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.

Untuk mendapatkan hasil percobaan ini, 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.

Model planet atom diusulkan oleh E. Rutherford pada tahun 1910. Studi pertama tentang struktur atom dilakukan olehnya dengan bantuan partikel alfa. Berdasarkan hasil yang diperoleh dalam percobaan hamburan mereka, Rutherford menyarankan bahwa semua muatan positif atom terkonsentrasi di inti kecil di pusatnya. Di sisi lain, elektron bermuatan negatif didistribusikan ke seluruh volumenya.

Sedikit latar belakang

Tebakan brilian pertama tentang keberadaan atom dibuat oleh ilmuwan Yunani kuno Democritus. Sejak itu, gagasan tentang keberadaan atom, yang kombinasinya memberikan semua zat di sekitar kita, tidak meninggalkan imajinasi para ilmuwan. Dari waktu ke waktu, berbagai perwakilannya beralih ke sana, tetapi hingga awal abad ke-19, konstruksi mereka hanyalah hipotesis, tidak didukung oleh data eksperimental.

Akhirnya, pada tahun 1804, lebih dari seratus tahun sebelum model atom planet muncul, ilmuwan Inggris John Dalton memberikan bukti keberadaannya dan memperkenalkan konsep berat atom, yang merupakan karakteristik kuantitatif pertamanya. Seperti pendahulunya, ia membayangkan atom sebagai bagian terkecil dari materi, seperti bola padat, yang tidak dapat dibagi menjadi partikel yang lebih kecil lagi.

Penemuan elektron dan model atom pertama

Hampir satu abad berlalu ketika, akhirnya, pada akhir abad ke-19, juga orang Inggris J. J. Thomson, menemukan partikel subatomik pertama, elektron bermuatan negatif. Karena atom bersifat netral secara listrik, Thomson berpikir bahwa atom itu pasti terdiri dari inti bermuatan positif dengan elektron yang tersebar di seluruh volumenya. Berdasarkan berbagai hasil eksperimen, pada tahun 1898 ia mengusulkan model atomnya, kadang-kadang disebut "plum dalam puding", karena atom di dalamnya direpresentasikan sebagai bola yang diisi dengan cairan bermuatan positif, di mana elektron tertanam, sebagai " plum ke dalam puding. Jari-jari model bola seperti itu sekitar 10 -8 cm. Muatan positif total cairan seimbang secara simetris dan seragam dengan muatan negatif elektron, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Model ini dengan memuaskan menjelaskan fakta bahwa ketika suatu zat dipanaskan, ia mulai memancarkan cahaya. Meskipun ini adalah upaya pertama untuk memahami apa itu atom, itu gagal memenuhi hasil eksperimen yang dilakukan kemudian oleh Rutherford dan yang lainnya. Thomson setuju pada tahun 1911 bahwa modelnya tidak dapat menjawab bagaimana dan mengapa hamburan sinar- yang diamati dalam eksperimen terjadi. Oleh karena itu, ia ditinggalkan, dan digantikan oleh model atom planet yang lebih sempurna.

Bagaimana atom diatur sih?

Ernest Rutherford memberikan penjelasan tentang fenomena radioaktivitas yang membuatnya memenangkan Hadiah Nobel, tetapi kontribusinya yang paling signifikan terhadap sains datang kemudian, ketika ia menetapkan bahwa atom terdiri dari inti padat yang dikelilingi oleh orbit elektron, seperti matahari yang dikelilingi. oleh orbit planet.

Menurut model planet sebuah atom, sebagian besar massanya terkonsentrasi dalam inti kecil (dibandingkan dengan ukuran seluruh atom). Elektron bergerak mengelilingi nukleus, bergerak dengan kecepatan luar biasa, tetapi sebagian besar volume atom adalah ruang kosong.

