Ang masa ng mga electron ay ilang libong beses na mas mababa kaysa sa masa ng mga atomo. Dahil ang atom sa kabuuan ay neutral, samakatuwid, ang bulk ng atom ay nahuhulog sa positibong sisingilin nitong bahagi.

Para sa isang eksperimentong pag-aaral ng pamamahagi ng isang positibong singil, at samakatuwid ang masa sa loob ng atom, iminungkahi ni Rutherford noong 1906 na ilapat ang probing ng atom gamit ang α -mga particle. Ang mga particle na ito ay nagmumula sa pagkabulok ng radium at ilang iba pang elemento. Ang kanilang masa ay humigit-kumulang 8000 beses ang masa ng elektron, at ang positibong singil ay katumbas sa modulus sa dalawang beses sa singil ng elektron. Ang mga ito ay walang iba kundi mga ganap na ionized na helium atoms. Bilis α -napakalaki ng mga particle: ito ay 1/15 ng bilis ng liwanag.

Gamit ang mga particle na ito, binomba ni Rutherford ang mga atomo ng mabibigat na elemento. Ang mga electron, dahil sa kanilang maliit na masa, ay hindi maaaring kapansin-pansing baguhin ang tilapon α -Ang mga particle, tulad ng isang maliit na bato ng ilang sampu-sampung gramo sa isang banggaan sa isang kotse, ay hindi kapansin-pansing baguhin ang bilis nito. Scattering (pagbabago ng direksyon ng paggalaw) α -Ang mga particle ay maaaring maging sanhi lamang ng positibong sisingilin na bahagi ng atom. Kaya, sa pamamagitan ng pagkakalat α -Maaaring matukoy ng mga particle ang likas na katangian ng pamamahagi ng positibong singil at masa sa loob ng atom.

Ang isang radioactive na paghahanda, tulad ng radium, ay inilagay sa loob ng lead cylinder 1, kung saan ang isang makitid na channel ay drilled. bundle α -Ang mga particle mula sa channel ay nahulog sa manipis na foil 2 ng materyal na pinag-aaralan (ginto, tanso, atbp.). Pagkatapos magkalat α -nahulog ang mga particle sa isang translucent na screen 3 na pinahiran ng zinc sulfide. Ang banggaan ng bawat butil sa screen ay sinamahan ng isang flash ng liwanag (scintillation), na maaaring obserbahan sa isang mikroskopyo 4. Ang buong apparatus ay inilagay sa isang sisidlan kung saan ang hangin ay lumikas.

Sa isang mahusay na vacuum sa loob ng aparato, sa kawalan ng foil, isang maliwanag na bilog ang lumitaw sa screen, na binubuo ng mga scintillation na dulot ng isang manipis na sinag α -mga particle. Ngunit nang ilagay ang foil sa daanan ng sinag, α -Ang mga particle dahil sa pagkalat ay ipinamahagi sa screen sa isang bilog ng mas malaking lugar. Binago ang pang-eksperimentong setup, sinubukan ni Rutherford na makita ang paglihis α -mga particle sa malalaking anggulo. Medyo hindi inaasahan, ito ay naging isang maliit na bilang α -mga partikulo (mga isa sa dalawang libo) ay lumihis sa mga anggulo na higit sa 90°. Nang maglaon, inamin iyon ni Rutherford, na nag-alok sa kanyang mga estudyante ng isang eksperimento upang obserbahan ang pagkalat α -mga particle sa malalaking anggulo, siya mismo ay hindi naniniwala sa isang positibong resulta. "Ito ay halos hindi kapani-paniwala," sabi ni Rutherford, "na parang nagpaputok ka ng isang 15-pulgada na projectile sa isang piraso ng manipis na papel, at ang projectile ay bumalik sa iyo at tinamaan ka." Sa katunayan, imposibleng mahulaan ang resultang ito batay sa modelong Thomson. Kapag ipinamahagi sa buong atom, ang isang positibong singil ay hindi makakalikha ng isang sapat na matinding electric field na may kakayahang itapon ang a-particle pabalik. Ang pinakamataas na puwersa ng pagtanggi ay tinutukoy ng batas ng Coulomb:

kung saan q α - singilin α -mga particle; q ay ang positibong singil ng atom; r ang radius nito; k - koepisyent ng proporsyonalidad. Ang lakas ng electric field ng isang bola na may pare-parehong sisingilin ay pinakamataas sa ibabaw ng bola at bumababa sa zero habang papalapit ito sa gitna. Samakatuwid, kung mas maliit ang radius r, mas malaki ang puwersa ng salungat α -mga particle.

Pagtukoy sa laki ng atomic nucleus. Napagtanto iyon ni Rutherford α -ang particle ay maitatapon lamang pabalik kung ang positibong singil ng atom at ang masa nito ay puro sa isang napakaliit na rehiyon ng espasyo. Kaya't nagkaroon si Rutherford ng ideya ng atomic nucleus - isang katawan ng maliit na sukat, kung saan halos lahat ng masa at lahat ng positibong singil ng atom ay puro.

