Model planet atom

Model planet atom: nukleus (merah) dan elektron (hijau)

Model planet atom, atau Model Rutherford, - model sejarah struktur atom, yang diusulkan oleh Ernest Rutherford sebagai hasil percobaan dengan hamburan partikel alfa. Menurut model ini, atom terdiri dari inti kecil bermuatan positif, di mana hampir semua massa atom terkonsentrasi, di mana elektron bergerak, seperti halnya planet-planet bergerak mengelilingi matahari. Model planet atom sesuai dengan gagasan modern tentang struktur atom, dengan mempertimbangkan fakta bahwa pergerakan elektron bersifat kuantum dan tidak dijelaskan oleh hukum mekanika klasik. Secara historis, model planet Rutherford menggantikan "model puding plum" Joseph John Thomson, yang mendalilkan bahwa elektron bermuatan negatif ditempatkan di dalam atom bermuatan positif.

Rutherford mengusulkan model baru untuk struktur atom pada tahun 1911 sebagai kesimpulan dari percobaan hamburan partikel alfa pada kertas emas, yang dilakukan di bawah kepemimpinannya. Selama hamburan ini, sejumlah besar partikel alfa secara tak terduga tersebar pada sudut yang besar, yang menunjukkan bahwa pusat hamburan berukuran kecil dan muatan listrik yang signifikan terkonsentrasi di dalamnya. Perhitungan Rutherford menunjukkan bahwa pusat hamburan, bermuatan positif atau negatif, harus setidaknya 3000 kali lebih kecil dari ukuran atom, yang pada waktu itu sudah diketahui dan diperkirakan sekitar 10 -10 m. Karena elektron sudah diketahui pada saat itu, dan massa serta muatannya ditentukan, maka pusat hamburan, yang kemudian disebut nukleus, pasti memiliki muatan yang berlawanan dengan elektron. Rutherford tidak menghubungkan jumlah muatan dengan nomor atom. Kesimpulan ini dibuat kemudian. Dan Rutherford sendiri menyatakan bahwa muatan sebanding dengan massa atom.

Kerugian dari model planet adalah ketidakcocokannya dengan hukum fisika klasik. Jika elektron bergerak mengelilingi nukleus seperti planet mengelilingi Matahari, maka gerakannya dipercepat, dan, oleh karena itu, menurut hukum elektrodinamika klasik, mereka harus memancarkan gelombang elektromagnetik, kehilangan energi dan jatuh pada nukleus. Langkah berikutnya dalam pengembangan model planet adalah model Bohr, mendalilkan lain, berbeda dari klasik, hukum gerak elektron. Sepenuhnya kontradiksi elektrodinamika mampu memecahkan mekanika kuantum.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

• Planetarium Eise Eisingi
• fantasi planet

Lihat apa itu "Model Planet dari Atom" di kamus lain:

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

Model atom Bohr- Model Bohr dari atom mirip hidrogen (muatan inti Z), di mana elektron bermuatan negatif terbungkus dalam kulit atom yang mengelilingi inti atom kecil bermuatan positif ... Wikipedia

Model (dalam sains)- Model (Modle Prancis, model Italia, dari bahasa Latin modulus measure, measure, sample, norm), 1) sampel yang berfungsi sebagai standar (standar) untuk reproduksi serial atau massal (M. car, M. clothing, dll. . ), serta jenis, merek apa saja ... ...

Model- I Model (Model) Walter (24 Januari 1891, Gentin, Prusia Timur, 21 April 1945, dekat Duisburg), Jenderal Field Marshal Jerman Nazi (1944). Di ketentaraan sejak 1909, berpartisipasi dalam Perang Dunia ke-1 tahun 1914 18. Dari November 1940 ia memimpin tank ke-3 ... ... Ensiklopedia Besar Soviet

STRUKTUR ATOM- (lihat) dibangun dari partikel dasar dari tiga jenis (lihat), (lihat) dan (lihat), membentuk sistem yang stabil. Proton dan neutron adalah bagian dari atom (lihat), elektron membentuk kulit elektron. Gaya bekerja di nukleus (lihat), berkat itu ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

Atom- Istilah ini memiliki arti lain, lihat Atom (arti). Atom helium Atom (dari bahasa Yunani lainnya ... Wikipedia

Rutherford Ernest- (1871 1937), fisikawan Inggris, salah satu pencipta teori radioaktivitas dan struktur atom, pendiri sekolah ilmiah, anggota koresponden asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia (1922) dan anggota kehormatan Akademi Uni Soviet Ilmu Pengetahuan (1925). Lahir di Selandia Baru, setelah lulus dari ... ... kamus ensiklopedis