Ukuran inti sangat kecil sehingga diameternya 100.000 kali lebih kecil dari diameter atom. Diameter nukleus diperkirakan oleh Rutherford sebagai 10 -13 cm, berbeda dengan ukuran atom - 10 -8 cm. Di luar nukleus, elektron berputar mengelilinginya dengan kecepatan tinggi, menghasilkan gaya sentrifugal yang menyeimbangkan gaya elektrostatik gaya tarik menarik antara proton dan elektron.

Eksperimen Rutherford

Model planet atom muncul pada tahun 1911, setelah eksperimen terkenal dengan kertas emas, yang memungkinkan untuk memperoleh beberapa informasi mendasar tentang strukturnya. Jalan Rutherford menuju penemuan inti atom adalah contoh yang baik tentang peran kreativitas dalam sains. Pencariannya dimulai pada awal tahun 1899 ketika ia menemukan bahwa unsur-unsur tertentu memancarkan partikel bermuatan positif yang dapat menembus apa pun. Dia menyebut partikel ini partikel alfa (α) (sekarang kita tahu bahwa itu adalah inti helium). Seperti semua ilmuwan yang baik, Rutherford penasaran. Dia bertanya-tanya apakah partikel alfa dapat digunakan untuk mengetahui struktur atom. Rutherford memutuskan untuk mengarahkan seberkas partikel alfa ke selembar kertas emas yang sangat tipis. Ia memilih emas karena dapat menghasilkan lembaran setipis 0,00004 cm.Di balik lembaran foil emas, ia meletakkan layar yang berpendar ketika partikel alfa mengenainya. Itu digunakan untuk mendeteksi partikel alfa setelah mereka melewati foil. Sebuah celah kecil di layar memungkinkan sinar partikel alfa mencapai foil setelah keluar dari sumbernya. Beberapa dari mereka harus melewati foil dan terus bergerak ke arah yang sama, sementara bagian lain harus memantul dari foil dan dipantulkan pada sudut yang tajam. Skema percobaan dapat Anda lihat pada gambar di bawah ini.

Apa yang terjadi dalam percobaan Rutherford?

Berdasarkan model atom J. J. Thomson, Rutherford berasumsi bahwa daerah padat bermuatan positif yang mengisi seluruh volume atom emas akan menyimpang atau membelokkan lintasan semua partikel alfa saat melewati foil.

Namun, sebagian besar partikel alfa melewati kertas emas seolah-olah tidak ada di sana. Mereka sepertinya melewati ruang kosong. Hanya sedikit dari mereka yang menyimpang dari jalan lurus, seperti yang seharusnya di awal. Di bawah ini adalah plot jumlah partikel yang tersebar di masing-masing arah versus sudut hamburan.

Anehnya, sebagian kecil partikel memantul kembali dari foil, seperti bola basket yang memantul dari papan. Rutherford menyadari bahwa penyimpangan ini adalah hasil dari tumbukan langsung antara partikel alfa dan komponen atom yang bermuatan positif.

Nukleus menjadi pusat perhatian

Berdasarkan persentase partikel alfa yang dapat diabaikan yang dipantulkan dari foil, kita dapat menyimpulkan bahwa semua muatan positif dan hampir semua massa atom terkonsentrasi di satu area kecil, dan sisa atom sebagian besar adalah ruang kosong. Rutherford menyebut daerah muatan positif yang terkonsentrasi sebagai nukleus. Dia meramalkan dan segera menemukan bahwa itu mengandung partikel bermuatan positif, yang dia beri nama proton. Rutherford meramalkan keberadaan partikel atom netral yang disebut neutron, tetapi dia gagal mendeteksinya. Namun, muridnya James Chadwick menemukan mereka beberapa tahun kemudian. Gambar di bawah menunjukkan struktur inti atom uranium.

Atom terdiri dari inti berat bermuatan positif yang dikelilingi oleh partikel elektron yang sangat ringan bermuatan negatif yang berputar di sekitarnya, dan pada kecepatan sedemikian rupa sehingga gaya sentrifugal mekanis hanya menyeimbangkan daya tarik elektrostatiknya ke inti, dan dalam hubungan ini stabilitas atom diduga terjamin.