Modelo ng planeta ng atom, o modelo ng Rutherford, - ang makasaysayang modelo ng istraktura ng atom, na iminungkahi ni Ernest Rutherford bilang resulta ng isang eksperimento sa pagkalat ng mga particle ng alpha. Ayon sa modelong ito, ang atom ay binubuo ng isang maliit na positibong sisingilin na nucleus, kung saan halos lahat ng masa ng atom ay puro, kung saan gumagalaw ang mga electron, tulad ng paggalaw ng mga planeta sa paligid ng araw. Ang planetaryong modelo ng atom ay tumutugma sa mga modernong ideya tungkol sa istraktura ng atom, na isinasaalang-alang ang katotohanan na ang paggalaw ng mga electron ay isang quantum na kalikasan at hindi inilarawan ng mga batas ng klasikal na mekanika. Sa kasaysayan, pinalitan ng planetary model ni Rutherford ang "plum pudding model" ni Joseph John Thomson, na nag-post na ang mga electron na may negatibong charge ay inilalagay sa loob ng isang atom na may positibong charge.

Ang unang impormasyon tungkol sa complex ang istraktura ng atom ay nakuha sa pag-aaral ng mga proseso ng pagpasa ng electric current sa pamamagitan ng mga likido. Sa thirties ng XIX na siglo. Ang mga eksperimento ng natitirang physicist na si M. Faraday ay nagmungkahi na ang kuryente ay umiiral sa anyo ng mga hiwalay na singil sa yunit.

Ang pagtuklas ng kusang pagkabulok ng mga atomo ng ilang elemento, na tinatawag na radioactivity, ay direktang katibayan ng pagiging kumplikado ng istraktura ng atom. Noong 1902, pinatunayan ng mga siyentipikong Ingles na sina Ernest Rutherford at Frederick Soddy na sa panahon ng radioactive decay, ang isang uranium atom ay nagiging dalawang atomo - isang thorium atom at isang helium atom. Nangangahulugan ito na ang mga atomo ay hindi nababago, hindi nasisira na mga particle.

Rutherford modelo ng atom

Sa pagsisiyasat sa pagdaan ng isang makitid na sinag ng mga particle ng alpha sa pamamagitan ng manipis na mga layer ng matter, natagpuan ni Rutherford na karamihan sa mga particle ng alpha ay dumadaan sa isang metal foil na binubuo ng maraming libu-libong mga layer ng mga atom nang hindi lumilihis mula sa orihinal na direksyon, nang hindi nakakaranas ng pagkalat, na parang mayroong walang balakid sa kanilang landas.walang balakid. Gayunpaman, ang ilang mga particle ay pinalihis sa malalaking anggulo, na nakaranas ng pagkilos ng malalaking pwersa.

Batay sa mga resulta ng mga eksperimento upang obserbahan ang pagkalat ng mga particle ng alpha sa bagay Iminungkahi ni Rutherford ang isang planetaryong modelo ng istruktura ng atom. Ayon sa modelong ito ang istraktura ng atom ay katulad ng istraktura ng solar system. Sa gitna ng bawat atom ay positibong sisingilin ang nucleus na may radius na ≈ 10 -10 m, tulad ng mga planeta, sila ay umiikot mga electron na may negatibong singil. Halos lahat ng masa ay puro sa atomic nucleus. Ang mga particle ng alpha ay maaaring dumaan sa libu-libong layer ng mga atom nang hindi nagkakalat, dahil ang karamihan sa espasyo sa loob ng mga atom ay walang laman, at ang mga banggaan sa mga light electron ay halos walang epekto sa paggalaw ng isang mabigat na alpha particle. Ang pagkalat ng mga particle ng alpha ay nangyayari sa mga banggaan sa atomic nuclei.

Nabigo ang modelo ng atom ni Rutherford na ipaliwanag ang lahat ng katangian ng mga atomo.

Ayon sa mga batas ng klasikal na pisika, ang isang atom na binubuo ng isang positibong sisingilin na nucleus at mga electron sa mga pabilog na orbit ay dapat magpalabas ng mga electromagnetic wave. Ang radiation ng mga electromagnetic wave ay dapat humantong sa isang pagbawas sa potensyal na enerhiya sa nucleus-electron system, sa isang unti-unting pagbaba sa radius ng electron orbit at ang pagbagsak ng electron papunta sa nucleus. Gayunpaman, ang mga atomo ay karaniwang hindi naglalabas ng mga electromagnetic wave, ang mga electron ay hindi nahuhulog sa atomic nuclei, iyon ay, ang mga atom ay matatag.

Quantum postulates ng N. Bohr

Upang ipaliwanag ang katatagan ng mga atomo Niels Bohr iminungkahi na talikuran ang karaniwang mga klasikal na ideya at batas kapag nagpapaliwanag ng mga katangian ng mga atomo.

