Яку модель будови атома запропонував резерфорд? Деякі історичні та сучасні моделі атома

Історичні моделі1 атома відображають рівні знань, що відповідають певному періоду розвитку науки.

Перший етап розвитку моделей атома характеризувався відсутністю експериментальних даних про його будову.

Пояснюючи явища мікросвіту, вчені шукали аналогії у макросвіті, спираючись на закони класичної механіки.

Дж. Дальтон - творець хімічної атомістики (1803), припускав, що атоми одного і того ж хімічного елементаявляють собою однакові кулясті дрібні, а отже, неподільні частки.

Французький фізик Жан Батист Перрен (1901 р.) запропонував модель, що фактично передбачила "планетарну" модель. Відповідно до цієї моделі в центрі атома розташоване позитивно заряджене ядро, навколо якого рухаються певними орбітами, як планети навколо Сонця, негативно заряджені електрони. Модель Перрена не привернула уваги вчених, оскільки давала лише якісну, але з кількісну характеристику атома (на рис. 7 це показано невідповідністю заряду ядра атома числу електронів).

У 1902 р. англійський фізик Вільям Томсон (Кельвін) розробив уявлення про атом як про позитивно заряджену сферичну частинку, всередині якої здійснюють коливання (випромінюючи і поглинаючи енергію) негативно заряджені електрони. Кельвін звернув увагу на те, що число електронів дорівнює позитивному заряду сфери, тому в цілому атом не має заряду електричного (рис. 7).

Через рік німецький фізик Філіп Ленард запропонував модель, згідно з якою атом – порожня сфера, всередині якої знаходяться електричні диполі (динаміди). Обсяг, займаний цими диполями, значно менший за обсяг сфери, і основна частина атома виявляється незаповненою.

За уявленнями японського фізика Гонтаро (Хантаро) Нагаокі (1904 р.), у центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, а електрони рухаються у просторі навколо ядра в плоских кільцях, що нагадують кільця планети Сатурн (ця модель називалася "сатурніанським" атомом). Більшість вчених не звернули уваги на ідеї Нагаокі, хоча вони певною мірою перегукуються з сучасним уявленням про атомну орбіталь.

Жодна з розглянутих моделей (мал. 7) не пояснювала, як властивості хімічних елементів пов'язані з будовою їх атомів.

Рис. 7. Деякі історичні моделі атома

У 1907 р. Дж. Дж. Томсон запропонував статичну модель будови атома, що представляла атом як заряджену позитивною електрикою кулясту частинку, в якій рівномірно розподілені негативно заряджені електрони ( Модель"пудингу", Рис. 7).

Математичні розрахунки показали, що електрони в атомі повинні бути розташовані на концентрично розташованих кільцях. Томсон зробив дуже важливий висновок: причина періодичної зміни властивостей хімічних елементів пов'язана з особливостями електронної будовиїх атомів. Завдяки цьому модель атома Томсона була високо оцінена сучасниками. Однак вона не пояснювала деяких явищ, наприклад, розсіювання α-часток при проходженні їх через металеву пластину.

На підставі своїх уявлень про атом Томсон вивів формулу для розрахунку середнього відхилення α-частинок, і цей розрахунок показав, що ймовірність розсіювання таких частинок під великими кутами близька до нуля. Однак експериментально було доведено, що приблизно одна з восьми тисяч падаючих на золоту фольгу -частинок відхиляється на кут більше 90°. Це суперечило моделі Томсона, яка передбачала відхилення лише на малі кути.

Ернест Резерфорд, узагальнюючи експериментальні дані, в 1911 р. запропонував "планетарну" (її іноді називають "ядерною") модель будови атома, згідно з якою 99,9 % маси атома та його позитивний заряд зосереджені в дуже маленькому ядрі, а негативно заряджені електрони, число яких дорівнює заряду ядра, обертаються навколо нього, подібно до планет Сонячної системи1 (рис. 7).

Резерфорд разом із учнями поставив досліди, дозволили досліджувати будову атома (рис. 8). На поверхню тонкої металевої (золотої) фольги від джерела 2 радіоактивного випромінювання 1 направлявся потік позитивно заряджених частинок (α-частинки). На їхньому шляху був встановлений флуоресцентний екран 3, що дозволяє спостерігати за напрямом подальшого руху частинок.

