Створення планетарної моделі атома. Шкільна енциклопедія

Уявлення про те, що атоми є найдрібнішими частинками речовини, вперше виникло за часів Стародавню Грецію. Однак лише наприкінці XVIII століття завдяки роботі таких вчених, як А. Лавуазьє, М. В. Ломоносов та деяких інших, було доведено, що атоми справді існують. Однак у ті часи ніхто не ставив питання про те, якою є їхня внутрішня будова. Вчені все ще розцінювали атоми як неподільні "цеглини", з яких складається вся матерія.

Спроби пояснити будову атома

Хто запропонував ядерну модель першим із усіх учених? Перша спроба створити модель цих частинок належала Дж. Томсон. Проте вдалою у сенсі цього терміну назвати її не можна. Адже Томсон вважав, що атом є кулястою і електрично нейтральною системою. При цьому вчений припускав, що позитивний заряд розподілений рівномірно за обсягом цієї кулі, а всередині нього є негативно заряджене ядро. Усі спроби вченого пояснити внутрішню будову атома виявилися невдалими. Ернест Резерфорд – той, хто запропонував ядерну модель будови атома через кілька років після того, як Томсон висунув свою теорію.

Історія досліджень

За допомогою дослідження електролізу в 1833 Фарадею вдалося встановити, що струм в розчині електролітів являє собою потік заряджених частинок, або іонів. З цих досліджень він зміг визначити мінімальний заряд іона. Також важливу роль розвитку даного напрями у фізиці зіграв вітчизняний хімік Д. І. Менделєєв. Саме він уперше поставив у наукових колах питання, що всі атоми можуть мати однакову природу. Ми бачимо, що до того, як вперше було запропоновано ядерну модель будови атома Резерфорда, різними вченими було проведено велика кількістьщонайменше важливих експериментів. Вони просунули атомістичну теорію будови речовини вперед.

Перші досліди

Резерфорд є справді геніальним ученим, адже його відкриття перевернули уявлення про будову речовини. У 1911 року він зміг поставити експеримент, з якого дослідники змогли зазирнути в загадкові глибини атома, отримати уявлення у тому, яке його внутрішнє будову. Перші досліди були проведені вченим за підтримки інших дослідників, проте головна роль у відкритті належала Резерфорду.

Експеримент

Використовуючи природні джерела радіоактивного випромінювання, Резерфорд зміг побудувати гармату, яка випускала потік альфа-частинок. Це був ящик, зроблений зі свинцю, всередині якого була радіоактивна речовина. У гарматі був проріз, завдяки якому всі альфа-частинки потрапляли на свинцевий екран. Вилітати вони могли лише через проріз. По дорозі цього пучка з радіоактивних частинок стояло ще кілька екранів.

Вони відокремлювали частинки, які відхилялися від заданого напряму. До мішені потрапляв строго сфокусований Як мішеню Резерфорд використав тонкий листіз золотої фольги. Після того, як частинки потрапляли на цей лист, вони продовжували свій рух і, зрештою, потрапляли на люмінесцентний екран, який був встановлений позаду цієї мішені. При попаданні альфа-частинок на цей екран реєструвалися спалахи, якими вчений міг судити, скільки частинок відхиляються від початкового напрямку при зіткненні з фольгою і яка величина цього відхилення.

Відмінності від попередніх дослідів

Школярі та студенти, які цікавляться тим, хто запропонував ядерну модель будови атома, мають знати: подібні експерименти проводились у фізиці і до Резерфорда. Їх Головна ідеяполягала в тому, щоб за відхиленнями частинок від початкової траєкторії зібрати якнайбільше інформації про будову атома. Всі ці дослідження призвели до накопичення певного обсягу інформації в науці, провокували на роздуми про внутрішній будовінайдрібніших частинок.

Вже на початку ХХ століття вченим було відомо, що в атомі містяться електрони, що мають негативний заряд. Але серед більшості дослідників переважала думка, що атом зсередини більше нагадує сітку, заповнену негативно зарядженими частинками. Подібні досліди дозволили отримати чимало інформації – наприклад, визначити геометричні розміри атомів.

