Kakšen model strukture atoma je predlagal Rutherford. Nekateri zgodovinski in sodobni modeli atoma

Zgodovinski modeli1 atoma odražajo ravni znanja, ki ustrezajo določenemu obdobju v razvoju znanosti.

Za prvo stopnjo razvoja atomskih modelov je bilo značilno odsotnost eksperimentalnih podatkov o njegovi strukturi.

Znanstveniki so pri razlagi pojavov mikrokozmosa iskali analogije v makrokozmosu in se opirali na zakone klasične mehanike.

J. Dalton, tvorec kemičnega atomizma (1803), je domneval, da atomi istega kemični element so enaki sferični najmanjši in zato nedeljivi delci.

Francoski fizik Jean Baptiste Perrin (1901) je predlagal model, ki je dejansko predvideval "planetarni" model. Po tem modelu se v središču atoma nahaja pozitivno nabito jedro, okoli katerega se po določenih orbitah gibljejo negativno nabiti elektroni, kot so planeti okoli Sonca. Perrinov model ni pritegnil pozornosti znanstvenikov, saj je dal le kvalitativno, ne pa tudi kvantitativno lastnost atoma (na sliki 7 je to prikazano z neskladjem med nabojem atomskega jedra in številom elektroni).

Leta 1902 je angleški fizik William Thomson (Kelvin) razvil idejo o atomu kot pozitivno nabitem sferičnem delcu, znotraj katerega negativno nabiti elektroni nihajo (sevajo in absorbirajo energijo). Kelvin je opozoril na dejstvo, da je število elektronov enako pozitivnemu naboju krogle, zato atom na splošno nima električnega naboja (slika 7).

Leto pozneje je nemški fizik Philipp Lenard predlagal model, po katerem je atom votla krogla, znotraj katere so električni dipoli (dinamidi). Prostornina, ki jo zasedajo ti dipoli, je veliko manjša od prostornine krogle, glavni del atoma pa je prazen.

Po zamisli japonskega fizika Gontaro (Hantaro) Nagaoka (1904) se v središču atoma nahaja pozitivno nabito jedro, elektroni pa se gibljejo v prostoru okoli jedra v ravnih obročkih, ki spominjajo na obroče planeta Saturn (ta model se je imenoval "saturnov" atom). Večina znanstvenikov ni posvečala pozornosti idejam Nagaoke, čeprav imajo do neke mere nekaj skupnega s sodobno idejo Atomske orbitale.

Noben od obravnavanih modelov (slika 7) ni pojasnil, kako so lastnosti kemičnih elementov povezane s strukturo njihovih atomov.

riž. 7. Nekateri zgodovinski modeli atoma

Leta 1907 je J. J. Thomson predlagal statični model strukture atoma, ki predstavlja atom kot sferični delec, nabit s pozitivno elektriko, v katerem so negativno nabiti elektroni enakomerno razporejeni ( model"puding«, slika 7).

Matematični izračuni so pokazali, da se morajo elektroni v atomu nahajati na koncentrično razporejenih obročkih. Thomsonu je uspelo zelo pomemben zaključek: razlog za periodično spreminjanje lastnosti kemičnih elementov je povezan z lastnostmi elektronska struktura njihovih atomov. Zahvaljujoč temu so Thomsonov model atoma zelo cenili njegovi sodobniki. Vendar pa ni pojasnil določenih pojavov, na primer sipanja α-delcev med njihovim prehodom skozi kovinski krožnik.

Thomson je na podlagi svojih idej o atomu izpeljal formulo za izračun povprečnega odstopanja α-delcev in ta izračun je pokazal, da je verjetnost razprševanja takšnih delcev pod velikimi koti blizu nič. Vendar je bilo eksperimentalno dokazano, da se približno eden od osmih tisoč alfa delcev, ki padejo na zlato folijo, odkloni za kot, večji od 90°. To je bilo v nasprotju s Thomsonovim modelom, ki je predvideval odstopanja le pri majhnih kotih.

Ernest Rutherford je leta 1911, ko je povzel eksperimentalne podatke, predlagal "planetarni" (včasih imenovan "jedrski") model strukture atoma, po katerem je 99,9% mase atoma in njegovega pozitivnega naboja koncentriranih v zelo majhnem jedru, in negativno nabiti elektroni, katerih število je enako naboju jedra, se vrtijo okoli njega, kot planeti sončnega sistema1 (slika 7).

