Lectura: Modelul planetar al atomului

Structura atomului

Cea mai precisă modalitate de a determina structura oricărei substanțe este analiza spectrală. Radiația fiecărui atom al unui element este exclusiv individuală. Cu toate acestea, înainte de a înțelege cum are loc analiza spectrală, să ne dăm seama ce structură are un atom al oricărui element.

Prima ipoteză despre structura atomului a fost prezentată de J. Thomson. Acest om de știință a studiat atomii de mult timp. Mai mult, el este cel care deține descoperirea electronului - pentru care a primit Premiul Nobel. Modelul pe care l-a propus Thomson nu avea nimic de-a face cu realitatea, dar a servit ca un stimulent suficient de puternic pentru ca Rutherford să studieze structura atomului. Modelul propus de Thomson se numea „budinca de stafide”.

Thomson credea că atomul este o bilă solidă cu o sarcină electrică negativă. Pentru a compensa, electronii sunt intercalate în minge, ca stafidele. În concluzie, sarcina electronilor coincide cu sarcina întregului nucleu, ceea ce face atomul neutru.

În timpul studiului structurii atomului, s-a descoperit că toți atomii din solide fac mișcări oscilatorii. Și, după cum știți, orice particulă în mișcare radiază unde. De aceea fiecare atom are propriul spectru. Cu toate acestea, aceste afirmații nu se încadrau în nici un fel în modelul Thomson.

experiența lui Rutherford

Pentru a confirma sau infirma modelul lui Thomson, Rutherford a propus un experiment care a dus la bombardarea unui atom al unui element de către particule alfa. Ca rezultat al acestui experiment, a fost important să vedem cum se va comporta particula.

Particulele alfa au fost descoperite ca urmare a dezintegrarii radioactive a radiului. Fluxurile lor erau raze alfa, fiecare particulă având o sarcină pozitivă. Ca urmare a numeroaselor studii, s-a stabilit că particula alfa este ca un atom de heliu, în care nu există electroni. Folosind cunoștințele actuale, știm că particula alfa este nucleul heliului, în timp ce Rutherford credea că aceștia sunt ioni de heliu.

Fiecare particulă alfa avea o energie extraordinară, ca urmare a căreia putea zbura la atomii în cauză cu viteză mare. Prin urmare, principalul rezultat al experimentului a fost determinarea unghiului de deviere a particulelor.

Pentru experiment, Rutherford a folosit folie subțire de aur. El a îndreptat particulele alfa de mare viteză către el. El a presupus că, în urma acestui experiment, toate particulele vor zbura prin folie și cu mici abateri. Cu toate acestea, pentru a afla cu siguranță, el și-a instruit studenții să verifice dacă există abateri mari în aceste particule.

Rezultatul experimentului a surprins absolut pe toată lumea, deoarece multe particule nu numai că au deviat de un unghi suficient de mare - unele unghiuri de deviere au ajuns la mai mult de 90 de grade.

Aceste rezultate au surprins absolut pe toată lumea, Rutherford a spus că s-a simțit ca o bucată de hârtie a fost plasată în calea proiectilelor, ceea ce nu a permis particulei alfa să pătrundă înăuntru, drept care s-a întors înapoi.

Dacă atomul ar fi cu adevărat solid, atunci ar trebui să aibă un anumit câmp electric, care a încetinit particulele. Cu toate acestea, puterea câmpului nu a fost suficientă pentru a o opri complet, cu atât mai puțin să o împingă înapoi. Aceasta înseamnă că modelul lui Thomson a fost respins. Așa că Rutherford a început să lucreze la un nou model.

Pentru a obține acest rezultat al experimentului, este necesar să se concentreze sarcina pozitivă într-o cantitate mai mică, rezultând un câmp electric mai mare. Folosind formula potențialului de câmp, puteți determina dimensiunea necesară a unei particule pozitive care ar putea respinge o particulă alfa în direcția opusă. Raza sa ar trebui să fie de ordinul maximului 10 -15 m. De aceea, Rutherford a propus modelul planetar al atomului.

Acest model este numit așa dintr-un motiv. Cert este că în interiorul atomului există un nucleu încărcat pozitiv, similar cu Soarele din sistemul solar. Electronii se învârt în jurul nucleului ca planetele. Sistemul solar este aranjat în așa fel încât planetele să fie atrase de Soare cu ajutorul forțelor gravitaționale, cu toate acestea, ele nu cad pe suprafața Soarelui ca urmare a vitezei disponibile care le menține pe orbita lor. Același lucru se întâmplă și cu electronii - forțele coulombiane atrag electronii către nucleu, dar din cauza rotației, aceștia nu cad pe suprafața nucleului.

O presupunere a lui Thomson s-a dovedit a fi absolut corectă - sarcina totală a electronilor corespunde sarcinii nucleului. Cu toate acestea, ca urmare a unei interacțiuni puternice, electronii pot fi scoși din orbita lor, drept urmare sarcina nu este compensată și atomul se transformă într-un ion încărcat pozitiv.

