Crearea unui model planetar al atomului. Enciclopedia școlară

Ideea că atomii sunt cele mai mici particule de materie a apărut pentru prima dată în timpul Grecia antică. Cu toate acestea, abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea, datorită muncii unor oameni de știință precum A. Lavoisier, M. V. Lomonosov și alții, s-a dovedit că atomii există cu adevărat. Cu toate acestea, în acele zile, nimeni nu se întreba care este structura lor internă. Oamenii de știință încă considerau atomii drept „cărămizi” indivizibile care alcătuiesc întreaga materie.

Încercările de a explica structura atomului

Cine a propus modelul nuclear în primul rând oamenii de știință? Prima încercare de a crea un model al acestor particule i-a aparținut lui J. Thomson. Cu toate acestea, nu poate fi numit succes în sensul deplin al cuvântului. La urma urmei, Thomson credea că atomul este un sistem sferic și neutru din punct de vedere electric. În același timp, omul de știință a presupus că sarcina pozitivă este distribuită uniform pe volumul acestei mingi, iar în interiorul acesteia există un nucleu încărcat negativ. Toate încercările omului de știință de a explica structura internă a atomului au fost fără succes. Ernest Rutherford este cel care a propus modelul nuclear al structurii atomului la câțiva ani după ce Thomson și-a prezentat teoria.

Istoria cercetării

Cu ajutorul studiului electrolizei din 1833, Faraday a reușit să stabilească că curentul din soluția de electrolit este un flux de particule încărcate sau ioni. Pe baza acestor studii, el a putut determina sarcina minimă a unui ion. Un rol important în dezvoltarea acestei direcții în fizică l-a jucat și chimistul domestic D. I. Mendeleev. El a fost primul care a ridicat în cercurile științifice întrebarea că toți atomii pot avea aceeași natură. Vedem că înainte ca modelul nuclear al structurii atomului al lui Rutherford să fie propus pentru prima dată, o varietate de oameni de știință au efectuat un numar mare de experimente nu mai puțin importante. Ei au avansat teoria atomistă a structurii materiei.

Primele experiențe

Rutherford este un om de știință cu adevărat genial, deoarece descoperirile sale au dat peste cap ideea structurii materiei. În 1911, a reușit să înființeze un experiment prin care cercetătorii au putut să se uite în adâncurile misterioase ale atomului, pentru a-și face o idee despre care este structura sa internă. Primele experimente au fost efectuate de om de știință cu sprijinul altor cercetători, dar rolul principal în descoperire i-a revenit în continuare lui Rutherford.

Experiment

Folosind surse naturale de radiații radioactive, Rutherford a reușit să construiască un tun care a emis un flux de particule alfa. Era o cutie din plumb, în ​​interiorul căreia se afla o substanță radioactivă. Tunul avea o fantă prin care toate particulele alfa loveau ecranul de plumb. Puteau zbura afară doar prin fantă. Mai multe ecrane au stat în calea acestui fascicul de particule radioactive.

Au separat particulele care au deviat de la direcția stabilită anterior. O lovitură strict concentrată a lovit ținta. Ca țintă, Rutherford a folosit foaie subțire din folie de aur. După ce particulele au lovit această foaie, și-au continuat mișcarea și în cele din urmă au lovit ecranul fluorescent, care a fost instalat în spatele acestei ținte. Când particulele alfa lovesc acest ecran, au fost înregistrate fulgerări, prin care omul de știință a putut judeca câte particule se abate de la direcția inițială atunci când se ciocnesc de folie și care este magnitudinea acestei abateri.

Diferențele față de experiențele anterioare

Elevii și elevii care sunt interesați de cei care au propus modelul nuclear al structurii atomului ar trebui să știe că experimente similare au fost efectuate în fizică înainte de Rutherford. Lor Ideea principală a fost de a colecta cât mai multe informații despre structura atomului din abaterile particulelor de la traiectoria originală. Toate aceste studii au dus la acumularea unei anumite cantități de informații în știință, au provocat gândirea structura interna cele mai mici particule.