Kekurangan dari model ini

Gagasan utama Rutherford terkait dengan gagasan inti atom kecil. Asumsi tentang orbit elektron adalah dugaan murni. Dia tidak tahu persis di mana dan bagaimana elektron berputar di sekitar inti. Oleh karena itu, model planet Rutherford tidak menjelaskan distribusi elektron dalam orbitnya.

Selain itu, stabilitas atom Rutherford hanya dimungkinkan dengan pergerakan elektron yang terus menerus dalam orbit tanpa kehilangan energi kinetik. Tetapi perhitungan elektrodinamik telah menunjukkan bahwa pergerakan elektron di sepanjang lintasan lengkung, disertai dengan perubahan arah vektor kecepatan dan munculnya percepatan yang sesuai, pasti disertai dengan emisi energi elektromagnetik. Dalam hal ini, menurut hukum kekekalan energi, energi kinetik elektron harus sangat cepat dihabiskan untuk radiasi, dan harus jatuh pada inti, seperti yang ditunjukkan secara skematis pada gambar di bawah.

Tetapi ini tidak terjadi, karena atom adalah formasi yang stabil. Kontradiksi ilmiah yang khas muncul antara model fenomena dan data eksperimen.

Dari Rutherford ke Niels Bohr

Kemajuan besar berikutnya dalam sejarah atom datang pada tahun 1913, ketika ilmuwan Denmark Niels Bohr menerbitkan deskripsi model atom yang lebih rinci. Ini menentukan lebih jelas tempat di mana elektron bisa berada. Meskipun para ilmuwan kemudian mengembangkan desain atom yang lebih canggih, model atom planet Bohr pada dasarnya benar, dan sebagian besar masih diterima sampai sekarang. Itu memiliki banyak aplikasi yang berguna, misalnya, dengan bantuannya mereka menjelaskan sifat-sifat berbagai unsur kimia, sifat spektrum radiasinya dan struktur atom. Model planet dan model Bohr adalah tonggak terpenting yang menandai munculnya arah baru dalam fisika - fisika dunia mikro. Bohr menerima Hadiah Nobel Fisika 1922 atas kontribusinya terhadap pemahaman kita tentang struktur atom.

Apa yang baru yang dibawa Bohr ke model atom?

Saat masih muda, Bohr bekerja di laboratorium Rutherford di Inggris. Karena konsep elektron kurang berkembang dalam model Rutherford, Bohr memusatkan perhatian pada mereka. Akibatnya, model planet atom meningkat secara signifikan. Postulat Bohr, yang ia rumuskan dalam artikelnya “On the Structure of Atoms and Molecules”, diterbitkan pada tahun 1913, berbunyi:

1. Elektron dapat bergerak mengelilingi inti hanya pada jarak tetap darinya, ditentukan oleh jumlah energi yang mereka miliki. Dia menyebutnya tingkat energi tingkat tetap atau kulit elektron. Bohr membayangkan mereka sebagai bola konsentris, dengan inti di pusat masing-masing. Dalam hal ini, elektron dengan energi yang lebih rendah akan ditemukan di tingkat yang lebih rendah, lebih dekat ke inti. Mereka yang memiliki lebih banyak energi akan ditemukan di tingkat yang lebih tinggi, lebih jauh dari inti.

2. Jika sebuah elektron menyerap sejumlah energi (cukup pasti untuk tingkat tertentu), maka elektron akan melompat ke tingkat energi berikutnya yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika ia kehilangan jumlah energi yang sama, ia akan kembali ke tingkat semula. Namun, elektron tidak dapat eksis pada dua tingkat energi.

Ide ini diilustrasikan oleh sebuah gambar.