Геніальний здогад

Резерфорд звернув увагу, що ніхто з його попередників жодного разу не намагався визначити, чи можуть альфа-частинки відхилятися під великими кутами від своєї траєкторії. Колишня модель, іноді звана серед вчених «пудинг з родзинками» (оскільки згідно з цією моделлю електрони в атомі розподілені подібно до родзинок в пудингу), просто не допускала існування всередині атома щільних компонентів структури. Ніхто з учених і не переймався тим, щоб розглянути і такий варіант. Дослідник попросив свого студента переобладнати установку таким чином, щоб фіксувалися й великі відхилення частинок від траєкторії – лише для того, щоб унеможливити таку можливість. Яким же був подив і вченого, і його студента, коли виявилося, що деякі частки розлітаються під кутом 180 о.

Що всередині атома?

Ми дізналися, хто запропонував ядерну модель будови атома і в чому полягав досвід цього вченого. На той час експеримент Резерфорда був справжнім проривом. Він був змушений зробити висновок, що всередині атома більша частина маси міститься в дуже щільній речовині. Схема ядерної моделібудови атома дуже проста: всередині знаходиться позитивно заряджене ядро.

Інші частки, які називаються електронами, обертаються навколо цього ядра. Решта ж частина є на кілька порядків менш щільною. Розташування електронів усередині атома перестав бути хаотичним - частки розташовуються порядку зростання енергії. Внутрішні частини атомів дослідник назвав ядрами. Назви, які ввів учений, використовуються у науці досі.

Як підготуватись до уроку?

Ті школярі, які цікавляться тим, хто припустив ядерну модель будови атома, можуть виявитися на уроці додатковими знаннями. Наприклад, можна розповісти про те, як Резерфорд, вже після довгого часу після своїх експериментів, любив наводити для свого відкриття аналогію. У південноафриканську країну доставляється контрабанда зі зброєю для повстанців, яка міститься в тюках бавовни. Як митникам визначити, де конкретно є небезпечні припаси, якщо весь поїзд забитий цими тюками? Митник може почати стріляти по пакунках, і там, де кулі будуть рикошетити, і знаходиться зброя. Резерфорд наголошував, що саме так і було зроблено його відкриття.

Школярам, ​​які готуються до відповіді на цю тему на уроці, бажано підготувати відповіді на такі питання:

1. Хто запропонував ядерну модель будови атома?

2. У чому полягав сенс експерименту?

3. Відмінність ядерної моделі з інших моделей.

Значення теорії Резерфорда

Ті радикальні висновки, які Резерфорд зробив зі своїх експериментів, змушували багатьох його сучасників сумніватися у істинності цієї моделі. Навіть сам Резерфорд не був винятком – він опублікував результати своїх досліджень лише через два роки після відкриття. Взявши за основу класичні уявлення про те, як рухаються мікрочастинки, він запропонував ядерну планетарну модель будови атома. В цілому атом має нейтральний заряд. Навколо ядра рухаються електрони - подібно до того, як навколо Сонця обертаються планети. Цей рух відбувається за рахунок кулонівських сил. На даний момент модель Резерфорда зазнала значного доопрацювання, проте відкриття вченого не втрачає своєї актуальності і сьогодні.

Планетарна модель атома

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

Планетарна модель атома, або модель Резерфорда, - історична модельбудови 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-часток на золотій фользі, проведеного під його керівництвом. При цьому розсіюванні несподівано велика кількість альфа-частинок розсіювалася на великі кути, що свідчило про те, що центр розсіювання має невеликі розміриі в ньому зосереджений 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 моделібула 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 та 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 .

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

Боровська модель водневого атома (Z заряд ядра), де негативно заряджений електрон укладено в атомної оболонки, що оточує мале, позитивно заряджене атомне ядро ​​... Вікіпедія

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

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 частиноктрьох 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

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

- (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

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

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.

Перші відомості про складне будову атомабули отримані щодо процесів проходження електричного струмучерез рідину. У тридцятих роках ХІХ ст. досліди видатного фізикаМ. Фарадея навели на думку, що електрика існує у вигляді окремих одиничних зарядів.