Rutherford je skupaj s svojimi študenti postavil poskuse, ki so omogočili raziskovanje strukture atoma (slika 8). Na površino tanke kovinske (zlate) folije 2 smo iz vira radioaktivnega sevanja 1 usmerili tok pozitivno nabitih delcev (α-delcev). Na njihovi poti je bil nameščen fluorescenčni zaslon 3, ki je omogočal opazovanje smeri nadaljnjega gibanja α-delcev.

riž. 8. Rutherfordove izkušnje

Ugotovljeno je bilo, da je večina α-delcev prešla skozi folijo, praktično ne da bi spremenila svojo smer. Le posamezni delci (v povprečju eden od deset tisoč) so se odklonili in leteli skoraj v nasprotni smeri. Ugotovljeno je bilo, da je večina mase atoma koncentrirana v pozitivno nabitem jedru, zato so α-delci tako močno odklonjeni (slika 9).

riž. 9. Razpršitev α-delcev z atomskim jedrom

Elektroni, ki se gibljejo v atomu, morajo v skladu z zakoni elektromagnetizma oddajati energijo in se, ko jo izgubijo, pritegniti v nasprotno nabito jedro in zato "pasti" nanj. To bi moralo privesti do izginotja atoma, a ker se to ni zgodilo, je bilo ugotovljeno, da je ta model neustrezen.

Na začetku 20. stoletja sta nemški fizik Max Planck in teoretični fizik Albert Einstein ustvarila kvantno teorijo svetlobe. Po tej teoriji se sevalna energija, kot je svetloba, ne oddaja in absorbira neprekinjeno, temveč v ločenih delih (kvantih). Poleg tega vrednost kvanta energije ni enaka za različna sevanja in je sorazmerna s frekvenco nihanja elektromagnetnega valovanja: E = hν, kjer je h – Planckova konstanta je enaka 6,6266 10 -34 J s, ν je frekvenca sevanja. To energijo prenašajo delci svetlobe - fotonov.

V poskusu umetnega združevanja zakonov klasične mehanike in kvantne teorije je danski fizik Niels Bohr leta 1913 dopolnil Rutherfordov model atoma z dvema postulatoma o postopni (diskretni) spremembi energije elektronov v atomu. Bohr je verjel, da se elektron v atomu vodika lahko nahaja le na dobro definiranem stacionarne orbite, katerih polmeri so med seboj povezani kot kvadrati naravna števila (1 2: 2 2: 3 2: ... :p 2). Elektroni se premikajo atomsko jedro v stacionarnih orbitah. Atom je v stabilnem stanju, ne absorbira ali oddaja energije – to je prvi Bohrov postulat. Po drugem postulatu do emisije energije pride le, ko se elektron premakne na orbito, ki je bližje atomskemu jedru. Ko se elektron premakne na bolj oddaljeno orbito, atom absorbira energijo. Ta model je leta 1916 izboljšal nemški teoretični fizik Arnold Sommerfeld, ki je opozoril na gibanje elektronov vzdolž eliptične orbite.

planetarni model, zaradi svoje prepoznavnosti in Bohrovih postulatov, dolgo časa uporablja se za razlago atomskih in molekularnih pojavov. Vendar se je izkazalo, da gibanja elektrona v atomu, stabilnosti in lastnosti atoma, v nasprotju z gibanjem planetov in stabilnostjo sončnega sistema, ni mogoče opisati z zakoni klasične mehanike. Ta mehanika temelji na Newtonovih zakonih, predmet njenega preučevanja pa je gibanje makroskopskih teles, ki se izvaja pri hitrostih, ki so majhne v primerjavi s svetlobno hitrostjo. Za opis strukture atoma je treba uporabiti koncepte kvantne (valovne) mehanike o dvojni korpuskularno-valovni naravi mikrodelcev, ki so jih v dvajsetih letih prejšnjega stoletja oblikovali teoretični fiziki: Francoz Louis de Broglie, Nemci Werner Heisenberg in Erwin Schrödinger, Anglež Paul Dirac in drugi.

Leta 1924 je Louis de Broglie postavil hipotezo, da ima elektron valovne lastnosti (prvo načelo kvantne mehanike) in predlagal formulo za izračun njegove valovne dolžine. Stabilnost atoma je razložena z dejstvom, da se elektroni v njem ne gibljejo po orbitah, temveč v določenih območjih prostora okoli jedra, imenovanih atomske orbitale. Elektron zaseda skoraj celotno prostornino atoma in ne more "pasti na jedro", ki se nahaja v njegovem središču.

Leta 1926 je Schrödinger, ki je nadaljeval razvoj zamisli L. de Broglieja o valovnih lastnostih elektrona, empirično izbral matematično enačbo, podobno enačbi nihanja strune, s katero je mogoče izračunati vezne energije elektrona v atomu pri različne energetske ravni. Ta enačba je postala osnovna enačba kvantne mehanike.

Odkritje valovnih lastnosti elektrona je pokazalo, da je širjenje znanja o makrokozmosu na objekte mikrokozmosa nezakonito. Leta 1927 je Heisenberg ugotovil, da je nemogoče določiti točen položaj elektrona v prostoru z določeno hitrostjo, zato so ideje o gibanju elektrona v atomu verjetnostne narave (drugo načelo kvantne mehanike).