Ang mga pangunahing katangian ng mga atomo ay tumatanggap ng pare-parehong husay na paliwanag batay sa pag-aampon quantum postulates ng N. Bohr.

1. Ang electron ay umiikot sa paligid ng nucleus lamang sa mahigpit na tinukoy (nakatigil) na pabilog na mga orbit.

2. Ang isang atomic system ay maaari lamang sa ilang mga nakatigil o quantum na estado, na ang bawat isa ay tumutugma sa isang tiyak na enerhiya E. Ang isang atom ay hindi nagpapalabas ng enerhiya sa mga nakatigil na estado.

Nakatigil na estado ng atom na may pinakamababang halaga ng enerhiya ay tinatawag pangunahing estado, lahat ng ibang estado ay tinatawag excited (quantum) states. Sa ground state, ang isang atom ay maaaring walang katapusan na mahaba, ang buhay ng isang atom sa isang excited na estado ay tumatagal ng 10 -9 -10 -7 segundo.

3. Ang paglabas o pagsipsip ng enerhiya ay nangyayari lamang kapag ang isang atom ay pumasa mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa. Ang enerhiya ng isang electromagnetic radiation quantum sa panahon ng paglipat mula sa isang nakatigil na estado na may enerhiya E m sa isang estado ng enerhiya E n ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng isang atom sa dalawang quantum states:

∆E = E m – E n = hv,

saan v ay ang dalas ng radiation, h\u003d 2ph \u003d 6.62 ∙ 10 -34 J ∙ s.

Quantum model ng istraktura ng atom

Sa hinaharap, ang ilang mga probisyon ng teorya ni N. Bohr ay dinagdagan at pinag-isipang muli. Ang pinaka makabuluhang pagbabago ay ang pagpapakilala ng konsepto ng isang electron cloud, na pinalitan ang konsepto ng isang electron bilang isang particle lamang. Nang maglaon, ang teorya ni Bohr ay pinalitan ng quantum theory, na isinasaalang-alang ang mga katangian ng alon ng electron at iba pang elementarya na mga particle na bumubuo sa atom.

batayan modernong teorya ng istruktura ng atom ay isang planetary model, dinagdagan at pinahusay. Ayon sa teoryang ito, ang nucleus ng isang atom ay binubuo ng mga proton (positively charged particles) at neurons (uncharged particles). At sa paligid ng nucleus, ang mga electron (mga particle na may negatibong sisingilin) ​​ay gumagalaw sa mga hindi tiyak na trajectory.

May tanong ka ba? Gusto mo bang malaman ang higit pa tungkol sa mga modelo ng atomic structure?
Upang makakuha ng tulong ng isang tutor - magparehistro.
Ang unang aralin ay libre!

site, na may buo o bahagyang pagkopya ng materyal, ang isang link sa pinagmulan ay kinakailangan.

Ang planetaryong modelo ng atom ay iminungkahi ni E. Rutherford noong 1910. Ang mga unang pag-aaral ng istraktura ng atom ay ginawa niya sa tulong ng mga particle ng alpha. Batay sa mga resulta na nakuha sa mga eksperimento sa kanilang pagkalat, iminungkahi ni Rutherford na ang lahat ng positibong singil ng atom ay puro sa isang maliit na nucleus sa gitna nito. Sa kabilang banda, ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay ipinamamahagi sa kabuuan ng natitirang dami nito.

Isang maliit na background

Ang unang makikinang na hula tungkol sa pagkakaroon ng mga atomo ay ginawa ng sinaunang Griyegong siyentipiko na si Democritus. Simula noon, ang ideya ng pagkakaroon ng mga atomo, ang mga kumbinasyon na nagbibigay ng lahat ng mga sangkap sa paligid natin, ay hindi umalis sa imahinasyon ng mga tao ng agham. Paminsan-minsan, ang iba't ibang mga kinatawan nito ay bumaling dito, ngunit hanggang sa simula ng ika-19 na siglo, ang kanilang mga konstruksyon ay mga hypotheses lamang, hindi suportado ng pang-eksperimentong data.

Sa wakas, noong 1804, higit sa isang daang taon bago lumitaw ang planetaryong modelo ng atom, ang Ingles na siyentipiko na si John Dalton ay nagbigay ng ebidensya para sa pagkakaroon nito at ipinakilala ang konsepto ng atomic weight, na siyang unang quantitative na katangian. Tulad ng mga nauna sa kanya, naisip niya na ang mga atom ay ang pinakamaliit na piraso ng bagay, tulad ng mga solidong bola, na hindi maaaring hatiin sa kahit na mas maliit na mga particle.