Άτομο

sel darah- Atom helium Atom (bahasa Yunani lainnya tak terbagi) adalah bagian terkecil dari suatu unsur kimia, yang merupakan pembawa sifat-sifatnya. Sebuah atom terdiri dari inti atom dan awan elektron yang mengelilinginya. Inti atom terdiri dari proton bermuatan positif dan ... ... Wikipedia

sel darah- Atom helium Atom (bahasa Yunani lainnya tak terbagi) adalah bagian terkecil dari suatu unsur kimia, yang merupakan pembawa sifat-sifatnya. Sebuah atom terdiri dari inti atom dan awan elektron yang mengelilinginya. Inti atom terdiri dari proton bermuatan positif dan ... ... Wikipedia

Buku

• Satu set meja. Fisika. Kelas 11 (15 meja), . Album edukasi 15 lembar. Transformator. Induksi elektromagnetik dalam teknologi modern. Lampu elektronik. tabung sinar katoda. Semikonduktor. dioda semikonduktor. Transistor.…

Salah satu model pertama dari struktur atom diusulkan J. Thomson pada tahun 1904, Atom disajikan sebagai "lautan listrik positif" dengan elektron berosilasi di dalamnya. Muatan negatif total elektron dari atom yang netral secara elektrik disamakan dengan muatan positif totalnya.

Pengalaman Rutherford

Untuk menguji hipotesis Thomson dan lebih akurat menentukan struktur atom E. Rutherford mengorganisir serangkaian percobaan tentang hamburan α -partikel pelat logam tipis - foil. Pada tahun 1910 siswa Rutherford Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan eksperimen pengeboman α - partikel pelat logam tipis. Mereka menemukan bahwa sebagian besar α -partikel melewati foil tanpa mengubah lintasannya. Dan ini tidak mengejutkan, jika kita menerima kebenaran model atom Thomson.

Sumber α - radiasi ditempatkan dalam kubus timah dengan saluran yang dibor di dalamnya, sehingga memungkinkan untuk mendapatkan aliran α -partikel terbang ke arah tertentu. Partikel alfa adalah atom helium yang terionisasi ganda ( Bukan 2+). Mereka memiliki muatan positif +2 dan massa hampir 7350 kali massa elektron. Menekan layar dilapisi dengan seng sulfida, α -partikel menyebabkannya bersinar, dan dengan kaca pembesar dimungkinkan untuk melihat dan menghitung kilatan individu yang muncul di layar ketika masing-masing α -partikel. Sebuah foil ditempatkan antara sumber radiasi dan layar. Dari kilatan di layar, dimungkinkan untuk menilai hamburan α -partikel, mis. tentang penyimpangan mereka dari arah aslinya ketika melewati lapisan logam.

Ternyata mayoritas α -partikel melewati foil tanpa mengubah arahnya, meskipun ketebalan foil sesuai dengan ratusan ribu diameter atom. Tapi beberapa berbagi α -partikel masih menyimpang dengan sudut kecil, dan kadang-kadang α -partikel secara tajam mengubah arah gerakan mereka dan bahkan (sekitar 1 dari 100.000) terlempar ke belakang, seolah-olah mereka telah menghadapi rintangan besar. Kasus penyimpangan yang begitu tajam α -partikel dapat diamati dengan menggerakkan layar dengan kaca pembesar secara melengkung.

Dari hasil percobaan ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Ada beberapa "penghalang" dalam atom, yang disebut nukleus.
2. Inti memiliki muatan positif (sebaliknya bermuatan positif α partikel tidak akan dipantulkan kembali).
3. Inti sangat kecil dibandingkan dengan ukuran atom itu sendiri (hanya sebagian kecil) α -partikel berubah arah).
4. Inti memiliki massa lebih besar daripada massanya α -partikel.

Rutherford menjelaskan hasil percobaan dengan mengusulkan model atom "planet" menyamakannya dengan tata surya. Menurut model planet, di pusat atom terdapat inti yang sangat kecil, yang ukurannya kira-kira 100.000 kali lebih kecil dari ukuran atom itu sendiri. Inti ini mengandung hampir seluruh massa atom dan membawa muatan positif. Elektron bergerak mengelilingi nukleus, yang jumlahnya ditentukan oleh muatan nukleus. Lintasan terluar elektron menentukan dimensi terluar atom. Diameter atom sekitar 10 -8 cm, dan diameter inti sekitar 10 -13 10 -12 cm.