Kvantno mehanski model atoma (1926) opisuje stanje atoma v smislu matematične funkcije in nima geometrijskega izraza (slika 10). Tak model ne upošteva dinamične narave strukture atoma in vprašanja velikosti elektrona kot delca. Verjame se, da elektroni zasedajo določene energetske ravni in oddajajo ali absorbirajo energijo med prehodi na druge ravni. Na sl. 10 energijskih nivojev je shematično prikazanih kot koncentrični obroči, ki se nahajajo na različnih razdaljah od atomskega jedra. Puščice prikazujejo prehode elektronov med ravni energije in oddajanje fotonov, ki spremljajo te prehode. Shema je prikazana kvalitativno in ne odraža resničnih razdalj med nivoji energije, ki se lahko med seboj razlikujejo več desetkrat.

Leta 1931 je ameriški znanstvenik Gilbert White prvič predlagal grafični prikaz atomskih orbital in »orbitalni« model atoma (slika 10). Modeli atomskih orbital se uporabljajo za odraz koncepta "gostote elektronov" in za prikaz porazdelitve negativnega naboja okoli jedra v atomu ali sistema atomskih jeder v molekuli.

riž. 10. Zgodovinski in sodobni modeli atom

Leta 1963 je ameriški umetnik, kipar in inženir Kenneth Snelson predlagal "obročasti model" elektronskih lupin atoma (slika 10), ki pojasnjuje kvantitativno porazdelitev elektronov v atomu po stabilnih elektronskih lupinah. Vsak elektron je modeliran z obročastim magnetom (ali zaprtim vezjem z električnim tokom, ki ima magnetni moment). Obročasti magneti se med seboj privlačijo in iz obročev tvorijo simetrične oblike - ringhedra. Prisotnost dveh polov v magnetih nalaga omejitev možne možnosti sklopi prstanov. Modeli stabilnih elektronskih lupin so najbolj simetrične figure obročev, sestavljene ob upoštevanju prisotnosti njihovih magnetnih lastnosti.

Prisotnost spina v elektronu (glej razdelek 5) je eden od glavnih razlogov za nastanek stabilnih elektronskih lupin v atomu. Elektroni tvorijo pare z nasprotnimi vrtljaji. Obročasti model elektronskega para ali napolnjene atomske orbitale sta dva obroča, ki se nahajata v vzporednih ravninah na nasprotnih straneh atomskega jedra. Ko se več kot en par elektronov nahaja v bližini jedra atoma, so obroči-elektroni prisiljeni, da se medsebojno orientirajo in tvorijo elektronsko lupino. V tem primeru imajo tesno razporejeni obroči različne smeri magneta črte sile, ki je označena drugačna barva obroči, ki predstavljajo elektrone.

Modelni eksperiment kaže, da je od vseh možnih obročastih modelov najbolj stabilen model z 8 obročki. Geometrijsko je model oblikovan tako, kot da bi atom v obliki krogle razdelili na 8 delov (trikrat prepolovljenih) in v vsak del postavili po en obročni elektron. V obročastih modelih se uporabljajo obroči dveh barv: rdeče in modre, ki odražajo pozitivno in negativni pomen spin elektrona.

"Valovni model" (slika 10) je podoben "obročastemu" modelu, s to razliko, da je vsak elektron atoma predstavljen z "valovnim" obročem, ki vsebuje celo število valov (kot predlagal L. de Broglie).

Interakcija elektronov elektronske lupine na tem modelu atoma je prikazana s sovpadanjem kontaktnih točk modrega in rdečega "valovnega" obroča z vozlišči stoječih valov.

Modeli atoma imajo pravico do obstoja in meje uporabe. Vsak model atoma je približek, ki v poenostavljeni obliki odraža določen del znanja o atomu. Toda nobeden od modelov ne odraža v celoti lastnosti atoma ali njegovih sestavnih delcev.

Številni modeli so danes le zgodovinskega pomena. Pri gradnji modelov predmetov mikrosvetov so se znanstveniki zanašali na tisto, kar je mogoče neposredno opazovati. Tako so se pojavili modeli Perrina in Rutherforda (analogija s strukturo sončnega sistema), Nagaoke (nekakšen planet Saturn), Thomsona ("rozin puding"). Nekatere ideje so bile zavržene (Lenardov dinamični model), druge so bile čez nekaj časa ponovno preučene, vendar na novi, višji ravni. teoretični ravni: modeli Perrin in Kelvin so bili razviti v modelih Rutherforda in Thomsona. Ideje o zgradbi atoma se nenehno izboljšujejo. Kako natančen je sodobni – »kvantno-mehanski« model – bo pokazal čas. Zato je na vrhu spirale narisan vprašaj, ki simbolizira pot spoznavanja (slika 7).

Postali so pomemben korak v razvoju fizike. Rutherfordov model je bil zelo pomemben. Atom kot sistem in delci, ki ga sestavljajo, smo natančneje in podrobneje proučili. To je pripeljalo do uspešnega razvoja takšne znanosti, kot je jedrska fizika.