Bagian energi untuk elektron

Model atom Bohr sebenarnya merupakan kombinasi dari dua ide yang berbeda: model atom Rutherford dengan elektron yang berputar di sekitar inti (pada dasarnya model atom Bohr-Rutherford planet), dan ide Max Planck untuk mengkuantisasi energi materi, diterbitkan pada tahun 1901. Sebuah kuantum (jamak - kuanta) adalah jumlah minimum energi yang dapat diserap atau dipancarkan oleh suatu zat. Ini adalah semacam langkah diskritisasi untuk jumlah energi.

Jika energi dibandingkan dengan air dan Anda ingin menambahkannya ke materi dalam bentuk gelas, Anda tidak bisa begitu saja menuangkan air dalam aliran yang terus menerus. Sebagai gantinya, Anda bisa menambahkannya dalam jumlah kecil, seperti satu sendok teh. Bohr percaya bahwa jika elektron hanya dapat menyerap atau kehilangan energi dalam jumlah tertentu, maka elektron seharusnya hanya memvariasikan energinya dengan jumlah yang tetap ini. Dengan demikian, mereka hanya dapat menempati tingkat energi tetap di sekitar nukleus yang sesuai dengan peningkatan energi mereka yang terkuantisasi.

Jadi dari model Bohr tumbuh pendekatan kuantum untuk menjelaskan apa itu struktur atom. Model planet dan model Bohr adalah semacam langkah dari fisika klasik ke fisika kuantum, yang merupakan alat utama dalam fisika dunia mikro, termasuk fisika atom.

Mereka menjadi langkah penting dalam perkembangan fisika. Model Rutherford sangat penting. Atom sebagai suatu sistem dan partikel penyusunnya telah dipelajari lebih teliti dan rinci. Hal ini menyebabkan keberhasilan pengembangan ilmu seperti fisika nuklir.

Ide kuno tentang struktur materi

Asumsi bahwa benda-benda di sekitarnya terdiri dari partikel terkecil dibuat pada zaman kuno. Para pemikir pada waktu itu menggambarkan atom sebagai partikel terkecil dan tak terpisahkan dari zat apa pun. Mereka berpendapat bahwa tidak ada sesuatu pun di alam semesta yang lebih kecil dari atom. Pandangan seperti itu dipegang oleh para ilmuwan dan filsuf Yunani kuno yang hebat - Democritus, Lucretius, Epicurus. Hipotesis para pemikir ini saat ini disatukan dengan nama "atomisme kuno".

Pertunjukan abad pertengahan

Zaman kuno telah berlalu, dan pada Abad Pertengahan ada juga ilmuwan yang membuat berbagai asumsi tentang struktur zat. Namun, dominasi pandangan filosofis agama dan kekuatan gereja pada periode sejarah itu menghentikan segala upaya dan aspirasi pikiran manusia untuk kesimpulan dan penemuan ilmiah materialistis. Seperti yang Anda ketahui, Inkuisisi abad pertengahan berperilaku sangat tidak ramah dengan perwakilan dunia ilmiah saat itu. Masih harus dikatakan bahwa orang-orang yang berpikiran cemerlang pada waktu itu memiliki gagasan yang berasal dari zaman kuno tentang atom yang tidak dapat dibagi-bagi.

Penelitian di abad 18 dan 19

Abad ke-18 ditandai dengan penemuan-penemuan serius di bidang struktur dasar materi. Sebagian besar berkat upaya para ilmuwan seperti Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov dan Independen satu sama lain, mereka mampu membuktikan bahwa atom benar-benar ada. Tetapi pertanyaan tentang struktur internal mereka tetap terbuka. Akhir abad ke-18 ditandai oleh peristiwa penting dalam dunia ilmiah seperti penemuan sistem periodik unsur-unsur kimia oleh D. I. Mendeleev. Ini adalah terobosan yang benar-benar kuat pada waktu itu dan mengangkat tabir atas pemahaman bahwa semua atom memiliki sifat tunggal, bahwa mereka terkait satu sama lain. Kemudian, pada abad ke-19, langkah penting lain untuk mengungkap struktur atom adalah bukti bahwa salah satu dari mereka mengandung elektron. Karya para ilmuwan pada periode ini menyiapkan lahan subur untuk penemuan abad ke-20.

