Branduolinis planetinis atomo apibrėžimo struktūros modelis. Atomo planetinis modelis

Planetinį atomo modelį E. Rutherfordas pasiūlė 1910 m. Pirmuosius atomo sandaros tyrimus jis atliko alfa dalelių pagalba. Remdamasis jų sklaidos eksperimentų rezultatais, Rutherfordas pasiūlė, kad visas teigiamas atomo krūvis yra sutelktas mažame branduolyje jo centre. Kita vertus, neigiamai įkrauti elektronai pasiskirsto per visą likusį jo tūrį.

Šiek tiek fono

Pirmąjį nuostabų spėjimą apie atomų egzistavimą padarė senovės graikų mokslininkas Demokritas. Nuo to laiko idėja apie atomų egzistavimą, kurių deriniai suteikia visas mus supančias medžiagas, nepaliko mokslo žmonių vaizduotės. Kartkartėmis į ją užsukdavo įvairūs jos atstovai, tačiau iki XIX amžiaus pradžios jų konstrukcijos tebuvo hipotezės, neparemtos eksperimentiniais duomenimis.

Galiausiai, 1804 m., likus daugiau nei šimtui metų iki planetinio atomo modelio atsiradimo, anglų mokslininkas Johnas Daltonas pateikė jo egzistavimo įrodymų ir pristatė atominio svorio sampratą, kuri buvo pirmoji jo kiekybinė charakteristika. Kaip ir jo pirmtakai, atomus jis įsivaizdavo kaip mažiausius materijos gabalėlius, tarsi kietus rutuliukus, kurių negalima padalyti į dar smulkesnes daleles.

Elektrono atradimas ir pirmasis atomo modelis

Praėjo beveik šimtmetis, kai galiausiai, XIX amžiaus pabaigoje, taip pat anglas J. J. Thomsonas atrado pirmąją subatominę dalelę – neigiamo krūvio elektroną. Kadangi atomai yra elektriškai neutralūs, Thomsonas manė, kad juos turi sudaryti teigiamai įkrautas branduolys su elektronais, išsibarsčiusiais visame jo tūryje. Remdamasis įvairiais eksperimentiniais rezultatais, 1898 m. jis pasiūlė savo atomo modelį, kartais vadinamą „slyvomis pudinge“, nes jame esantis atomas buvo vaizduojamas kaip sfera, užpildyta kokiu nors teigiamai įkrautu skysčiu, į kurį buvo įterpti elektronai, kaip „ slyvų į pudingą. Tokio sferinio modelio spindulys buvo apie 10 -8 cm Bendras teigiamas skysčio krūvis simetriškai ir tolygiai subalansuotas neigiamų elektronų krūvių, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.

Šis modelis patenkinamai paaiškino faktą, kad kai medžiaga kaitinama, ji pradeda skleisti šviesą. Nors tai buvo pirmasis bandymas suprasti, kas yra atomas, tačiau vėliau Rutherfordo ir kitų atliktų eksperimentų rezultatų nepavyko. Thomsonas 1911 m. sutiko, kad jo modelis tiesiog negali atsakyti, kaip ir kodėl vyksta eksperimentuose stebimas α spindulių sklaida. Todėl jo buvo atsisakyta, o jį pakeitė tobulesnis planetinis atomo modelis.

Kaip vis dėlto atomas yra išdėstytas?

Ernestas Rutherfordas paaiškino jį atnešusį radioaktyvumo reiškinį Nobelio premija, tačiau reikšmingiausias jo indėlis į mokslą atsirado vėliau, kai jis nustatė, kad atomą sudaro tankus branduolys, apsuptas elektronų orbitų, kaip ir Saulę supa planetų orbitos.

Pagal planetinį atomo modelį, didžioji jo masės dalis yra sutelkta mažutėje (palyginti su viso atomo dydžiu) branduolyje. Elektronai juda aplink branduolį, keliauja neįtikėtinu greičiu, tačiau didžioji dalis atomų tūrio yra tuščia erdvė.

Branduolio dydis yra toks mažas, kad jo skersmuo yra 100 000 kartų mažesnis nei atomo. Branduolio skersmenį Rutherfordas įvertino 10 -13 cm, priešingai nei atomo dydis - 10-8 cm. Už branduolio ribų aplink jį sukasi elektronai su dideliu greičiu, todėl susidaro išcentrinės jėgos, kurios subalansuoja elektrostatines protonų ir elektronų traukos jėgas.

Rutherfordo eksperimentai

planetinis modelis atomas atsirado 1911 m., po garsiojo eksperimento su aukso folija, kuris leido gauti esminės informacijos apie jo struktūrą. Rutherfordo kelias į atradimą atomo branduolys yra geras pavyzdys kūrybiškumo vaidmuo moksle. Jo paieškos prasidėjo dar 1899 m., kai jis atrado, kad tam tikri elementai išskiria teigiamai įkrautas daleles, kurios gali prasiskverbti į bet ką. Jis šias daleles pavadino alfa (α) dalelėmis (dabar žinome, kad tai buvo helio branduoliai). Kaip ir visi geri mokslininkai, Rutherfordas buvo smalsus. Jis svarstė, ar alfa dalelės gali būti panaudotos atomo sandarai išsiaiškinti. Rutherfordas nusprendė nukreipti alfa dalelių spindulį į labai plonos aukso folijos lakštą. Jis pasirinko auksą, nes iš jo galima pagaminti net 0,00004 cm storio lakštus. Už aukso folijos lakšto jis uždėjo ekraną, kuris švytėdavo, kai į jį atsitrenkdavo alfa dalelės. Jis buvo naudojamas alfa dalelėms aptikti po to, kai jos praėjo per foliją. Mažas plyšys ekrane leido alfa dalelių pluoštui pasiekti foliją išėjus iš šaltinio. Kai kurie iš jų turi praeiti pro foliją ir toliau judėti ta pačia kryptimi, o kita dalis turi atsimušti nuo folijos ir atsispindėti aštriais kampais. Eksperimento schemą galite pamatyti žemiau esančiame paveikslėlyje.

Kas nutiko Rutherfordo eksperimente?

Remdamasis J. J. Thomsono atomo modeliu, Rutherfordas padarė prielaidą, kad kietos teigiamo krūvio sritys, užpildančios visą aukso atomų tūrį, nukryps arba sulenks visų alfa dalelių trajektorijas, kai jos praeis per foliją.