Starodavne ideje o zgradbi snovi

Domneva, da so okoliška telesa sestavljena iz najmanjših delcev, je bila podana že v starih časih. Tedanji misleci so atom predstavljali kot najmanjši in nedeljiv delec katere koli snovi. Trdili so, da v vesolju ni nič manjšega od atoma. Takih pogledov so imeli veliki starogrški znanstveniki in filozofi - Demokrit, Lukrecij, Epikur. Hipoteze teh mislecev so danes združene pod imenom "starodavni atomizem".

Srednjeveške predstave

Časi antike so minili, v srednjem veku pa so bili tudi znanstveniki, ki so delali različne domneve o zgradbi snovi. Vendar pa je prevlada religiozno-filozofskih pogledov in moč cerkve v tistem obdobju zgodovine zatreti vse poskuse in težnje človeškega uma do materialističnih znanstvenih zaključkov in odkritij. Kot veste, se je srednjeveška inkvizicija do predstavnikov takratnega znanstvenega sveta obnašala zelo neprijazno. Povedati je treba še, da so takrat svetli umi imeli idejo, ki je prišla iz antike o nedeljivosti atoma.

Raziskave v 18. in 19. stoletju

18. stoletje so zaznamovala resna odkritja na področju elementarne strukture snovi. V veliki meri zahvaljujoč prizadevanjem znanstvenikov, kot so Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov in neodvisno drug od drugega, so lahko dokazali, da atomi res obstajajo. Toda vprašanje o njih notranja struktura ostal odprt. Konec 18. stoletja je zaznamoval takšen pomemben dogodek v znanstveni svet, kot je odkritje periodičnega sistema kemičnih elementov D. I. Mendelejeva. To je bil zares močan preboj tistega časa in je dvignil tančico nad razumevanjem, da imajo vsi atomi enotno naravo, da so med seboj povezani. Kasneje, v 19. stoletju, je bil še en pomemben korak k razkritju strukture atoma dokaz, da kateri koli od njih vsebuje elektron. Delo znanstvenikov tega obdobja je pripravilo plodna tla za odkritja 20. stoletja.

Thomsonovi poskusi

Angleški fizik John Thomson je leta 1897 dokazal, da sestava atomov vključuje elektrone z negativnim nabojem. Na tej stopnji so bile dokončno uničene napačne ideje, da je atom meja deljivosti katere koli snovi. Kako je Thomsonu uspelo dokazati obstoj elektronov? Znanstvenik je v svojih poskusih postavil elektrode v zelo redke pline in prešel elektrika. Rezultat so bili katodni žarki. Thomson je skrbno preučil njihove značilnosti in ugotovil, da so tok nabitih delcev, ki se premikajo z veliko hitrostjo. Znanstvenik je lahko izračunal maso teh delcev in njihov naboj. Ugotovil je tudi, da jih ni mogoče pretvoriti v nevtralne delce, ker električni naboj je osnova njihove narave. Takšna sta bila tudi Thomson in ustvarjalec prvega modela strukture atoma na svetu. Po njenem mnenju je atom kup pozitivno nabiti snovi, v kateri so enakomerno razporejeni negativno nabiti elektroni. Ta struktura pojasnjuje splošno nevtralnost atomov, saj nasprotni naboji uravnotežijo drug drugega. Poskusi Johna Thomsona so postali neprecenljivi za nadaljnje preučevanje strukture atoma. Vendar pa je veliko vprašanj ostalo neodgovorjenih.

Rutherfordove raziskave

Thomson je odkril obstoj elektronov, vendar mu ni uspelo najti pozitivno nabitih delcev v atomu. popravil ta nesporazum leta 1911. Med poskusi, ko je preučeval aktivnost alfa delcev v plinih, je odkril, da so v atomu pozitivno nabiti delci. Rutherford je videl, da ko žarki prehajajo skozi plin ali tanko kovinsko ploščo, majhno število delcev močno odstopa od poti gibanja. Dobesedno so bili vrženi nazaj. Znanstvenik je ugibal, da je to vedenje posledica trka s pozitivno nabitimi delci. Takšni poskusi so fiziku omogočili, da je ustvaril Rutherfordov model strukture atoma.

planetarni model

Zdaj so bile znanstvenikove zamisli nekoliko drugačne od predpostavk Johna Thomsona. Tudi njihovi modeli atomov so postali drugačni. mu je omogočilo ustvariti popolnoma novo teorijo na tem področju. Odkritja znanstvenika so bila odločilna za nadaljnji razvoj fizika. Rutherfordov model opisuje atom kot jedro, ki se nahaja v središču, in elektrone, ki se gibljejo okoli njega. Jedro ima pozitiven naboj, elektroni pa negativni. Rutherfordov model atoma je predvideval vrtenje elektronov okoli jedra po določenih trajektorijah – orbitah. Odkritje znanstvenika je pomagalo razložiti razlog za odstopanje alfa delcev in postalo spodbuda za razvoj jedrske teorije atoma. V Rutherfordovem modelu atoma obstaja analogija s gibanjem planetov sončnega sistema okoli sonca. To je zelo natančna in nazorna primerjava. Zato se je Rutherfordov model, v katerem se atom giblje okoli jedra po orbiti, imenoval planetarni.