Відкриття мимовільного розпаду атомів деяких елементів, назване радіоактивністю, стало прямим підтвердженням складності будови атома. У 1902 році англійські вчені Ернест Резерфорд і Фредерік Содді довели, що при радіоактивному розпаді атом урану перетворюється на два атоми - атом торію і атом гелію. Це означало, що атоми є незмінними, неруйнівними частинками.

Модель атома Резерфорда

Досліджуючи проходження вузького пучка альфа-частинок через тонкі шари речовини, Резерфорд виявив, що більшість альфа-частинок проходить крізь металеву фольгу, що складається з безлічі тисяч шарів атомів, не відхиляючись від початкового напрямку, не відчуваючи розсіювання, ніби на них жодних перешкод. Однак деякі частинки відхилялися на великі кути, зазнавши дії великих сил.

На підставі результатів дослідів зі спостереження розсіювання альфа-частинок у речовині Резерфорд запропонував планетарну модель будови атома.Відповідно до цієї моделі будова атома подібна до будівлі сонячної системи.У центрі кожного атома є позитивно заряджене ядрорадіусом ≈ 10 -10 м подібно до планет звертаються. негативно заряджені електрониМайже вся маса зосереджена атомному ядрі. Альфа-частинки можуть без розсіювання проходити через тисячі шарів атомів так, як більшість простору всередині атомів порожня, а зіткнення з легкими електронами майже не впливають на рух важкої альфа-частинки. Розсіювання альфа-часток відбувається при зіткненнях із атомними ядрами.

Модель атома Резерфорда не змогла пояснити всі властивості атомів.

Відповідно до законів класичної фізики атом із позитивно зарядженого ядра та електронів, що обертаються по круговим орбітам, повинен випромінювати електромагнітні хвилі. Випромінювання електромагнітних хвиль має призводити до зменшення запасу потенційної енергії в системі ядро ​​– електрон, до поступового зменшення радіусу орбіти електрона та падіння електрона на ядро. Проте атоми зазвичай не випромінюють електромагнітні хвилі, електрони не падають на атомні ядра, тобто стійкі атоми.

Квантові постулати Н. Бора

Для пояснення стійкості атомів Нільс Борзапропонував відмовитися від звичних класичних уявлень та законів при поясненні властивостей атомів.

Основні властивості атомів отримують послідовне якісне пояснення на основі прийняття квантових постулатів Н. Бора.

1. Електрон обертається навколо ядра лише за строго певним (стаціонарним) круговим орбітам.

2. Атомна система може бути лише у певних стаціонарних чи квантових станах, кожному у тому числі відповідає певна енергія Е. Атом не випромінює енергію в стаціонарних станах.

Стаціонарний стан атомаз мінімальним запасоменергії називається основним станом, всі інші стани називаються збудженими (квантовими) станами.В основному стан атом може бути нескінченно довго, час життя атома в збудженому стані триває 10 -9 -10 -7 секунди.

3. Випромінювання або поглинання енергії відбувається лише при переході атома з одного стаціонарного стану до іншого. Енергія кванта електромагнітного випромінюванняпри переході зі стаціонарного стану з енергією Е mу стан з енергією Е nдорівнює різниці енергій атома у двох квантових станах:

∆Е = Е m – Е n = hv,

де v- Частота випромінювання, h= 2ph = 6,62 ∙ 10 -34 Дж ∙с.

Квантова модель будови атома

Надалі деякі положення теорії Н. Бора були доповнені та переосмислені. Найбільш значною зміною стало введення поняття про електронну хмару, яке змінило поняття про електрон тільки як частинку. Пізніше теорію Бора змінила квантова теорія, яка враховує хвильові властивості електрона та інших елементарних частинок, що утворюють атом.

Основою сучасної теоріїбудови атомає планетарна модель, доповнена та вдосконалена. Відповідно до цієї теорії, ядро ​​атома складається з протонів (позитивно заряджених частинок) та нейронів (що не мають заряду частинок). А навколо ядра невизначеними траєкторіями рухаються електрони (негативно заряджені частинки).