Deja la începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință știau că atomul conține electroni care au o sarcină negativă. Dar printre majoritatea cercetătorilor, opinia predominantă a fost că atomul din interior este mai degrabă ca o rețea plină cu particule încărcate negativ. Astfel de experimente au făcut posibilă obținerea multor informații - de exemplu, pentru a determina dimensiunile geometrice ale atomilor.

ghicire de geniu

Rutherford a observat că niciunul dintre predecesorii săi nu a încercat vreodată să determine dacă particulele alfa se pot abate la unghiuri foarte mari de la traiectoria lor. Vechiul model, numit uneori „budincă de stafide” în rândul oamenilor de știință (deoarece conform acestui model, electronii din atom sunt distribuiți ca stafidele din budincă), pur și simplu nu permitea existența unor componente structurale dense în interiorul atomului. Niciunul dintre oamenii de știință nu s-a obosit să ia în considerare această opțiune. Cercetătorul i-a cerut studentului său să reechipeze instalația în așa fel încât să fie înregistrate și abateri mari ale particulelor de la traiectorie - doar pentru a exclude o astfel de posibilitate. Imaginați-vă surpriza atât a omului de știință, cât și a studentului său când s-a dovedit că unele particule zboară la un unghi de 180 o.

Ce se află în interiorul unui atom?

Am aflat cine a propus modelul nuclear al structurii atomului și care a fost experiența acestui om de știință. La acea vreme, experimentul lui Rutherford a fost o adevărată descoperire. El a fost forțat să concluzioneze că în interiorul atomului, cea mai mare parte a masei este închisă într-o substanță foarte densă. Sistem model nuclear Structura atomului este extrem de simplă: în interior se află un nucleu încărcat pozitiv.

Alte particule, numite electroni, se învârt în jurul acestui nucleu. Restul este mai puțin dens de câteva ordine de mărime. Dispunerea electronilor în interiorul unui atom nu este haotică - particulele sunt aranjate în ordinea creșterii energiei. Cercetătorul a numit părțile interne ale atomilor nuclee. Numele pe care omul de știință le-a introdus sunt încă folosite în știință.

Cum să te pregătești pentru lecție?

Acei școlari care sunt interesați de cei care au sugerat modelul nuclear al structurii atomului pot arăta cunoștințe suplimentare în lecție. De exemplu, puteți spune cum Rutherford, mult timp după experimentele sale, îi plăcea să dea o analogie pentru descoperirea sa. Țara sud-africană este introdusă ilegal cu arme pentru rebeli, care sunt închise în baloturi de bumbac. Cum pot vameșii să determine exact unde sunt proviziile periculoase dacă întregul tren este plin cu aceste baloturi? Vameșul poate începe să tragă în baloți și acolo unde gloanțele vor ricoșa și există o armă. Rutherford a subliniat că așa a fost făcută descoperirea sa.

Elevii care se pregătesc să răspundă pe această temă în lecție, este recomandabil să pregătească răspunsuri la următoarele întrebări:

1. Cine a propus modelul nuclear al structurii atomului?

2. Care a fost sensul experimentului?

3. Diferența modelului nuclear față de alte modele.

Semnificația teoriei lui Rutherford

Concluziile radicale pe care Rutherford le-a tras din experimentele sale i-au făcut pe mulți dintre contemporanii săi să se îndoiască de validitatea acestui model. Nici Rutherford însuși nu a făcut excepție - a publicat rezultatele cercetării sale la doar doi ani după descoperire. Luând ca bază ideile clasice despre cum se mișcă microparticulele, el a propus un model planetar nuclear al structurii atomului. În general, atomul are o sarcină neutră. Electronii se mișcă în jurul nucleului, la fel cum planetele se învârt în jurul soarelui. Această mișcare are loc datorită forțelor Coulomb. În acest moment, modelul lui Rutherford a suferit o rafinare semnificativă, dar descoperirea omului de știință nu își pierde actualitatea astăzi.