Tačiau didžioji dauguma alfa dalelių prasiskverbė pro aukso foliją taip, lyg jos ten nebūtų. Atrodė, kad jie eina per tuščią erdvę. Tik keli iš jų nukrypsta nuo tiesaus kelio, kaip ir buvo manyta pradžioje. Žemiau pateikiamas atitinkama kryptimi išsibarsčiusių dalelių skaičiaus ir sklaidos kampo diagrama.

Keista, bet nedidelė dalis dalelių atsimušė nuo folijos, kaip krepšinis atsimušė nuo lentos. Rutherfordas suprato, kad šie nukrypimai atsirado dėl tiesioginio susidūrimo tarp alfa dalelių ir teigiamai įkrautų atomo komponentų.

Branduolys užima centrinę vietą

Remiantis nežymiu alfa dalelių, atsispindinčių nuo folijos, procentais, galime daryti išvadą, kad visas teigiamas krūvis ir beveik visa atomo masė yra sutelkta viename mažame plote, o likusi atomo dalis daugiausia yra tuščia erdvė. Rutherfordas koncentruoto teigiamo krūvio plotą pavadino branduoliu. Jis numatė ir netrukus atrado, kad jame yra teigiamai įkrautų dalelių, kurias pavadino protonais. Rutherfordas numatė neutralių atominių dalelių, vadinamų neutronais, egzistavimą, tačiau jam nepavyko jų aptikti. Tačiau jo mokinys Jamesas Chadwickas po kelerių metų juos atrado. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta urano atomo branduolio struktūra.

Atomai susideda iš teigiamą krūvį turinčių sunkiųjų branduolių, apsuptų aplink juos besisukančių neigiamą krūvį turinčių itin lengvų dalelių-elektronų, ir tokiais greičiais, kad mechaninės išcentrinės jėgos tiesiog subalansuotų savo elektrostatinį trauką branduoliui, o tai tariamai užtikrina atomo stabilumą.

Šio modelio trūkumai

Pagrindinė Rutherfordo idėja buvo susijusi su mažo atominio branduolio idėja. Prielaida apie elektronų orbitas buvo grynas spėjimas. Jis tiksliai nežinojo, kur ir kaip aplink branduolį sukasi elektronai. Todėl Rutherfordo planetinis modelis nepaaiškina elektronų pasiskirstymo orbitose.

Be to, Rutherfordo atomo stabilumas buvo įmanomas tik nuolat judant elektronams orbitose neprarandant kinetinės energijos. Tačiau elektrodinaminiai skaičiavimai parodė, kad elektronų judėjimą bet kokiomis kreivinėmis trajektorijomis kartu su greičio vektoriaus krypties pasikeitimu ir atitinkamo pagreičio atsiradimu neišvengiamai lydi elektromagnetinės energijos emisija. Šiuo atveju, pagal energijos tvermės dėsnį, elektrono kinetinė energija turi būti labai greitai išeikvota spinduliuotei, o ji turi kristi ant branduolio, kaip schematiškai parodyta paveikslėlyje žemiau.

Bet tai neįvyksta, nes atomai yra stabilios formacijos. Tarp reiškinio modelio ir eksperimentinių duomenų iškilo tipiškas mokslinis prieštaravimas.

Nuo Rutherfordo iki Nielso Bohro

Kitas svarbus žingsnis į priekį atomo istorijoje įvyko 1913 m., kai danų mokslininkas Nielsas Bohras paskelbė išsamesnio atomo modelio aprašymą. Ji aiškiau nustatė vietas, kur gali būti elektronai. Nors vėliau mokslininkai sukūrė sudėtingesnius atomų projektus, Bohro planetinis atomo modelis iš esmės buvo teisingas ir daugelis jo vis dar priimtini ir šiandien. Jis turėjo daug naudingų pritaikymų, pavyzdžiui, jis naudojamas paaiškinti įvairių cheminių elementų savybes, jų spinduliavimo spektro prigimtį ir atomo struktūrą. Planetinis modelis ir Boro modelis buvo svarbiausi etapai, žymintys naujos fizikos krypties – mikropasaulio fizikos – atsiradimą. Bohras 1922 m. gavo Nobelio fizikos premiją už indėlį į mūsų supratimą apie atomo struktūrą.

Ką naujo Bohras atnešė į atomo modelį?

Dar būdamas jaunas, Bohras dirbo Rutherfordo laboratorijoje Anglijoje. Kadangi Rutherfordo modelyje elektronų samprata buvo menkai išplėtota, Bohras sutelkė dėmesį į juos. Dėl to atomo planetinis modelis buvo žymiai patobulintas. Bohro postulatai, kuriuos jis suformulavo savo straipsnyje „Apie atomų ir molekulių sandarą“, paskelbtame 1913 m., skelbė:

1. Elektronai gali judėti aplink branduolį tik fiksuotais atstumais nuo jo, nulemtu jų turimos energijos kiekio. Šiuos fiksuotus lygius jis pavadino energijos lygiais arba elektronų apvalkalais. Bohras jas įsivaizdavo kaip koncentrines sferas, kurių kiekvienos centre yra branduolys. Šiuo atveju mažesnės energijos elektronai bus randami žemesniuose lygiuose, arčiau branduolio. Tie, kurie turi daugiau energijos, ras daugiau aukštus lygius, toliau nuo šerdies.

2. Jeigu elektronas sugeria tam tikrą (tam tikram lygiui gana neabejotiną) energijos kiekį, tai jis peršoks į kitą, aukštesnį energijos lygį. Ir atvirkščiai, jei jis neteks tiek pat energijos, jis grįš į pradinį lygį. Tačiau elektronas negali egzistuoti dviejuose energijos lygiuose.

Šią idėją iliustruoja paveikslas.

Energijos dalys elektronams

Bohro atomo modelis iš tikrųjų yra dviejų derinys įvairių idėjų: Rezerfordo atominis modelis su aplink branduolį besisukančiais elektronais (iš tikrųjų tai yra Bohr-Rutherford planetinis atomo modelis), ir vokiečių mokslininko Maxo Plancko idėjos apie materijos energijos kvantavimą, paskelbtos 1901 m. Kvantas (in daugiskaita- kvantai) yra mažiausias energijos kiekis, kurį medžiaga gali sugerti arba išleisti. Tai savotiškas energijos kiekio diskretizacijos žingsnis.