Рис. 8. Досвід Резерфорда

Було встановлено, що більшість α-частинок проходила крізь фольгу, практично не змінюючи свого напряму. Лише окремі частки (в середньому одна з десяти тисяч) відхилялися і летіли майже у зворотному напрямку. Зроблено висновок, що більша частина маси атома зосереджена в позитивно зарядженому ядрі, тому α-частинки так сильно відхиляються (рис. 9).

Рис. 9. Розсіювання α-часток атомним ядром

Електрони, що рухаються в атомі, відповідно до законів електромагнетизму повинні випромінювати енергію і, втрачаючи її, притягуватися до протилежно зарядженого ядра і, отже, "падати" на нього. Це повинно призводити до зникнення атома, але оскільки цього не відбувалося, було зроблено висновок про неадекватність цієї моделі.

На початку XX століття німецькими фізиком Максом Планком та фізиком-теоретиком Альбертом Ейнштейном була створена квантова теорія світла. Відповідно до цієї теорії промениста енергія, наприклад світло, випромінюється і поглинається не безперервно, а окремими порціями (квантами). Причому величина кванта енергії неоднакова для різних випромінювань і пропорційна до частоти коливань електромагнітної хвилі: Е = hν, деh – постійна Планка, що дорівнює 6,6266·10 –34 Дж·с, ν – частота випромінювання. Цю енергію несуть частки світла. фотони.

Намагаючись штучно поєднати закони класичної механіки та квантової теорії, датський фізик Нільс Бор у 1913 р. доповнив модель атома Резерфорда двома постулатами про стрибкоподібну (дискретну) зміну енергії електронів в атомі. Бор вважав, що електрон в атомі водню може бути лише на цілком певних стаціонарних орбітах, радіуси яких відносяться один до одного як квадрати натуральних чисел (1 2: 2 2: 3 2: ... :п 2). Електрони рухаються навколо атомного ядраза стаціонарними орбітами. Атом перебуває у стійкому стані, не поглинаючи і не випромінюючи енергію – це перший постулат Бора. Згідно з другим постулатом випромінювання енергії відбувається тільки при переході електрона на ближчу до атомного ядра орбіту. При переході електрона більш віддалену орбіту енергія атомом поглинається. Ця модель була вдосконалена в 1916 р. німецьким фізиком-теоретиком Арнольдом Зоммерфельдом, який вказав на рух електронів еліптичним орбітам.

Планетарна модель, завдяки своїй наочності та постулатам Бора, довгий часвикористовувалася пояснення атомно-молекулярних явищ. Проте виявилося, що рух електрона в атомі, стійкість та властивості атома, на відміну від руху планет та стійкості Сонячної системи, не можна описати законами класичної механіки. В основі цієї механіки лежать закони Ньютона, і предметом її вивчення є рух макроскопічних тіл, що відбувається зі швидкостями, малими в порівнянні зі швидкістю світла. Для опису будови атома необхідно застосовувати уявлення квантової (хвильової) механіки про двоїсту корпускулярно-хвильову природу мікрочастинок, які сформулювали в 1920-і роки фізики-теоретики: француз Луї де Бройль, німці Вернер Гейзенберг та Ервін Шредінгер, англієць.

В 1924 Луї де Бройль висунув гіпотезу про наявність у електрона хвильових властивостей (перший принцип квантової механіки) і запропонував формулу для обчислення його довжини хвилі. Стабільність атома пояснюється лише тим, що електрони у ньому рухаються за орбітами, а деяких областях простору навколо ядра, званих атомними орбіталями. Електрон займає практично весь обсяг атома і не може "впасти на ядро", що знаходиться в його центрі.

У 1926 році Шредінгер, продовжуючи розвиток ідей Л. де Бройля про хвильові властивості електрона, емпірично підібрав математичне рівняння, схоже на рівняння коливання струни, за допомогою якого можна обчислювати енергію зв'язку електрона в атомі на різних енергетичних рівнях. Це рівняння стало основним рівнянням квантової механіки.

Відкриття хвильових властивостей електрона показало, що поширення знань про макросвіт на об'єкти мікросвіту є неправомірним. У 1927 р. Гейзенберг встановив, що неможливо визначити точне положення у просторі електрона, що має певну швидкість, тому уявлення про рух електрона в атомі мають імовірнісний характер (другий принцип квантової механіки).

Квантово-механічна модель атома (1926) описує стан атома за допомогою математичних функційі немає геометричного висловлювання (рис. 10). У такій моделі не розглядаються динамічний характер пристрою атома та питання про розмір електрона як частинки. Вважається, що електрони займають певні енергетичні рівні та випромінюють чи поглинають енергію при переходах на інші рівні. На рис. 10 енергетичні рівні схематично зображені у вигляді концентричних кілець, розташованих на різних відстанях від атомного ядра. Стрілками показані переходи електронів між енергетичними рівнямита випромінювання фотонів, що супроводжують ці переходи. Схема показана якісно і не відображає реальних відстаней між енергетичними рівнями, які можуть відрізнятись між собою в десятки разів.