Modelul planetar al atomului

Model planetar al unui atom: nucleu (roșu) și electroni (verde)

Modelul planetar al atomului, sau Modelul Rutherford, - model istoric structura atomului, care a fost propusă de Ernest Rutherford ca rezultat al unui experiment cu împrăștierea particulelor alfa. Conform acestui model, atomul este format dintr-un nucleu mic încărcat pozitiv, în care este concentrată aproape întreaga masă a atomului, în jurul căruia electronii se mișcă, la fel cum se mișcă planetele în jurul Soarelui. Modelul planetar al atomului corespunde ideilor moderne despre structura atomului, ținând cont de faptul că mișcarea electronilor este de natură cuantică și nu este descrisă de legile mecanicii clasice. Din punct de vedere istoric, modelul planetar al lui Rutherford i-a succedat „modelului de budincă de prune” al lui Joseph John Thomson, care postulează că electronii încărcați negativ sunt plasați în interiorul unui atom încărcat pozitiv.

Rutherford a propus un nou model pentru structura atomului în 1911 ca o concluzie a unui experiment de împrăștiere a particulelor alfa pe folie de aur, efectuat sub conducerea sa. În timpul acestei împrăștieri, un număr neașteptat de mare de particule alfa au fost împrăștiate la unghiuri mari, ceea ce a indicat că centrul de împrăștiere are mărime micăşi conţine un semnificativ incarcare electrica. Calculele lui Rutherford au arătat că un centru de împrăștiere, încărcat pozitiv sau negativ, trebuie să fie de cel puțin 3000 de ori dimensiune mai mică un atom, care la acea vreme era deja cunoscut și estimat la aproximativ 10 -10 m. Deoarece în acel moment electronii erau deja cunoscuți, iar masa și sarcina lor erau determinate, centrul de împrăștiere, care a fost numit ulterior nucleu, trebuie au avut o sarcină opusă electronilor. Rutherford nu a legat cantitatea de sarcină de numărul atomic. Această concluzie a fost făcută mai târziu. Și Rutherford însuși a sugerat că sarcina este proporțională cu masa atomică.

dezavantaj model planetar a fost incompatibilitatea sa cu legile fizicii clasice. Dacă electronii se mișcă în jurul nucleului ca o planetă în jurul Soarelui, atunci mișcarea lor este accelerată și, prin urmare, conform legilor electrodinamicii clasice, ar fi trebuit să radieze undele electromagnetice, pierzi energie și cad pe miez. Următorul pas în dezvoltarea modelului planetar a fost modelul Bohr, postulând alte legi, diferite de cele clasice, ale mișcării electronilor. Pe deplin contradicțiile electrodinamicii au putut rezolva mecanica cuantică.

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Modelul planetar al atomului” în alte dicționare:

modelul planetar al atomului- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizica atitikmenys: angl. modelul atomului planetar vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. model planetar al atomului, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas

Modelul Bohr al unui atom asemănător hidrogenului (Z este sarcina nucleului), unde electronul încărcat negativ este închis în înveliș atomic, înconjurând un nucleu atomic mic, încărcat pozitiv ... Wikipedia

Model (model francez, modello italian, din latină modulus measure, measure, sample, norm), 1) o probă care servește ca standard (standard) pentru reproducerea în serie sau în masă (M. de mașină, M. de haine etc. .). ), precum și tipul, marca oricărui ... ...

