan dengan hamburan partikel alfa. Menurut model ini, atom terdiri dari inti kecil bermuatan positif, di mana hampir seluruh massa atom terkonsentrasi, di mana elektron bergerak, seperti halnya planet-planet bergerak mengelilingi matahari. Model planet atom sesuai dengan gagasan modern tentang struktur atom, dengan mempertimbangkan fakta bahwa pergerakan elektron bersifat kuantum dan tidak dijelaskan oleh hukum mekanika klasik. Secara historis, model planet Rutherford menggantikan "model puding plum" Joseph John Thomson, yang mendalilkan bahwa elektron bermuatan negatif ditempatkan di dalam atom bermuatan positif.

Rutherford mengusulkan model baru untuk struktur atom pada tahun 1911 sebagai kesimpulan dari percobaan hamburan partikel alfa pada kertas emas, yang dilakukan di bawah kepemimpinannya. Dengan hamburan ini, secara tak terduga sejumlah besar partikel alfa tersebar pada sudut yang besar, yang menunjukkan bahwa pusat hamburan memiliki ukuran kecil dan mengandung muatan listrik yang signifikan. Perhitungan Rutherford menunjukkan bahwa pusat hamburan, bermuatan positif atau negatif, harus setidaknya 3000 kali ukuran lebih kecil sebuah atom, yang pada waktu itu sudah diketahui dan diperkirakan sekitar 10 -10 m. Karena pada saat itu elektron sudah diketahui, dan massa serta muatannya ditentukan, pusat hamburan, yang kemudian disebut nukleus, harus memiliki muatan yang berlawanan dengan elektron. Rutherford tidak menghubungkan jumlah muatan dengan nomor atom. Kesimpulan ini dibuat kemudian. Dan Rutherford sendiri menyatakan bahwa muatan sebanding dengan massa atom.

Kerugian dari model planet adalah ketidakcocokannya dengan hukum fisika klasik. Jika elektron bergerak mengelilingi nukleus seperti planet mengelilingi Matahari, maka gerakannya dipercepat, dan, oleh karena itu, menurut hukum elektrodinamika klasik, mereka harus memancarkan gelombang elektromagnetik, kehilangan energi dan jatuh pada nukleus. Langkah berikutnya dalam pengembangan model planet adalah model Bohr, mendalilkan lain, berbeda dari klasik, hukum gerak elektron. Sepenuhnya kontradiksi elektrodinamika mampu memecahkan mekanika kuantum.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Planetarium Eise Eisingi
fantasi planet

Lihat apa itu "Model Planet dari Atom" di kamus lain:

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

Model atom Bohr- Model Bohr dari atom mirip hidrogen (muatan inti Z), di mana elektron bermuatan negatif terbungkus dalam kulit atom yang mengelilingi inti atom kecil bermuatan positif ... Wikipedia

Model (dalam sains)- Model (Modle Prancis, model Italia, dari bahasa Latin modulus measure, measure, sample, norm), 1) sampel yang berfungsi sebagai standar (standar) untuk reproduksi serial atau massal (M. mobil, M. pakaian, dll. . ), serta jenis, merek apa saja ... ...

Model- I Model (Model) Walter (24 Januari 1891, Gentin, Prusia Timur, 21 April 1945, dekat Duisburg), Jenderal Field Marshal Jerman Nazi (1944). Di ketentaraan sejak 1909, berpartisipasi dalam Perang Dunia ke-1 tahun 1914 18. Dari November 1940 ia memimpin tank ke-3 ... ... Ensiklopedia Besar Soviet

STRUKTUR ATOM- (lihat) dibangun dari partikel dasar dari tiga jenis (lihat), (lihat) dan (lihat), membentuk sistem yang stabil. Proton dan neutron adalah bagian dari atom (lihat), elektron membentuk kulit elektron. Gaya bekerja di nukleus (lihat), berkat itu ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

Atom- Istilah ini memiliki arti lain, lihat Atom (arti). Atom helium Atom (dari bahasa Yunani lainnya ... Wikipedia

Rutherford Ernest- (1871 1937), fisikawan Inggris, salah satu pencipta teori radioaktivitas dan struktur atom, pendiri sekolah ilmiah, anggota koresponden asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia (1922) dan anggota kehormatan Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet (1925). Lahir di Selandia Baru, setelah lulus dari ... ... kamus ensiklopedis

Άτομο

sel darah- Atom helium Atom (bahasa Yunani lainnya tak terbagi) adalah bagian terkecil dari suatu unsur kimia, yang merupakan pembawa sifat-sifatnya. Sebuah atom terdiri dari inti atom dan awan elektron yang mengelilinginya. Inti atom terdiri dari proton bermuatan positif dan ... ... Wikipedia

Buku

Satu set meja. Fisika. Kelas 11 (15 meja), . Album edukasi 15 lembar. Transformator. Induksi elektromagnetik di dalam teknologi modern. Lampu elektronik. tabung sinar katoda. Semikonduktor. dioda semikonduktor. Transistor.…

Kuliah: Model planet atom

Struktur atom

Cara paling akurat untuk menentukan struktur zat apa pun adalah analisis spektral. Radiasi setiap atom suatu unsur secara eksklusif bersifat individual. Namun, sebelum memahami bagaimana analisis spektral terjadi, mari kita cari tahu struktur apa yang dimiliki atom dari elemen apa pun.