Semakin besar muatan inti atom, semakin kuat akan ditolak darinya α -partikel, semakin sering akan ada kasus penyimpangan yang kuat α -partikel melewati lapisan logam, dari arah asli gerakan. Oleh karena itu, percobaan hamburan α -partikel memungkinkan tidak hanya untuk mendeteksi keberadaan inti atom, tetapi juga untuk menentukan muatannya. Dari percobaan Rutherford sudah mengikuti bahwa muatan inti (dinyatakan dalam satuan muatan elektron) secara numerik sama dengan nomor urut unsur dalam sistem periodik. Sudah dikonfirmasi G. Moseley, yang pada tahun 1913 menetapkan hubungan sederhana antara panjang gelombang garis-garis tertentu dari spektrum sinar-X suatu elemen dan nomor serinya, dan D. Chadwick, yang pada tahun 1920 menentukan dengan sangat akurat muatan inti atom sejumlah unsur dengan cara hamburan α -partikel.

Arti fisik dari nomor seri suatu elemen dalam sistem periodik ditetapkan: nomor seri ternyata menjadi konstanta elemen yang paling penting, yang menyatakan muatan positif dari inti atomnya. Dari kenetralan listrik atom, maka jumlah elektron yang mengelilingi inti sama dengan nomor urut unsur.

Penemuan ini memberikan pembenaran baru untuk pengaturan unsur-unsur dalam sistem periodik. Pada saat yang sama, ia menghilangkan kontradiksi yang tampak dalam sistem Mendeleev - posisi beberapa elemen dengan massa atom yang lebih tinggi di depan elemen dengan massa atom yang lebih rendah (telurium dan yodium, argon dan kalium, kobalt dan nikel). Ternyata tidak ada kontradiksi di sini, karena tempat suatu unsur dalam sistem ditentukan oleh muatan inti atom. Secara eksperimental ditetapkan bahwa muatan inti atom telurium adalah 52, dan muatan atom yodium adalah 53; oleh karena itu, telurium, meskipun massa atomnya besar, harus berdiri di depan yodium. Demikian pula, muatan inti argon dan kalium, nikel dan kobalt sepenuhnya sesuai dengan urutan susunan elemen-elemen ini dalam sistem.

Jadi, muatan inti atom adalah kuantitas utama yang bergantung pada sifat-sifat unsur dan posisinya dalam sistem periodik. Jadi hukum periodik Mendeleev saat ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

Sifat-sifat unsur dan zat sederhana dan kompleks yang mereka bentuk berada dalam ketergantungan periodik pada muatan inti atom dari unsur-unsur.

Menentukan nomor seri elemen dengan muatan inti atomnya memungkinkan untuk menetapkan jumlah total tempat dalam sistem periodik antara hidrogen, yang memiliki nomor seri 1, dan uranium (nomor atom 92), yang dianggap pada waktu itu anggota terakhir dari sistem periodik unsur. Ketika teori struktur atom diciptakan, tempat-tempat 43, 61, 72, 75, 85 dan 87 tetap kosong, yang menunjukkan kemungkinan adanya unsur-unsur yang belum ditemukan. Dan memang, pada tahun 1922, elemen hafnium ditemukan, yang menggantikan 72; kemudian pada tahun 1925 - renium, yang terjadi 75. Unsur-unsur yang seharusnya menempati empat tempat bebas yang tersisa dalam tabel ternyata radioaktif dan tidak ditemukan di alam, tetapi diperoleh secara artifisial. Unsur-unsur baru itu diberi nama teknesium (nomor 43), promethium (61), astatin (85), dan fransium (87). Saat ini, semua sel sistem periodik antara hidrogen dan uranium terisi. Namun, sistem periodik itu sendiri tidak lengkap.

spektrum atom

Model planet adalah langkah besar dalam teori struktur atom. Namun, dalam beberapa hal itu bertentangan dengan fakta yang sudah mapan. Mari kita pertimbangkan dua kontradiksi seperti itu.

Pertama, teori Rutherford tidak dapat menjelaskan kestabilan atom. Sebuah elektron yang berputar di sekitar inti bermuatan positif harus, seperti muatan listrik yang berosilasi, memancarkan energi elektromagnetik dalam bentuk gelombang cahaya. Tetapi dengan memancarkan cahaya, elektron kehilangan sebagian energinya, yang menyebabkan ketidakseimbangan antara gaya sentrifugal yang terkait dengan rotasi elektron, dan gaya tarik elektrostatik elektron ke nukleus. Untuk mengembalikan keseimbangan, elektron harus bergerak lebih dekat ke inti. Jadi, elektron, yang terus-menerus memancarkan energi elektromagnetik dan bergerak dalam spiral, akan mendekati nukleus. Setelah menghabiskan semua energinya, ia harus "jatuh" ke nukleus, dan atom akan tidak ada lagi. Kesimpulan ini bertentangan dengan sifat atom yang sebenarnya, yang merupakan formasi stabil dan dapat eksis tanpa dihancurkan untuk waktu yang sangat lama.