У 1931 році американським вченим Гілбертом Уайтом вперше було запропоновано графічне уявлення атомних орбіталей та "орбітальна" модель атома (рис. 10). Моделі атомних орбіталей використовуються для відображення поняття "електронна щільність" та демонстрації розподілу негативного заряду навколо ядра в атомі або системи атомних ядер у молекулі.

Рис. 10. Історичні та сучасні моделіатома

У 1963 році американський художник, скульптор та інженер Кеннет Снельсон запропонував "кільцегранну модель" електронних оболонок атома (рис. 10), яка пояснює кількісний розподіл електронів в атомі за стійкими електронними оболонками. Кожен електрон моделюється кільцевим магнітом (або замкнутим контуром із електричним струмом, що має магнітний момент). Кільцеві магніти притягуються один до одного і утворюють симетричні фігури з кілець кільцегранники. Наявність у магнітів двох полюсів накладає обмеження на можливі варіантизбирання кільцегранників. Моделі стійких електронних оболонок - це найбільш симетричні фігури з кілець, складені з урахуванням наявності у них магнітних властивостей.

Наявність електрона спина (див. розділ 5) є однією з основних причин утворення в атомі стійких електронних оболонок. Електрони утворюють пари із протилежними спинами. Кільцегранна модель електронної пари, або заповненої атомної орбіталі, - це два кільця, розташовані в паралельних площинах з протилежних сторін від атомного ядра. При розташуванні біля ядра атома більше однієї пари електронів кільця-електрони вимушено взаємно орієнтуються утворюючи електронну оболонку. При цьому близько розташовані кільця мають різні напрямки магнітних силових ліній, що позначається різним кольоромкілець, що зображають електрони.

Модельний експеримент показує, що найстійкішою з усіх можливих кільцегранних моделей є модель 8 кілець. Геометрично модель утворена таким чином, начебто атом у вигляді сфери поділили на 8 частин (тричі розділивши навпіл) і в кожну частину помістили по одному кільцю-електрону. У кільцегранних моделях використовують кільця двох кольорів: червоного та синього, які відображають позитивне та від'ємне значенняспина електрона.

"Волногранная модель" (рис. 10) схожа на "кільцегранну" з тією відмінністю, що кожен електрон атома представлений "хвильовим" кільцем, яке містить ціле число хвиль (як це було запропоновано Л. де Бройлем).

Взаємодія електронів електронної оболонки на цій моделі атома показано збігом точок контакту синіх та червоних "хвильових" кілець з вузлами стоячих хвиль.

Моделі атома мають право на існування та межі застосування. Будь-яка модель атома – це наближення, що відображає у спрощеній формі певну частину знань про атом. Але жодна з моделей не відображає властивостей атома або його складових частинок.

Багато моделей сьогодні представляють лише історичний інтерес. При побудові моделей об'єктів мікросвіту вчені спиралися те що, що можна безпосередньо спостерігати. Так з'явилися моделі Перрена і Резерфорда (аналогія з будовою Сонячної системи), Нагаокі (така собі планета Сатурн), Томсона ("пудинг з родзинками"). Деякі ідеї були відкинуті (динамічна модель Ленарда), до інших через деякий час знову зверталися, але вже на новому, вищому теоретичному рівні: моделі Перрена та Кельвіна отримали розвиток у моделях Резерфорда та Томсона. Уявлення про будову атома постійно вдосконалюються. Наскільки точна сучасна – "квантово-механічна" модель покаже час. Саме тому у верхній частині спіралі, що символізує шлях пізнання, намальовано знак питання (рис. 7).

Стали важливим кроком у розвитку фізики. Величезне значення мала модель Резерфорда. Атом як система та частинки, його складові, був вивчений більш точно та докладно. Це призвело до успішного становлення науки, як ядерна фізика.

Античні уявлення про будову речовини

Припущення про те, що оточуючі тіла складаються з найдрібніших частинок, було висловлено ще в античні часи. Мислителі того часу представляли атом у вигляді найдрібнішої та неподільної частки будь-якої речовини. Вони стверджували, що немає у Всесвіті нічого меншого за розміром, ніж атом. Таких поглядів дотримувалися великі давньогрецькі вчені та філософи – Демокріт, Лукрецій, Епікур. Гіпотези цих мислителів сьогодні поєднані під назвою «античний атомізм».

