Model planet nuklir dari struktur definisi atom. Model planet atom

Model planet atom diusulkan oleh E. Rutherford pada tahun 1910. Studi pertama tentang struktur atom dilakukan olehnya dengan bantuan partikel alfa. Berdasarkan hasil yang diperoleh dalam percobaan hamburan mereka, Rutherford menyarankan bahwa semua muatan positif atom terkonsentrasi di inti kecil di pusatnya. Di sisi lain, elektron bermuatan negatif didistribusikan ke seluruh volumenya.

Sedikit latar belakang

Tebakan brilian pertama tentang keberadaan atom dibuat oleh ilmuwan Yunani kuno Democritus. Sejak itu, gagasan tentang keberadaan atom, yang kombinasinya memberikan semua zat di sekitar kita, tidak meninggalkan imajinasi para ilmuwan. Dari waktu ke waktu, berbagai perwakilannya beralih ke sana, tetapi hingga awal abad ke-19, konstruksi mereka hanyalah hipotesis, tidak didukung oleh data eksperimental.

Akhirnya, pada tahun 1804, lebih dari seratus tahun sebelum model atom planet muncul, ilmuwan Inggris John Dalton memberikan bukti keberadaannya dan memperkenalkan konsep berat atom, yang merupakan karakteristik kuantitatif pertamanya. Seperti pendahulunya, ia memahami atom sebagai bagian terkecil dari materi, seperti bola padat, yang tidak dapat dibagi menjadi partikel yang lebih kecil lagi.

Penemuan elektron dan model atom pertama

Hampir satu abad telah berlalu ketika, akhirnya, pada akhir abad ke-19, juga orang Inggris J. J. Thomson, menemukan partikel subatomik pertama, elektron bermuatan negatif. Karena atom bersifat netral secara listrik, Thomson berpikir bahwa atom itu pasti terdiri dari inti bermuatan positif dengan elektron yang tersebar di seluruh volumenya. Berdasarkan berbagai hasil eksperimen, pada tahun 1898 ia mengusulkan model atomnya, kadang-kadang disebut "plum dalam puding", karena atom di dalamnya direpresentasikan sebagai bola yang diisi dengan cairan bermuatan positif, di mana elektron tertanam, sebagai " plum ke dalam puding. Jari-jari model bola seperti itu sekitar 10 -8 cm. Muatan positif total cairan seimbang secara simetris dan seragam dengan muatan negatif elektron, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Model ini dengan memuaskan menjelaskan fakta bahwa ketika suatu zat dipanaskan, ia mulai memancarkan cahaya. Meskipun ini adalah upaya pertama untuk memahami apa itu atom, itu gagal memenuhi hasil eksperimen yang dilakukan kemudian oleh Rutherford dan yang lainnya. Thomson setuju pada tahun 1911 bahwa modelnya tidak dapat menjawab bagaimana dan mengapa hamburan sinar- yang diamati dalam eksperimen terjadi. Oleh karena itu, ia ditinggalkan, dan digantikan oleh model atom planet yang lebih sempurna.

Bagaimana atom diatur sih?

Ernest Rutherford memberikan penjelasan tentang fenomena radioaktivitas, yang membawanya Penghargaan Nobel, tetapi kontribusinya yang paling signifikan terhadap sains datang kemudian, ketika ia menetapkan bahwa atom terdiri dari inti padat yang dikelilingi oleh orbit elektron, sama seperti Matahari dikelilingi oleh orbit planet.

Menurut model planet sebuah atom, sebagian besar massanya terkonsentrasi dalam inti kecil (dibandingkan dengan ukuran seluruh atom). Elektron bergerak mengelilingi nukleus, bergerak dengan kecepatan luar biasa, tetapi sebagian besar volume atom adalah ruang kosong.

Ukuran inti sangat kecil sehingga diameternya 100.000 kali lebih kecil dari diameter atom. Diameter nukleus diperkirakan oleh Rutherford 10 -13 cm, berbeda dengan ukuran atom - 10-8 cm. Di luar nukleus, elektron berputar mengelilinginya dengan kecepatan tinggi, menghasilkan gaya sentrifugal yang menyeimbangkan gaya tarik elektrostatik antara proton dan elektron.