Kedua, model Rutherford menyebabkan kesimpulan yang salah tentang sifat spektrum atom. Ketika cahaya yang dipancarkan oleh benda padat atau cair panas dilewatkan melalui kaca atau prisma kuarsa, apa yang disebut spektrum kontinu diamati pada layar yang ditempatkan di belakang prisma, bagian yang terlihat adalah pita berwarna yang berisi semua warna Pelangi. Fenomena ini dijelaskan oleh fakta bahwa radiasi benda padat atau cair panas terdiri dari gelombang elektromagnetik dari berbagai frekuensi. Gelombang dengan frekuensi yang berbeda tidak dibiaskan secara merata oleh prisma dan mengenai tempat yang berbeda pada layar. Himpunan frekuensi radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu zat disebut spektrum emisi. Di sisi lain, zat menyerap radiasi frekuensi tertentu. Totalitas yang terakhir ini disebut spektrum serapan suatu zat.

Untuk mendapatkan spektrum, alih-alih prisma, Anda dapat menggunakan kisi difraksi. Yang terakhir adalah pelat kaca, di mana goresan paralel tipis diterapkan pada jarak yang sangat dekat satu sama lain (hingga 1500 goresan per 1 mm). Melewati kisi-kisi seperti itu, cahaya terurai dan membentuk spektrum yang serupa dengan yang diperoleh dengan menggunakan prisma. Difraksi melekat dalam setiap gerakan gelombang dan berfungsi sebagai salah satu bukti utama sifat gelombang cahaya.

Ketika dipanaskan, suatu zat memancarkan sinar (radiasi). Jika radiasi memiliki satu panjang gelombang, maka itu disebut monokromatik. Dalam kebanyakan kasus, radiasi dicirikan oleh beberapa panjang gelombang. Ketika radiasi didekomposisi menjadi komponen monokromatik, spektrum radiasi diperoleh, di mana komponen individualnya dinyatakan oleh garis spektral.

Spektrum yang diperoleh dengan radiasi dari atom bebas atau terikat lemah (misalnya, dalam gas atau uap) disebut spektrum atom.

Radiasi yang dipancarkan oleh padatan atau cairan selalu memberikan spektrum kontinu. Radiasi yang dipancarkan oleh gas dan uap panas, berbeda dengan radiasi padatan dan cairan, hanya mengandung panjang gelombang tertentu. Oleh karena itu, alih-alih strip kontinu pada layar, diperoleh serangkaian garis berwarna terpisah yang dipisahkan oleh celah gelap. Jumlah dan lokasi garis-garis ini tergantung pada sifat gas atau uap panas. Jadi, uap kalium memberikan - spektrum yang terdiri dari tiga garis - dua merah dan satu ungu; ada beberapa garis merah, kuning dan hijau dalam spektrum uap kalsium, dll.

Radiasi yang dipancarkan oleh padatan atau cairan selalu memberikan spektrum kontinu. Radiasi yang dipancarkan oleh gas dan uap panas, berbeda dengan radiasi padatan dan cairan, hanya mengandung panjang gelombang tertentu. Oleh karena itu, alih-alih strip kontinu pada layar, diperoleh serangkaian garis berwarna terpisah yang dipisahkan oleh celah gelap. Jumlah dan lokasi garis-garis ini tergantung pada sifat gas atau uap panas. Jadi, uap kalium memberikan spektrum yang terdiri dari tiga garis - dua merah dan satu ungu; ada beberapa garis merah, kuning dan hijau dalam spektrum uap kalsium, dll.

Spektrum seperti ini disebut spektrum garis. Ditemukan bahwa cahaya yang dipancarkan oleh atom gas memiliki spektrum garis, di mana garis spektrum dapat digabungkan secara seri.

Dalam setiap seri, susunan garis sesuai dengan pola tertentu. Frekuensi masing-masing garis dapat dijelaskan rumus Balmer:

Fakta bahwa atom dari setiap elemen memberikan spektrum yang sepenuhnya spesifik yang melekat hanya pada elemen ini, dan intensitas garis spektral yang sesuai semakin tinggi, semakin besar kandungan elemen dalam sampel yang diambil, banyak digunakan untuk menentukan kualitatif dan komposisi kuantitatif zat dan bahan. Metode penelitian ini disebut analisis spektral.