Jei energija lyginama su vandeniu ir norite ją pridėti prie materijos stiklinės pavidalu, negalite tiesiog pilti vandens nuolatine srove. Vietoj to, galite dėti nedideliais kiekiais, pavyzdžiui, arbatinį šaukštelį. Bohras manė, kad jei elektronai gali sugerti arba prarasti tik fiksuotus energijos kiekius, jie turėtų keisti savo energiją tik šiais fiksuotais kiekiais. Taigi, jie gali užimti tik fiksuotus energijos lygius aplink branduolį, atitinkantį kvantuotą jų energijos prieaugį.

Taigi iš Bohro modelio išauga kvantinis požiūris į paaiškinimą, kokia yra atomo struktūra. Planetinis modelis ir Boro modelis buvo tam tikri žingsniai nuo klasikinės fizikos iki kvantinės fizikos, kuri yra pagrindinė mikrokosmoso fizikos priemonė, įskaitant atominę fiziką.

Atomo planetinis modelis

Planetinis atomo modelis: branduolys (raudonas) ir elektronai (žalias)

Atomo planetinis modelis, arba Rutherfordo modelis, - istorinis modelis atomo struktūrą, kurią pasiūlė Ernestas Rutherfordas, atlikęs eksperimentą su alfa dalelių sklaida. Pagal šį modelį atomas susideda iš nedidelio teigiamai įkrauto branduolio, kuriame sutelkta beveik visa atomo masė, aplink kurį juda elektronai, lygiai taip pat, kaip planetos juda aplink saulę. Planetinis atomo modelis atitinka šiuolaikines idėjas apie atomo sandarą, atsižvelgiant į tai, kad elektronų judėjimas yra kvantinio pobūdžio ir nėra aprašytas klasikinės mechanikos dėsniais. Istoriškai Rutherfordo planetinis modelis pakeitė Josepho Johno Thomsono „slyvų pudingo modelį“, kuris teigia, kad neigiamai įkrauti elektronai yra patalpinti teigiamai įkrautame atome.

1911 m. Rutherfordas pasiūlė naują atomo struktūros modelį kaip jo vadovaujamo eksperimento dėl alfa dalelių sklaidos ant aukso folijos išvadą. Su šiuo išsibarstymu netikėtai didelis skaičius alfa dalelės buvo išsklaidytos dideliais kampais, o tai rodo, kad sklaidos centras turi mažas dydis ir jame yra didelis elektros krūvis. Rutherfordo skaičiavimai parodė, kad sklaidos centras, teigiamai arba neigiamai įkrautas, turi būti bent 3000 kartų mažesnis už atomo dydį, kuris tuo metu jau buvo žinomas ir buvo įvertintas apie 10 -10 m. Kadangi elektronai buvo žinomi jau a. tą laiką ir nustatoma jų masė bei krūvis, tada sklaidos centras, kuris vėliau buvo vadinamas branduoliu, turėjo turėti priešingą elektronų krūvį. Rutherfordas nesusiejo krūvio kiekio su atominiu skaičiumi. Tokia išvada buvo padaryta vėliau. Ir pats Rutherfordas pasiūlė, kad krūvis yra proporcingas atominei masei.

Planetinio modelio trūkumas buvo jo nesuderinamumas su klasikinės fizikos dėsniais. Jei elektronai juda aplink branduolį kaip planetos aplink Saulę, tada jų judėjimas pagreitėja, todėl pagal klasikinės elektrodinamikos dėsnius jie turėjo spinduliuoti elektromagnetines bangas, praranda energiją ir patenka į pagrindą. Kitas planetinio modelio kūrimo žingsnis buvo Boro modelis, postuluojantis kitus, skirtingus nuo klasikinių, elektronų judėjimo dėsnius. Visiškai elektrodinamikos prieštaravimai sugebėjo išspręsti kvantinę mechaniką.

Wikimedia fondas. 2010 m.

Eise Eisingi planetariumas
planetinė fantazija

Pažiūrėkite, kas yra „Atomo planetinis modelis“ kituose žodynuose:

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

Bohro atomo modelis– Bohro į vandenilį panašaus atomo modelis (Z branduolio krūvis), kai neigiamai įkrautas elektronas yra uždarytas atominiame apvalkale, supančiame mažą teigiamai įkrautą atomo branduolį... Wikipedia

Modelis (moksle)- Modelis (pranc. modèle, ital. modelo, iš lotynų kalbos modulio matas, matas, pavyzdys, norma), 1) pavyzdys, kuris tarnauja kaip etalonas (standartas) serijiniam ar masiniam dauginimui (M. automobilis, M. drabužiai ir kt.). ), taip pat bet kokio tipo, prekės ženklo ... ...

Modelis– I modelis (modelis) Walteris (1891 m. sausio 24 d. Gentinas, Rytų Prūsija, 1945 m. balandžio 21 d., netoli Duisburgo), nacistinės Vokietijos generolas feldmaršalas (1944 m.). Kariuomenėje nuo 1909 m., dalyvavo 1914 m. I pasauliniame kare 18. Nuo 1940 m. lapkričio mėn. vadovavo 3-iajam tankui ... ... Didžioji sovietinė enciklopedija

ATOMO STRUKTŪRA- (žr.) pastatytas iš elementariosios dalelės trys tipai (žr.), (žr.) ir (žr.), sudarantys stabilią sistemą. Protonas ir neutronas yra atomo dalis (žr.), susidaro elektronai elektronų apvalkalas. Jėgos veikia branduolyje (žr.), kurių dėka ... ... Didžioji politechnikos enciklopedija

Atom- Šis terminas turi kitas reikšmes, žr. Atom (reikšmės). Helio atomas Atom (iš kitų graikų ... Wikipedia

Rutherfordas Ernestas– (1871 1937), anglų fizikas, vienas iš radioaktyvumo teorijos ir atomo sandaros kūrėjų, įkūrėjas moksline mokykla, Rusijos mokslų akademijos užsienio narys korespondentas (1922) ir SSRS mokslų akademijos garbės narys (1925). Gimė Naujojoje Zelandijoje, baigusi ... enciklopedinis žodynas