Eksperimen Rutherford

model planet atom muncul pada tahun 1911, setelah eksperimen terkenal dengan kertas emas, yang memungkinkan untuk memperoleh beberapa informasi mendasar tentang strukturnya. Jalan Rutherford menuju penemuan inti atom adalah contoh yang baik peran kreativitas dalam sains. Pencariannya dimulai pada awal tahun 1899, ketika ia menemukan bahwa unsur-unsur tertentu memancarkan partikel bermuatan positif yang dapat menembus apa pun. Dia menyebut partikel ini partikel alfa (α) (sekarang kita tahu bahwa itu adalah inti helium). Seperti semua ilmuwan yang baik, Rutherford penasaran. Dia bertanya-tanya apakah partikel alfa dapat digunakan untuk mengetahui struktur atom. Rutherford memutuskan untuk mengarahkan seberkas partikel alfa ke selembar kertas emas yang sangat tipis. Dia memilih emas karena bisa menghasilkan lembaran setipis 0,00004 cm.Di balik lembaran foil emas, dia meletakkan layar yang bersinar ketika partikel alfa mengenainya. Itu digunakan untuk mendeteksi partikel alfa setelah mereka melewati foil. Sebuah celah kecil di layar memungkinkan sinar partikel alfa mencapai foil setelah keluar dari sumbernya. Beberapa dari mereka harus melewati foil dan terus bergerak ke arah yang sama, sementara bagian lain harus memantul dari foil dan dipantulkan pada sudut yang tajam. Skema percobaan dapat Anda lihat pada gambar di bawah ini.

Apa yang terjadi dalam percobaan Rutherford?

Berdasarkan model atom J. J. Thomson, Rutherford berasumsi bahwa daerah padat bermuatan positif yang mengisi seluruh volume atom emas akan menyimpang atau membelokkan lintasan semua partikel alfa saat melewati foil.

Namun, sebagian besar partikel alfa melewati kertas emas seolah-olah tidak ada di sana. Mereka sepertinya melewati ruang kosong. Hanya sedikit dari mereka yang menyimpang dari jalan lurus, seperti yang seharusnya di awal. Di bawah ini adalah plot jumlah partikel yang tersebar di masing-masing arah versus sudut hamburan.

Anehnya, sebagian kecil partikel memantul kembali dari foil, seperti bola basket yang memantul dari papan. Rutherford menyadari bahwa penyimpangan ini adalah hasil dari tumbukan langsung antara partikel alfa dan komponen atom yang bermuatan positif.

Nukleus menjadi pusat perhatian

Berdasarkan persentase partikel alfa yang dapat diabaikan yang dipantulkan dari foil, kita dapat menyimpulkan bahwa semua muatan positif dan hampir semua massa atom terkonsentrasi di satu area kecil, dan sisa atom sebagian besar adalah ruang kosong. Rutherford menyebut daerah muatan positif yang terkonsentrasi sebagai nukleus. Dia meramalkan dan segera menemukan bahwa itu mengandung partikel bermuatan positif, yang dia beri nama proton. Rutherford meramalkan keberadaan partikel atom netral yang disebut neutron, tetapi dia gagal mendeteksinya. Namun, muridnya James Chadwick menemukan mereka beberapa tahun kemudian. Gambar di bawah menunjukkan struktur inti atom uranium.

Atom terdiri dari inti berat bermuatan positif yang dikelilingi oleh partikel elektron yang sangat ringan bermuatan negatif yang berputar di sekitarnya, dan pada kecepatan sedemikian rupa sehingga gaya sentrifugal mekanis hanya menyeimbangkan daya tarik elektrostatiknya ke inti, dan dalam hubungan ini stabilitas atom diduga terjamin.

Kekurangan dari model ini

Gagasan utama Rutherford terkait dengan gagasan inti atom kecil. Asumsi tentang orbit elektron adalah dugaan murni. Dia tidak tahu persis di mana dan bagaimana elektron berputar di sekitar inti. Oleh karena itu, model planet Rutherford tidak menjelaskan distribusi elektron dalam orbitnya.

Selain itu, stabilitas atom Rutherford hanya dimungkinkan dengan pergerakan elektron yang terus menerus dalam orbit tanpa kehilangan energi kinetik. Tetapi perhitungan elektrodinamik telah menunjukkan bahwa pergerakan elektron di sepanjang lintasan lengkung, disertai dengan perubahan arah vektor kecepatan dan munculnya percepatan yang sesuai, pasti disertai dengan emisi energi elektromagnetik. Dalam hal ini, menurut hukum kekekalan energi, energi kinetik elektron harus sangat cepat dihabiskan untuk radiasi, dan harus jatuh pada inti, seperti yang ditunjukkan secara skematis pada gambar di bawah.

Tetapi ini tidak terjadi, karena atom adalah formasi yang stabil. Kontradiksi ilmiah yang khas muncul antara model fenomena dan data eksperimen.