Model keplanetan dari struktur atom ternyata tidak mampu menjelaskan garis spektrum emisi atom hidrogen, terlebih lagi kombinasi garis spektral secara deret. Sebuah elektron yang berputar di sekitar nukleus harus mendekati nukleus, terus-menerus mengubah kecepatan gerakannya. Frekuensi cahaya yang dipancarkan olehnya ditentukan oleh frekuensi rotasinya dan, oleh karena itu, harus terus berubah. Ini berarti bahwa spektrum radiasi suatu atom harus kontinu, kontinu. Menurut model ini, frekuensi radiasi atom harus sama dengan frekuensi getaran mekanis atau kelipatannya, yang tidak sesuai dengan rumus Balmer. Dengan demikian, teori Rutherford tidak dapat menjelaskan keberadaan atom stabil atau keberadaan spektrum garisnya.

teori kuantum cahaya

Pada tahun 1900 M. Plank menunjukkan bahwa kemampuan benda yang dipanaskan untuk memancarkan radiasi dapat dijelaskan secara kuantitatif dengan benar hanya dengan mengasumsikan bahwa energi radiasi dipancarkan dan diserap oleh benda tidak terus menerus, tetapi secara terpisah, yaitu. dalam bagian terpisah - kuanta. Pada saat yang sama, energi E setiap bagian tersebut terkait dengan frekuensi radiasi oleh hubungan yang disebut persamaan Planck:

Planck sendiri sudah lama percaya bahwa emisi dan penyerapan cahaya oleh kuanta adalah milik benda yang memancar, dan bukan milik radiasi itu sendiri, yang mampu memiliki energi apa pun dan oleh karena itu dapat diserap terus menerus. Namun, pada tahun 1905 Einstein, menganalisis fenomena efek fotolistrik, sampai pada kesimpulan bahwa energi elektromagnetik (radiasi) hanya ada dalam bentuk kuanta dan, oleh karena itu, radiasi adalah aliran materi "partikel" (foton) yang tak terpisahkan, yang energinya adalah bertekad persamaan Planck.

efek fotoelektrik Emisi elektron oleh logam di bawah aksi insiden cahaya di atasnya disebut. Fenomena ini dipelajari secara rinci pada tahun 1888-1890. A.G. Stoletov. Jika Anda menempatkan pengaturan dalam ruang hampa dan menerapkannya ke piring M potensial negatif, maka tidak ada arus yang akan diamati dalam rangkaian, karena tidak ada partikel bermuatan di ruang antara pelat dan kisi-kisi yang dapat membawa arus listrik. Tetapi ketika pelat disinari dengan sumber cahaya, galvanometer mendeteksi terjadinya arus (disebut arus foto), pembawanya adalah elektron yang ditarik oleh cahaya dari logam.

Ternyata ketika intensitas cahaya berubah, hanya jumlah elektron yang dipancarkan oleh logam yang berubah, yaitu. kekuatan arus foto. Tetapi energi kinetik maksimum setiap elektron yang dipancarkan dari logam tidak bergantung pada intensitas penerangan, tetapi hanya berubah ketika frekuensi datangnya cahaya pada logam berubah. Dengan peningkatan panjang gelombang (yaitu dengan penurunan frekuensi) energi elektron yang dipancarkan oleh logam berkurang, dan kemudian, pada panjang gelombang yang ditentukan untuk setiap logam, efek fotolistrik menghilang dan tidak muncul bahkan pada waktu yang sangat lama. intensitas cahaya yang tinggi. Jadi, ketika disinari dengan cahaya merah atau oranye, natrium tidak menunjukkan efek fotolistrik dan mulai memancarkan elektron hanya pada panjang gelombang kurang dari 590 nm (cahaya kuning); dalam litium, efek fotolistrik ditemukan pada panjang gelombang yang lebih pendek lagi, mulai dari 516 nm (lampu hijau); dan penarikan elektron dari platina di bawah aksi cahaya tampak tidak terjadi sama sekali dan dimulai hanya ketika platina disinari dengan sinar ultraviolet.

Sifat-sifat efek fotolistrik ini sama sekali tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang teori gelombang klasik cahaya, yang menurutnya efeknya harus ditentukan (untuk logam tertentu) hanya dengan jumlah energi yang diserap oleh permukaan logam per satuan waktu, tetapi seharusnya tidak tergantung pada jenis insiden radiasi pada logam. Namun, sifat-sifat yang sama ini menerima penjelasan yang sederhana dan meyakinkan jika kita berasumsi bahwa radiasi terdiri dari bagian-bagian yang terpisah, foton, dengan energi yang terdefinisi dengan baik.