Pagtuklas ng electron at ang unang modelo ng atom

Halos isang siglo ang lumipas nang, sa wakas, sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, ang Englishman na si J. J. Thomson, ay natuklasan ang unang subatomic particle, ang negatively charged electron. Dahil ang mga atom ay neutral sa kuryente, naisip ni Thomson na dapat silang binubuo ng isang positibong sisingilin na nucleus na may mga electron na nakakalat sa buong volume nito. Batay sa iba't ibang mga eksperimentong resulta, noong 1898 iminungkahi niya ang kanyang modelo ng atom, na kung minsan ay tinatawag na "plums sa isang puding", dahil ang atom sa loob nito ay kinakatawan bilang isang globo na puno ng ilang positibong sisingilin na likido, kung saan ang mga electron ay naka-embed, bilang " mga plum sa puding. Ang radius ng naturang spherical na modelo ay humigit-kumulang 10 -8 cm. Ang kabuuang positibong singil ng likido ay simetriko at pare-parehong balanse ng mga negatibong singil ng mga electron, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

Ang modelong ito ay kasiya-siyang ipinaliwanag ang katotohanan na kapag ang isang sangkap ay pinainit, nagsisimula itong maglabas ng liwanag. Bagaman ito ang unang pagtatangka upang maunawaan kung ano ang isang atom, nabigo itong masiyahan ang mga resulta ng mga eksperimento na isinagawa nang maglaon ni Rutherford at ng iba pa. Sumang-ayon si Thomson noong 1911 na hindi lang masasagot ng kanyang modelo kung paano at bakit nangyayari ang pagkalat ng mga α-ray na naobserbahan sa mga eksperimento. Samakatuwid, ito ay inabandona, at ito ay pinalitan ng isang mas perpektong planetaryong modelo ng atom.

Paano pa rin nakaayos ang atom?

Nagbigay ng paliwanag si Ernest Rutherford sa kababalaghan ng radyaktibidad na nagpanalo sa kanya ng Nobel Prize, ngunit ang kanyang pinakamahalagang kontribusyon sa agham ay dumating nang maglaon, nang itatag niya na ang atom ay binubuo ng isang siksik na nucleus na napapalibutan ng mga orbit ng mga electron, tulad ng Araw na napapalibutan. sa pamamagitan ng mga orbit ng mga planeta.

Ayon sa planetary model ng isang atom, karamihan sa masa nito ay puro sa isang maliit (kumpara sa laki ng buong atom) nucleus. Ang mga electron ay gumagalaw sa paligid ng nucleus, naglalakbay sa hindi kapani-paniwalang bilis, ngunit karamihan sa dami ng mga atom ay walang laman na espasyo.

Ang sukat ng nucleus ay napakaliit na ang diameter nito ay 100,000 beses na mas maliit kaysa sa isang atom. Ang diameter ng nucleus ay tinantya ni Rutherford bilang 10 -13 cm, sa kaibahan sa laki ng atom - 10 -8 cm. Sa labas ng nucleus, ang mga electron ay umiikot dito sa mataas na bilis, na nagreresulta sa mga puwersang sentripugal na nagbabalanse sa mga puwersang electrostatic. ng atraksyon sa pagitan ng mga proton at electron.

Mga eksperimento ni Rutherford

Ang planetaryong modelo ng atom ay lumitaw noong 1911, pagkatapos ng sikat na eksperimento na may gintong foil, na naging posible upang makakuha ng ilang pangunahing impormasyon tungkol sa istraktura nito. Ang landas ni Rutherford sa pagtuklas ng atomic nucleus ay isang magandang halimbawa ng papel ng pagkamalikhain sa agham. Ang kanyang paghahanap ay nagsimula noong 1899 nang matuklasan niya na ang ilang mga elemento ay naglalabas ng mga particle na may positibong charge na maaaring tumagos sa anumang bagay. Tinawag niya ang mga particle na ito na alpha (α) na mga particle (ngayon alam na natin na sila ay helium nuclei). Tulad ng lahat ng mahuhusay na siyentipiko, mausisa si Rutherford. Iniisip niya kung ang mga particle ng alpha ay maaaring gamitin upang malaman ang istraktura ng isang atom. Nagpasya si Rutherford na itutok ang isang sinag ng mga particle ng alpha sa isang sheet ng napakanipis na gintong foil. Pinili niya ang ginto dahil nakakagawa ito ng mga sheet na kasingninipis ng 0.00004 cm. Sa likod ng isang sheet ng gold foil, naglagay siya ng screen na kumikinang kapag tumama ang mga alpha particle dito. Ginamit ito upang makita ang mga particle ng alpha pagkatapos na dumaan sila sa foil. Ang isang maliit na hiwa sa screen ay nagbigay-daan sa alpha particle beam na maabot ang foil pagkatapos lumabas sa pinagmulan. Ang ilan sa kanila ay dapat dumaan sa foil at magpatuloy sa paglipat sa parehong direksyon, habang ang iba pang bahagi ay dapat na tumalbog sa foil at maipakita sa matalim na mga anggulo. Maaari mong makita ang scheme ng eksperimento sa figure sa ibaba.

Ano ang nangyari sa eksperimento ni Rutherford?