Dari Rutherford ke Niels Bohr

Langkah besar berikutnya dalam sejarah atom datang pada tahun 1913, ketika ilmuwan Denmark Niels Bohr menerbitkan deskripsi model atom yang lebih rinci. Dia menentukan lebih jelas tempat di mana elektron bisa berada. Meskipun para ilmuwan kemudian mengembangkan desain atom yang lebih canggih, model atom planet Bohr pada dasarnya benar, dan sebagian besar masih diterima sampai sekarang. Itu memiliki banyak aplikasi yang berguna, misalnya, dengan bantuannya mereka menjelaskan sifat-sifat berbagai unsur kimia, sifat spektrum radiasinya dan struktur atom. Model planet dan model Bohr adalah tonggak terpenting yang menandai munculnya arah baru dalam fisika - fisika dunia mikro. Bohr menerima Hadiah Nobel Fisika 1922 atas kontribusinya terhadap pemahaman kita tentang struktur atom.

Apa yang baru yang dibawa Bohr ke model atom?

Saat masih muda, Bohr bekerja di laboratorium Rutherford di Inggris. Karena konsep elektron kurang berkembang dalam model Rutherford, Bohr memusatkan perhatian pada mereka. Akibatnya, model planet atom meningkat secara signifikan. Postulat Bohr, yang ia rumuskan dalam artikelnya “On the Structure of Atoms and Molecules”, diterbitkan pada tahun 1913, berbunyi:

1. Elektron dapat bergerak mengelilingi inti hanya pada jarak tetap darinya, ditentukan oleh jumlah energi yang mereka miliki. Dia menyebutnya tingkat energi tingkat tetap atau kulit elektron. Bohr membayangkan mereka sebagai bola konsentris, dengan inti di pusat masing-masing. Dalam hal ini, elektron dengan energi yang lebih rendah akan ditemukan di tingkat yang lebih rendah, lebih dekat ke inti. Mereka yang memiliki lebih banyak energi akan ditemukan di lebih banyak level tinggi, jauh dari inti.

2. Jika sebuah elektron menyerap sejumlah energi (cukup pasti untuk tingkat tertentu), maka elektron akan melompat ke tingkat energi berikutnya yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika ia kehilangan jumlah energi yang sama, ia akan kembali ke tingkat semula. Namun, elektron tidak dapat eksis pada dua tingkat energi.

Ide ini diilustrasikan oleh sebuah gambar.

Bagian energi untuk elektron

Model atom Bohr sebenarnya adalah kombinasi dari dua berbagai ide: model atom Rutherford dengan elektron yang berputar di sekitar nukleus (sebenarnya, ini adalah model atom planet Bohr-Rutherford), dan gagasan ilmuwan Jerman Max Planck tentang kuantisasi energi materi, diterbitkan pada tahun 1901. Sebuah kuantum (dalam jamak- quanta) adalah jumlah energi minimum yang dapat diserap atau dipancarkan oleh suatu zat. Ini adalah semacam langkah diskritisasi untuk jumlah energi.

Jika energi dibandingkan dengan air dan Anda ingin menambahkannya ke materi dalam bentuk gelas, Anda tidak bisa begitu saja menuangkan air dalam aliran yang terus menerus. Sebagai gantinya, Anda bisa menambahkannya dalam jumlah kecil, seperti satu sendok teh. Bohr percaya bahwa jika elektron hanya dapat menyerap atau kehilangan energi dalam jumlah tertentu, maka elektron seharusnya hanya memvariasikan energinya dengan jumlah yang tetap ini. Dengan demikian, mereka hanya dapat menempati tingkat energi tetap di sekitar nukleus yang sesuai dengan peningkatan energi mereka yang terkuantisasi.

Jadi dari model Bohr tumbuh pendekatan kuantum untuk menjelaskan apa itu struktur atom. Model planet dan model Bohr adalah semacam langkah dari fisika klasik ke fisika kuantum, yang merupakan alat utama dalam fisika dunia mikro, termasuk fisika atom.

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 lebih kecil dari ukuran atom, yang pada waktu itu sudah diketahui dan diperkirakan sekitar 10 -10 m. Karena elektron sudah diketahui pada saat itu, dan massa serta muatannya ditentukan, maka pusat hamburan, yang kemudian disebut nukleus, pasti 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, elektron seharusnya memancar. gelombang elektromagnetik, kehilangan energi dan jatuh pada inti. 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 tiga jenis (lihat), (lihat) dan (lihat), membentuk sistem yang stabil. Proton dan neutron adalah bagian dari atom (lihat), elektron terbentuk 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 dapat dibagi) bagian terkecil 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

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 teknologi modern. Lampu elektronik. tabung sinar katoda. Semikonduktor. dioda semikonduktor. Transistor.…

Salah satu model pertama dari struktur atom diusulkan J. Thomson pada tahun 1904, Atom disajikan sebagai "lautan listrik positif" dengan elektron berosilasi di dalamnya. Muatan negatif total elektron dari atom yang netral secara elektrik disamakan dengan muatan positif totalnya.