Eksperimen Thomson

Fisikawan Inggris John Thomson membuktikan pada tahun 1897 bahwa komposisi atom termasuk elektron dengan muatan negatif. Pada tahap ini, gagasan keliru bahwa atom adalah batas kemampuan membagi zat apa pun akhirnya dihancurkan. Bagaimana Thomson berhasil membuktikan keberadaan elektron? Ilmuwan dalam eksperimennya menempatkan elektroda dalam gas yang sangat murni dan mengalirkan arus listrik. Hasilnya adalah sinar katoda. Thomson dengan hati-hati mempelajari fitur mereka dan menemukan bahwa mereka adalah aliran partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Ilmuwan mampu menghitung massa partikel-partikel ini dan muatannya. Dia juga menemukan bahwa mereka tidak dapat diubah menjadi partikel netral, karena muatan listrik adalah dasar sifatnya. Begitu pula Thomson dan pencipta model struktur atom pertama di dunia. Menurutnya, atom adalah sekelompok materi bermuatan positif, di mana elektron bermuatan negatif didistribusikan secara merata. Struktur ini menjelaskan kenetralan atom secara umum, karena muatan yang berlawanan saling menyeimbangkan. Eksperimen John Thomson menjadi sangat berharga untuk studi lebih lanjut tentang struktur atom. Namun, banyak pertanyaan tetap tidak terjawab.

penelitian Rutherford

Thomson menemukan keberadaan elektron, tetapi ia gagal menemukan partikel bermuatan positif dalam atom. mengoreksi kesalahpahaman ini pada tahun 1911. Selama percobaan, mempelajari aktivitas partikel alfa dalam gas, ia menemukan bahwa ada partikel bermuatan positif di dalam atom. Rutherford melihat bahwa ketika sinar melewati gas atau melalui pelat logam tipis, sejumlah kecil partikel menyimpang tajam dari lintasan gerak. Mereka benar-benar terlempar ke belakang. Ilmuwan menduga bahwa perilaku ini disebabkan oleh tumbukan dengan partikel bermuatan positif. Eksperimen semacam itu memungkinkan fisikawan untuk membuat model struktur atom Rutherford.

model planet

Sekarang ide ilmuwan agak berbeda dari asumsi yang dibuat oleh John Thomson. Model atom mereka juga menjadi berbeda. memungkinkan dia untuk membuat teori yang sama sekali baru di bidang ini. Penemuan ilmuwan sangat penting untuk pengembangan fisika lebih lanjut. Model Rutherford menggambarkan atom sebagai inti yang terletak di pusat, dan elektron bergerak di sekitarnya. Inti memiliki muatan positif, dan elektron memiliki muatan negatif. Model atom Rutherford mengasumsikan rotasi elektron di sekitar nukleus di sepanjang lintasan tertentu - orbit. Penemuan ilmuwan membantu menjelaskan alasan penyimpangan partikel alfa dan menjadi pendorong pengembangan teori nuklir atom. Dalam model atom Rutherford, ada analogi dengan pergerakan planet-planet tata surya mengelilingi matahari. Ini adalah perbandingan yang sangat akurat dan jelas. Oleh karena itu, model Rutherford, di mana atom bergerak mengelilingi nukleus dalam suatu orbit, disebut planetary.

Karya Niels Bohr

Dua tahun kemudian, fisikawan Denmark Niels Bohr berusaha menggabungkan gagasan tentang struktur atom dengan sifat kuantum fluks cahaya. Model atom nuklir Rutherford diletakkan oleh ilmuwan sebagai dasar teori barunya. Menurut Bohr, atom berputar mengelilingi inti dalam orbit melingkar. Lintasan gerak seperti itu mengarah pada percepatan elektron. Selain itu, interaksi Coulomb partikel-partikel ini dengan pusat atom disertai dengan penciptaan dan konsumsi energi untuk mempertahankan medan elektromagnetik spasial yang timbul dari pergerakan elektron. Dalam kondisi seperti itu, partikel bermuatan negatif suatu hari nanti harus jatuh ke nukleus. Tetapi ini tidak terjadi, yang menunjukkan stabilitas atom yang lebih besar sebagai sistem. Niels Bohr menyadari bahwa hukum termodinamika klasik yang dijelaskan oleh persamaan Maxwell tidak bekerja dalam kondisi intraatomik. Oleh karena itu, ilmuwan menetapkan tugas untuk mendapatkan pola-pola baru yang akan berlaku di dunia partikel elementer.