I Model (Model) Walter (24 ianuarie 1891, Gentin, Prusia de Est, 21 aprilie 1945, lângă Duisburg), mareșal general nazist german (1944). În armată din 1909, a participat la primul război mondial din 1914 18. Din noiembrie 1940 a comandat al 3-lea tanc ... ... Marea Enciclopedie Sovietică

STRUCTURA ATOMULUI- (vezi) construit din particule elementare trei tipuri (vezi), (vezi) și (vezi), formând un sistem stabil. Protonul și neutronul fac parte din atomul (vezi), electronii formează un înveliș de electroni. Forțele acționează în nucleu (vezi), datorită căruia ...... Marea Enciclopedie Politehnică

Acest termen are alte semnificații, vezi Atom (sensuri). Atom de heliu Atom (din altă greacă ... Wikipedia

- (1871 1937), fizician englez, unul dintre creatorii teoriei radioactivității și a structurii atomului, fondator scoala stiintifica, membru corespondent străin al Academiei Ruse de Științe (1922) și membru de onoare al Academiei de Științe a URSS (1925). Născut în Noua Zeelandă, după absolvirea ...... Dicţionar enciclopedic

Atom de heliu Atom (greaca veche ἄτομος indivizibil) cea mai mică parte element chimic, care este purtătorul proprietăților sale. Un atom este format din nucleul atomicși norul de electroni din jur. Nucleul unui atom este format din protoni încărcați pozitiv și ... ... Wikipedia

Atom de heliu Un atom (un alt grecesc ἄτομος indivizibil) este cea mai mică parte a unui element chimic, care este purtătorul proprietăților sale. Un atom este format dintr-un nucleu atomic și un nor de electroni care îl înconjoară. Nucleul unui atom este format din protoni încărcați pozitiv și ... ... Wikipedia

Cărți

• Un set de mese. Fizică. Nota 11 (15 mese), . Album educativ de 15 coli. Transformator. Inductie electromagneticaîn tehnologie moderna. Lămpi electronice. Tub catodic. Semiconductori. dioda semiconductoare. tranzistor...

Primele informații despre complex structura atomului au fost obţinute în studiul proceselor de trecere curent electric prin lichide. În anii treizeci ai secolului al XIX-lea. experiențe fizician remarcabil M. Faraday a fost condus la ideea că electricitatea există sub formă de sarcini unitare separate.

Descoperirea dezintegrarii spontane a atomilor unor elemente, numita radioactivitate, a fost o dovada directa a complexitatii structurii atomului. În 1902, oamenii de știință englezi Ernest Rutherford și Frederick Soddy au demonstrat că, în timpul dezintegrarii radioactive, un atom de uraniu se transformă în doi atomi - un atom de toriu și un atom de heliu. Aceasta însemna că atomii nu sunt particule imuabile, indestructibile.

Modelul Rutherford al atomului

Cercetând trecerea unui fascicul îngust de particule alfa prin straturi subțiri de materie, Rutherford a descoperit că majoritatea particulelor alfa trec printr-o folie metalică formată din multe mii de straturi de atomi fără a se abate de la direcția inițială, fără a experimenta împrăștiere, ca și cum ar exista fără obstacole în calea lor.fără obstacole. Cu toate acestea, unele particule au fost deviate la unghiuri mari, după ce au experimentat acțiunea unor forțe mari.

Pe baza rezultatelor experimentelor pentru a observa împrăștierea particulelor alfa în materie Rutherford a propus un model planetar al structurii atomului. Conform acestui model structura atomului este similară cu structura sistemului solar.În centrul fiecărui atom se află nucleu încărcat pozitiv cu o rază de ≈ 10 -10 m, ca planetele, circulă electroni încărcați negativ. Aproape toată masa este concentrată în nucleul atomic. Particulele alfa pot trece prin mii de straturi de atomi fără a se împrăștia, deoarece cea mai mare parte a spațiului din interiorul atomilor este gol, iar ciocnirile cu electronii ușori nu au aproape niciun efect asupra mișcării unei particule alfa grele. Imprăștirea particulelor alfa are loc în ciocnirile cu nucleele atomice.

Modelul lui Rutherford al atomului nu a reușit să explice toate proprietățile atomilor.