Pengalaman Rutherford

Untuk menguji hipotesis Thomson dan lebih akurat menentukan struktur atom E. Rutherford mengorganisir serangkaian percobaan tentang hamburan α -partikel pelat logam tipis - foil. Pada tahun 1910 siswa Rutherford Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan eksperimen pengeboman α - partikel pelat logam tipis. Mereka menemukan bahwa sebagian besar α -partikel melewati foil tanpa mengubah lintasannya. Dan ini tidak mengejutkan, jika kita menerima kebenaran model atom Thomson.

Sumber α - radiasi ditempatkan dalam kubus timah dengan saluran yang dibor di dalamnya, sehingga memungkinkan untuk mendapatkan aliran α -partikel terbang ke arah tertentu. Partikel alfa adalah atom helium yang terionisasi ganda ( Bukan 2+). Mereka memiliki muatan positif +2 dan massa hampir 7350 kali massa elektron. Menekan layar dilapisi dengan seng sulfida, α -partikel menyebabkannya bersinar, dan dengan kaca pembesar orang dapat melihat dan menghitung kilatan individu yang muncul di layar ketika masing-masing α -partikel. Sebuah foil ditempatkan antara sumber radiasi dan layar. Dari kilatan di layar, dimungkinkan untuk menilai hamburan α -partikel, mis. tentang penyimpangan mereka dari arah aslinya ketika melewati lapisan logam.

Ternyata mayoritas α -partikel melewati foil tanpa mengubah arahnya, meskipun ketebalan foil sesuai dengan ratusan ribu diameter atom. Tapi beberapa berbagi α -partikel masih menyimpang dengan sudut kecil, dan kadang-kadang α -partikel tiba-tiba mengubah arah gerakan mereka dan bahkan (sekitar 1 dari 100.000) terlempar ke belakang, seolah-olah mereka telah menghadapi rintangan besar. Kasus penyimpangan yang begitu tajam α -partikel dapat diamati dengan menggerakkan layar dengan kaca pembesar secara melengkung.

Dari hasil percobaan ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

Ada beberapa "penghalang" dalam atom, yang disebut nukleus.
Inti memiliki muatan positif (sebaliknya bermuatan positif α partikel tidak akan dipantulkan kembali).
Inti sangat kecil dibandingkan dengan ukuran atom itu sendiri (hanya sebagian kecil) α -partikel berubah arah).
Inti memiliki massa lebih besar daripada massa α -partikel.

Rutherford menjelaskan hasil percobaan dengan mengusulkan model atom "planet" menyamakannya dengan tata surya. Menurut model planet, di pusat atom terdapat nukleus yang sangat kecil, yang ukurannya kira-kira 100.000 kali. ukuran lebih kecil atom itu sendiri. Inti ini mengandung hampir seluruh massa atom dan membawa muatan positif. Elektron bergerak mengelilingi nukleus, yang jumlahnya ditentukan oleh muatan nukleus. Lintasan terluar elektron menentukan dimensi terluar atom. Diameter atom sekitar 10 -8 cm, dan diameter inti sekitar 10 -13 10 -12 cm.

Semakin besar muatan inti atom, semakin kuat akan ditolak darinya α -partikel, semakin sering akan ada kasus penyimpangan yang kuat α -partikel melewati lapisan logam, dari arah asli gerakan. Oleh karena itu, percobaan hamburan α -partikel memungkinkan tidak hanya untuk mendeteksi keberadaan inti atom, tetapi juga untuk menentukan muatannya. Dari percobaan Rutherford sudah mengikuti bahwa muatan inti (dinyatakan dalam satuan muatan elektron) secara numerik sama dengan nomor urut unsur dalam sistem periodik. Sudah dikonfirmasi G. Moseley, yang pada tahun 1913 menetapkan hubungan sederhana antara panjang gelombang garis-garis tertentu dari spektrum sinar-X suatu elemen dan nomor serinya, dan D. Chadwick, yang pada tahun 1920 menentukan dengan sangat akurat muatan inti atom sejumlah unsur dengan cara hamburan α -partikel.

Sudah terpasang arti fisik nomor seri elemen dalam sistem periodik: nomor seri ternyata menjadi konstanta elemen yang paling penting, yang menyatakan muatan positif inti atomnya. Dari kenetralan listrik atom, maka jumlah elektron yang berputar mengelilingi inti sama dengan nomor urut unsur.