Середньовічні уявлення

Часи античності минули, і в середні віки також були вчені, які висловлювали різні припущення щодо будови речовин. Однак переважання релігійних філософських поглядів і влада церкви в той період історії докорінно припиняли будь-які спроби і прагнення людського розуму до матеріалістичних наукових висновків та відкриттів. Як відомо, середньовічна інквізиція дуже недружелюбно поводилася з представниками наукового світу того часу. Залишається сказати, що у тодішніх світлих розумів було уявлення про неподільність атома.

Дослідження 18-19 століть

18 століття було відзначено серйозними відкриттями області елементарного будови речовини. Багато в чому завдяки старанням таких учених, як Антуан Лавуазьє, Михайло Ломоносов та Незалежно один від одного, вони зуміли довести, що атоми дійсно існують. Але питання про них внутрішній будовізалишався відкритим. Кінець 18 століття був відзначений таким знаменною подієюв науковому світі, як відкриття Д. І. Менделєєвим періодичної системи хімічних елементів Це стало по-справжньому потужним проривом на той час і відкрило завісу над розумінням, що це атоми мають єдину природу, що вони споріднені одне одному. Надалі, в 19 столітті, ще одним важливим кроком на шляху до розгадки будови атома став доказ того, що у складі кожного з них є електрон. Робота вчених цього періоду підготувала благодатний ґрунт для відкриттів 20-го століття.

Експерименти Томсона

Англійський фізик Джон Томсон у 1897 році довів, що до складу атомів входять електрони з негативним зарядом. На цьому етапі помилкові уявлення про те, що атом - межа ділимості будь-якої речовини, були остаточно зруйновані. Як же Томсон зумів довести існування електронів? Вчений у своїх дослідах поміщав у сильно розріджені гази електроди та пропускав електричний струм. В результаті виникали катодні промені. Томсон ретельно вивчив їх особливості та виявив, що вони є потоком заряджених частинок, що рухаються з величезною швидкістю. Вчений зумів вирахувати масу цих частинок та його заряд. Він також з'ясував, що їх не можна перетворити на нейтральні частки, оскільки електричний заряд- це основа їхньої природи. Так Томсон був і творцем першої у світі моделі будови атома. Відповідно до неї, атом - це потік позитивно зарядженої матерії, у якій рівномірно розподілені негативно заряджені електрони. Така будова пояснює загальну нейтральність атомів, оскільки протилежні заряди врівноважують одне одного. Досліди Джона Томсона стали неоціненно важливими для подальшого вивчення будови атома. Проте багато питань залишалися без відповіді.

Дослідження Резерфорда

Томсон відкрив існування електронів, але не зміг знайти в атомі позитивно заряджених частинок. виправив це непорозуміння у 1911 році. Під час експериментів, вивчаючи активність альфа-часток у газах, він виявив, що в атомі присутні частки, що позитивно заряджені. Резерфорд побачив, що при проходженні променів через газ або через тонку металеву пластину відбувається різке відхилення незначної кількості частинок від траєкторії руху. Їх буквально відкидало назад. Вчений здогадався, що така поведінка пояснюється зіткненням із позитивно зарядженими частинками. Такі експерименти дозволили фізику створити модель будови атома Резерфорда.

Планетарна модель

Тепер уявлення вченого дещо відрізнялися від припущень, висловлених Джоном Томсоном. Різними стали та його моделі атомів. дозволив йому створити абсолютно нову теорію у цій галузі. Відкриття вченого мали вирішальне значення для подальшого розвиткуфізики. Модель Резерфорда описує атом як ядро, розташоване в центрі, і електрони, що рухаються навколо нього. Ядро має позитивний заряд, а електрони - негативний. Модель атома по Резерфорду передбачала обертання електронів навколо ядра за певними траєкторіями – орбітами. Відкриття вченого допомогло пояснити причину відхилення альфа-частинок та стало поштовхом до розвитку ядерної теорії атома. У моделі атома Резерфорда простежується аналогія із рухом планет Сонячної системи навколо Сонця. Це дуже точне та яскраве порівняння. Тому модель Резерфорда, атом у якій рухається навколо ядра по орбіті, було названо планетарною.