Dela Nielsa Bohra

Dve leti pozneje je danski fizik Niels Bohr poskušal združiti ideje o strukturi atoma s kvantnimi lastnostmi. svetlobni tok. jedrski model Rutherfordov atom so znanstveniki postavili za osnovo njegovega nova teorija. Po Bohru se atomi vrtijo okoli jedra po krožnih orbitah. Takšna pot gibanja vodi do pospeška elektronov. Poleg tega Coulombovo interakcijo teh delcev s središčem atoma spremlja ustvarjanje in poraba energije za vzdrževanje prostorskega elektromagnetno polje zaradi gibanja elektronov. Pod takimi pogoji morajo negativno nabiti delci nekega dne pasti na jedro. A to se ne zgodi, kar kaže na večjo stabilnost atomov kot sistemov. Niels Bohr je spoznal, da zakoni klasične termodinamike, ki jih opisujejo Maxwellove enačbe, ne delujejo v intraatomskih pogojih. Zato si je znanstvenik zadal nalogo izpeljati nove vzorce, ki bi veljali v svetu elementarni delci.

Bohrovi postulati

Večinoma zaradi dejstva, da je obstajal Rutherfordov model, da so bili atom in njegove komponente dobro proučeni, se je Niels Bohr lahko približal ustvarjanju svojih postulatov. Prvi od njih pravi, da ima atom, pri katerem ne spremeni svoje energije, medtem ko se elektroni gibljejo po orbitah, ne da bi spremenili svojo pot. Po drugem postulatu, ko se elektron premika iz ene orbite v drugo, se energija sprosti ali absorbira. Enaka je razliki med energijami prejšnjega in naslednjih stanj atoma. V tem primeru, če elektron skoči na orbito bližje jedru, pride do sevanja in obratno. Kljub temu, da gibanje elektronov le malo spominja na orbitalno trajektorijo, ki se nahaja strogo v krogu, je Bohrovo odkritje dalo odlično razlago za obstoj linijskega spektra. Približno v istem času sta fizika Hertz in Frank, ki sta živela v Nemčiji. , je potrdil teorijo Nielsa Bohra o obstoju stacionarnih, stabilnih stanj atoma in možnosti spreminjanja vrednosti atomske energije.

Sodelovanje dveh znanstvenikov

Mimogrede, Rutherford dolgo časa ni mogel določiti Znanstvenika Marsden in Geiger sta poskušala ponovno preveriti izjave Ernesta Rutherforda in kot rezultat podrobnih in natančnih poskusov in izračunov prišla do zaključka, da je jedro najpomembnejša lastnost atoma in ves njen naboj je skoncentriran v njej. Kasneje je bilo dokazano, da je vrednost naboja jedra številčno enaka redni številki elementa v periodični sistem elementi D. I. Mendelejeva. Zanimivo je, da je Niels Bohr kmalu spoznal Rutherforda in se popolnoma strinjal z njegovimi pogledi. Nato so znanstveniki dolgo delali skupaj v istem laboratoriju. Rutherfordov model, atom kot sistem, sestavljen iz elementarnih nabitih delcev – vse to je Niels Bohr menil za pošteno in je za vedno pustil ob strani svoje elektronski model. sklep znanstvena dejavnost znanstveniki je bila zelo uspešna in je obrodila sadove. Vsak od njih se je poglobil v preučevanje lastnosti elementarnih delcev in naredil pomembna odkritja za znanost. Kasneje je Rutherford odkril in dokazal možnost jedrske razgradnje, vendar je to tema drugega članka.

Podrobnosti Kategorija: Fizika atoma in atomskega jedra Objavljeno 10.3.2016 18:27 Ogledov: 4106

Starogrški in staroindijski znanstveniki in filozofi so verjeli, da so vse snovi okoli nas sestavljene iz drobnih delcev, ki se ne delijo.

Prepričani so bili, da na svetu ni nič manjšega od teh delcev, ki so jih imenovali atomi . In res, kasneje so obstoj atomov dokazali tako znani znanstveniki, kot so Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov, John Dalton. Atom je veljal za nedeljivega do konca 19. - začetka 20. stoletja, ko se je izkazalo, da temu ni tako.

Odkritje elektrona. Thomsonov model atoma

Joseph John Thomson

Leta 1897 je angleški fizik Joseph John Thomson eksperimentalno preučeval obnašanje katodnih žarkov v magnetnih in električna polja, ugotovili, da so ti žarki tok negativno nabitih delcev. Hitrost gibanja teh delcev je bila pod hitrostjo svetlobe. Zato so imeli mašo. od kod so prišli? Znanstvenik je predlagal, da so ti delci del atoma. Poklical jih je telesca . Kasneje so jih poklicali elektronov . Tako je odkritje elektrona končalo teorijo o nedeljivosti atoma.