Postulat Bohr

Sebagian besar karena fakta bahwa model Rutherford ada, atom dan komponennya dipelajari dengan baik, Niels Bohr mampu mendekati penciptaan postulatnya. Yang pertama mengatakan bahwa atom memiliki energi yang tidak berubah, sementara elektron bergerak dalam orbit tanpa mengubah lintasannya. Menurut postulat kedua, ketika elektron bergerak dari satu orbit ke orbit lainnya, energi dilepaskan atau diserap. Ini sama dengan perbedaan antara energi keadaan atom sebelumnya dan selanjutnya. Dalam hal ini, jika elektron melompat ke orbit yang lebih dekat ke inti, maka radiasi terjadi dan sebaliknya. Terlepas dari kenyataan bahwa pergerakan elektron memiliki sedikit kemiripan dengan lintasan orbital yang terletak persis di dalam lingkaran, penemuan Bohr memberikan penjelasan yang sangat baik untuk keberadaan spektrum garis.Pada waktu yang hampir bersamaan, fisikawan Hertz dan Frank, yang tinggal di Jerman , menegaskan teori Niels Bohr tentang keberadaan stasioner, keadaan stabil atom dan kemungkinan mengubah nilai energi atom.

Kolaborasi dua ilmuwan

Ngomong-ngomong, Rutherford tidak dapat menentukan untuk waktu yang lama. Ilmuwan Marsden dan Geiger mencoba memeriksa ulang pernyataan Ernest Rutherford dan, sebagai hasil dari eksperimen dan perhitungan yang terperinci dan menyeluruh, sampai pada kesimpulan bahwa itu adalah nukleus. karakteristik yang paling penting dari atom, dan semua muatannya terkonsentrasi di dalamnya. Belakangan dibuktikan bahwa nilai muatan inti secara numerik sama dengan bilangan urut unsur dalam sistem periodik unsur D. I. Mendeleev. Menariknya, Niels Bohr segera bertemu Rutherford dan sepenuhnya setuju dengan pandangannya. Selanjutnya, para ilmuwan bekerja sama untuk waktu yang lama di laboratorium yang sama. Model Rutherford, atom sebagai suatu sistem yang terdiri dari partikel-partikel bermuatan elementer - semua ini dianggap adil oleh Niels Bohr dan mengesampingkan model elektroniknya selamanya. Kegiatan ilmiah bersama para ilmuwan sangat sukses dan membuahkan hasil. Masing-masing dari mereka mempelajari sifat-sifat partikel elementer dan membuat penemuan yang signifikan untuk sains. Kemudian, Rutherford menemukan dan membuktikan kemungkinan dekomposisi nuklir, tetapi ini adalah topik untuk artikel lain.

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 seluruh 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 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 nuklir Z), di mana elektron bermuatan negatif tertutup 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.…

Gagasan bahwa atom adalah partikel terkecil dari materi pertama kali muncul di Yunani kuno. Namun, hanya pada akhir abad ke-18, berkat karya para ilmuwan seperti A. Lavoisier, M. V. Lomonosov dan beberapa lainnya, terbukti bahwa atom benar-benar ada. Namun, pada masa itu, tidak ada yang bertanya-tanya seperti apa struktur internal mereka. Para ilmuwan masih menganggap atom sebagai "batu bata" tak terpisahkan yang menyusun semua materi.