Роботи Нільса Бора

Двома роками пізніше датський фізик Нільс Бор спробував поєднати уявлення про будову атома з квантовими властивостями світлового потоку. Ядерна модельатома Резерфорда була покладена вченим в його основу нової теорії. За припущенням Бора, атоми обертаються навколо ядра круговими орбітами. Така траєкторія руху призводить до прискорення електронів. Крім того, кулонівська взаємодія цих частинок з центром атома супроводжується створенням та витрачанням енергії для підтримки просторового електромагнітного поля, що виникає через рух електронів. За таких умов негативно заряджені частки повинні колись впасти на ядро. Але цього немає, що свідчить про велику стійкість атомів як систем. Нільс Бор зрозумів, що закони класичної термодинаміки, описані рівняннями Максвелла, не працюють у внутрішньоатомних умовах. Тому вчений поставив собі завдання вивести нові закономірності, які були б справедливі у світі елементарних частинок.

Постулати Бора

Багато в чому завдяки тому, що існувала модель Резерфорда, атом та його складові були непогано вивчені, Нільс Бор зміг підійти до створення своїх постулатів. Перший говорить про те, що атом має при яких він не змінює свою енергію, а електрони при цьому рухаються по орбітах, не змінюючи своєї траєкторії. Відповідно до другого постулату, під час переходу електрона з однієї орбіти в іншу відбувається виділення чи поглинання енергії. Вона дорівнює різниці енергій попереднього та наступного станів атома. При цьому, якщо електрон перестрибує на ближчу до ядра орбіту, відбувається випромінювання і навпаки. Незважаючи на те, що рух електронів мало нагадує орбітальну траєкторію, розташовану строго по колу, відкриття Бору дозволило отримати чудове пояснення існуванню лінійного спектру. станів атома та можливість зміни значень атомної енергії.

Співпраця двох вчених

До речі, Резерфорд тривалий часне міг визначити Вчені Марсден і Гейгер спробували здійснити перевірку тверджень Ернеста Резерфорда і в результаті докладних і ретельних експериментів і розрахунків дійшли висновку про те, що саме ядро ​​є найважливішою характеристикою атома, і в ньому зосереджений весь його заряд. Надалі було доведено, що значення заряду ядра чисельно дорівнює порядковому номеру елемента періодичної системиелементів Д. І. Менделєєва. Цікаво, що Нільс Бор незабаром познайомився з Резерфордом і погодився з його поглядами. Надалі вчені довго працювали разом у одній лабораторії. Модель Резерфорда, атом як система, що складається з елементарних заряджених частинок, - все це Нільс Бор вважає справедливим і назавжди відклав у бік свою електронну модель. Спільна наукова діяльністьвчених була дуже успішною і принесла свої плоди. Кожен їх заглибився вивчення властивостей елементарних частинок і зробив значні для науки відкриття. Пізніше Резерфорд виявив та довів можливість розкладання ядра, але це вже тема іншої статті.

Подробиці Категорія: Фізика атома та атомного ядра Розміщено 10.03.2016 18:27 Переглядів: 4106

Давньогрецькі та давньоіндійські вчені та філософи вважали, що всі навколишні речовини складаються з дрібних частинок, які не діляться.

Вони були впевнені, що у світі не існує нічого, що було б меншим від цих частинок, які вони назвали атомами . І, дійсно, згодом існування атомів було доведено такими відомими вченими як Антуан Лавуазьє, Михайло Ломоносов, Джон Дальтон. Неподільним атом вважали до кінця XIX – початку ХХ століття, коли з'ясувалося, що це не так.

Відкриття електрона. Модель атома Томсона

Джозеф Джон Томсон

У 1897 р. англійський фізик Джозеф Джон Томсон, вивчаючи експериментально поведінку катодних променів у магнітному та електричному полях, з'ясував, що ці промені є потік негативно заряджених частинок. Швидкість руху цих частинок була нижчою за швидкість світла. Отже, вони мали багато. Звідки вони з'являлися? Вчений припустив, що ці частки входять до складу атома. Він назвав їх корпускулами . Пізніше вони стали називатися електронами . Так відкриття електрона поклало край теорії про неподільність атома.

Модель атома Томсона

Томсон запропонував першу електронну модель атома. Відповідно до неї атом є куля, всередині якого знаходиться заряджена речовина, позитивний заряд якої рівномірно розподілений по всьому об'єму. А в цю речовину, як родзинки у булочці, вкраплені електрони. Загалом атом електрично нейтральний. Цю модель назвали "моделлю сливового пудингу".

Але модель Томсона виявилася неправильною, що було підтверджено британським фізикомсером Ернестом Резерфордом.