Conform legilor fizicii clasice, un atom format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni pe orbite circulare trebuie să radieze unde electromagnetice. Radiația undelor electromagnetice ar trebui să conducă la o scădere a energiei potențiale în sistemul nucleu-electron, la o scădere treptată a razei orbitei electronilor și la căderea electronului pe nucleu. Cu toate acestea, atomii de obicei nu emit unde electromagnetice, electronii nu cad pe nucleele atomice, adică atomii sunt stabili.

Postulatele cuantice ale lui N. Bohr

Pentru a explica stabilitatea atomilor Niels Bohr a propus să abandoneze ideile și legile clasice obișnuite atunci când explică proprietățile atomilor.

Proprietățile de bază ale atomilor primesc o explicație calitativă consistentă pe baza adoptării postulate cuantice ale lui N. Bohr.

1. Electronul se rotește în jurul nucleului numai pe orbite circulare strict definite (staționare).

2. Un sistem atomic nu poate fi decât în ​​anumite stări staționare sau cuantice, fiecare dintre acestea corespunzând unei anumite energii E. Un atom nu radiază energie în stări staționare.

Starea staționară a atomului cu stoc minim se numește energie stat principal, toate celelalte state sunt numite stări excitate (cuantice). Un atom poate fi în starea fundamentală pentru o perioadă de timp infinit de lungă, durata de viață a unui atom în stare excitată durează 10 -9 -10 -7 secunde.

3. Radiația sau absorbția energiei are loc numai atunci când un atom trece de la o stare staționară la alta. energie cuantică radiatie electromagnetica la trecerea de la o stare staționară cu energie E mîntr-o stare de energie E n este egală cu diferența dintre energiile unui atom în două stări cuantice:

∆E = E m – E n = hv,

Unde v este frecvența radiației, h\u003d 2ph \u003d 6,62 ∙ 10 -34 J ∙ s.

Modelul cuantic al structurii atomului

În viitor, unele prevederi ale teoriei lui N. Bohr au fost completate și regândite. Cea mai semnificativă schimbare a fost introducerea conceptului de nor de electroni, care a înlocuit conceptul de electron doar ca particule. Mai târziu, teoria lui Bohr a fost înlocuită cu teoria cuantică, care ia în considerare proprietățile undei ale electronului și ale altor particule elementare care formează atomul.

bază teoria modernă structura atomului este un model planetar, completat și îmbunătățit. Conform acestei teorii, nucleul unui atom este format din protoni (particule încărcate pozitiv) și neuroni (particule neîncărcate). Și în jurul nucleului, electronii (particule încărcate negativ) se mișcă pe traiectorii nedefinite.

Aveti vreo intrebare? Vrei să afli mai multe despre modelele de structură atomică?
Pentru a obține ajutorul unui tutore - înregistrați-vă.
Prima lecție este gratuită!

site, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesară un link către sursă.

Masa electronilor este de câteva mii de ori mai mică decât masa atomilor. Deoarece atomul ca un întreg este neutru, prin urmare, cea mai mare parte a atomului cade pe partea sa încărcată pozitiv.

Pentru un studiu experimental al distribuției unei sarcini pozitive și, prin urmare, a masei în interiorul atomului, Rutherford a propus în 1906 să aplice sondarea atomului folosind α -particule. Aceste particule apar din degradarea radiului și a altor elemente. Masa lor este de aproximativ 8000 de ori mai mare decât masa electronului, iar sarcina pozitivă este egală ca modul cu dublul sarcinii electronului. Aceștia nu sunt altceva decât atomi de heliu complet ionizați. Viteză α -particulele este foarte mare: este 1/15 din viteza luminii.