Faktanya, elektron dalam logam terikat pada atom logam, sehingga sejumlah energi harus dikeluarkan untuk menariknya keluar. Jika foton memiliki jumlah energi yang diperlukan (dan energi foton ditentukan oleh frekuensi radiasi), maka elektron akan dikeluarkan, dan efek fotolistrik akan diamati. Dalam proses interaksi dengan logam, foton sepenuhnya menyerahkan energinya kepada elektron, karena foton tidak dapat dipecah menjadi beberapa bagian. Energi foton sebagian akan digunakan untuk memutuskan ikatan antara elektron dan logam, dan sebagian lagi untuk memberikan energi kinetik gerak ke elektron. Oleh karena itu, energi kinetik maksimum elektron yang terlempar dari logam tidak boleh lebih besar dari perbedaan antara energi foton dan energi ikat elektron dengan atom logam. Akibatnya, dengan peningkatan jumlah foton yang datang pada permukaan logam per satuan waktu (yaitu, dengan peningkatan intensitas iluminasi), hanya jumlah elektron yang dikeluarkan dari logam yang akan meningkat, yang akan menyebabkan peningkatan arus foto, tetapi energi setiap elektron tidak akan meningkat. Jika energi foton kurang dari energi minimum yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron, efek fotolistrik tidak akan diamati untuk sejumlah foton yang datang pada logam, yaitu. pada setiap intensitas cahaya.

teori kuantum cahaya, dikembangkan Einstein, mampu menjelaskan tidak hanya sifat-sifat efek fotolistrik, tetapi juga hukum-hukum aksi kimia cahaya, ketergantungan suhu dari kapasitas panas zat padat, dan sejumlah fenomena lainnya. Ternyata sangat berguna dalam pengembangan ide tentang struktur atom dan molekul.

Berdasarkan teori kuantum cahaya, sebuah foton tidak dapat pecah: ia berinteraksi secara keseluruhan dengan elektron logam, menjatuhkannya dari pelat; secara keseluruhan, ia juga berinteraksi dengan zat peka cahaya dari film fotografi, menyebabkannya menjadi gelap pada titik tertentu, dan seterusnya. Dalam pengertian ini, foton berperilaku seperti partikel, yaitu. menunjukkan sifat sel. Namun, foton juga memiliki sifat gelombang: ini dimanifestasikan dalam sifat gelombang dari perambatan cahaya, dalam kemampuan foton untuk berinterferensi dan difraksi. Sebuah foton berbeda dari partikel dalam pengertian klasik istilah dalam posisi yang tepat dalam ruang, seperti posisi yang tepat dari gelombang apapun, tidak dapat ditentukan. Tetapi itu juga berbeda dari gelombang "klasik" - ketidakmampuan untuk membagi menjadi beberapa bagian. Menggabungkan sifat sel dan gelombang, foton sebenarnya bukan partikel atau gelombang - ia memiliki dualitas gelombang sel.

Model pertama struktur atom diusulkan oleh J. Thomson pada tahun 1904, yang menurutnya atom adalah bola bermuatan positif dengan elektron yang tertanam di dalamnya. Terlepas dari ketidaksempurnaannya, model Thomson memungkinkan untuk menjelaskan fenomena emisi, penyerapan, dan penghamburan cahaya oleh atom, serta untuk menentukan jumlah elektron dalam atom unsur ringan.

Beras. 1. Atom, menurut model Thomson. Elektron ditahan di dalam bola bermuatan positif oleh gaya elastis. Mereka yang berada di permukaan dapat dengan mudah "knock out", meninggalkan atom terionisasi.

1. 2.2 Model Rutherford

Model Thomson dibantah oleh E. Rutherford (1911), yang membuktikan bahwa muatan positif dan hampir seluruh massa atom terkonsentrasi di sebagian kecil volumenya - inti tempat elektron bergerak (Gbr. 2).

Beras. 2. Model struktur atom ini dikenal sebagai planetary, karena elektron berputar mengelilingi nukleus seperti planet-planet tata surya.

Menurut hukum elektrodinamika klasik, gerak elektron dalam suatu lingkaran mengelilingi inti akan stabil jika gaya tarik Coulomb sama dengan gaya sentrifugal. Namun, menurut teori medan elektromagnetik, elektron dalam hal ini harus bergerak dalam spiral, terus memancarkan energi, dan jatuh pada nukleus. Namun, atom stabil.

Selain itu, dengan radiasi energi yang terus menerus, sebuah atom harus memiliki spektrum yang kontinu dan kontinu. Faktanya, spektrum atom terdiri dari garis dan seri individu.