Άτομο

korpusas- helio atomas Atomas (kitas graikiškas ἄτομος nedalomas) mažiausia dalis cheminis elementas, kuris yra jo savybių nešėjas. Atomas susideda iš atomo branduolio ir jį supančio elektronų debesies. Atomo branduolys susideda iš teigiamai įkrautų protonų ir ... ... Vikipedijos

kraujo kūnelių- Helio atomas Atomas (kitas graikiškas ἄτομος nedalomas) yra mažiausia cheminio elemento dalis, kuri yra jo savybių nešėjas. Atomas susideda iš atomo branduolio ir jį supančio elektronų debesies. Atomo branduolys susideda iš teigiamai įkrautų protonų ir ... ... Vikipedijos

Knygos

Lentelių komplektas. Fizika. 11 klasė (15 lentelių), . Mokomasis albumas iš 15 lapų. Transformatorius. Elektromagnetinė indukcija in moderni technologija. Elektroninės lempos. Katodinių spindulių kineskopas. Puslaidininkiai. puslaidininkinis diodas. Tranzistorius…

Buvo pasiūlytas vienas pirmųjų atomo sandaros modelių J. Tomsonas 1904 m. Atomas buvo pristatytas kaip „teigiamos elektros jūra“ su joje svyruojančiais elektronais. Bendras neigiamas elektriškai neutralaus atomo elektronų krūvis buvo prilygintas jo bendram teigiamam krūviui.

Rutherfordo patirtis

Tomsono hipotezei patikrinti ir tiksliau nustatyti atomo sandarą E. Rutherfordas surengė seriją sklaidos eksperimentų α -dalelės plonos metalinės plokštės - folija. 1910 metais Rutherfordo studentai Hansas Geigeris ir Ernestas Marsdenas atliko bombardavimo eksperimentus α - plonų metalinių plokščių dalelės. Jie tai atrado daugiausia α -dalelės praeina per foliją nekeisdamos savo trajektorijos. Ir tai nenuostabu, jei sutiksime su Tomsono atomo modelio teisingumu.

Šaltinis α - spinduliuotė buvo patalpinta į švino kubą su jame išgręžtu kanalu, kad būtų galima gauti srautą α - tam tikra kryptimi skrendančios dalelės. Alfa dalelės yra dvigubai jonizuoti helio atomai ( Ne 2+). Jų teigiamas krūvis yra +2, o masė yra beveik 7350 kartų didesnė už elektrono masę. Pataikius į ekraną, padengtą cinko sulfidu, α - dėl dalelių jis švytėjo, o padidinamuoju stiklu buvo galima pamatyti ir suskaičiuoti atskirus blyksnius, kurie atsiranda ekrane, kai kiekvienas α - dalelės. Tarp spinduliuotės šaltinio ir ekrano buvo uždėta folija. Iš blyksnių ekrane buvo galima spręsti apie sklaidą α -dalelės, t.y. apie jų nuokrypį nuo pradinės krypties einant per metalinį sluoksnį.

Paaiškėjo, kad dauguma α -dalelės praeina pro foliją nekeisdamos jos krypties, nors folijos storis atitiko šimtus tūkstančių atomų skersmenų. Bet kai kurie dalijasi α -dalelės vis dar nukrypo mažais kampais, o kartais α -dalelės staigiai pakeitė savo judėjimo kryptį ir net (apie 1 iš 100 000) buvo išmestos atgal, tarsi susidūrusios su didžiule kliūtimi. Tokio aštraus nukrypimo atvejai α -daleles buvo galima stebėti lanku judinant ekraną padidinamuoju stiklu.

Iš šio eksperimento rezultatų galima padaryti tokias išvadas:

Atome, kuris buvo vadinamas branduoliu, yra tam tikra „kliūtis“.
Branduolys turi teigiamą krūvį (kitaip teigiamai α dalelės neatsispindėtų atgal).
Branduolys yra labai mažas, palyginti su paties atomo dydžiu (tik nedidelė dalis α -dalelės pakeitė kryptį).
Branduolys turi daugiau masės nei masė α - dalelės.

Rezerfordas paaiškino eksperimento rezultatus siūlydamas „planetinis“ atomo modelis palygino ją su saulės sistema. Pagal planetinį modelį atomo centre yra labai mažas branduolys, kurio dydis yra maždaug 100 000 kartų mažesni dydžiai pats atomas. Šiame branduolyje yra beveik visa atomo masė ir jis turi teigiamą krūvį. Aplink branduolį juda elektronai, kurių skaičių lemia branduolio krūvis. Išorinė elektronų trajektorija lemia išorinius atomo matmenis. Atomo skersmuo yra apie 10 -8 cm, o branduolio - apie 10 -13 ÷10 -12 cm.

Kuo didesnis atomo branduolio krūvis, tuo stipresnis bus nuo jo atstumtas α -dalelė, tuo dažniau bus stiprių nukrypimų atvejų α -dalelės, einančios per metalinį sluoksnį, nuo pradinės judėjimo krypties. Todėl sklaidos eksperimentai α -dalelės leidžia ne tik aptikti atomo branduolio egzistavimą, bet ir nustatyti jo krūvį. Jau iš Rutherfordo eksperimentų išplaukė, kad branduolio krūvis (išreikštas elektrono krūvio vienetais) yra skaitiniu požiūriu lygus elemento eilės skaičiui periodinėje sistemoje. Tai patvirtinta G. Moseley, kuris 1913 m. nustatė paprastą ryšį tarp tam tikrų elemento rentgeno spindulių spektro linijų bangos ilgių ir jo serijos numerio, ir D. Chadwickas, kuris 1920 metais labai tiksliai nustatė daugelio elementų atomų branduolių krūvius sklaidos būdu. α - dalelės.

Buvo įdiegta fizinę reikšmę elemento eilės numeris periodinėje sistemoje: eilės numeris pasirodė esąs svarbiausia elemento konstanta, išreiškianti teigiamą jo atomo branduolio krūvį. Iš atomo elektrinio neutralumo išplaukia, kad aplink branduolį besisukančių elektronų skaičius yra lygus elemento eilės skaičiui.