Batay sa modelo ng atom ni J. J. Thomson, ipinalagay ni Rutherford na ang mga solidong rehiyon ng positibong singil na pumupuno sa buong volume ng mga atomo ng ginto ay lilihis o baluktot ang mga trajectory ng lahat ng mga particle ng alpha habang dumaan sila sa foil.

Gayunpaman, ang karamihan sa mga particle ng alpha ay dumaan mismo sa gold foil na parang wala doon. Para silang dumaan sa bakanteng espasyo. Iilan lamang sa kanila ang lumihis sa tuwid na landas, gaya ng inaakala noong simula. Nasa ibaba ang isang plot ng bilang ng mga particle na nakakalat sa kani-kanilang direksyon kumpara sa anggulo ng scattering.

Nakapagtataka, ang isang maliit na porsyento ng mga particle ay tumalbog pabalik mula sa foil, tulad ng isang basketball na tumatalbog mula sa isang backboard. Napagtanto ni Rutherford na ang mga paglihis na ito ay resulta ng isang direktang banggaan sa pagitan ng mga particle ng alpha at ng mga positibong sisingilin na bahagi ng atom.

Ang nucleus ay nasa gitnang yugto

Batay sa hindi gaanong porsyento ng mga particle ng alpha na makikita mula sa foil, maaari nating tapusin na ang lahat ng positibong singil at halos lahat ng masa ng atom ay puro sa isang maliit na lugar, at ang natitirang bahagi ng atom ay halos walang laman na espasyo. Tinawag ni Rutherford ang lugar ng puro positibong singil na nucleus. Hinulaan niya at sa lalong madaling panahon natuklasan niya na naglalaman ito ng mga particle na may positibong charge, na pinangalanan niyang mga proton. Inihula ni Rutherford ang pagkakaroon ng mga neutral na atomic na particle na tinatawag na neutrons, ngunit nabigo siyang makita ang mga ito. Gayunpaman, natuklasan sila ng kanyang estudyanteng si James Chadwick makalipas ang ilang taon. Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng istraktura ng nucleus ng isang uranium atom.

Ang mga atomo ay binubuo ng mabibigat na nuclei na may positibong charge na napapalibutan ng mga negatibong sisingilin na sobrang magaan na mga particle-mga electron na umiikot sa paligid nila, at sa ganoong bilis na ang mga mekanikal na puwersang sentripugal ay binabalanse lamang ang kanilang electrostatic na atraksyon sa nucleus, at sa koneksyon na ito ang katatagan ng atom ay di-umano'y natiyak.

Ang mga disadvantages ng modelong ito

Ang pangunahing ideya ni Rutherford ay nauugnay sa ideya ng isang maliit na atomic nucleus. Ang palagay tungkol sa mga orbit ng mga electron ay purong haka-haka. Hindi niya alam kung saan at paano umiikot ang mga electron sa nucleus. Samakatuwid, hindi ipinaliwanag ng planetary model ni Rutherford ang pamamahagi ng mga electron sa mga orbit.

Bilang karagdagan, ang katatagan ng Rutherford atom ay posible lamang sa patuloy na paggalaw ng mga electron sa mga orbit nang walang pagkawala ng kinetic energy. Ngunit ipinakita ng mga kalkulasyon ng electrodynamic na ang paggalaw ng mga electron kasama ang anumang curvilinear trajectories, na sinamahan ng isang pagbabago sa direksyon ng velocity vector at ang hitsura ng isang kaukulang acceleration, ay hindi maaaring hindi sinamahan ng paglabas ng electromagnetic energy. Sa kasong ito, ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, ang kinetic energy ng electron ay dapat na napakabilis na ginugol sa radiation, at dapat itong mahulog sa nucleus, tulad ng ipinapakita sa eskematiko sa figure sa ibaba.

Ngunit hindi ito nangyayari, dahil ang mga atomo ay matatag na mga pormasyon. Isang tipikal na pang-agham na kontradiksyon ang lumitaw sa pagitan ng modelo ng phenomenon at ng pang-eksperimentong data.

Mula Rutherford hanggang Niels Bohr

Ang susunod na malaking hakbang sa kasaysayan ng atom ay dumating noong 1913, nang ang Danish na siyentipiko na si Niels Bohr ay naglathala ng isang paglalarawan ng isang mas detalyadong modelo ng atom. Mas malinaw niyang tinukoy ang mga lugar kung saan maaaring naroroon ang mga electron. Bagama't ang mga susunod na siyentipiko ay bubuo ng mas sopistikadong mga disenyo ng atom, ang modelo ng atom ng Bohr ay karaniwang tama, at karamihan sa mga ito ay tinatanggap pa rin ngayon. Mayroon itong maraming kapaki-pakinabang na aplikasyon, halimbawa, ginagamit ito upang ipaliwanag ang mga katangian ng iba't ibang elemento ng kemikal, ang likas na katangian ng kanilang spectrum ng radiation at ang istraktura ng atom. Ang planetary model at ang Bohr model ay ang pinakamahalagang milestone na nagmarka ng paglitaw ng isang bagong direksyon sa physics - ang physics ng microworld. Natanggap ni Bohr ang 1922 Nobel Prize sa Physics para sa kanyang mga kontribusyon sa aming pag-unawa sa istraktura ng atom.