Penemuan ini memberikan pembenaran baru untuk pengaturan unsur-unsur dalam sistem periodik. Pada saat yang sama, ia menghilangkan kontradiksi yang tampak dalam sistem Mendeleev - posisi beberapa elemen dengan massa atom yang lebih tinggi di depan elemen dengan massa atom yang lebih rendah (telurium dan yodium, argon dan kalium, kobalt dan nikel). Ternyata tidak ada kontradiksi di sini, karena tempat suatu unsur dalam sistem ditentukan oleh muatan inti atom. Secara eksperimental ditetapkan bahwa muatan inti atom telurium adalah 52, dan muatan atom yodium adalah 53; oleh karena itu telurium, meskipun besar massa atom, harus tahan terhadap yodium. Demikian pula, muatan inti argon dan kalium, nikel dan kobalt sepenuhnya sesuai dengan urutan susunan elemen-elemen ini dalam sistem.

Jadi, muatan inti atom adalah kuantitas utama yang bergantung pada sifat-sifat unsur dan posisinya dalam sistem periodik. Jadi hukum periodik Mendeleev saat ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

Sifat-sifat unsur dan sederhana dan zat kompleks berada dalam ketergantungan periodik pada muatan inti atom dari unsur-unsur

Penentuan nomor seri unsur berdasarkan muatan inti atomnya memungkinkan untuk menetapkan jumlah total tempat dalam sistem periodik antara hidrogen, yang memiliki nomor seri 1, dan uranium (nomor atom 92), yang pada waktu itu dianggap sebagai anggota terakhir dari sistem periodik unsur. Ketika teori struktur atom diciptakan, tempat 43, 61, 72, 75, 85 dan 87 tetap kosong, yang menunjukkan kemungkinan adanya unsur-unsur yang belum ditemukan. Dan memang, pada tahun 1922, elemen hafnium ditemukan, yang menggantikan 72; kemudian pada tahun 1925 - renium, yang terjadi 75. Unsur-unsur yang seharusnya menempati empat tempat bebas yang tersisa dalam tabel ternyata radioaktif dan tidak ditemukan di alam, tetapi diperoleh secara artifisial. Unsur-unsur baru itu diberi nama teknesium (nomor 43), promethium (61), astatin (85), dan fransium (87). Saat ini, semua sel tabel periodik antara hidrogen dan uranium terisi. Namun, dia sistem periodik tidak selesai.

spektrum atom

Model planet adalah langkah besar dalam teori struktur atom. Namun, dalam beberapa hal itu bertentangan dengan fakta yang sudah mapan. Mari kita pertimbangkan dua kontradiksi seperti itu.

Pertama, teori Rutherford tidak dapat menjelaskan kestabilan atom. Sebuah elektron berputar di sekitar inti bermuatan positif harus, seperti berosilasi muatan listrik, memancarkan energi elektromagnetik berupa gelombang cahaya. Tapi, memancarkan cahaya, elektron kehilangan sebagian energinya, yang menyebabkan ketidakseimbangan antara gaya sentrifugal yang terkait dengan rotasi elektron, dan gaya tarik elektrostatik elektron ke nukleus. Untuk mengembalikan keseimbangan, elektron harus bergerak lebih dekat ke inti. Jadi, elektron, yang terus-menerus memancarkan energi elektromagnetik dan bergerak dalam spiral, akan mendekati nukleus. Setelah menghabiskan semua energinya, ia harus "jatuh" ke nukleus, dan atom akan tidak ada lagi. Kesimpulan ini bertentangan properti nyata atom, yang merupakan formasi stabil, dan dapat eksis tanpa dihancurkan untuk waktu yang sangat lama.

Kedua, model Rutherford menyebabkan kesimpulan yang salah tentang sifat spektrum atom. Ketika cahaya yang dipancarkan oleh benda padat atau cair panas dilewatkan melalui kaca atau prisma kuarsa, apa yang disebut spektrum kontinu diamati pada layar yang ditempatkan di belakang prisma, bagian yang terlihat adalah pita berwarna yang berisi semua warna Pelangi. Fenomena ini dijelaskan oleh fakta bahwa radiasi padatan panas atau tubuh cair terdiri dari gelombang elektromagnetik dari berbagai frekuensi. Gelombang dengan frekuensi yang berbeda dibiaskan secara tidak sama oleh prisma dan jatuh pada tempat yang berbeda layar. Konstelasi frekuensi radiasi elektromagnetik, dipancarkan oleh zat, dan disebut spektrum emisi. Di sisi lain, zat menyerap radiasi frekuensi tertentu. Totalitas yang terakhir ini disebut spektrum serapan suatu zat.

Untuk mendapatkan spektrum, alih-alih prisma, Anda dapat menggunakan kisi difraksi. Yang terakhir adalah pelat kaca, di mana goresan paralel tipis diterapkan pada jarak yang sangat dekat satu sama lain (hingga 1500 goresan per 1 mm). Melewati kisi-kisi seperti itu, cahaya terurai dan membentuk spektrum yang serupa dengan yang diperoleh dengan menggunakan prisma. Difraksi melekat dalam setiap gerakan gelombang dan berfungsi sebagai salah satu bukti utama sifat gelombang cahaya.