Šis atradimas suteikė naują pagrindimą elementų išdėstymui periodinėje sistemoje. Kartu tai pašalino akivaizdų prieštaravimą Mendelejevo sistemoje – kai kurių didesnę atominę masę turinčių elementų padėtis prieš mažesnę atominę masę turinčius elementus (telūrą ir jodą, argoną ir kalį, kobaltą ir nikelį). Paaiškėjo, kad čia nėra jokio prieštaravimo, nes elemento vietą sistemoje lemia atomo branduolio krūvis. Eksperimentiškai nustatyta, kad telūro atomo branduolio krūvis yra 52, o jodo atomo - 53; todėl telūro, nepaisant didelio atominė masė, turi atlaikyti jodą. Panašiai argono ir kalio, nikelio ir kobalto branduolių krūviai visiškai atitinka šių elementų išdėstymo sistemoje seką.

Taigi atomo branduolio krūvis yra pagrindinis dydis, nuo kurio priklauso elemento savybės ir jo padėtis periodinėje sistemoje. Taigi periodinė teisė Mendelejevas Šiuo metu galima suformuluoti taip:

Elementų savybės ir paprasti ir sudėtingos medžiagos yra periodiškai priklausomi nuo elementų atomų branduolio krūvio

Elementų eilės numerių nustatymas pagal jų atomų branduolių krūvius leido nustatyti iš viso vietas periodinėje sistemoje tarp vandenilio, kurio eilės numeris 1, ir urano (atominis numeris 92), kuris tuo metu buvo laikomas paskutiniu periodinės elementų sistemos nariu. Sukūrus atomo sandaros teoriją, 43, 61, 72, 75, 85 ir 87 vietos liko neužimtos, o tai rodė galimybę egzistuoti dar neatrastų elementų. Ir iš tiesų, 1922 m. buvo atrastas elementas hafnis, kuris užėmė 72 vietą; tada 1925 m. - renis, kurio įvyko 75. Elementai, kurie turėtų užimti likusias keturias laisvas vietas lentelėje, pasirodė radioaktyvūs ir gamtoje nebuvo aptikti, tačiau jie buvo gauti dirbtiniu būdu. Nauji elementai buvo pavadinti techneciu (skaičius 43), prometis (61), astatinas (85) ir francis (87). Šiuo metu visos periodinės sistemos tarp vandenilio ir urano ląstelės yra užpildytos. Tačiau ji periodinė sistema nėra baigtas.

Atominiai spektrai

Planetinis modelis buvo svarbus žingsnis atomo sandaros teorijoje. Tačiau kai kuriais atžvilgiais tai prieštaravo nusistovėjusiems faktams. Panagrinėkime du tokius prieštaravimus.

Pirma, Rutherfordo teorija negalėjo paaiškinti atomo stabilumo. Elektronas, besisukantis aplink teigiamai įkrautą branduolį, turi būti kaip svyruojantis elektros krūvis, skleisti elektromagnetinė energijašviesos bangų pavidalu. Tačiau, skleisdamas šviesą, elektronas praranda dalį savo energijos, o tai lemia disbalansą tarp išcentrinės jėgos, susijusios su elektrono sukimu, ir elektrostatinės elektrono traukos prie branduolio jėgos. Norint atkurti pusiausvyrą, elektronas turi priartėti prie branduolio. Taigi elektronas, nuolat spinduliuodamas elektromagnetinę energiją ir judėdamas spirale, priartės prie branduolio. Išnaudojęs visą savo energiją, jis turi „nukristi“ į branduolį, ir atomas nustos egzistavęs. Ši išvada prieštarauja nekilnojamojo turto atomų, kurie yra stabilūs dariniai ir gali egzistuoti nesunaikinami itin ilgai.

Antra, Rutherfordo modelis lėmė neteisingas išvadas apie atomų spektrų prigimtį. Kai karšto kieto ar skysto kūno skleidžiama šviesa praleidžiama per stiklinę ar kvarcinę prizmę, už prizmės esančiame ekrane stebimas vadinamasis nenutrūkstamas spektras, kurio matoma dalis yra spalvota juosta, kurioje yra visos prizmės spalvos. vaivorykštė. Šis reiškinys paaiškinamas tuo, kad spinduliuojant karštą kietą ar skystas kūnas susideda iš įvairaus dažnio elektromagnetinių bangų. Skirtingų dažnių bangos nevienodai lūžta prizme ir krenta toliau skirtingos vietos ekranas. Dažnio žvaigždynas elektromagnetinė radiacija, kurį išskiria medžiaga, ir vadinamas emisijos spektru. Kita vertus, medžiagos sugeria tam tikro dažnio spinduliuotę. Pastarųjų visuma vadinama medžiagos sugerties spektru.

Norėdami gauti spektrą, vietoj prizmės galite naudoti difrakcijos gardelę. Pastaroji yra stiklo plokštė, kurios paviršiuje labai arti vienas nuo kito daromi ploni lygiagretūs potėpiai (iki 1500 smūgių per 1 mm). Praeidama pro tokias groteles, šviesa suyra ir suformuoja spektrą, panašų į gautą naudojant prizmę. Difrakcija būdinga bet kokiam bangos judėjimui ir yra vienas iš pagrindinių šviesos banginės prigimties įrodymų.

Kaitinant, medžiaga skleidžia spindulius (spinduliaciją). Jei spinduliuotė turi vieną bangos ilgį, ji vadinama monochromatine. Daugeliu atvejų spinduliuotei būdingi keli bangos ilgiai. Išskaidžius spinduliuotę į vienspalvius komponentus, gaunamas spinduliavimo spektras, kuriame atskiri jos komponentai išreiškiami spektrinėmis linijomis.

Spektrai, gauti spinduliuojant iš laisvų arba silpnai surištų atomų (pavyzdžiui, dujose ar garuose), vadinami atominiais spektrais.

Kietųjų medžiagų arba skysčių skleidžiama spinduliuotė visada suteikia nenutrūkstamą spektrą. Spinduliuotė, kurią skleidžia karštos dujos ir garai, priešingai nei spinduliuotė kietosios medžiagos ir skysčių, turi tik tam tikrus bangos ilgius. Todėl vietoj ištisinės juostos ekrane gaunama eilė atskirų spalvotų linijų, atskirtų tamsiais tarpais. Šių linijų skaičius ir vieta priklauso nuo karštų dujų ar garų pobūdžio. Taigi, kalio garai suteikia - spektrą, kurį sudaro trys linijos - dvi raudonos ir viena violetinė; kalcio garų spektre yra kelios raudonos, geltonos ir žalios linijos ir kt.