Informații foarte importante referitoare la structura atomului sunt că aproape toată masa atomului este concentrată în nucleu. De exemplu, un atom de hidrogen are un singur electron, a cărui masă este de peste o mie și jumătate de ori mai mică decât masa nucleului.

Modelul planetar al atomului a fost propus de E. Rutherford în 1910. Primele studii ale structurii atomului au fost făcute de el cu ajutorul particulelor alfa. Pe baza rezultatelor obținute în experimentele privind împrăștierea lor, Rutherford a sugerat că toată sarcina pozitivă a atomului este concentrată într-un nucleu minuscul din centrul său. Pe de altă parte, electronii încărcați negativ sunt distribuiți în restul volumului său.

Un mic fundal

Prima presupunere strălucitoare despre existența atomilor a fost făcută de savantul grec antic Democrit. De atunci, ideea existenței atomilor, ale căror combinații dau toate substanțele din jurul nostru, nu a părăsit imaginația oamenilor de știință. Din când în când, diverși reprezentanți ai acesteia au apelat la el, dar până la începutul secolului al XIX-lea, construcțiile lor au fost doar ipoteze, nesusținute de date experimentale.

În cele din urmă, în 1804, cu mai bine de o sută de ani înainte de apariția modelului planetar al atomului, omul de știință englez John Dalton a oferit dovezi pentru existența acestuia și a introdus conceptul de greutate atomică, care a fost prima sa caracteristică cantitativă. La fel ca predecesorii săi, și-a imaginat atomii ca fiind cele mai mici bucăți de materie, ca niște bile solide, care nu puteau fi împărțite în particule chiar mai mici.

Descoperirea electronului și primul model al atomului

A trecut aproape un secol când, în sfârșit, la sfârșitul secolului al XIX-lea, tot englezul J. J. Thomson, a descoperit prima particulă subatomică, electronul încărcat negativ. Deoarece atomii sunt neutri din punct de vedere electric, Thomson a crezut că trebuie să fie alcătuiți dintr-un nucleu încărcat pozitiv cu electroni împrăștiați în volumul său. Pe baza diferitelor rezultate experimentale, în 1898 și-a propus modelul atomului, numit uneori „prune într-o budincă”, deoarece atomul din el era reprezentat ca o sferă plină cu un lichid încărcat pozitiv, în care erau încorporați electroni, ca „ prune în budincă. Raza unui astfel de model sferic a fost de aproximativ 10 -8 cm. Sarcina pozitivă totală a lichidului este echilibrată simetric și uniform de sarcinile negative ale electronilor, așa cum se arată în figura de mai jos.

Acest model a explicat în mod satisfăcător faptul că atunci când o substanță este încălzită, aceasta începe să emită lumină. Deși aceasta a fost prima încercare de a înțelege ce este un atom, nu a reușit să satisfacă rezultatele experimentelor efectuate ulterior de Rutherford și alții. Thomson a fost de acord în 1911 că modelul său pur și simplu nu a putut răspunde cum și de ce are loc împrăștierea razelor α observate în experimente. Prin urmare, a fost abandonat și a fost înlocuit cu un model planetar mai perfect al atomului.

Cum este aranjat atomul oricum?

Ernest Rutherford a oferit o explicație a fenomenului radioactivității care i-a adus premiul Nobel, dar cea mai semnificativă contribuție la știință a venit mai târziu, când a stabilit că atomul este format dintr-un nucleu dens înconjurat de orbite de electroni, la fel cum este înconjurat Soarele. de orbitele planetelor.

Conform modelului planetar al unui atom, cea mai mare parte a masei sale este concentrată într-un nucleu mic (în comparație cu dimensiunea întregului atom). Electronii se mișcă în jurul nucleului, călătorind cu viteze incredibile, dar cea mai mare parte a volumului atomilor este spațiu gol.

Dimensiunea nucleului este atât de mică încât diametrul său este de 100.000 de ori mai mic decât cel al unui atom. Diametrul nucleului a fost estimat de Rutherford la 10 -13 cm, spre deosebire de dimensiunea atomului - 10 -8 cm.În afara nucleului, electronii se învârt în jurul lui la viteze mari, rezultând forțe centrifuge care echilibrează forțele electrostatice. de atracție între protoni și electroni.

experimentele lui Rutherford

Modelul planetar al atomului a apărut în 1911, după celebrul experiment cu folie de aur, care a făcut posibilă obținerea unor informații fundamentale despre structura acestuia. Calea lui Rutherford către descoperirea nucleului atomic este un bun exemplu al rolului creativității în știință. Căutarea sa a început încă din 1899 când a descoperit că anumite elemente emit particule încărcate pozitiv care pot pătrunde orice. El a numit aceste particule particule alfa (α) (acum știm că erau nuclee de heliu). Ca toți oamenii de știință buni, Rutherford era curios. S-a întrebat dacă particulele alfa ar putea fi folosite pentru a afla structura unui atom. Rutherford a decis să îndrepte un fascicul de particule alfa către o foaie de folie de aur foarte subțire. A ales aurul pentru că putea produce foi de până la 0,00004 cm. În spatele foii de folie de aur, el a plasat un ecran care strălucea când particulele alfa îl loveau. A fost folosit pentru a detecta particulele alfa după ce acestea au trecut prin folie. O mică fantă a ecranului a permis fasciculului de particule alfa să ajungă la folie după ce a ieșit din sursă. Unele dintre ele trebuie să treacă prin folie și să continue să se miște în aceeași direcție, în timp ce cealaltă parte trebuie să sară de folie și să se reflecte în unghiuri ascuțite. Puteți vedea schema experimentului în figura de mai jos.