Thomsonov model atoma

Thomson je predlagal prvi elektronski model atoma. Po njem je atom krogla, znotraj katere je nabita snov, katere pozitivni naboj je enakomerno razporejen po prostornini. In v tej snovi so, kot rozine v žemlji, vmešani elektroni. Na splošno je atom električno nevtralen. Ta model se je imenoval "model slivovega pudinga".

Toda Thomsonov model se je izkazal za napačnega, kar je bilo dokazano britanski fizik Sir Ernest Rutherford.

Rutherfordove izkušnje

Ernest Rutherford

Kako je atom pravzaprav urejen? Rutherford je na to vprašanje dal odgovor po svojem poskusu, ki so ga leta 1909 opravili skupaj z nemškim fizikom Hansom Geigerjem in novozelandskim fizikom Ernstom Marsdenom.

Rutherfordove izkušnje

Namen poskusa je bil preučiti atom s pomočjo alfa delcev, katerih fokusiran žarek je bil, ki je letel z veliko hitrostjo, usmerjen v najtanjšo zlato folijo. Za folijo je bil luminiscentni zaslon. Ko so delci trčili vanj, so se pojavili bliski, ki jih je bilo mogoče opazovati pod mikroskopom.

Če ima Thomson prav in je atom sestavljen iz oblaka elektronov, bi morali delci zlahka leteti skozi folijo, ne da bi se odvrnili. Ker je masa alfa delca presegla maso elektrona za približno 8000-krat, elektron ni mogel delovati nanj in zamakniti njegove poti pod velikim kotom, tako kot 10 g kamenček ne bi mogel spremeniti poti premikajočega se avtomobila.

Toda v praksi se je vse izkazalo drugače. Večina delcev je dejansko letela skozi folijo in praktično ne odstopajo ali odstopajo za majhen kot. Toda nekateri delci so se precej močno odmaknili ali celo odbili nazaj, kot da bi bila na njihovi poti kakšna ovira. Kot je dejal sam Rutherford, je bilo tako neverjetno, kot da bi se 15-palčni izstrelek odbil od kosa papirja.

Kaj je povzročilo, da so nekateri alfa delci tako močno spremenili smer? Znanstvenik je predlagal, da je razlog za to del atoma, koncentriran v zelo majhnem volumnu in ima pozitiven naboj. Poklical jo je jedro atoma.

Rutherfordov planetarni model atoma

Rutherfordov model atoma

Rutherford je prišel do zaključka, da je atom sestavljen iz gostega pozitivno nabitega jedra, ki se nahaja v središču atoma, in elektronov, ki imajo negativen naboj. Skoraj vsa masa atoma je koncentrirana v jedru. Na splošno je atom nevtralen. Pozitivni naboj jedra je enak vsoti negativnih nabojev vseh elektronov v atomu. Toda elektroni niso vgrajeni v jedro, kot v Thomsonovem modelu, ampak se vrtijo okoli njega, kot se planeti vrtijo okoli sonca. Do vrtenja elektronov pride pod delovanjem Coulombove sile, ki nanje deluje iz jedra. Hitrost vrtenja elektronov je ogromna. Nad površino jedra tvorijo nekakšen oblak. Vsak atom ima svoj elektronski oblak, ki je negativno nabit. Zaradi tega se ne "lepijo skupaj", ampak se odbijajo.

Zaradi podobnosti s sončnim sistemom so Rutherfordov model imenovali planetarni.

Zakaj atom obstaja

Vendar Rutherfordov model atoma ni uspel pojasniti, zakaj je atom tako stabilen. Konec koncev se po zakonih klasične fizike elektron, ki se vrti v orbiti, premika s pospeškom, zato seva elektromagnetnih valov in izgubi energijo. Na koncu mora te energije zmanjkati, elektron pa mora pasti v jedro. Če bi bilo tako, bi atom lahko obstajal le 10-8 s. Toda zakaj se to ne dogaja?

Razlog za ta pojav je kasneje pojasnil danski fizik Niels Bohr. Predlagal je, da se elektroni v atomu premikajo le po fiksnih orbitah, ki se imenujejo "dovoljene orbite". Ker so na njih, ne oddajajo energije. In do emisije ali absorpcije energije pride le, ko se elektron premika iz ene dovoljene orbite v drugo. Če je to prehod iz oddaljene orbite v tisto, ki je bližje jedru, se energija seva in obratno. Sevanje se pojavlja v delih, ki se imenujejo kvanti.

Čeprav model, ki ga je opisal Rutherford, ni mogel razložiti stabilnosti atoma, je omogočil pomemben napredek pri preučevanju njegove strukture.