Ketika dipanaskan, suatu zat memancarkan sinar (radiasi). Jika radiasi memiliki satu panjang gelombang, maka itu disebut monokromatik. Dalam kebanyakan kasus, radiasi dicirikan oleh beberapa panjang gelombang. Ketika radiasi didekomposisi menjadi komponen monokromatik, spektrum radiasi diperoleh, di mana komponen individualnya dinyatakan oleh garis spektral.

Spektrum yang diperoleh dengan radiasi dari atom bebas atau terikat lemah (misalnya, dalam gas atau uap) disebut spektrum atom.

Radiasi yang dipancarkan oleh padatan atau cairan selalu memberikan spektrum kontinu. Radiasi yang dipancarkan oleh gas dan uap panas, berbeda dengan radiasi padatan dan cairan, hanya mengandung panjang gelombang tertentu. Oleh karena itu, alih-alih strip kontinu pada layar, diperoleh serangkaian garis berwarna terpisah yang dipisahkan oleh celah gelap. Jumlah dan lokasi garis-garis ini tergantung pada sifat gas atau uap panas. Jadi, uap kalium memberikan - spektrum yang terdiri dari tiga garis - dua merah dan satu ungu; ada beberapa garis merah, kuning dan hijau dalam spektrum uap kalsium, dll.

Radiasi yang dipancarkan oleh padatan atau cairan selalu memberikan spektrum kontinu. Radiasi yang dipancarkan oleh gas dan uap panas, berbeda dengan radiasi padatan dan cairan, hanya mengandung panjang gelombang tertentu. Oleh karena itu, alih-alih strip kontinu pada layar, diperoleh serangkaian garis berwarna terpisah yang dipisahkan oleh celah gelap. Jumlah dan lokasi garis-garis ini tergantung pada sifat gas atau uap panas. Jadi, uap kalium memberikan spektrum yang terdiri dari tiga garis - dua merah dan satu ungu; ada beberapa garis merah, kuning dan hijau dalam spektrum uap kalsium, dll.

Spektrum seperti ini disebut spektrum garis. Ditemukan bahwa cahaya yang dipancarkan oleh atom gas memiliki spektrum garis, di mana garis spektrum dapat digabungkan secara seri.

Dalam setiap seri, susunan garis sesuai dengan pola tertentu. Frekuensi masing-masing garis dapat dijelaskan rumus Balmer:

Fakta bahwa atom dari setiap unsur memberikan spektrum yang benar-benar pasti yang melekat hanya pada unsur ini, dan intensitas garis spektrum yang sesuai semakin tinggi, lebih banyak konten unsur dalam sampel banyak digunakan untuk menentukan komposisi kualitatif dan kuantitatif zat dan bahan. Metode penelitian ini disebut analisis spektral.

Model keplanetan dari struktur atom ternyata tidak mampu menjelaskan garis spektrum emisi atom hidrogen, terlebih lagi kombinasi garis spektral secara deret. Sebuah elektron yang berputar di sekitar nukleus harus mendekati nukleus, terus-menerus mengubah kecepatan gerakannya. Frekuensi cahaya yang dipancarkan olehnya ditentukan oleh frekuensi rotasinya dan, oleh karena itu, harus terus berubah. Ini berarti bahwa spektrum radiasi suatu atom harus kontinu, kontinu. Menurut model ini, frekuensi radiasi atom harus sama dengan frekuensi getaran mekanis atau kelipatannya, yang tidak sesuai dengan rumus Balmer. Dengan demikian, teori Rutherford tidak dapat menjelaskan keberadaan atom stabil atau keberadaan spektrum garisnya.

teori kuantum cahaya

Pada tahun 1900 M. Plank menunjukkan bahwa kemampuan benda yang dipanaskan untuk memancarkan radiasi dapat dijelaskan secara kuantitatif dengan benar hanya dengan mengasumsikan bahwa energi radiasi dipancarkan dan diserap oleh benda tidak terus menerus, tetapi secara terpisah, yaitu. dalam bagian terpisah - kuanta. Pada saat yang sama, energi E setiap bagian tersebut terkait dengan frekuensi radiasi oleh hubungan yang disebut persamaan Planck:

Planck sendiri lama percaya bahwa emisi dan penyerapan cahaya oleh kuanta adalah sifat benda yang memancar, dan bukan dari radiasi itu sendiri, yang mampu memiliki energi apa pun dan oleh karena itu dapat diserap secara terus-menerus. Namun, pada tahun 1905 Einstein, menganalisis fenomena efek fotolistrik, sampai pada kesimpulan bahwa energi elektromagnetik (radiasi) hanya ada dalam bentuk kuanta dan, oleh karena itu, radiasi adalah aliran materi "partikel" (foton) yang tak terpisahkan, yang energinya adalah bertekad persamaan Planck.