Ce s-a întâmplat în experimentul lui Rutherford?

Pe baza modelului atomic al lui J. J. Thomson, Rutherford a presupus că regiunile solide cu sarcină pozitivă care umple întregul volum de atomi de aur vor devia sau îndoi traiectoriile tuturor particulelor alfa pe măsură ce trec prin folie.

Cu toate acestea, marea majoritate a particulelor alfa au trecut chiar prin folia de aur ca și cum nu ar fi acolo. Păreau să treacă prin spațiu gol. Doar câțiva dintre ei se abat de la calea dreaptă, așa cum se presupunea la început. Mai jos este un grafic al numărului de particule împrăștiate în direcția respectivă față de unghiul de împrăștiere.

În mod surprinzător, un mic procent din particule au revenit din folie, ca o minge de baschet care sări de pe un panou. Rutherford și-a dat seama că aceste abateri erau rezultatul unei coliziuni directe între particulele alfa și componentele încărcate pozitiv ale atomului.

Nucleul ocupă centrul atenției

Pe baza procentului neglijabil de particule alfa reflectate de folie, putem concluziona că toată sarcina pozitivă și aproape toată masa atomului sunt concentrate într-o zonă mică, iar restul atomului este în mare parte spațiu gol. Rutherford a numit zona de sarcină pozitivă concentrată nucleu. El a prezis și a descoperit curând că acesta conținea particule încărcate pozitiv, pe care le-a numit protoni. Rutherford a prezis existența unor particule atomice neutre numite neutroni, dar nu a reușit să le detecteze. Cu toate acestea, elevul său James Chadwick le-a descoperit câțiva ani mai târziu. Figura de mai jos arată structura nucleului unui atom de uraniu.

Atomii constau din nuclee grele încărcate pozitiv, înconjurate de particule extrem de ușoare încărcate negativ - electroni care se rotesc în jurul lor și la astfel de viteze încât forțele centrifuge mecanice își echilibrează pur și simplu atracția electrostatică față de nucleu și, în acest sens, se presupune că stabilitatea atomului este asigurată.

Dezavantajele acestui model

Ideea principală a lui Rutherford a fost legată de ideea unui nucleu atomic mic. Ipoteza despre orbitele electronilor a fost o presupunere pură. El nu știa exact unde și cum se învârt electronii în jurul nucleului. Prin urmare, modelul planetar al lui Rutherford nu explică distribuția electronilor pe orbite.

În plus, stabilitatea atomului Rutherford a fost posibilă numai cu mișcarea continuă a electronilor pe orbite fără pierderea energiei cinetice. Dar calculele electrodinamice au arătat că mișcarea electronilor de-a lungul oricăror traiectorii curbilinii, însoțită de o schimbare a direcției vectorului viteză și apariția unei accelerații corespunzătoare, este însoțită inevitabil de emisia de energie electromagnetică. În acest caz, conform legii conservării energiei, energia cinetică a electronului trebuie cheltuită foarte repede pe radiație și trebuie să cadă pe nucleu, așa cum se arată schematic în figura de mai jos.

Dar acest lucru nu se întâmplă, deoarece atomii sunt formațiuni stabile. Între modelul fenomenului și datele experimentale a apărut o contradicție științifică tipică.

De la Rutherford la Niels Bohr

Următorul pas important înainte în istoria atomului a avut loc în 1913, când omul de știință danez Niels Bohr a publicat o descriere a unui model mai detaliat al atomului. Ea a determinat mai clar locurile unde ar putea fi electronii. Deși mai târziu oamenii de știință au dezvoltat modele atomice mai sofisticate, modelul planetar al atomului lui Bohr a fost în esență corect și o mare parte din el este încă acceptat și astăzi. A avut multe aplicații utile, de exemplu, cu ajutorul său, ele explică proprietățile diferitelor elemente chimice, natura spectrului lor de radiații și structura atomului. Modelul planetar și modelul Bohr au fost cele mai importante repere care au marcat apariția unei noi direcții în fizică - fizica microlumii. Bohr a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1922 pentru contribuțiile sale la înțelegerea noastră a structurii atomului.

Ce nou a adus Bohr modelului atomului?