Planetarni model atoma

Planetarni model atoma: jedro (rdeče) in elektroni (zeleno)

Planetarni model atoma, oz Rutherfordov model, - zgodovinski model strukture atoma, ki ga je predlagal Ernest Rutherford kot rezultat poskusa z sipanjem alfa delcev. Po tem modelu je atom sestavljen iz majhnega pozitivno nabitega jedra, v katerem je skoncentrirana skoraj vsa masa atoma, okoli katerega se gibljejo elektroni, tako kot se planeti gibljejo okoli sonca. Planetarni model atoma ustreza sodobnim predstavam o zgradbi atoma, ob upoštevanju dejstva, da je gibanje elektronov kvantne narave in ga ne opisujejo zakoni klasične mehanike. Zgodovinsko gledano je Rutherfordov planetarni model nasledil "model slivovega pudinga" Josepha Johna Thomsona, ki domneva, da so negativno nabiti elektroni nameščeni v pozitivno nabit atom.

Rutherford je leta 1911 predlagal nov model strukture atoma kot zaključek eksperimenta sipanja alfa delcev na zlati foliji, ki je bil izveden pod njegovim vodstvom. S tem razprševanjem, nepričakovano veliko število alfa delci so bili razpršeni pod velikimi koti, kar je nakazovalo, da ima razpršilno središče majhna velikost in vsebuje pomemben električni naboj. Rutherfordovi izračuni so pokazali, da mora biti razpršilno središče, pozitivno ali negativno nabito vsaj 3000-kratno manjša velikost atom, ki je bil takrat že znan in ocenjen na približno 10 -10 m. Ker so bili takrat elektroni že znani, njihova masa in naboj sta bila določena, mora središče sipanja, ki so ga pozneje imenovali jedro, so imeli nasproten naboj elektronov. Rutherford količine naboja ni povezal z atomskim številom. Ta sklep je bil sprejet pozneje. In sam Rutherford je predlagal, da je naboj sorazmeren z atomsko maso.

Pomanjkljivost planetarnega modela je bila njegova nezdružljivost z zakoni klasične fizike. Če se elektroni gibljejo okoli jedra kot planet okoli Sonca, je njihovo gibanje pospešeno, zato bi morali po zakonih klasične elektrodinamike sevati elektromagnetno valovanje, izgubiti energijo in pasti na jedro. Naslednji korak v razvoju planetarnega modela je bil Bohrov model, ki je postavil druge, drugačne od klasičnih, zakone gibanja elektronov. Popolnoma je protislovja elektrodinamike lahko rešila kvantna mehanika.

Fundacija Wikimedia. 2010 .

Planetarij Eise Eisingi
planetarna fantazija

Poglejte, kaj je "Planetarni model atoma" v drugih slovarjih:

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

Bohrov model atoma- Bohrov model atoma, podobnega vodiku (naboj jedra Z), kjer je negativno nabit elektron zaprt v atomsko lupino, ki obdaja majhno, pozitivno nabito atomsko jedro ... Wikipedia

Model (v znanosti)- Model (francosko modèle, ital. modello, iz latinščine modulus meri, meri, vzorec, norma), 1) vzorec, ki služi kot standard (standard) za serijsko ali množično reprodukcijo (M. avto, M. oblačila itd. . ), pa tudi vrsto, blagovno znamko katerega koli ... ...

Model- I Model (Model) Walter (24. januar 1891, Gentin, Vzhodna Prusija, 21. april 1945, blizu Duisburga), nacistični nemški general feldmaršal (1944). V vojski od 1909, sodeloval v 1. svetovni vojni 1914 18. Od novembra 1940 je poveljeval 3. tanku ... ... Velika sovjetska enciklopedija

STRUKTURA ATOMA- (glej) je zgrajen iz elementarnih delcev treh vrst (glej), (glej) in (glej), ki tvorijo stabilen sistem. Proton in nevtron sta del atoma (glej), elektroni tvorijo elektronsko lupino. V jedru delujejo sile (glej), zaradi česar ... ... Velika politehnična enciklopedija

Atom- Ta izraz ima druge pomene, glej Atom (pomeni). Atom helija Atom (iz druge grščine ... Wikipedia

Rutherford Ernest- (1871 1937), angleški fizik, eden od ustvarjalcev teorije radioaktivnosti in zgradbe atoma, ustanovitelj znanstvena šola, tuji dopisni član Ruske akademije znanosti (1922) in častni član Akademije znanosti ZSSR (1925). Rojen na Novi Zelandiji, po diplomi iz ... ... enciklopedični slovar

Άτομο

telesca- Atom helija Atom (še en grški ἄτομος nedeljiv) je najmanjši del kemičnega elementa, ki je nosilec njegovih lastnosti. Atom je sestavljen iz atomskega jedra in elektronskega oblaka, ki ga obdaja. Jedro atoma sestavljajo pozitivno nabiti protoni in ... ... Wikipedia

knjige

Komplet miz. fizika. 11. razred (15 tabel), . Izobraževalni album 15 listov. transformator. Elektromagnetna indukcija v sodobna tehnologija. Elektronske svetilke. Katodna cev. Polprevodniki. polprevodniška dioda. Tranzistor.…

predavanje: Planetarni model atoma

Struktura atoma

Najbolj natančen način za določitev strukture katere koli snovi je spektralna analiza. Sevanje vsakega atoma elementa je izključno individualno. Vendar preden razumemo, kako poteka spektralna analiza, ugotovimo, kakšno strukturo ima atom katerega koli elementa.