Досвід Резерфорда

Ернест Резерфорд

Як же все-таки влаштований атом? На це питання Резерфорд дав відповідь після свого експерименту, проведеного в 1909 році спільно з німецьким фізиком Гансом Гейгером і новозеландським фізиком Ернстом Марсденом.

Досвід Резерфорда

Метою досвіду було дослідження атома за допомогою альфа-часток, сфокусований пучок яких, що летить з величезною швидкістю, прямував на найтоншу золоту фольгу. За фольгою розташовувався люмінесцентний екран. При зіткненні з ним часток виникали спалахи, які можна було спостерігати мікроскоп.

Якщо Томсон правий, і атом складається з хмари з електронами, то частки мали легко пролітати через фольгу, не відхиляючись. Так як маса альфа-частинки перевищувала масу електрона приблизно в 8000 разів, то електрон не міг впливати на неї і відхиляти її траєкторію на великий кут, подібно до того, як камінчик вагою в 10 г не зміг би змінити траєкторію автомобіля, що рухається.

Але на практиці все виявилося по-іншому. Більшість частинок дійсно пролітали через фольгу, практично не відхиляючись або відхиляючись на невеликий кут. Але частина часток відхилялася досить значно або навіть відскакувала назад, наче на їхньому шляху виникала якась перешкода. Як сказав сам Резерфорд, це було так само неймовірно, ніби 15-дюймовий снаряд відскочив від шматка цигаркового паперу.

Що ж змусило деякі альфа-частинки так сильно змінити напрямок руху? Вчений припустив, що причиною цього стала частина атома, яка зосереджена в дуже малому обсязі і має позитивний заряд. Її він назвав ядром атома.

Планетарна модель атома Резерфорда

Модель атома Резерфорда

Резерфорд дійшов висновку, що атом складається з щільного зарядженого ядра, розташованого в центрі атома, і електронів, що мають негативний заряд. У ядрі зосереджена майже вся маса атома. У цілому нині атом нейтральний. Позитивний заряд ядра дорівнює сумі негативних зарядів електронів атома. Але електрони не вкраплені в ядро, як у моделі Томсона, а обертаються навколо нього подібно до планет, що обертаються навколо Сонця. Обертання електронів відбувається під дією кулонівської сили, що діє на них з боку ядра. Швидкість обертання електронів величезна. Над поверхнею ядра вони утворюють подобу хмари. Кожен атом має свою електронну хмару, заряджену негативно. Тому вони не «злипаються», а відштовхуються один від одного.

Через свою схожість із Сонячною системою модель Резерфорда була названа планетарною.

Чому атом існує

Однак модель атома Резерфорда не змогла пояснити, чому атом такий стійкий. Адже, згідно із законами класичної фізики, електрон, обертаючись на орбіті, рухається з прискоренням, отже, випромінює електромагнітні хвиліі втрачає енергію. Зрештою, ця енергія повинна вичерпатися, а електрон повинен впасти на ядро. Якби це було так, атом зміг би існувати лише 10 -8 с. Але чому це не відбувається?

Причину цього явища пізніше пояснив датський фізик Нільс Бор. Він припустив, що електрони в атомі рухаються лише за фіксованими орбітами, які називаються «дозволеними орбітами». Перебуваючи на них, вони не випромінюють енергії. А випромінювання чи поглинання енергії відбувається лише за переході електрона з однієї дозволеної орбіти в іншу. Якщо це перехід з дальньої орбіти на ближчу до ядра, то енергія випромінюється і навпаки. Випромінювання відбувається порціями, які назвали квантами.

Хоча описана Резерфордом модель не змогла пояснити стійкість атома, вона дозволила значно просунутися вперед до вивчення його будови.

Планетарна модель атома

Планетарна модель атома: ядро ​​(червоне) та електрони (зелені)

Планетарна модель атома, або модель Резерфорда, - Історична модель будови атома, яку запропонував Ернест Резерфорд в результаті експерименту з розсіюванням альфа-частинок. За цією моделлю атом складається з невеликого позитивно зарядженого ядра, в якому зосереджена майже вся маса атома, навколо якого рухаються електрони, - подібно до того, як планети рухаються навколо Сонця. Планетарна модель атома відповідає сучасним уявленням про будову атома з огляду на те, що рух електронів має квантовий характер і не описується законами класичної механіки. Історично планетарна модель Резерфорда прийшла на зміну "моделі сливового пудингу" Джозефа Джона Томсона, яка постулює, що негативно заряджені електрони поміщені всередину позитивно зарядженого атома.