Pe când era încă tânăr, Bohr a lucrat în laboratorul lui Rutherford din Anglia. Deoarece conceptul de electroni a fost slab dezvoltat în modelul lui Rutherford, Bohr s-a concentrat asupra lor. Ca urmare, modelul planetar al atomului a fost îmbunătățit semnificativ. Postulatele lui Bohr, pe care le-a formulat în articolul său „On the Structure of Atoms and Molecules”, publicat în 1913, spunea:

1. Electronii se pot mișca în jurul nucleului doar la distanțe fixe față de acesta, determinate de cantitatea de energie pe care o au. El a numit aceste niveluri fixe niveluri de energie sau învelișuri de electroni. Bohr le-a imaginat ca sfere concentrice, cu un nucleu în centrul fiecăreia. În acest caz, electronii cu energie mai mică se vor găsi la niveluri inferioare, mai aproape de nucleu. Cei cu mai multă energie se vor găsi la niveluri mai înalte, mai departe de nucleu.

2. Dacă un electron absoarbe o anumită cantitate (destul de sigură pentru un anumit nivel) de energie, atunci va sări la următorul nivel de energie mai înalt. În schimb, dacă pierde aceeași cantitate de energie, se va întoarce la nivelul inițial. Cu toate acestea, un electron nu poate exista pe două niveluri de energie.

Această idee este ilustrată printr-o figură.

Porțiuni de energie pentru electroni

Modelul Bohr al atomului este de fapt o combinație de două idei diferite: modelul atomic al lui Rutherford cu electroni care se rotesc în jurul nucleului (în esență modelul planetar Bohr-Rutherford al atomului) și ideea lui Max Planck de cuantificare a energiei materiei, publicat în 1901. Un cuantic (plural - quanta) este cantitatea minimă de energie care poate fi absorbită sau emisă de o substanță. Este un fel de pas de discretizare pentru cantitatea de energie.

Dacă energia este comparată cu apa și doriți să o adăugați materiei sub formă de pahar, nu puteți doar să turnați apă într-un flux continuu. În schimb, îl poți adăuga în cantități mici, ca o linguriță. Bohr credea că, dacă electronii pot absorbi sau pot pierde doar cantități fixe de energie, atunci ar trebui să-și varieze energia doar cu aceste cantități fixe. Astfel, ei pot ocupa doar niveluri fixe de energie în jurul nucleului care corespund unor incremente cuantificate ale energiei lor.

Deci, din modelul Bohr crește o abordare cuantică pentru a explica care este structura atomului. Modelul planetar și modelul Bohr au fost un fel de pași de la fizica clasică la fizica cuantică, care este instrumentul principal în fizica microlumilor, inclusiv fizica atomică.

Au devenit un pas important în dezvoltarea fizicii. Modelul lui Rutherford a fost de mare importanță. Atomul ca sistem și particulele care îl alcătuiesc au fost studiate mai precis și în detaliu. Acest lucru a condus la dezvoltarea cu succes a unei științe precum fizica nucleară.

Idei antice despre structura materiei

Presupunerea că corpurile înconjurătoare sunt compuse din cele mai mici particule a fost făcută în antichitate. Gânditorii de atunci au reprezentat atomul ca fiind cea mai mică și indivizibilă particulă din orice substanță. Ei au susținut că nu există nimic în univers mai mic decât un atom. Astfel de opinii au fost susținute de marii oameni de știință și filozofi greci antici - Democrit, Lucretius, Epicur. Ipotezele acestor gânditori de astăzi sunt unite sub denumirea de „atomism antic”.

Spectacole medievale

Vremurile antichității au trecut, iar în Evul Mediu au existat și oameni de știință care au făcut diverse presupuneri despre structura substanțelor. Cu toate acestea, predominanța viziunilor filozofice religioase și puterea bisericii în acea perioadă a istoriei au zguduit din răsputeri orice încercări și aspirații ale minții umane către concluzii și descoperiri științifice materialiste. După cum știți, Inchiziția medievală s-a comportat foarte neprietenos cu reprezentanții lumii științifice din acea vreme. Rămâne de spus că mințile strălucitoare de atunci au avut o idee venită din antichitate despre indivizibilitatea atomului.

Cercetări în secolele al XVIII-lea și al XIX-lea

Secolul al XVIII-lea a fost marcat de descoperiri serioase în domeniul structurii elementare a materiei. În mare parte datorită eforturilor oamenilor de știință precum Antoine Lavoisier, Mihail Lomonosov și independent unul de celălalt, aceștia au reușit să demonstreze că atomii există cu adevărat. Dar problema structurii lor interne a rămas deschisă. Sfârșitul secolului al XVIII-lea a fost marcat de un eveniment atât de important în lumea științifică precum descoperirea sistemului periodic de elemente chimice de către D. I. Mendeleev. Aceasta a fost o descoperire cu adevărat puternică a acelei vremuri și a ridicat vălul asupra înțelegerii că toți atomii au o singură natură, că sunt legați între ei. Mai târziu, în secolul al XIX-lea, un alt pas important spre dezlegarea structurii atomului a fost dovada că oricare dintre ele conține un electron. Munca oamenilor de știință din această perioadă a pregătit un teren fertil pentru descoperirile secolului al XX-lea.