Kietųjų medžiagų arba skysčių skleidžiama spinduliuotė visada suteikia nenutrūkstamą spektrą. Karštų dujų ir garų skleidžiama spinduliuotė, priešingai nei kietųjų medžiagų ir skysčių spinduliuotė, turi tik tam tikrus bangos ilgius. Todėl vietoj ištisinės juostos ekrane gaunama eilė atskirų spalvotų linijų, atskirtų tamsiais tarpais. Šių linijų skaičius ir vieta priklauso nuo karštų dujų ar garų pobūdžio. Taigi, kalio garai suteikia spektrą, kurį sudaro trys linijos - dvi raudonos ir viena violetinė; kalcio garų spektre yra kelios raudonos, geltonos ir žalios linijos ir kt.

Tokie spektrai vadinami linijiniais spektrais. Nustatyta, kad dujų atomų skleidžiama šviesa turi linijinį spektrą, kuriame spektro linijas galima sujungti nuosekliai.

Kiekvienoje serijoje linijų išdėstymas atitinka tam tikrą modelį. Galima apibūdinti atskirų linijų dažnius Balmerio formulė:

Tai, kad kiekvieno elemento atomai suteikia visiškai apibrėžtą spektrą, būdingą tik šiam elementui, o atitinkamų spektro linijų intensyvumas yra didesnis, daugiau turinio elementas mėginyje yra plačiai naudojamas nustatant kokybinę ir kiekybinę medžiagų ir medžiagų sudėtį. Šis tyrimo metodas vadinamas spektrinė analizė.

Paaiškėjo, kad planetinis atomo struktūros modelis negali paaiškinti vandenilio atomų spinduliuotės spektro, o juo labiau spektrinių linijų derinio iš eilės. Aplink branduolį besisukantis elektronas turi priartėti prie branduolio, nuolat keisdamas jo judėjimo greitį. Jos skleidžiamos šviesos dažnį lemia jos sukimosi dažnis, todėl jis turi nuolat keistis. Tai reiškia, kad atomo emisijos spektras turi būti ištisinis, nenutrūkstamas. Pagal šį modelį atomo spinduliavimo dažnis turi būti lygus mechaninių virpesių dažniui arba būti jo kartotinis, o tai nesuderinama su Balmerio formule. Taigi Rutherfordo teorija negalėjo paaiškinti nei stabilių atomų, nei jų linijų spektrų buvimo.

kvantinė šviesos teorija

1900 metais M. Plankas parodė, kad įkaitusio kūno gebėjimą skleisti spinduliuotę galima teisingai kiekybiškai apibūdinti tik darant prielaidą, kad spinduliavimo energiją kūnai skleidžia ir sugeria ne nuolat, o diskretiškai, t.y. atskirose porcijose - kvantai. Tuo pačiu ir energija E kiekviena tokia dalis yra susijusi su spinduliavimo dažniu ryšiu, vadinamu Plancko lygtys:

Pats Plankas ilgas laikas tikėjo, kad šviesos emisija ir sugertis kvantais yra spinduliuojančių kūnų, o ne pačios spinduliuotės, kuri gali turėti bet kokios energijos ir todėl gali būti sugerta nuolat, savybė. Tačiau 1905 m Einšteinas, analizuodamas fotoelektrinio efekto reiškinį, priėjo prie išvados, kad elektromagnetinė (spinduliavimo) energija egzistuoja tik kvantų pavidalu, todėl spinduliuotė yra nedalomų medžiagų „dalelių“ (fotonų) srautas, kurio energija yra Atkaklus Plancko lygtis.

fotoelektrinis efektas Metalo elektronų emisija, veikiant ant jo krintančios šviesos, vadinama. Šis reiškinys buvo išsamiai ištirtas 1888–1890 m. A. G. Stoletovas. Jei pastatysite sąranką į vakuumą ir užtepsite ant plokštelės M neigiamas potencialas, tada grandinėje nebus stebima srovė, nes erdvėje tarp plokštės ir tinklelio nėra įkrautų dalelių, kurios galėtų nešti elektros. Bet kai plokštė apšviečiama šviesos šaltiniu, galvanometras nustato srovės atsiradimą (vadinamą fotosrove), kurios nešėjai yra šviesos iš metalo ištraukiami elektronai.

Paaiškėjo, kad keičiantis šviesos intensyvumui, kinta tik metalo išskiriamų elektronų skaičius, t.y. foto srovės stiprumas. Bet maksimali kiekvieno iš metalo išspinduliuoto elektrono kinetinė energija nepriklauso nuo apšvietimo intensyvumo, o kinta tik pasikeitus į metalą krentančios šviesos dažniui. Būtent didėjant bangos ilgiui (t.y. mažėjant dažniui), metalo skleidžiamų elektronų energija mažėja, o tada, esant kiekvienam metalui nustatytam bangos ilgiui, fotoelektrinis efektas išnyksta ir nepasireiškia net labai didelis šviesos intensyvumas. Taigi, apšviestas raudona arba oranžine šviesa, natris nerodo fotoelektrinio efekto ir pradeda skleisti elektronus tik esant mažesniam nei 590 nm bangos ilgiui (geltona šviesa); lityje fotoelektrinis efektas aptinkamas dar mažesniu bangos ilgiai, pradedant nuo 516 nm ( žalia šviesa); o elektronų ištraukimas iš platinos veikiant matomai šviesai visai nevyksta ir prasideda tik platiną apšvitinus ultravioletiniais spinduliais.

Šios fotoelektrinio efekto savybės yra visiškai nepaaiškinamos klasikinės šviesos bangų teorijos požiūriu, pagal kurią efektą (tam metalui) turėtų lemti tik metalo paviršiaus sugertos energijos kiekis per laiko vienetą, tačiau neturėtų priklausyti nuo spinduliuotės, patenkančios į metalą, tipo. Tačiau tos pačios savybės turi paprastą ir įtikinamą paaiškinimą, jei darome prielaidą, kad spinduliuotė susideda iš atskirų dalių, fotonų, kurių energija yra aiškiai apibrėžta.