Нову модель будови атома Резерфорд запропонував у 1911 році як висновок з експерименту з розсіювання альфа-частинок на золотій фользі, проведеного під його керівництвом. При цьому розсіянні несподівано велика кількістьальфа-частинок розсіювалося на великі кути, що свідчило про те, що центр розсіювання має невеликі розміриі в ньому зосереджено значний електричний заряд. Розрахунки Резерфорда показали, що центр, що розсіює позитивно або негативно, повинен бути принаймні в 3000 разів менше розміруатома, який у той час вже був відомий і оцінювався як приблизно 10 -10 м. Оскільки в той час електрони вже були відомі, а їх маса і заряд визначені, то центр, який пізніше назвали ядром, повинен був мати протилежний електронам заряд. Резерфорд не пов'язав величини заряду з атомним номером. Цей висновок було зроблено пізніше. А сам Резерфорд припустив, що заряд пропорційний до атомної маси.

Недоліком планетарної моделі була її несумісність із законами класичної фізики. Якщо електрони рухаються навколо ядра як планети навколо Сонця, їх прискорене, і, отже, за законами класичної електродинаміки вони мали б випромінювати електромагнітні хвилі, втрачати енергію і падати на ядро. Наступним кроком у розвитку планетарної моделі стала модель «Бора», що постулює інші, відмінні від класичних, закони руху електронів. Повністю протиріччя електродинаміки змогла вирішити квантова механіка.

Wikimedia Foundation. 2010 .

• Планетарій Ейсе Ейсінгі
• Планетарна фантастика

Дивитися що таке "Планетарна модель атома" в інших словниках:

планетарна модель атома- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. планетарний атом model vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. планетарні моделі атома, f pranc. modelé planétaire de l’atome, m … Fizikos terminų žodynas

Борівська модель атома- Борівська модель водневого атома (Z заряд ядра), де негативно заряджений електрон укладено в атомній оболонці, що оточує мале, позитивно заряджене атомне ядро.

Модель (у науці)- модель (франц. modele, італ. modello, від лат. modulus міра, мірило, зразок, норма), 1) зразок, що служить еталоном (стандартом) для серійного чи масового відтворення (М. автомобіля, М. одягу і т.п .), а також тип, марка якогось… …

Модель- I Модель (Model) Вальтер (24.1.1891, Гентін, Східна Пруссія, 21.4.1945, поблизу Дуйсбурга), німецько-фашистський генерал фельдмаршал (1944). В армії з 1909, брав участь у 1 й світовій війні 1914 18. З листопада 1940 командував 3 й танковою. Велика Радянська Енциклопедія

БУДОВА АТОМА- (Див.) побудований з елементарних частинок трьох видів (див.), (див.) і (див.), що утворюють стійку систему. Протон і нейтрон входять до складу атомного, електрони утворюють електронну оболонку. У ядрі діють сили (див.), завдяки яким… Велика політехнічна енциклопедія

атом- Цей термін має й інші значення, див. Атом (значення). Атом гелію Атом (від ін. грецьк … Вікіпедія

Резерфорд Ернест- (1871 1937), англійський фізик, один із творців вчення про радіоактивність та будову атома, засновник наукової школи, іноземний член кореспондент РАН (1922) та почесний член АН СРСР (1925). Народився в Новій Зеландії, після закінчення. Енциклопедичний словник

Άτομο

Корпускул- Атом гелію Атом (ін. грец. ἄτομος неподільний) найменша частина хімічного елемента, що є носієм його властивостей. Атом складається з атомного ядра і навколишнього його електронної хмари. Ядро атома складається з позитивно заряджених протонів і ... Вікіпедія

Корпускули- Атом гелію Атом (ін. грец. ἄτομος неподільний) найменша частина хімічного елемента, що є носієм його властивостей. Атом складається з атомного ядра і навколишнього його електронної хмари. Ядро атома складається з позитивно заряджених протонів і ... Вікіпедія

Книжки

• Набір таблиць. фізика. 11 клас (15 таблиць), . Навчальний альбом із 15 аркушів. Трансформатори. Електромагнітна індукціяв сучасної техніки. Електронні лампи. Електронно-променева трубка. Напівпровідники. Напівпровідниковий діод. Транзистор.

Лекція: Планетарна модель атома

Будова атома

Найбільш точний спосіб визначення структури будь-якої речовини – це спектральний аналіз. Випромінювання кожного атома елемента виключно індивідуальне. Проте, як зрозуміти, як відбувається спектральний аналіз, розберемося, яку структуру має атом будь-якого елемента.