Mencoba menjelaskan struktur atom

Siapa yang pertama kali mengusulkan model nuklir? Upaya pertama untuk membuat model partikel ini adalah milik J. Thomson. Namun, itu tidak bisa disebut sukses dalam arti kata yang sebenarnya. Bagaimanapun, Thomson percaya bahwa atom adalah sistem bola dan netral secara elektrik. Pada saat yang sama, ilmuwan berasumsi bahwa muatan positif didistribusikan secara merata di atas volume bola ini, dan di dalamnya ada inti bermuatan negatif. Semua upaya ilmuwan untuk menjelaskan struktur internal atom tidak berhasil. Ernest Rutherford adalah orang yang mengusulkan model nuklir struktur atom beberapa tahun setelah Thomson mengemukakan teorinya.

Sejarah Penelitian

Dengan bantuan studi elektrolisis pada tahun 1833, Faraday mampu menetapkan bahwa arus dalam larutan elektrolit adalah aliran partikel bermuatan, atau ion. Berdasarkan studi ini, ia mampu menentukan muatan minimum ion. Juga peran penting dalam pengembangan arah ini dalam fisika dimainkan oleh ahli kimia domestik D. I. Mendeleev. Dialah yang pertama kali mengangkat pertanyaan di kalangan ilmiah bahwa semua atom dapat memiliki sifat yang sama. Kita melihat bahwa sebelum model nuklir Rutherford tentang struktur atom pertama kali diusulkan, sejumlah besar eksperimen yang sama pentingnya telah dilakukan oleh berbagai ilmuwan. Mereka memajukan teori atomistik tentang struktur materi.

Pengalaman pertama

Rutherford adalah ilmuwan yang benar-benar brilian, karena penemuannya membalikkan gagasan tentang struktur materi. Pada tahun 1911, ia dapat membuat percobaan yang peneliti dapat melihat ke kedalaman misterius atom, untuk mendapatkan gambaran tentang apa struktur internalnya. Eksperimen pertama dilakukan oleh ilmuwan dengan dukungan peneliti lain, tetapi peran utama dalam penemuan itu masih milik Rutherford.

Percobaan

Menggunakan sumber radiasi radioaktif alami, Rutherford mampu membuat meriam yang memancarkan aliran partikel alfa. Itu adalah kotak yang terbuat dari timah, di dalamnya ada zat radioaktif. Meriam itu memiliki celah di mana semua partikel alfa mengenai layar utama. Mereka bisa terbang hanya melalui slot. Beberapa layar lagi menghalangi pancaran partikel radioaktif ini.

Mereka memisahkan partikel yang menyimpang dari arah yang ditetapkan sebelumnya. Target yang sangat terfokus mengenai target. Rutherford menggunakan lembaran tipis kertas emas sebagai target. Setelah partikel mengenai lembaran ini, mereka melanjutkan gerakannya dan akhirnya mengenai layar fluorescent, yang dipasang di belakang target ini. Ketika partikel alfa mengenai layar ini, kilatan direkam, dimana ilmuwan dapat menilai berapa banyak partikel yang menyimpang dari arah aslinya ketika mereka bertabrakan dengan foil dan berapa besarnya penyimpangan ini.

Perbedaan dari pengalaman sebelumnya

Anak-anak sekolah dan siswa yang tertarik pada mereka yang mengusulkan model nuklir struktur atom harus tahu bahwa eksperimen serupa dilakukan dalam fisika sebelum Rutherford. Ide utama mereka adalah mengumpulkan informasi sebanyak mungkin tentang struktur atom dari penyimpangan partikel dari lintasan aslinya. Semua studi ini mengarah pada akumulasi sejumlah informasi dalam sains, memicu refleksi pada struktur internal partikel terkecil.