experimente Thomson

Fizicianul englez John Thomson a demonstrat în 1897 că compoziția atomilor include electroni cu sarcină negativă. În această etapă, ideile false că atomul este limita divizibilității oricărei substanțe au fost în cele din urmă distruse. Cum a reușit Thomson să demonstreze existența electronilor? În experimentele sale, omul de știință a plasat electrozi în gaze foarte rarefiate și a trecut un curent electric. Rezultatul au fost raze catodice. Thomson le-a studiat cu atenție caracteristicile și a descoperit că sunt un flux de particule încărcate care se mișcă cu viteză mare. Omul de știință a reușit să calculeze masa acestor particule și încărcătura lor. El a mai aflat că nu pot fi transformate în particule neutre, deoarece sarcina electrică este baza naturii lor. La fel au fost Thomson și creatorul primului model din lume al structurii atomului. Potrivit ei, un atom este o grămadă de materie încărcată pozitiv, în care electronii încărcați negativ sunt distribuiți uniform. Această structură explică neutralitatea generală a atomilor, deoarece sarcinile opuse se echilibrează reciproc. Experimentele lui John Thomson au devenit de neprețuit pentru continuarea studiului structurii atomului. Cu toate acestea, multe întrebări au rămas fără răspuns.

cercetarea lui Rutherford

Thomson a descoperit existența electronilor, dar nu a reușit să găsească particule încărcate pozitiv în atom. a corectat această neînțelegere în 1911. În timpul experimentelor, studiind activitatea particulelor alfa din gaze, el a descoperit că există particule încărcate pozitiv în atom. Rutherford a văzut că atunci când razele trec printr-un gaz sau printr-o placă metalică subțire, un număr mic de particule deviază brusc de la traiectoria mișcării. Au fost literalmente aruncați înapoi. Omul de știință a ghicit că acest comportament se datorează unei coliziuni cu particule încărcate pozitiv. Astfel de experimente i-au permis fizicianului să creeze modelul lui Rutherford al structurii atomului.

model planetar

Acum, ideile omului de știință erau oarecum diferite de presupunerile făcute de John Thomson. Modelele lor de atomi au devenit și ele diferite. i-a permis să creeze o teorie complet nouă în acest domeniu. Descoperirile omului de știință au fost de o importanță decisivă pentru dezvoltarea ulterioară a fizicii. Modelul lui Rutherford descrie un atom ca un nucleu situat în centru și electronii care se mișcă în jurul lui. Nucleul are o sarcină pozitivă, iar electronii o sarcină negativă. Modelul atomului lui Rutherford presupunea rotația electronilor în jurul nucleului de-a lungul anumitor traiectorii - orbite. Descoperirea omului de știință a ajutat la explicarea motivului deviației particulelor alfa și a devenit impulsul dezvoltării teoriei nucleare a atomului. În modelul atomic al lui Rutherford, există o analogie cu mișcarea planetelor sistemului solar în jurul soarelui. Aceasta este o comparație foarte precisă și vie. Prin urmare, modelul Rutherford, în care atomul se mișcă în jurul nucleului pe o orbită, a fost numit planetar.

Lucrări de Niels Bohr

Doi ani mai târziu, fizicianul danez Niels Bohr a încercat să combine ideile despre structura atomului cu proprietățile cuantice ale fluxului de lumină. Modelul nuclear al atomului al lui Rutherford a fost pus de om de știință ca bază a noii sale teorii. Potrivit lui Bohr, atomii se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare. O astfel de traiectorie de mișcare duce la accelerarea electronilor. În plus, interacțiunea Coulomb a acestor particule cu centrul atomului este însoțită de crearea și consumul de energie pentru a menține câmpul electromagnetic spațial care decurge din mișcarea electronilor. În astfel de condiții, particulele încărcate negativ trebuie să cadă într-o zi pe nucleu. Dar acest lucru nu se întâmplă, ceea ce indică o mai mare stabilitate a atomilor ca sisteme. Niels Bohr a realizat că legile termodinamicii clasice descrise de ecuațiile lui Maxwell nu funcționează în condiții intraatomice. Prin urmare, omul de știință și-a propus sarcina de a deriva noi modele care ar fi valabile în lumea particulelor elementare.

postulatele lui Bohr

În mare parte datorită faptului că modelul lui Rutherford a existat, atomul și componentele sale au fost bine studiate, Niels Bohr a putut să se apropie de crearea postulatelor sale. Primul dintre ele spune că un atom are la care nu își schimbă energia, în timp ce electronii se mișcă pe orbite fără a-și schimba traiectoria. Conform celui de-al doilea postulat, atunci când un electron se deplasează de pe o orbită pe alta, energia este eliberată sau absorbită. Este egal cu diferența dintre energiile stărilor anterioare și ulterioare ale atomului. În acest caz, dacă electronul sare pe o orbită mai aproape de nucleu, atunci apare radiația și invers. În ciuda faptului că mișcarea electronilor seamănă puțin cu o traiectorie orbitală situată strict într-un cerc, descoperirea lui Bohr a oferit o explicație excelentă pentru existența unui spectru de linii.Aproape în același timp, fizicienii Hertz și Frank, care au trăit în Germania , a confirmat teoria lui Niels Bohr despre existența stărilor staționare, stabile ale atomului și a posibilității de a schimba valorile energiei atomice.