Ano ang bagong dinala ni Bohr sa modelo ng atom?

Noong binata pa, nagtrabaho si Bohr sa laboratoryo ni Rutherford sa England. Dahil ang konsepto ng mga electron ay hindi gaanong binuo sa modelo ni Rutherford, nakatuon si Bohr sa kanila. Bilang resulta, ang planetaryong modelo ng atom ay makabuluhang napabuti. Ang mga postulate ni Bohr, na kanyang binuo sa kanyang artikulong "On the Structure of Atoms and Molecules", na inilathala noong 1913, ay nagbabasa:

1. Ang mga electron ay maaaring gumalaw sa paligid ng nucleus lamang sa mga nakapirming distansya mula dito, na tinutukoy ng dami ng enerhiya na mayroon sila. Tinawag niya ang mga nakapirming antas na mga antas ng enerhiya o mga shell ng elektron. Iniisip sila ni Bohr bilang mga concentric sphere, na may isang nucleus sa gitna ng bawat isa. Sa kasong ito, ang mga electron na may mas mababang enerhiya ay matatagpuan sa mas mababang antas, mas malapit sa nucleus. Ang mga may mas maraming enerhiya ay matatagpuan sa mas mataas na antas, mas malayo sa core.

2. Kung ang isang electron ay sumisipsip ng ilang (medyo tiyak para sa isang naibigay na antas) na halaga ng enerhiya, pagkatapos ito ay talon sa susunod, mas mataas na antas ng enerhiya. Sa kabaligtaran, kung mawalan siya ng parehong dami ng enerhiya, babalik siya sa kanyang orihinal na antas. Gayunpaman, ang isang elektron ay hindi maaaring umiral sa dalawang antas ng enerhiya.

Ang ideyang ito ay inilalarawan ng isang pigura.

Mga bahagi ng enerhiya para sa mga electron

Ang modelong Bohr ng atom ay aktwal na kumbinasyon ng dalawang magkaibang ideya: ang atomic na modelo ni Rutherford na may mga electron na umiikot sa nucleus (esensyal ang planetaryong Bohr-Rutherford na modelo ng atom), at ang ideya ni Max Planck sa pagsukat ng enerhiya ng bagay, inilathala noong 1901. Ang quantum (pangmaramihang - quanta) ay ang pinakamababang dami ng enerhiya na maaaring masipsip o mailabas ng isang sangkap. Ito ay isang uri ng discretization na hakbang para sa dami ng enerhiya.

Kung ang enerhiya ay inihambing sa tubig at nais mong idagdag ito sa bagay sa anyo ng isang baso, hindi mo maaaring basta-basta magbuhos ng tubig sa isang tuluy-tuloy na batis. Sa halip, maaari mo itong idagdag sa maliit na halaga, tulad ng isang kutsarita. Naniniwala si Bohr na kung ang mga electron ay maaari lamang sumipsip o mawalan ng mga nakapirming halaga ng enerhiya, dapat lamang nilang ibahin ang kanilang enerhiya sa pamamagitan ng mga nakapirming halaga na ito. Kaya, maaari lamang nilang sakupin ang mga nakapirming antas ng enerhiya sa paligid ng nucleus na tumutugma sa mga quantized na pagtaas ng kanilang enerhiya.

Kaya't mula sa modelo ng Bohr ay lumalaki ang isang quantum approach sa pagpapaliwanag kung ano ang istraktura ng atom. Ang modelong planetary at ang modelong Bohr ay isang uri ng mga hakbang mula sa klasikal na pisika hanggang sa quantum physics, na siyang pangunahing kasangkapan sa physics ng microworld, kabilang ang atomic physics.

Lecture: Modelo ng planeta ng atom

Ang istraktura ng atom

Ang pinakatumpak na paraan upang matukoy ang istraktura ng anumang sangkap ay spectral analysis. Ang radiation ng bawat atom ng isang elemento ay eksklusibong indibidwal. Gayunpaman, bago maunawaan kung paano nangyayari ang spectral analysis, alamin natin kung anong istraktura mayroon ang isang atom ng anumang elemento.

Ang unang palagay tungkol sa istruktura ng atom ay ipinakita ni J. Thomson. Ang siyentipikong ito ay nag-aaral ng mga atomo sa loob ng mahabang panahon. Bukod dito, siya ang nagmamay-ari ng pagtuklas ng elektron - kung saan natanggap niya ang Nobel Prize. Ang modelo na iminungkahi ni Thomson ay walang kinalaman sa katotohanan, ngunit nagsilbi bilang isang malakas na insentibo para pag-aralan ni Rutherford ang istruktura ng atom. Ang modelong iminungkahi ni Thomson ay tinawag na "raisin pudding".