Залишились питання? Бажаєте знати більше про моделі будови атома?
Щоб отримати допомогу репетитора – зареєструйтесь.
Перший урок – безкоштовно!

сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Маса електронів у кілька тисяч разів менша за масу атомів. Оскільки атом загалом нейтральний, то, отже, переважна більшість атома посідає його позитивно заряджену частина.

Для експериментального дослідження розподілу позитивного заряду, отже, і маси всередині атома Резерфорд запропонував у 1906 р. застосувати зондування атома з допомогою α -Частинок. Ці частинки виникають при розпаді радію та деяких інших елементів. Їх маса приблизно в 8000 разів більша за масу електрона, а позитивний заряд дорівнює по модулю подвоєного заряду електрона. Це не що інше, як повністю іонізовані атоми гелію. Швидкість α -Частинок дуже велика: вона становить 1/15 швидкості світла.

Цими частинками Резерфорд бомбардував атоми важких елементів. Електрони внаслідок своєї малої маси не можуть помітно змінити траєкторію α -частинки, подібно до того як камінчик у кілька десятків грамів при зіткненні з автомобілем не в змозі помітно змінити його швидкість. Розсіювання (зміна напрямку руху) α -Частинок може викликати тільки позитивно заряджена частина атома. Таким чином, за розсіювання α -Частинок можна визначити характер розподілу позитивного заряду і маси всередині атома.

Радіоактивний препарат, наприклад радій, містився всередині свинцевого циліндра 1, вздовж якого був висвердлений вузький канал. Пучок α -частинок з каналу падав на тонку фольгу 2 з досліджуваного матеріалу (золото, мідь та ін.). Після розсіювання α -частки потрапляли на напівпрозорий екран 3, покритий сульфідом цинку. Зіткнення кожної частинки з екраном супроводжувалося спалахом світла (сцинтиляцією), який можна було спостерігати в мікроскоп 4. Весь прилад розміщувався в посудині, з якої було відкачано повітря.

При хорошому вакуумі всередині приладу без фольги на екрані виникав світлий кружок, що складається з сцинтиляцій, викликаних тонким пучком α -Частинок. Але коли на шляху пучка поміщали фольгу, α -частки через розсіювання розподілялися на екрані по кружку більшої площі. Модифікуючи експериментальну установку, Резерфорд спробував виявити відхилення α -Частинок на великі кути. Цілком несподівано виявилося, що невелика кількість α -Частинок (приблизно одна з двох тисяч) відхилилося на кути, великі 90 °. Пізніше Резерфорд зізнався, що, запропонувавши своїм учням експеримент зі спостереження розсіювання α -Частинок на великі кути, він сам не вірив у позитивний результат. "Це майже так само неймовірно, - говорив Резерфорд, - якби ви вистрілили 15-дюймовим снарядом у шматок тонкого паперу, а снаряд повернувся б до вас і завдав вам удару". Насправді, передбачати цей результат на основі моделі Томсона не можна було. При розподілі у всьому атомі позитивний заряд неспроможна створити досить інтенсивне електричне полі, здатне відкинути а-частку назад. Максимальна силавідштовхування визначається за законом Кулону:

де q α – заряд α -частки; q – позитивний заряд атома; r – його радіус; k – коефіцієнт пропорційності. Напруженість електричного поля рівномірно зарядженої кулі максимальна на поверхні кулі і зменшується до нуля в міру наближення до центру. Тому, чим менший радіус r, тим більша сила, що відштовхує α -частки.

Визначення розмірів атомного ядра. Резерфорд зрозумів, що α -Частина могла бути відкинута назад лише в тому випадку, якщо позитивний заряд атома та його маса сконцентровані в дуже малій області простору. Так Резерфорд дійшов ідеї атомного ядра - тіла малих розмірів, у якому сконцентровані майже вся маса і весь позитивний заряд атома.

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 урахуванням те, що рух електронів має квантовий характері і не описується законами класичної механіки. Історично планетарна модель Резерфорда прийшла на зміну «моделі сливового пудингу» Джона Томсона, яка постулює, що негативно заряджені електрони поміщені всередину позитивно зарядженого атома.