Colaborarea a doi oameni de știință

Apropo, Rutherford nu a putut determina mult timp. Oamenii de știință Marsden și Geiger au încercat să verifice din nou afirmațiile lui Ernest Rutherford și, ca urmare a experimentelor și calculelor detaliate și amănunțite, au ajuns la concluzia că nucleul este cea mai importantă caracteristică a atomului și toată sarcina lui este concentrată în el. Ulterior s-a dovedit că valoarea sarcinii nucleului este numeric egală cu numărul ordinal al elementului din sistemul periodic de elemente al lui D. I. Mendeleev. Interesant este că Niels Bohr l-a întâlnit curând pe Rutherford și a fost pe deplin de acord cu părerile sale. Ulterior, oamenii de știință au lucrat împreună mult timp în același laborator. Modelul lui Rutherford, atomul ca sistem format din particule încărcate elementare - toate acestea Niels Bohr le-a considerat corecte și a lăsat deoparte modelul său electronic pentru totdeauna. Activitatea științifică comună a oamenilor de știință a fost de mare succes și a dat roade. Fiecare dintre ei sa adâncit în studiul proprietăților particulelor elementare și a făcut descoperiri semnificative pentru știință. Mai târziu, Rutherford a descoperit și a dovedit posibilitatea descompunerii nucleare, dar acesta este un subiect pentru un alt articol.

Modelul planetar al atomului

Model planetar al unui atom: nucleu (roșu) și electroni (verde)

Modelul planetar al atomului, sau Modelul Rutherford, - model istoric al structurii atomului, care a fost propus de Ernest Rutherford ca urmare a unui experiment cu împrăștierea particulelor alfa. Conform acestui model, atomul este format dintr-un nucleu mic încărcat pozitiv, în care este concentrată aproape întreaga masă a atomului, în jurul căruia se mișcă electronii, la fel cum se mișcă planetele în jurul Soarelui. Modelul planetar al atomului corespunde ideilor moderne despre structura atomului, ținând cont de faptul că mișcarea electronilor este de natură cuantică și nu este descrisă de legile mecanicii clasice. Din punct de vedere istoric, modelul planetar al lui Rutherford i-a succedat „modelului de budincă de prune” al lui Joseph John Thomson, care postulează că electronii încărcați negativ sunt plasați în interiorul unui atom încărcat pozitiv.

Rutherford a propus un nou model pentru structura atomului în 1911 ca o concluzie a unui experiment de împrăștiere a particulelor alfa pe folie de aur, efectuat sub conducerea sa. În timpul acestei împrăștieri, un număr neașteptat de mare de particule alfa au fost împrăștiate la unghiuri mari, ceea ce a indicat că centrul de împrăștiere a fost mic și o sarcină electrică semnificativă a fost concentrată în el. Calculele lui Rutherford au arătat că un centru de împrăștiere, încărcat pozitiv sau negativ, trebuie să fie de cel puțin 3000 de ori mai mic decât dimensiunea unui atom, care la acea vreme era deja cunoscut și estimat la aproximativ 10 -10 m. Deoarece electronii erau deja cunoscuți la în acel moment, iar masa și sarcina lor sunt determinate, apoi centrul de împrăștiere, care a fost numit mai târziu nucleu, trebuie să fi avut sarcina opusă electronilor. Rutherford nu a legat cantitatea de sarcină de numărul atomic. Această concluzie a fost făcută mai târziu. Și Rutherford însuși a sugerat că sarcina este proporțională cu masa atomică.

Dezavantajul modelului planetar era incompatibilitatea acestuia cu legile fizicii clasice. Dacă electronii se mișcă în jurul nucleului ca o planetă în jurul Soarelui, atunci mișcarea lor este accelerată și, prin urmare, conform legilor electrodinamicii clasice, ar trebui să radieze unde electromagnetice, să piardă energie și să cadă pe nucleu. Următorul pas în dezvoltarea modelului planetar a fost modelul Bohr, postulând alte legi, diferite de cele clasice, ale mișcării electronilor. Pe deplin contradicțiile electrodinamicii au putut rezolva mecanica cuantică.

Fundația Wikimedia. 2010 .

• Planetariul Eise Eisingi
• fantezie planetară

Vedeți ce este „Modelul planetar al atomului” în alte dicționare:

modelul planetar al atomului- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizica atitikmenys: angl. modelul atomului planetar vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. model planetar al atomului, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas

Modelul Bohr al atomului- Modelul Bohr al unui atom asemănător hidrogenului (sarcină de nucleu Z), în care un electron încărcat negativ este închis într-o înveliș atomic care înconjoară un nucleu atomic mic, încărcat pozitiv ... Wikipedia

Model (în știință)- Model (model franceză, modello italian, din latină modulus measure, measure, sample, norm), 1) un eșantion care servește ca standard (standard) pentru reproducerea în serie sau în masă (M. mașină, M. haine etc. . ), precum și tipul, marca oricărei ......