Naniniwala si Thomson na ang atom ay isang solidong bola na may negatibong singil sa kuryente. Upang mabayaran ito, ang mga electron ay interspersed sa bola, tulad ng mga pasas. Sa kabuuan, ang singil ng mga electron ay tumutugma sa singil ng buong nucleus, na ginagawang neutral ang atom.

Sa panahon ng pag-aaral ng istraktura ng atom, napag-alaman na ang lahat ng mga atomo sa mga solido ay gumagawa ng oscillatory motions. At, tulad ng alam mo, ang anumang gumagalaw na butil ay nagpapalabas ng mga alon. Iyon ang dahilan kung bakit ang bawat atom ay may sariling spectrum. Gayunpaman, ang mga pahayag na ito ay hindi umaangkop sa modelo ng Thomson sa anumang paraan.

Ang karanasan ni Rutherford

Upang kumpirmahin o pabulaanan ang modelo ni Thomson, iminungkahi ni Rutherford ang isang eksperimento na nagresulta sa pambobomba ng isang atom ng ilang elemento ng mga particle ng alpha. Bilang resulta ng eksperimentong ito, mahalagang makita kung paano kikilos ang particle.

Natuklasan ang mga particle ng alpha bilang resulta ng radioactive decay ng radium. Ang kanilang mga stream ay mga alpha ray, na ang bawat particle ay may positibong singil. Bilang resulta ng maraming pag-aaral, natukoy na ang alpha particle ay parang helium atom, kung saan walang mga electron. Gamit ang kasalukuyang kaalaman, alam natin na ang alpha particle ay ang nucleus ng helium, habang naniniwala si Rutherford na ang mga ito ay helium ions.

Ang bawat particle ng alpha ay may napakalaking enerhiya, bilang isang resulta kung saan maaari itong lumipad sa mga atom na pinag-uusapan sa mataas na bilis. Samakatuwid, ang pangunahing resulta ng eksperimento ay upang matukoy ang anggulo ng pagpapalihis ng butil.

Para sa eksperimento, gumamit si Rutherford ng manipis na gintong foil. Itinuro niya ang mga high-speed alpha particle dito. Ipinapalagay niya na bilang resulta ng eksperimentong ito, ang lahat ng mga particle ay lilipad sa foil, at may maliliit na paglihis. Gayunpaman, upang malaman ang tiyak, inutusan niya ang kanyang mga estudyante na suriin kung mayroong anumang malalaking paglihis sa mga particle na ito.

Ang resulta ng eksperimento ay lubos na nagulat sa lahat, dahil maraming mga particle ay hindi lamang lumihis ng isang sapat na malaking anggulo - ang ilang mga anggulo ng pagpapalihis ay umabot ng higit sa 90 degrees.

Ang mga resulta na ito ay lubos na nagulat sa lahat, sinabi ni Rutherford na parang isang piraso ng papel ang inilagay sa landas ng mga projectiles, na hindi pinapayagan ang alpha particle na tumagos sa loob, bilang isang resulta kung saan ito ay bumalik.

Kung ang atom ay talagang solid, kung gayon ito ay dapat magkaroon ng ilang electric field, na nagpabagal sa particle. Gayunpaman, ang lakas ng patlang ay hindi sapat upang pigilan siya nang lubusan, lalo pa't itulak siya pabalik. Nangangahulugan ito na ang modelo ni Thomson ay pinabulaanan. Kaya nagsimulang magtrabaho si Rutherford sa isang bagong modelo.

Upang makuha ang resulta ng eksperimento, kinakailangang ituon ang positibong singil sa mas maliit na halaga, na nagreresulta sa isang mas malaking electric field. Gamit ang field potential formula, matutukoy mo ang kinakailangang laki ng isang positibong particle na maaaring magtaboy ng alpha particle sa kabilang direksyon. Ang radius nito ay dapat na nasa pagkakasunud-sunod ng maximum 10 -15 m. Iyon ang dahilan kung bakit iminungkahi ni Rutherford ang planetaryong modelo ng atom.

Ang modelong ito ay pinangalanan para sa isang dahilan. Ang katotohanan ay sa loob ng atom ay may positibong sisingilin na nucleus, katulad ng Araw sa solar system. Ang mga electron ay umiikot sa nucleus na parang mga planeta. Ang solar system ay nakaayos sa paraang ang mga planeta ay naaakit sa Araw sa tulong ng mga puwersa ng gravitational, gayunpaman, hindi sila nahuhulog sa ibabaw ng Araw bilang resulta ng magagamit na bilis na nagpapanatili sa kanila sa kanilang orbit. Ang parehong bagay ay nangyayari sa mga electron - ang mga puwersa ng Coulomb ay umaakit ng mga electron sa nucleus, ngunit dahil sa pag-ikot, hindi sila nahuhulog sa ibabaw ng nucleus.