efek fotoelektrik Emisi elektron oleh logam di bawah aksi insiden cahaya di atasnya disebut. Fenomena ini dipelajari secara rinci pada tahun 1888-1890. A.G. Stoletov. Jika Anda menempatkan pengaturan dalam ruang hampa dan menerapkannya ke piring M potensial negatif, maka tidak ada arus yang akan diamati dalam rangkaian, karena tidak ada partikel bermuatan di ruang antara pelat dan kisi-kisi yang dapat membawa listrik. Tetapi ketika pelat disinari dengan sumber cahaya, galvanometer mendeteksi terjadinya arus (disebut arus foto), pembawanya adalah elektron yang ditarik oleh cahaya dari logam.

Ternyata ketika intensitas cahaya berubah, hanya jumlah elektron yang dipancarkan oleh logam yang berubah, yaitu. kekuatan arus foto. Tetapi energi kinetik maksimum setiap elektron yang dipancarkan dari logam tidak bergantung pada intensitas penerangan, tetapi hanya berubah ketika frekuensi datangnya cahaya pada logam berubah. Dengan peningkatan panjang gelombang (yaitu dengan penurunan frekuensi) energi elektron yang dipancarkan oleh logam berkurang, dan kemudian, pada panjang gelombang yang ditentukan untuk setiap logam, efek fotolistrik menghilang dan tidak muncul bahkan pada waktu yang sangat lama. intensitas cahaya yang tinggi. Jadi, ketika disinari dengan cahaya merah atau oranye, natrium tidak menunjukkan efek fotolistrik dan mulai memancarkan elektron hanya pada panjang gelombang kurang dari 590 nm (cahaya kuning); dalam lithium, efek fotolistrik terdeteksi bahkan lebih rendah panjang gelombang, mulai dari 516 nm ( lampu hijau); dan penarikan elektron dari platina di bawah aksi cahaya tampak tidak terjadi sama sekali dan dimulai hanya ketika platina disinari dengan sinar ultraviolet.

Sifat-sifat efek fotolistrik ini sama sekali tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang teori gelombang klasik cahaya, yang menurutnya efeknya harus ditentukan (untuk logam tertentu) hanya dengan jumlah energi yang diserap oleh permukaan logam per satuan waktu, tetapi seharusnya tidak tergantung pada jenis insiden radiasi pada logam. Namun, sifat-sifat yang sama ini menerima penjelasan yang sederhana dan meyakinkan jika kita berasumsi bahwa radiasi terdiri dari bagian-bagian yang terpisah, foton, dengan energi yang terdefinisi dengan baik.

Faktanya, elektron dalam logam terikat pada atom logam, sehingga sejumlah energi harus dikeluarkan untuk menariknya keluar. Jika foton memiliki jumlah energi yang diperlukan (dan energi foton ditentukan oleh frekuensi radiasi), maka elektron akan dikeluarkan, dan efek fotolistrik akan diamati. Dalam proses interaksi dengan logam, foton sepenuhnya menyerahkan energinya kepada elektron, karena foton tidak dapat dipecah menjadi beberapa bagian. Energi foton sebagian akan digunakan untuk memutuskan ikatan antara elektron dan logam, dan sebagian lagi untuk memberikan energi kinetik gerak ke elektron. Oleh karena itu, energi kinetik maksimum elektron yang terlempar dari logam tidak boleh lebih besar dari perbedaan antara energi foton dan energi ikat elektron dengan atom logam. Akibatnya, dengan peningkatan jumlah foton yang datang pada permukaan logam per satuan waktu (yaitu, dengan peningkatan intensitas iluminasi), hanya jumlah elektron yang dikeluarkan dari logam yang akan meningkat, yang akan menyebabkan peningkatan arus foto, tetapi energi setiap elektron tidak akan meningkat. Jika energi foton kurang dari energi minimum yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron, efek fotolistrik tidak akan teramati untuk sejumlah foton yang terjadi pada logam, mis. pada setiap intensitas cahaya.

teori kuantum cahaya, dikembangkan Einstein, mampu menjelaskan tidak hanya sifat-sifat efek fotolistrik, tetapi juga hukum-hukum aksi kimia cahaya, ketergantungan suhu kapasitas panas padatan dan sejumlah fenomena lainnya. Ternyata sangat berguna dalam pengembangan ide tentang struktur atom dan molekul.