Model- I Model (Model) Walter (24 ianuarie 1891, Gentin, Prusia de Est, 21 aprilie 1945, lângă Duisburg), mareșal general nazist german (1944). În armată din 1909, a participat la primul război mondial din 1914 18. Din noiembrie 1940 a comandat al 3-lea tanc ... ... Marea Enciclopedie Sovietică

STRUCTURA ATOMULUI- (vezi) este construit din particule elementare de trei tipuri (vezi), (vezi) și (vezi), formând un sistem stabil. Protonul și neutronul fac parte din atomul (vezi), electronii formează un înveliș de electroni. Forțele acționează în nucleu (vezi), datorită căruia ...... Marea Enciclopedie Politehnică

Atom- Acest termen are alte semnificații, vezi Atom (sensuri). Atom de heliu Atom (din altă greacă ... Wikipedia

Rutherford Ernest- (1871 1937), fizician englez, unul dintre creatorii teoriei radioactivității și a structurii atomului, fondator al unei școli științifice, membru corespondent străin al Academiei Ruse de Științe (1922) și membru de onoare al Academiei URSS de Științe (1925). Născut în Noua Zeelandă, după absolvirea ...... Dicţionar enciclopedic

Άτομο

corpuscul- Atomul de heliu Atomul (un alt grecesc ἄτομος indivizibil) este cea mai mică parte a unui element chimic, care este purtătorul proprietăților sale. Un atom este format dintr-un nucleu atomic și un nor de electroni care îl înconjoară. Nucleul unui atom este format din protoni încărcați pozitiv și ... ... Wikipedia

corpusculi- Atomul de heliu Atomul (un alt grecesc ἄτομος indivizibil) este cea mai mică parte a unui element chimic, care este purtătorul proprietăților sale. Un atom este format dintr-un nucleu atomic și un nor de electroni care îl înconjoară. Nucleul unui atom este format din protoni încărcați pozitiv și ... ... Wikipedia

Cărți

• Un set de mese. Fizică. Nota 11 (15 mese), . Album educativ de 15 coli. Transformator. Inducția electromagnetică în tehnologia modernă. Lămpi electronice. Tub catodic. Semiconductori. dioda semiconductoare. tranzistor...

Ideea că atomii sunt cele mai mici particule de materie a apărut pentru prima dată în Grecia antică. Cu toate acestea, abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea, datorită muncii unor oameni de știință precum A. Lavoisier, M. V. Lomonosov și alții, s-a dovedit că atomii există cu adevărat. Cu toate acestea, în acele zile, nimeni nu se întreba care este structura lor internă. Oamenii de știință încă considerau atomii drept „cărămizi” indivizibile care alcătuiesc întreaga materie.

Încercările de a explica structura atomului

Cine a propus modelul nuclear în primul rând oamenii de știință? Prima încercare de a crea un model al acestor particule i-a aparținut lui J. Thomson. Cu toate acestea, nu poate fi numit succes în sensul deplin al cuvântului. La urma urmei, Thomson credea că atomul este un sistem sferic și neutru din punct de vedere electric. În același timp, omul de știință a presupus că sarcina pozitivă este distribuită uniform pe volumul acestei mingi, iar în interiorul acesteia există un nucleu încărcat negativ. Toate încercările omului de știință de a explica structura internă a atomului au fost fără succes. Ernest Rutherford este cel care a propus modelul nuclear al structurii atomului la câțiva ani după ce Thomson și-a prezentat teoria.

Istoria cercetării

Cu ajutorul studiului electrolizei din 1833, Faraday a reușit să stabilească că curentul din soluția de electrolit este un flux de particule încărcate sau ioni. Pe baza acestor studii, el a putut determina sarcina minimă a unui ion. Un rol important în dezvoltarea acestei direcții în fizică l-a jucat și chimistul domestic D. I. Mendeleev. El a fost primul care a ridicat în cercurile științifice întrebarea că toți atomii pot avea aceeași natură. Vedem că înainte ca modelul nuclear al structurii atomului al lui Rutherford să fie propus pentru prima dată, un număr mare de experimente la fel de importante au fost efectuate de o varietate de oameni de știință. Ei au avansat teoria atomistă a structurii materiei.

Primele experiențe

Rutherford este un om de știință cu adevărat genial, deoarece descoperirile sale au dat peste cap ideea structurii materiei. În 1911, a reușit să înființeze un experiment prin care cercetătorii au putut să se uite în adâncurile misterioase ale atomului, pentru a-și face o idee despre care este structura sa internă. Primele experimente au fost efectuate de om de știință cu sprijinul altor cercetători, dar rolul principal în descoperire i-a revenit în continuare lui Rutherford.

Experiment

Folosind surse naturale de radiații radioactive, Rutherford a reușit să construiască un tun care a emis un flux de particule alfa. Era o cutie din plumb, în ​​interiorul căreia se afla o substanță radioactivă. Tunul avea o fantă prin care toate particulele alfa loveau ecranul de plumb. Puteau zbura afară doar prin fantă. Mai multe ecrane au stat în calea acestui fascicul de particule radioactive.