Asumsi pertama tentang struktur atom dikemukakan oleh J. Thomson. Ilmuwan ini telah mempelajari atom sejak lama. Selain itu, dialah yang memiliki penemuan elektron - yang dia terima Penghargaan Nobel. Model yang diusulkan Thomson tidak ada hubungannya dengan kenyataan, tetapi menjadi insentif yang cukup kuat bagi Rutherford untuk mempelajari struktur atom. Model yang diusulkan oleh Thomson disebut "puding kismis".

Thomson percaya bahwa atom adalah bola padat dengan muatan listrik negatif. Untuk mengimbanginya, elektron diselingi dalam bola, seperti kismis. Singkatnya, muatan elektron bertepatan dengan muatan seluruh inti, yang membuat atom netral.

Selama studi tentang struktur atom, ditemukan bahwa semua atom dalam padatan melakukan gerakan osilasi. Dan, seperti yang Anda ketahui, setiap partikel yang bergerak memancarkan gelombang. Itulah sebabnya setiap atom memiliki spektrumnya sendiri. Namun, pernyataan ini sama sekali tidak cocok dengan model Thomson.

Pengalaman Rutherford

Untuk mengkonfirmasi atau menyangkal model Thomson, Rutherford mengusulkan percobaan yang menghasilkan pemboman atom dari beberapa elemen oleh partikel alfa. Sebagai hasil dari percobaan ini, penting untuk melihat bagaimana partikel akan berperilaku.

Partikel alfa ditemukan sebagai hasil peluruhan radioaktif radium. Aliran mereka adalah sinar alfa, yang masing-masing partikelnya bermuatan positif. Sebagai hasil dari banyak penelitian, ditentukan bahwa partikel alfa seperti atom helium, di mana tidak ada elektron. Menggunakan pengetahuan saat ini, kita tahu bahwa partikel alfa adalah inti helium, sementara Rutherford percaya bahwa ini adalah ion helium.

Setiap partikel alfa memiliki energi yang luar biasa, sebagai akibatnya ia dapat terbang ke atom yang bersangkutan dengan kecepatan tinggi. Oleh karena itu, hasil utama dari percobaan ini adalah untuk menentukan sudut defleksi partikel.

Untuk percobaan, Rutherford menggunakan foil emas tipis. Dia mengarahkan partikel alfa berkecepatan tinggi ke sana. Dia berasumsi bahwa sebagai hasil dari percobaan ini, semua partikel akan terbang melalui foil, dan dengan penyimpangan kecil. Namun, untuk mengetahui secara pasti, ia menginstruksikan murid-muridnya untuk memeriksa apakah ada penyimpangan besar pada partikel-partikel ini.

Hasil percobaan benar-benar mengejutkan semua orang, karena banyak partikel tidak hanya menyimpang dengan sudut yang cukup besar - beberapa sudut defleksi mencapai lebih dari 90 derajat.

Hasil ini benar-benar mengejutkan semua orang, Rutherford mengatakan bahwa rasanya seperti selembar kertas ditempatkan di jalur proyektil, yang tidak memungkinkan partikel alfa menembus ke dalam, akibatnya ia berbalik.

Jika atom benar-benar padat, maka ia harus memiliki beberapa Medan listrik, yang memperlambat partikel. Namun, kekuatan medan tidak cukup untuk menghentikannya sepenuhnya, apalagi mendorongnya ke belakang. Ini berarti model Thomson terbantahkan. Jadi Rutherford mulai mengerjakan model baru.

Model Rutherford

Untuk mendapatkan hasil percobaan tersebut, perlu dilakukan pemusatan muatan positif dalam jumlah yang lebih kecil, sehingga menghasilkan medan listrik yang lebih besar. Menurut rumus potensial medan, seseorang dapat menentukan ukuran yang dibutuhkan partikel positif yang dapat menolak partikel alfa ke arah yang berlawanan. Jari-jarinya harus dalam urutan maksimum 10 -15 m. Itulah sebabnya Rutherford mengusulkan model atom planet.

Model ini dinamai demikian karena suatu alasan. Faktanya adalah bahwa di dalam atom ada inti bermuatan positif, mirip dengan Matahari di tata surya. Elektron berputar mengelilingi inti seperti planet. tata surya dirancang sedemikian rupa sehingga planet-planet tertarik ke Matahari dengan bantuan gaya gravitasi, bagaimanapun, mereka tidak jatuh ke permukaan Matahari sebagai akibat dari kecepatan yang tersedia yang membuat mereka tetap di orbitnya. Hal yang sama terjadi dengan elektron - gaya Coulomb menarik elektron ke nukleus, tetapi karena rotasi, mereka tidak jatuh di permukaan nukleus.

Satu asumsi Thomson ternyata sepenuhnya benar - muatan total elektron sesuai dengan muatan nukleus. Namun, sebagai hasil dari interaksi yang kuat, elektron dapat terlempar keluar dari orbitnya, akibatnya muatannya tidak dikompensasi dan atom berubah menjadi ion bermuatan positif.

Informasi yang sangat penting mengenai struktur atom adalah bahwa hampir semua massa atom terkonsentrasi di dalam nukleus. Misalnya, atom hidrogen hanya memiliki satu elektron, yang massanya lebih dari satu setengah ribu kali lebih kecil dari massa inti.