Ang isang palagay ni Thomson ay naging ganap na tama - ang kabuuang singil ng mga electron ay tumutugma sa singil ng nucleus. Gayunpaman, bilang isang resulta ng isang malakas na pakikipag-ugnayan, ang mga electron ay maaaring ma-knock out sa kanilang orbit, bilang isang resulta kung saan ang singil ay hindi nabayaran at ang atom ay nagiging isang positibong sisingilin na ion.

Ang napakahalagang impormasyon tungkol sa istruktura ng atom ay ang halos lahat ng masa ng atom ay puro sa nucleus. Halimbawa, ang isang hydrogen atom ay may isang elektron lamang, na ang masa ay higit sa isa at kalahating libong beses na mas mababa kaysa sa masa ng nucleus.

Noong 1903, iminungkahi ng Ingles na siyentipiko na si Thomson ang isang modelo ng atom, na pabirong tinatawag na "bun with raisins." Ayon sa kanya, ang isang atom ay isang globo na may pare-parehong positibong singil, kung saan ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay pinagsalitan tulad ng mga pasas.

Gayunpaman, ang mga karagdagang pag-aaral ng atom ay nagpakita na ang teoryang ito ay hindi mapanghawakan. At pagkaraan ng ilang taon, isa pang Ingles na physicist, si Rutherford, ang nagsagawa ng serye ng mga eksperimento. Batay sa mga resulta, bumuo siya ng hypothesis tungkol sa istruktura ng atom, na kinikilala pa rin sa buong mundo.

Ang karanasan ni Rutherford: ang panukala ng kanyang modelo ng atom

Sa kanyang mga eksperimento, ipinasa ni Rutherford ang isang sinag ng mga particle ng alpha sa pamamagitan ng manipis na gintong foil. Pinili ang ginto para sa plasticity nito, na naging posible upang lumikha ng isang napakanipis na foil, halos isang layer ng mga molekula ang makapal. Sa likod ng foil ay may espesyal na screen na nag-iilaw kapag binomba ng mga alpha particle na nahuhulog dito. Ayon sa teorya ni Thomson, ang mga particle ng alpha ay dapat na dumaan sa foil nang walang harang, na medyo lumilihis sa mga gilid. Gayunpaman, ito ay lumabas na ang ilan sa mga particle ay kumilos sa ganitong paraan, at isang napakaliit na bahagi ay tumalbog pabalik, parang may tinatamaan.

Iyon ay, natagpuan na sa loob ng atom ay mayroong isang bagay na solid at maliit, kung saan ang mga particle ng alpha ay tumalbog. Noon ay iminungkahi ni Rutherford ang isang planetaryong modelo ng istruktura ng atom. Ipinaliwanag ng planetary model ng atom ni Rutherford ang mga resulta ng kanyang mga eksperimento at ng kanyang mga kasamahan. Hanggang ngayon, walang mas magandang modelo ang iminungkahi, bagama't ang ilang aspeto ng teoryang ito ay hindi pa rin sumasang-ayon sa pagsasanay sa ilang napakakitid na bahagi ng agham. Ngunit karaniwang, ang planetaryong modelo ng atom ay ang pinakakapaki-pakinabang sa lahat. Ano ang modelong ito?

Modelo ng planeta ng istraktura ng atom

Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang isang atom ay inihambing sa isang planeta. Sa kasong ito, ang planeta ay ang nucleus ng isang atom. At ang mga electron ay umiikot sa nucleus sa medyo malaking distansya, tulad ng mga satellite na umiikot sa planeta. Tanging ang bilis ng pag-ikot ng mga electron ay daan-daang libong beses na mas malaki kaysa sa bilis ng pag-ikot ng pinakamabilis na satellite. Samakatuwid, sa panahon ng pag-ikot nito, ang elektron ay lumilikha, parang, isang ulap sa itaas ng ibabaw ng nucleus. At ang mga umiiral na singil ng mga electron ay nagtataboy sa parehong mga singil na nabuo ng ibang mga electron sa paligid ng ibang nuclei. Samakatuwid, ang mga atomo ay hindi "magkadikit", ngunit matatagpuan sa isang tiyak na distansya mula sa bawat isa.

At kapag pinag-uusapan natin ang banggaan ng mga particle, ang ibig sabihin ay lumalapit sila sa isa't isa sa isang sapat na malaking distansya at tinataboy ng mga patlang ng kanilang mga singil. Walang direktang kontak. Ang mga particle sa matter ay karaniwang napakalayo. Kung sa anumang paraan posible na sumabog ang mga particle ng anumang katawan, ito ay mababawasan ng isang bilyong beses. Ang lupa ay magiging mas maliit kaysa sa isang mansanas. Kaya't ang pangunahing dami ng anumang sangkap, kahit na kakaiba ito, ay inookupahan ng isang walang laman kung saan matatagpuan ang mga sisingilin na particle, na hawak sa layo ng mga elektronikong puwersa ng pakikipag-ugnayan.