Au separat particulele care au deviat de la direcția stabilită anterior. O țintă strict concentrată a lovit ținta. Rutherford a folosit o foaie subțire de folie de aur drept țintă. După ce particulele au lovit această foaie, și-au continuat mișcarea și în cele din urmă au lovit ecranul fluorescent, care a fost instalat în spatele acestei ținte. Când particulele alfa lovesc acest ecran, au fost înregistrate fulgerări, prin care omul de știință a putut judeca câte particule se abate de la direcția inițială atunci când se ciocnesc de folie și care este magnitudinea acestei abateri.

Diferențele față de experiențele anterioare

Elevii și elevii care sunt interesați de cei care au propus modelul nuclear al structurii atomului ar trebui să știe că experimente similare au fost efectuate în fizică înainte de Rutherford. Ideea lor principală a fost să colecteze cât mai multe informații despre structura atomului din abaterile particulelor de la traiectoria originală. Toate aceste studii au dus la acumularea unei anumite cantități de informații în știință, au provocat reflecție asupra structurii interne a celor mai mici particule.

Deja la începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință știau că atomul conține electroni care au o sarcină negativă. Dar în rândul majorității cercetătorilor, opinia predominantă a fost că atomul din interior este mai mult ca o rețea plină cu particule încărcate negativ. Astfel de experimente au făcut posibilă obținerea multor informații - de exemplu, pentru a determina dimensiunile geometrice ale atomilor.

ghicire de geniu

Rutherford a observat că niciunul dintre predecesorii săi nu a încercat vreodată să determine dacă particulele alfa se pot abate la unghiuri foarte mari de la traiectoria lor. Vechiul model, numit uneori „budincă de stafide” în rândul oamenilor de știință (deoarece conform acestui model, electronii din atom sunt distribuiți ca stafidele în budincă), pur și simplu nu permitea existența unor componente structurale dense în interiorul atomului. Niciunul dintre oamenii de știință nu s-a obosit să ia în considerare această opțiune. Cercetătorul i-a cerut studentului său să reechipeze instalația în așa fel încât să fie înregistrate și abateri mari ale particulelor de la traiectorie - doar pentru a exclude o astfel de posibilitate. Imaginați-vă surpriza atât a omului de știință, cât și a studentului său când s-a dovedit că unele particule zboară la un unghi de 180 o.

Ce se află în interiorul unui atom?

Am aflat cine a propus modelul nuclear al structurii atomului și care a fost experiența acestui om de știință. La acea vreme, experimentul lui Rutherford a fost o adevărată descoperire. El a fost forțat să concluzioneze că în interiorul atomului, cea mai mare parte a masei este închisă într-o substanță foarte densă. Schema modelului nuclear al structurii atomului este extrem de simplă: în interior se află un nucleu încărcat pozitiv.

Alte particule, numite electroni, se învârt în jurul acestui nucleu. Restul este mai puțin dens de câteva ordine de mărime. Dispunerea electronilor în interiorul unui atom nu este haotică - particulele sunt aranjate în ordinea creșterii energiei. Cercetătorul a numit părțile interne ale atomilor nuclee. Numele pe care omul de știință le-a introdus sunt încă folosite în știință.

Cum să te pregătești pentru lecție?

Acei școlari care sunt interesați de cei care au sugerat modelul nuclear al structurii atomului pot arăta cunoștințe suplimentare în lecție. De exemplu, puteți spune cum lui Rutherford, mult timp după experimentele sale, îi plăcea să dea o analogie pentru descoperirea sa. Țara sud-africană este introdusă ilegal cu arme pentru rebeli, care sunt închise în baloturi de bumbac. Cum pot vameșii să determine exact unde sunt proviziile periculoase dacă întregul tren este plin cu aceste baloturi? Vameșul poate începe să tragă în baloți și acolo unde gloanțele vor ricoșa și există o armă. Rutherford a subliniat că așa a fost făcută descoperirea sa.

Elevii care se pregătesc să răspundă pe această temă în lecție, este recomandabil să pregătească răspunsuri la următoarele întrebări:

1. Cine a propus modelul nuclear al structurii atomului?

2. Care a fost sensul experimentului?

3. Diferența modelului nuclear față de alte modele.

Semnificația teoriei lui Rutherford

Concluziile radicale pe care Rutherford le-a tras din experimentele sale i-au făcut pe mulți dintre contemporanii săi să se îndoiască de validitatea acestui model. Nici Rutherford însuși nu a făcut excepție - a publicat rezultatele cercetării sale la doar doi ani după descoperire. Luând ca bază ideile clasice despre cum se mișcă microparticulele, el a propus un model planetar nuclear al structurii atomului. În general, atomul are o sarcină neutră. Electronii se mișcă în jurul nucleului, la fel cum planetele se învârt în jurul soarelui. Această mișcare are loc datorită forțelor Coulomb. În acest moment, modelul lui Rutherford a suferit o rafinare semnificativă, dar descoperirea omului de știință nu își pierde actualitatea astăzi.