Dengan demikian, model ini bertentangan dengan hukum elektrodinamika dan tidak menjelaskan sifat garis spektrum atom.

2.3. Model Bohr

Pada tahun 1913, N. Bohr mengajukan teorinya tentang struktur atom, tanpa sepenuhnya menyangkal gagasan sebelumnya. Bohr mendasarkan teorinya pada dua postulat.

Postulat pertama mengatakan bahwa elektron dapat berputar mengelilingi nukleus hanya pada orbit stasioner tertentu. Berada di atasnya, itu tidak memancarkan atau menyerap energi (Gbr. 3).

Beras. 3. Model struktur atom Bohr. Perubahan keadaan atom ketika elektron berpindah dari satu orbit ke orbit lainnya.

Ketika bergerak di sepanjang orbit stasioner apa pun, pasokan energi elektron (E 1, E 2 ...) tetap konstan. Semakin dekat orbitnya dengan inti, semakin rendah cadangan energi elektron 1 2 …˂ n . Energi elektron dalam orbit ditentukan oleh persamaan:

di mana m adalah massa elektron, h adalah konstanta Planck, n adalah 1, 2, 3… (n=1 untuk orbit ke-1, n=2 untuk orbit ke-2, dst.).

Postulat kedua mengatakan bahwa ketika bergerak dari satu orbit ke orbit lain, elektron menyerap atau melepaskan kuantum (bagian) energi.

Jika atom terkena pengaruh (pemanasan, radiasi, dll.), maka elektron dapat menyerap energi kuantum dan bergerak ke orbit yang lebih jauh dari nukleus (Gbr. 3). Dalam hal ini, seseorang berbicara tentang keadaan atom yang tereksitasi. Selama transisi terbalik elektron (ke orbit yang lebih dekat ke nukleus), energi dilepaskan dalam bentuk kuantum energi radiasi - foton. Dalam spektrum, ini ditetapkan oleh garis tertentu. Berdasarkan rumus

,

di mana adalah panjang gelombang, n = bilangan kuantum yang mencirikan orbit dekat dan jauh, Bohr menghitung panjang gelombang untuk semua deret dalam spektrum atom hidrogen. Hasil yang diperoleh konsisten dengan data percobaan. Asal usul spektrum garis terputus-putus menjadi jelas. Mereka adalah hasil dari emisi energi oleh atom selama transisi elektron dari keadaan tereksitasi ke keadaan diam. Transisi elektron ke orbit ke-1 membentuk sekelompok frekuensi deret Lyman, ke deret ke-2 - deret Balmer, ke deret Paschen ke-3 (Gbr. 4, Tabel 1).

Beras. 4. Korespondensi antara transisi elektronik dan garis spektrum atom hidrogen.

Tabel 1

Verifikasi rumus Bohr untuk deret spektrum hidrogen

Namun, teori Bohr gagal menjelaskan pemisahan garis dalam spektrum atom multielektron. Bohr berangkat dari fakta bahwa elektron adalah partikel, dan menggunakan hukum karakteristik partikel untuk menggambarkan elektron. Pada saat yang sama, fakta terakumulasi yang menunjukkan bahwa elektron juga mampu menunjukkan sifat gelombang. Mekanika klasik ternyata tidak mampu menjelaskan gerak benda-benda mikro, yang sekaligus memiliki sifat partikel material dan sifat gelombang. Masalah ini dipecahkan oleh mekanika kuantum - teori fisika yang mempelajari pola umum gerak dan interaksi mikropartikel dengan massa yang sangat kecil (Tabel 2).

Meja 2

Sifat-sifat partikel elementer yang membentuk atom

Kuliah: Model planet atom

Struktur atom

Cara paling akurat untuk menentukan struktur zat apa pun adalah analisis spektral. Radiasi setiap atom suatu unsur secara eksklusif bersifat individual. Namun, sebelum memahami bagaimana analisis spektral terjadi, mari kita cari tahu struktur apa yang dimiliki atom dari elemen apa pun.

Asumsi pertama tentang struktur atom dikemukakan oleh J. Thomson. Ilmuwan ini telah mempelajari atom sejak lama. Selain itu, dialah yang memiliki penemuan elektron - untuk itu dia menerima Hadiah Nobel. Model yang diusulkan Thomson tidak ada hubungannya dengan kenyataan, tetapi menjadi insentif yang cukup kuat bagi Rutherford untuk mempelajari struktur atom. Model yang diusulkan oleh Thomson disebut "puding kismis".

Thomson percaya bahwa atom adalah bola padat dengan muatan listrik negatif. Untuk mengimbanginya, elektron diselingi dalam bola, seperti kismis. Singkatnya, muatan elektron bertepatan dengan muatan seluruh inti, yang membuat atom netral.