Sudah pada awal abad ke-20, para ilmuwan mengetahui bahwa atom mengandung elektron yang memiliki muatan negatif. Tetapi di antara sebagian besar peneliti, pendapat yang berlaku adalah bahwa atom dari dalam lebih seperti kisi-kisi yang diisi dengan partikel bermuatan negatif. Eksperimen semacam itu memungkinkan untuk memperoleh banyak informasi - misalnya, untuk menentukan dimensi geometris atom.

tebakan jenius

Rutherford memperhatikan bahwa tidak ada pendahulunya yang pernah mencoba menentukan apakah partikel alfa dapat menyimpang pada sudut yang sangat besar dari lintasannya. Model lama, kadang-kadang disebut "puding kismis" di antara para ilmuwan (karena menurut model ini, elektron dalam atom didistribusikan seperti kismis dalam puding), sama sekali tidak memungkinkan adanya komponen struktural padat di dalam atom. Tak satu pun dari para ilmuwan yang repot-repot mempertimbangkan opsi ini. Peneliti meminta muridnya untuk melengkapi kembali instalasi sedemikian rupa sehingga penyimpangan besar partikel dari lintasan juga dicatat - hanya untuk mengecualikan kemungkinan seperti itu. Bayangkan betapa terkejutnya ilmuwan dan muridnya ketika ternyata beberapa partikel terbang terpisah pada sudut 180 o.

Apa yang ada di dalam atom?

Kami belajar siapa yang mengusulkan model nuklir struktur atom dan apa pengalaman ilmuwan ini. Saat itu, eksperimen Rutherford merupakan terobosan nyata. Dia terpaksa menyimpulkan bahwa di dalam atom, sebagian besar massa tertutup zat yang sangat padat. Skema model nuklir struktur atom sangat sederhana: di dalamnya ada inti bermuatan positif.

Partikel lain, yang disebut elektron, berputar di sekitar nukleus ini. Sisanya beberapa kali lipat kurang padat. Susunan elektron di dalam atom tidak kacau - partikel disusun dalam urutan peningkatan energi. Peneliti menyebut bagian internal inti atom. Nama-nama yang diperkenalkan ilmuwan masih digunakan dalam sains.

Bagaimana mempersiapkan pelajaran?

Anak-anak sekolah yang tertarik pada mereka yang menyarankan model nuklir dari struktur atom dapat memamerkan pengetahuan tambahan dalam pelajaran. Misalnya, Anda dapat mengetahui bagaimana Rutherford, lama setelah eksperimennya, suka memberikan analogi untuk penemuannya. Negara Afrika Selatan itu diselundupkan dengan senjata untuk pemberontak, yang dibungkus dengan kapas. Bagaimana petugas bea cukai dapat menentukan dengan tepat di mana persediaan berbahaya berada jika seluruh kereta penuh dengan bal-bal ini? Petugas bea cukai dapat mulai menembaki bal, dan di mana peluru akan memantul, dan ada senjata. Rutherford menekankan bahwa ini adalah bagaimana penemuannya dibuat.

Siswa yang bersiap untuk menjawab tentang topik ini dalam pelajaran, disarankan untuk menyiapkan jawaban untuk pertanyaan-pertanyaan berikut:

1. Siapa yang mengusulkan model nuklir dari struktur atom?

2. Apa yang dimaksud dengan percobaan?

3. Perbedaan model nuklir dari model lain.

Signifikansi teori Rutherford

Kesimpulan radikal yang ditarik Rutherford dari eksperimennya membuat banyak orang sezamannya meragukan validitas model ini. Bahkan Rutherford sendiri tidak terkecuali - ia menerbitkan hasil penelitiannya hanya dua tahun setelah penemuan itu. Mengambil sebagai dasar ide-ide klasik tentang bagaimana mikropartikel bergerak, ia mengusulkan model planet nuklir dari struktur atom. Secara umum, atom memiliki muatan netral. Elektron bergerak mengelilingi nukleus, sama seperti planet-planet berputar mengelilingi matahari. Pergerakan ini terjadi karena adanya gaya Coulomb. Saat ini, model Rutherford telah mengalami penyempurnaan yang signifikan, tetapi penemuan ilmuwan tidak kehilangan relevansinya hari ini.