Cu aceste particule, Rutherford a bombardat atomii elementelor grele. Electronii, din cauza masei lor mici, nu pot schimba vizibil traiectoria α -particulele, ca o pietricică de câteva zeci de grame la o coliziune cu o mașină, nu sunt capabile să-și schimbe vizibil viteza. Imprăștire (schimbarea direcției de mișcare) α -particulele pot cauza doar partea încărcată pozitiv a atomului. Astfel, prin împrăștiere α -particulele pot determina natura distribuției sarcinii și masei pozitive în interiorul atomului.

Un preparat radioactiv, cum ar fi radiul, a fost plasat în interiorul cilindrului de plumb 1, de-a lungul căruia a fost forat un canal îngust. pachet α -particulele din canal au cazut pe folia subtire 2 a materialului studiat (aur, cupru etc.). După împrăștiere α -particulele au căzut pe un ecran translucid 3 acoperit cu sulfură de zinc. Ciocnirea fiecărei particule cu ecranul a fost însoțită de un fulger de lumină (scntilație), care a putut fi observat la microscop 4. Întregul dispozitiv a fost plasat într-un vas din care a fost evacuat aerul.

Cu un vid bun în interiorul dispozitivului, în lipsa foliei, pe ecran a apărut un cerc luminos, format din scintilații cauzate de un fascicul subțire α -particule. Dar când folie a fost plasată în calea fasciculului, α -particulele datorate împrăștierii au fost distribuite pe ecran în cerc suprafata mai mare. Modificând configurația experimentală, Rutherford a încercat să detecteze abaterea α -particule la unghiuri mari. În mod destul de neașteptat, s-a dovedit că un număr mic α -particule (aproximativ una din două mii) deviate la unghiuri mai mari de 90°. Mai târziu, Rutherford a recunoscut că, după ce le-a oferit studenților săi un experiment pentru a observa împrăștierea α -particule la unghiuri mari, el însuși nu credea într-un rezultat pozitiv. „Este aproape la fel de incredibil”, a spus Rutherford, „de parcă ai tras cu un proiectil de 15 inci într-o bucată de hârtie subțire, iar proiectilul s-a întors la tine și te-a lovit”. Într-adevăr, a fost imposibil de prezis acest rezultat pe baza modelului Thomson. Când este distribuită în întregul atom, o sarcină pozitivă nu poate crea un câmp electric suficient de intens capabil să arunce particula a înapoi. Puterea maximă repulsia este determinată de legea lui Coulomb:

unde q α - sarcina α -particule; q este sarcina pozitivă a atomului; r este raza sa; k - coeficient de proporţionalitate. Intensitatea câmpului electric al unei bile încărcate uniform este maximă pe suprafața bilei și scade la zero pe măsură ce se apropie de centru. Prin urmare, cu cât raza r este mai mică, cu atât forța de respingere este mai mare α -particule.

Determinarea dimensiunii nucleului atomic. Rutherford și-a dat seama că α -particula ar putea fi aruncată înapoi numai dacă sarcina pozitivă a atomului și masa acestuia sunt concentrate într-o regiune foarte mică a spațiului. Deci, Rutherford a venit cu ideea nucleului atomic - un corp de dimensiuni mici, în care sunt concentrate aproape toată masa și toată sarcina pozitivă a atomului.

Modelul planetar al atomului, sau Modelul Rutherford, - modelul istoric al structurii atomului, care a fost propus de Ernest Rutherford ca urmare a unui experiment cu împrăștierea particulelor alfa. Conform acestui model, atomul este format dintr-un mic nucleu încărcat pozitiv, în care este concentrată aproape toată masa atomului, în jurul căruia electronii se mișcă, la fel cum planetele se mișcă în jurul Soarelui. Modelul planetar al atomului corespunde ideilor moderne despre structura atomului, ținând cont de faptul că mișcarea electronilor este de natură cuantică și nu este descrisă de legile mecanicii clasice. Din punct de vedere istoric, modelul planetar al lui Rutherford a înlocuit „modelul de budincă de prune” al lui Joseph John Thomson, care postulează că electronii încărcați negativ sunt plasați în interiorul unui atom încărcat pozitiv.