Selama studi tentang struktur atom, ditemukan bahwa semua atom dalam padatan melakukan gerakan osilasi. Dan, seperti yang Anda ketahui, setiap partikel yang bergerak memancarkan gelombang. Itulah sebabnya setiap atom memiliki spektrumnya sendiri. Namun, pernyataan ini sama sekali tidak cocok dengan model Thomson.

Pengalaman Rutherford

Untuk mengkonfirmasi atau menyangkal model Thomson, Rutherford mengusulkan percobaan yang menghasilkan pemboman atom dari beberapa elemen oleh partikel alfa. Sebagai hasil dari percobaan ini, penting untuk melihat bagaimana partikel akan berperilaku.

Partikel alfa ditemukan sebagai hasil peluruhan radioaktif radium. Aliran mereka adalah sinar alfa, yang masing-masing partikelnya bermuatan positif. Sebagai hasil dari banyak penelitian, ditentukan bahwa partikel alfa seperti atom helium, di mana tidak ada elektron. Menggunakan pengetahuan saat ini, kita tahu bahwa partikel alfa adalah inti helium, sementara Rutherford percaya bahwa ini adalah ion helium.

Setiap partikel alfa memiliki energi yang luar biasa, sehingga dapat terbang ke atom yang bersangkutan dengan kecepatan tinggi. Oleh karena itu, hasil utama dari percobaan ini adalah untuk menentukan sudut defleksi partikel.

Untuk percobaan, Rutherford menggunakan foil emas tipis. Dia mengarahkan partikel alfa berkecepatan tinggi ke sana. Dia berasumsi bahwa sebagai hasil dari percobaan ini, semua partikel akan terbang melalui foil, dan dengan penyimpangan kecil. Namun, untuk mengetahui secara pasti, ia menginstruksikan murid-muridnya untuk memeriksa apakah ada penyimpangan besar pada partikel-partikel ini.

Hasil percobaan benar-benar mengejutkan semua orang, karena banyak partikel tidak hanya menyimpang dengan sudut yang cukup besar - beberapa sudut defleksi mencapai lebih dari 90 derajat.

Hasil ini benar-benar mengejutkan semua orang, Rutherford mengatakan bahwa rasanya seperti selembar kertas ditempatkan di jalur proyektil, yang tidak memungkinkan partikel alfa menembus ke dalam, akibatnya ia berbalik.

Jika atom benar-benar padat, maka ia harus memiliki medan listrik, yang memperlambat partikel. Namun, kekuatan medan tidak cukup untuk menghentikannya sepenuhnya, apalagi mendorongnya ke belakang. Ini berarti model Thomson terbantahkan. Jadi Rutherford mulai mengerjakan model baru.

Model Rutherford

Untuk mendapatkan hasil percobaan tersebut, perlu dilakukan pemusatan muatan positif dalam jumlah yang lebih kecil, sehingga menghasilkan medan listrik yang lebih besar. Dengan menggunakan rumus potensial medan, Anda dapat menentukan ukuran partikel positif yang diperlukan yang dapat menolak partikel alfa ke arah yang berlawanan. Jari-jarinya harus dalam urutan maksimum 10 -15 m. Itulah sebabnya Rutherford mengusulkan model atom planet.

Model ini dinamai demikian karena suatu alasan. Faktanya adalah bahwa di dalam atom ada inti bermuatan positif, mirip dengan Matahari di tata surya. Elektron berputar mengelilingi inti seperti planet. Tata surya diatur sedemikian rupa sehingga planet-planet tertarik ke Matahari dengan bantuan gaya gravitasi, tetapi mereka tidak jatuh ke permukaan Matahari karena kecepatan yang tersedia yang membuat mereka tetap pada orbitnya. Hal yang sama terjadi dengan elektron - gaya Coulomb menarik elektron ke nukleus, tetapi karena rotasi, mereka tidak jatuh di permukaan nukleus.

Satu asumsi Thomson ternyata sepenuhnya benar - muatan total elektron sesuai dengan muatan nukleus. Namun, sebagai hasil dari interaksi yang kuat, elektron dapat terlempar keluar dari orbitnya, akibatnya muatannya tidak dikompensasi dan atom berubah menjadi ion bermuatan positif.

Informasi yang sangat penting mengenai struktur atom adalah bahwa hampir semua massa atom terkonsentrasi di dalam nukleus. Misalnya, atom hidrogen hanya memiliki satu elektron, yang massanya lebih dari satu setengah ribu kali lebih kecil dari massa inti.