Перше припущення будову атома було представлено Дж. Томсоном. Цей учений тривалий час вивчав атоми. Більше того, саме йому належить відкриття електрона – за що він і отримав Нобелівську премію. Модель, що запропонував Томсон, не мала нічого спільного з дійсністю, проте стала досить сильним стимулом у вивченні будови атома Резерфордом. Модель, запропонована Томсоном, називалася "пудингом із родзинками".

Томсон вважав, що атом є суцільною кулею, яка має негативний електричний заряд. Для його компенсації в шар вкраплені електрони, як родзинки. У сумі заряд електронів збігається із зарядом всього ядра, що робить атом нейтральним.

Під час вивчення будови атома з'ясували, що всі атоми в твердих тілахроблять коливальні рухи. А, як відомо, будь-яка частинка, що рухається, випромінює хвилі. Саме тому кожен атом має власний спектр. Але ці твердження не вкладалися в модель Томсона.

Досвід Резерфорда

Щоб підтвердити чи спростувати модель Томсона, Резерфордом було запропоновано досвід, у результаті якого відбувалося бомбардування атома деякого елемента альфа-частинками. В результаті даного експерименту було важливо побачити, як поводитиметься частка.

Альфа частинки були відкриті внаслідок радіоактивного розпаду радію. Їхні потоки являли собою альфа-промені, кожна частка яких мала позитивний заряд. В результаті численних вивчень було визначено, що альфа-частинка нагадує атом гелію, в якому відсутні електрони. Використовуючи нинішні знання, ми знаємо, що альфа частка - це ядро ​​гелію, тоді Резерфорд вважав, що це були іони гелію.

Кожна альфа-частка мала величезну енергію, внаслідок чого вона могла летіти на аналізовані атоми з високою швидкістю. Тому основним результатом експерименту було визначення кута відхилення частки.

Для проведення досвіду Резерфорд використав тонку фольгу із золота. На неї він спрямовував високошвидкісні альфа-частинки. Він припускав, що в результаті цього експерименту всі частинки пролітатимуть крізь фольгу, причому з невеликими відхиленнями. Проте, щоб з'ясувати це, напевно, він доручив своїм учням перевірити, чи немає великих відхилень у цих частинок.

Результат експерименту здивував всіх, адже дуже багато частинок не просто відхилилися на досить великий кут - деякі кути відхилення досягали більше 90 градусів.

Ці результати здивували всіх, Резерфорд говорив, що таке відчуття, що на шляху снарядів був поставлений аркуш паперу, який не дав альфа-частинці проникнути всередину, в результаті чого, вона повернулася назад.

Якби атом справді був суцільним, то він повинен мати деяке електричне поле, яке загальмовувало частинку. Однак, сила поля була недостатньою, щоб зупинити її повністю, а тим більше відкинути назад. А це означає, що модель Томсона була спростована. Тож Резерфорд почав працювати над новою моделлю.

Модель Резерфорда

Щоб одержати такий результат експерименту, необхідно зосередити позитивний заряд у меншому розмірі, у результаті вийде більше електричне поле. За формулою потенціалу поля можна визначити необхідний розмірпозитивної частки, яка змогла б відштовхнути альфа-частинку у протилежному напрямку. Радіус її повинен бути порядку максимум 10-15 м. Саме тому Резерфорд запропонував планетарну модель атома.

Ця модель названа так недарма. Справа в тому, що всередині атома є позитивно заряджене ядро, подібне до Сонця в Сонячній системі. Навколо ядра, як планети обертаються електрони. сонячна системавлаштована таким чином, що планети притягуються до Сонця за допомогою гравітаційних силПроте вони не падають на поверхню Сонця в результаті наявної швидкості, яка тримає їх на своїй орбіті. Те саме відбувається і з електронами – кулонівські сили притягують електрони до ядра, але за рахунок обертання вони не падають на поверхню ядра.

Одне припущення Томсона виявилося абсолютно вірним - сумарний заряд електронів відповідає заряду ядра. Однак у результаті сильної взаємодії електрони можуть бути вибиті зі своєї орбіти, внаслідок чого заряд не компенсується і атом перетворюється на позитивно заряджений іон.

Дуже важливою інформацією щодо будови атома є те, що практично вся маса атома зосереджена в ядрі. Наприклад, у атома водню є лише один електрон, чия маса більша, ніж у півтори тисячі разів менша, ніж маса ядра.