Berdasarkan teori kuantum cahaya, sebuah foton tidak dapat pecah: ia berinteraksi secara keseluruhan dengan elektron logam, menjatuhkannya dari pelat; secara keseluruhan, ia juga berinteraksi dengan zat peka cahaya dari film fotografi, menyebabkannya menjadi gelap pada titik tertentu, dan seterusnya. Dalam pengertian ini, foton berperilaku seperti partikel, yaitu. menunjukkan sifat sel. Namun, foton juga memiliki sifat gelombang: ini dimanifestasikan dalam sifat gelombang dari perambatan cahaya, dalam kemampuan foton untuk berinterferensi dan difraksi. Sebuah foton berbeda dari partikel dalam pengertian klasik istilah dalam posisi yang tepat dalam ruang, seperti posisi yang tepat dari gelombang apapun, tidak dapat ditentukan. Tetapi itu juga berbeda dari gelombang "klasik" - ketidakmampuan untuk membagi menjadi beberapa bagian. Menggabungkan sifat sel dan gelombang, foton sebenarnya bukan partikel atau gelombang - ia memiliki dualitas gelombang sel.

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 hingga terlambat XIX- awal abad kedua puluh, 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 yang pertama model elektronik 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. Memang, menurut hukum fisika klasik, sebuah elektron, yang berputar di orbit, bergerak dengan percepatan, oleh karena itu, ia 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.

Pada tahun 1903, ilmuwan Inggris Thomson mengusulkan model atom, yang secara bercanda disebut "roti dengan kismis." Menurutnya, atom adalah bola dengan muatan positif seragam, di mana elektron bermuatan negatif diselingi seperti kismis.

Namun, studi lebih lanjut tentang atom menunjukkan bahwa teori ini tidak dapat dipertahankan. Dan beberapa tahun kemudian, fisikawan Inggris lainnya, Rutherford, melakukan serangkaian eksperimen. Berdasarkan hasil tersebut, ia membangun hipotesis tentang struktur atom, yang masih diakui di seluruh dunia.

Pengalaman Rutherford: usulan model atomnya

Dalam eksperimennya, Rutherford melewatkan seberkas partikel alfa melalui kertas emas tipis. Emas dipilih karena plastisitasnya, yang memungkinkan untuk membuat foil yang sangat tipis, hampir setebal satu lapis molekul. Di belakang foil adalah layar khusus yang diterangi ketika dibombardir oleh partikel alfa yang jatuh di atasnya. Menurut teori Thomson, partikel alfa seharusnya melewati foil tanpa hambatan, menyimpang sedikit ke samping. Namun, ternyata beberapa partikel berperilaku seperti ini, dan sebagian kecil memantul kembali, seperti menabrak sesuatu.

Artinya, ditemukan bahwa di dalam atom ada sesuatu yang padat dan kecil, dari mana partikel alfa dipantulkan. Saat itulah Rutherford mengusulkan model planet dari struktur atom. Model atom planet Rutherford menjelaskan hasil eksperimennya dan rekan-rekannya. Tidak ditawarkan hingga saat ini model terbaik, meskipun beberapa aspek dari teori ini masih tidak konsisten dengan praktik di beberapa bidang ilmu pengetahuan yang sangat sempit. Tapi pada dasarnya, model planet dari atom adalah yang paling berguna dari semuanya. Apa model ini?

Model keplanetan dari struktur atom

Sesuai dengan namanya, atom disamakan dengan planet. Dalam hal ini, planet adalah inti atom. Dan elektron berputar mengelilingi inti pada jarak yang cukup jauh, seperti halnya satelit berputar mengelilingi planet. Hanya kecepatan rotasi elektron yang ratusan ribu kali lebih besar dari kecepatan rotasi satelit tercepat. Oleh karena itu, selama rotasinya, elektron seolah-olah menciptakan awan di atas permukaan nukleus. Dan muatan elektron yang ada menolak muatan yang sama yang dibentuk oleh elektron lain di sekitar inti lain. Oleh karena itu, atom-atom tidak "menempel", tetapi terletak pada jarak tertentu satu sama lain.

Dan ketika kita berbicara tentang tumbukan partikel, yang kita maksudkan adalah mereka saling mendekat pada jarak yang cukup jauh dan ditolak oleh medan muatannya. Tidak ada kontak langsung. Partikel dalam materi umumnya sangat berjauhan. Jika dengan cara apa pun adalah mungkin untuk meledakkan bersama partikel-partikel benda apa pun, itu akan berkurang satu miliar kali lipat. Bumi akan menjadi lebih kecil dari sebuah apel. Jadi volume utama zat apa pun, kedengarannya aneh, ditempati oleh kekosongan di mana partikel bermuatan berada, ditahan pada jarak oleh gaya interaksi elektronik.