Prvo domnevo o zgradbi atoma je predstavil J. Thomson. Ta znanstvenik že dolgo preučuje atome. Poleg tega je on lastnik odkritja elektrona - za katerega je prejel Nobelova nagrada. Model, ki ga je predlagal Thomson, ni imel nič opraviti z realnostjo, ampak je služil kot dovolj močna spodbuda za Rutherforda, da je preučil strukturo atoma. Model, ki ga je predlagal Thomson, se je imenoval "puding z rozinami".

Thomson je verjel, da je atom trdna krogla z negativnim električnim nabojem. Da bi to nadomestili, so elektroni vmešani v kroglo, kot rozine. Skratka, naboj elektronov sovpada z nabojem celotnega jedra, zaradi česar je atom nevtralen.

Med preučevanjem strukture atoma je bilo ugotovljeno, da so vsi atomi v trdne snovi zavezati oscilatorna gibanja. In kot veste, vsak premikajoči se delec oddaja valove. Zato ima vsak atom svoj spekter. Vendar se te izjave nikakor niso ujemale s Thomsonovim modelom.

Rutherfordove izkušnje

Da bi potrdil ali ovrgel Thomsonov model, je Rutherford predlagal poskus, ki je povzročil bombardiranje atoma nekega elementa z alfa delci. Kot rezultat tega poskusa je bilo pomembno videti, kako se bo delec obnašal.

Alfa delce so odkrili kot rezultat radioaktivnega razpada radija. Njihovi tokovi so bili alfa žarki, katerih vsak delec je imel pozitiven naboj. Kot rezultat številnih študij je bilo ugotovljeno, da je alfa delec podoben atomu helija, v katerem ni elektronov. Na podlagi trenutnega znanja vemo, da je alfa delec jedro helija, medtem ko je Rutherford verjel, da so to helijevi ioni.

Vsak alfa delec je imel ogromno energije, zaradi česar je lahko letel na zadevne atome z visoka hitrost. Zato je bil glavni rezultat poskusa določitev kota odklona delcev.

Za poskus je Rutherford uporabil tanko zlato folijo. Vanjo je usmeril hitre alfa delce. Predvideval je, da bodo zaradi tega poskusa vsi delci leteli skozi folijo in z majhnimi odstopanji. Da pa bi to zagotovo ugotovil, je svojim učencem naročil, naj preverijo, ali so pri teh delcih kakšna velika odstopanja.

Rezultat poskusa je presenetil absolutno vse, saj številni delci niso odstopali le za dovolj velik kot - nekateri koti odklona so dosegli več kot 90 stopinj.

Ti rezultati so presenetili absolutno vse, Rutherford je dejal, da se je zdelo, kot da je bil na pot izstrelkov postavljen kos papirja, ki ni dovolil, da bi delček alfa prodrl v notranjost, zaradi česar se je obrnil nazaj.

Če bi bil atom res trden, bi ga moral imeti električno polje, kar je upočasnilo delec. Vendar moč polja ni bila dovolj, da bi jo povsem ustavila, kaj šele potisnila nazaj. To pomeni, da je bil Thomsonov model ovržen. Tako je Rutherford začel delati na novem modelu.

Rutherfordov model

Da bi dobili ta rezultat poskusa, je treba koncentrirati pozitiven naboj v manjši količini, kar ima za posledico večje električno polje. Glede na formulo potencialnega polja je mogoče določiti zahtevana velikost pozitiven delec, ki bi lahko odbil alfa delec v nasprotni smeri. Njegov polmer mora biti največjega reda 10 -15 m. Zato je Rutherford predlagal planetarni model atoma.

Ta model je tako imenovan z razlogom. Dejstvo je, da je znotraj atoma pozitivno nabito jedro, podobno Soncu v sončnem sistemu. Elektroni se vrtijo okoli jedra kot planeti. solarni sistem je zasnovan tako, da planete privlači Sonce s pomočjo gravitacijske sile, vendar ne padejo na površje Sonca zaradi razpoložljive hitrosti, ki jih drži v njihovi orbiti. Enako se dogaja z elektroni – Coulombove sile pritegnejo elektrone v jedro, ki pa zaradi vrtenja ne padejo na površino jedra.

Ena Thomsonova predpostavka se je izkazala za popolnoma pravilno - celoten naboj elektronov ustreza naboju jedra. Vendar pa se zaradi močne interakcije lahko elektroni izločijo iz svoje orbite, zaradi česar se naboj ne kompenzira in atom se spremeni v pozitivno nabit ion.

Zelo pomembna informacija glede strukture atoma je, da je skoraj vsa masa atoma koncentrirana v jedru. Na primer, atom vodika ima samo en elektron, katerega masa je več kot tisoč in pol manjša od mase jedra.