Tiesą sakant, metale esantis elektronas yra prijungtas prie metalo atomų, todėl norint jį ištraukti, reikia išleisti tam tikrą energijos kiekį. Jei fotonas turi reikiamą energijos kiekį (o fotono energiją lemia spinduliavimo dažnis), tada elektronas bus išmestas ir bus stebimas fotoelektrinis efektas. Sąveikos su metalu procese fotonas visiškai atiduoda savo energiją elektronui, nes fotonas negali būti padalintas į dalis. Fotono energija iš dalies bus panaudota ryšiui tarp elektrono ir metalo nutraukti, o iš dalies – elektronui perduoti kinetinę judėjimo energiją. Todėl maksimali iš metalo išmušto elektrono kinetinė energija negali būti didesnė už skirtumą tarp fotono energijos ir elektrono su metalo atomais surišimo energijos. Vadinasi, padidėjus fotonų, patenkančių į metalo paviršių per laiko vienetą, skaičiui (t. y. padidėjus apšvietimo intensyvumui), padidės tik iš metalo išmestų elektronų skaičius, o tai padidins fotosrovė, bet kiekvieno elektrono energija nepadidės. Jei fotono energija yra mažesnė už mažiausią energiją, reikalingą elektronui išstumti, fotoelektrinis efektas nebus stebimas jokiam skaičiui fotonų, patenkančių į metalą, t.y. esant bet kokiam šviesos intensyvumui.

kvantinė šviesos teorija, išvystyta Einšteinas, sugebėjo paaiškinti ne tik fotoelektrinio efekto savybes, bet ir šviesos cheminio veikimo dėsnius, priklausomybė nuo temperatūros kietųjų kūnų šiluminė talpa ir daugybė kitų reiškinių. Tai pasirodė labai naudinga kuriant idėjas apie atomų ir molekulių sandarą.

Iš kvantinės šviesos teorijos išplaukia, kad fotonas nesugeba suskaidyti: jis kaip visuma sąveikauja su metalo elektronu, išmušdamas jį iš plokštelės; kaip visuma taip pat sąveikauja su fotojuostos šviesai jautria medžiaga, tam tikrame taške ji tamsėja ir pan.. Šia prasme fotonas elgiasi kaip dalelė, t.y. pasižymi korpuskulinėmis savybėmis. Tačiau fotonas turi ir banginių savybių: tai pasireiškia banginiu šviesos sklidimo pobūdžiu, fotono gebėjimu trukdyti ir difrakcija. Fotonas skiriasi nuo dalelės klasikine šio termino prasme tuo, kad jo tikslios padėties erdvėje, kaip ir bet kurios bangos tikslios padėties, nurodyti neįmanoma. Tačiau tai skiriasi ir nuo „klasikinės“ bangos – nesugebėjimo skaidytis į dalis. Apjungus korpuskulines ir bangines savybes, fotonas, griežtai tariant, nėra nei dalelė, nei banga – jis turi korpuskulinės-bangos dvilypumą.

Išsamios informacijos Kategorija: Atomo ir atomo branduolio fizika Paskelbta 2016-03-10 18:27 Peržiūrų: 4106

Senovės Graikijos ir senovės Indijos mokslininkai ir filosofai tikėjo, kad visos mus supančios medžiagos susideda iš mažyčių dalelių, kurios nesiskirsto.

Jie buvo tikri, kad pasaulyje nėra nieko, kas būtų mažesnė už šias daleles, kurias jie vadino atomai . Ir iš tiesų vėliau atomų egzistavimą įrodė tokie garsūs mokslininkai kaip Antoine'as Lavoisier, Michailas Lomonosovas, Johnas Daltonas. Atomas buvo laikomas nedalomu iki pabaigos XIX- XX amžiaus pradžia, kai paaiškėjo, kad taip nėra.

Elektrono atradimas. Tomsono atomo modelis

Džozefas Džonas Tomsonas

1897 m. anglų fizikas Josephas Johnas Thomsonas, eksperimentiškai tyrinėdamas katodinių spindulių elgesį magnetiniuose ir elektriniai laukai, išsiaiškino, kad šie spinduliai yra neigiamo krūvio dalelių srautas. Šių dalelių judėjimo greitis buvo mažesnis už šviesos greitį. Todėl jie turėjo mišias. Iš kur jie atsirado? Mokslininkas pasiūlė, kad šios dalelės yra atomo dalis. Jis jiems paskambino kraujo kūnelių . Vėliau jiems buvo paskambinta elektronų . Taigi elektrono atradimas padarė galą atomo nedalomumo teorijai.

Tomsono atomo modelis

Tomsonas pasiūlė pirmąjį elektroninis modelis atomas. Pagal jį atomas yra rutulys, kurio viduje yra įkrauta medžiaga, kurios teigiamas krūvis yra tolygiai paskirstytas visame tūryje. O šioje medžiagoje, kaip razinose bandelėje, įsiterpę elektronai. Apskritai atomas yra elektriškai neutralus. Šis modelis buvo vadinamas „slyvų pudingo modeliu“.

Tačiau Thomsono modelis pasirodė klaidingas, o tai buvo įrodyta britų fizikas Seras Ernestas Rutherfordas.

Rutherfordo patirtis

Ernestas Rutherfordas

Kaip iš tikrųjų yra išdėstytas atomas? Į šį klausimą Rutherfordas atsakė po savo eksperimento, atlikto 1909 m. kartu su vokiečių fiziku Hansu Geigeriu ir Naujosios Zelandijos fiziku Ernstu Marsdenu.

Rutherfordo patirtis

Eksperimento tikslas buvo ištirti atomą alfa dalelių pagalba, kurių fokusuotas spindulys, skriejantis dideliu greičiu, buvo nukreiptas į ploniausią aukso foliją. Už folijos buvo liuminescencinis ekranas. Kai dalelės su juo susidūrė, įvyko blyksniai, kuriuos buvo galima stebėti mikroskopu.

Jei Thomsonas yra teisus, o atomas sudarytas iš elektronų debesies, dalelės turėtų lengvai skristi per foliją nenukrypdamos. Kadangi alfa dalelės masė apie 8000 kartų viršijo elektrono masę, elektronas negalėjo jos veikti ir nukrypti savo trajektorijos dideliu kampu, kaip 10 g akmenukas negalėjo pakeisti važiuojančio automobilio trajektorijos.

Tačiau praktiškai viskas pasirodė kitaip. Dauguma dalelių iš tikrųjų praskriejo per foliją, praktiškai nenukrypdamos arba nukrypdamos nedideliu kampu. Tačiau kai kurios dalelės gana ženkliai nukrypo ar net atšoko atgal, tarsi jų kelyje iškiltų kokia nors kliūtis. Kaip sakė pats Rutherfordas, tai buvo taip neįtikėtina, tarsi 15 colių sviedinys atšoktų nuo minkšto popieriaus gabalo.

Kas paskatino kai kurias alfa daleles taip pakeisti kryptį? Mokslininkas teigė, kad to priežastis buvo atomo dalis, susikaupusi labai mažame tūryje ir turinti teigiamą krūvį. Jis jai paskambino atomo branduolys.

Rutherfordo planetinis atomo modelis

Rutherfordo atomo modelis

Rutherfordas padarė išvadą, kad atomą sudaro tankus teigiamai įkrautas branduolys, esantis atomo centre, ir elektronai, turintys neigiamą krūvį. Beveik visa atomo masė yra sutelkta branduolyje. Apskritai atomas yra neutralus. Teigiamas branduolio krūvis lygus visų atomo elektronų neigiamų krūvių sumai. Tačiau elektronai nėra įterpti į branduolį, kaip Thomsono modelyje, bet sukasi aplink jį taip, kaip planetos sukasi aplink saulę. Elektronų sukimasis vyksta veikiant Kulono jėgai, veikiančiai juos iš branduolio. Elektronų sukimosi greitis yra didžiulis. Virš šerdies paviršiaus jie sudaro tam tikrą debesį. Kiekvienas atomas turi savo elektronų debesį, neigiamai įkrautą. Dėl šios priežasties jie „nelimpa“, o atstumia vienas kitą.

Dėl savo panašumo į saulės sistema Rutherfordo modelis buvo vadinamas planetiniu.

Kodėl atomas egzistuoja

Tačiau Rutherfordo atomo modelis nesugebėjo paaiškinti, kodėl atomas toks stabilus. Iš tiesų, pagal klasikinės fizikos dėsnius, elektronas, besisukantis orbitoje, juda su pagreičiu, todėl spinduliuoja elektromagnetines bangas ir praranda energiją. Galų gale ši energija turi baigtis, o elektronas turi patekti į branduolį. Jei taip būtų, atomas galėtų egzistuoti tik 10–8 s. Bet kodėl tai nevyksta?

Šio reiškinio priežastį vėliau paaiškino danų fizikas Nielsas Bohras. Jis pasiūlė, kad elektronai atome judėtų tik fiksuotomis orbitomis, kurios vadinamos „leistinomis orbitomis“. Būdami ant jų, jie nespinduliuoja energijos. O energijos emisija arba sugertis įvyksta tik tada, kai elektronas juda iš vienos leistinos orbitos į kitą. Jei tai yra perėjimas iš tolimosios orbitos į esančią arčiau branduolio, tada energija spinduliuojama ir atvirkščiai. Spinduliuotė vyksta dalimis, kurios vadinamos kvantai.

Nors Rutherfordo aprašytas modelis negalėjo paaiškinti atomo stabilumo, jis leido padaryti didelę pažangą tiriant jo struktūrą.

1903 metais anglų mokslininkas Thomsonas pasiūlė atomo modelį, kuris juokais buvo vadinamas „bandele su razinomis“. Anot jo, atomas – tai vienodo teigiamo krūvio sfera, kurioje kaip razinos įsiterpia neigiamo krūvio elektronai.

Tačiau tolesni atomo tyrimai parodė, kad ši teorija yra nepagrįsta. O po kelerių metų kitas anglų fizikas Rutherfordas atliko eksperimentų seriją. Remdamasis rezultatais, jis sukūrė hipotezę apie atomo struktūrą, kuri vis dar pripažįstama visame pasaulyje.

Rutherfordo patirtis: jo atomo modelio pasiūlymas

Savo eksperimentuose Rutherfordas per ploną aukso foliją perleido alfa dalelių spindulį. Auksas pasirinktas dėl jo plastiškumo, todėl buvo galima sukurti labai ploną, beveik vieno molekulių sluoksnio storio foliją. Už folijos buvo specialus ekranas, kuris buvo apšviestas, kai buvo bombarduojamas ant jos krentančių alfa dalelių. Remiantis Thomsono teorija, alfa dalelės turėjo netrukdomai pereiti per foliją, gana šiek tiek nukrypdamos į šonus. Tačiau paaiškėjo, kad kai kurios dalelės taip elgėsi, o labai maža dalis atšoko atgal, tarsi ką nors trenktų.

Tai yra, buvo nustatyta, kad atomo viduje yra kažkas kieto ir mažo, nuo kurio atšoko alfa dalelės. Būtent tada Rutherfordas pasiūlė planetinį atomo struktūros modelį. Rutherfordo planetinis atomo modelis paaiškino tiek jo, tiek jo kolegų eksperimentų rezultatus. Iki šiol nepasiūlyta geriausias modelis, nors kai kurie šios teorijos aspektai vis dar neatitinka kai kurių labai siaurų mokslo sričių praktikos. Tačiau iš esmės planetinis atomo modelis yra naudingiausias iš visų. Kas yra šis modelis?

Atomo sandaros planetinis modelis

Kaip rodo pavadinimas, atomas lyginamas su planeta. Šiuo atveju planeta yra atomo branduolys. O elektronai aplink branduolį sukasi gana dideliu atstumu, kaip ir aplink planetą sukasi palydovai. Tik elektronų sukimosi greitis šimtus tūkstančių kartų viršija greičiausio palydovo sukimosi greitį. Todėl sukdamasis elektronas sukuria tarsi debesį virš branduolio paviršiaus. O esami elektronų krūviai atstumia tuos pačius krūvius, kuriuos aplink kitus branduolius sudaro kiti elektronai. Todėl atomai „neprilimpa“, o yra išsidėstę tam tikru atstumu vienas nuo kito.

O kai kalbame apie dalelių susidūrimą, turime omenyje, kad jos priartėja viena prie kitos pakankamai dideliu atstumu ir jas atbaido savo krūvių laukai. Tiesioginio kontakto nėra. Medžiagos dalelės paprastai yra labai toli viena nuo kitos. Jei bet kokiomis priemonėmis būtų įmanoma susprogdinti bet kurio kūno daleles, tai sumažėtų milijardą kartų. Žemė taptų mažesnė už obuolį. Taigi pagrindinį bet kokios medžiagos tūrį, kad ir kaip keistai tai skambėtų, užima tuštuma, kurioje yra įkrautos dalelės, kurias per atstumą laiko elektroninės sąveikos jėgos.