Nekateri zgodovinski in sodobni modeli atoma. Modeli zgradbe atomov
Zgodovinski modeli1 atoma odražajo ravni znanja, ki ustrezajo določenemu obdobju v razvoju znanosti.
Za prvo fazo razvoja atomskih modelov je bila značilna odsotnost eksperimentalnih podatkov o njegovi strukturi.
Pri razlagi pojavov mikrokozmosa so znanstveniki iskali analogije v makrokozmosu, opirajoč se na zakone klasične mehanike.
J. Dalton, ustvarjalec kemičnega atomizma (1803), je domneval, da so atomi istega kemičnega elementa enaki sferični najmanjši in zato nedeljivi delci.
Francoski fizik Jean Baptiste Perrin (1901) je predlagal model, ki je dejansko predvideval "planetarni" model. Po tem modelu se v središču atoma nahaja pozitivno nabito jedro, okoli katerega se po določenih orbitah gibljejo negativno nabiti elektroni, kot planeti okoli Sonca. Perrinov model ni pritegnil pozornosti znanstvenikov, saj je dal le kvalitativno, ne pa tudi kvantitativne značilnosti atoma (na sliki 7 je to prikazano z neskladjem med nabojem atomskega jedra in številom atomov). elektroni).
Leta 1902 je angleški fizik William Thomson (Kelvin) razvil idejo o atomu kot pozitivno nabitem sferičnem delcu, znotraj katerega nihajo (sujejo in absorbirajo energijo) negativno nabiti elektroni. Kelvin je opozoril na dejstvo, da je število elektronov enako pozitivnemu naboju krogle, zato na splošno atom nima električnega naboja (slika 7).
Leto kasneje je nemški fizik Philipp Lenard predlagal model, po katerem je atom votla krogla, znotraj katere so električni dipoli (dinamidi). Prostornina, ki jo zasedajo ti dipoli, je veliko manjša od prostornine krogle, glavni del atoma pa je prazen.
Po zamislih japonskega fizika Gontaro (Hantaro) Nagaoka (1904) se pozitivno nabito jedro nahaja v središču atoma, elektroni pa se gibljejo v prostoru okoli jedra v ravnih obročih, ki spominjajo na obroče planeta Saturn (to model je bil imenovan "Saturnov" atom). Večina znanstvenikov ni bila pozorna na ideje Nagaoke, čeprav imajo do neke mere nekaj skupnega s sodobno idejo o atomski orbiti.
Noben od obravnavanih modelov (slika 7) ni pojasnil, kako lastnosti kemični elementi povezana s strukturo njihovih atomov.
riž. 7. Nekateri zgodovinski modeli atoma
Leta 1907 je J. J. Thomson predlagal statični model strukture atoma, ki predstavlja atom kot kroglast delec, nabit s pozitivno elektriko, v katerem so negativno nabiti elektroni enakomerno porazdeljeni ( model"puding«, slika 7).
Matematični izračuni so pokazali, da morajo biti elektroni v atomu nameščeni na koncentrično razporejenih obročih. Thomson je naredil zelo pomemben zaključek: razlog za periodične spremembe lastnosti kemičnih elementov je povezan z značilnostmi elektronske strukture njihovih atomov. Zahvaljujoč temu so Thomsonov model atoma zelo cenili njegovi sodobniki. Vendar pa ni pojasnil nekaterih pojavov, na primer sipanja α-delcev, ko gredo skozi kovinsko ploščo.
Na podlagi svojih idej o atomu je Thomson izpeljal formulo za izračun povprečnega odklona α-delcev in ta izračun je pokazal, da je verjetnost sipanja takih delcev pod velikimi koti blizu nič. Eksperimentalno pa je bilo dokazano, da se približno eden od osem tisoč alfa delcev, ki padejo na zlato folijo, odkloni za kot, večji od 90°. To je bilo v nasprotju s Thomsonovim modelom, ki je predvideval odstopanja le pri majhnih kotih.
Ernest Rutherford, ki je povzel eksperimentalne podatke, je leta 1911 predlagal "planetarni" (včasih imenovan "jedrski") model strukture atoma, po katerem je 99,9% mase atoma in njegovega pozitivnega naboja koncentriranih v zelo majhnem jedru. in negativno nabiti elektroni, katerih število je enako naboju jedra, krožijo okoli njega kot planeti solarni sistem 1 (slika 7).
Rutherford je skupaj s svojimi študenti postavil poskuse, ki so omogočili raziskovanje zgradbe atoma (slika 8). Iz vira radioaktivnega sevanja 1 je bil na površino tanke kovinske (zlate) folije 2 usmerjen tok pozitivno nabitih delcev (α-delcev). Na njihovi poti je bil nameščen fluorescentni zaslon 3, ki je omogočal opazovanje smeri nadaljnjega gibanja α-delcev.
riž. 8. Rutherfordova izkušnja
Ugotovljeno je bilo, da je večina α-delcev prešla skozi folijo, praktično brez spremembe smeri. Le posamezni delci (v povprečju eden od deset tisoč) so se odklonili in leteli skoraj v nasprotno smer. Ugotovljeno je bilo, da je večina mase atoma skoncentrirana v pozitivno nabitem jedru, zato so α-delci tako močno odklonjeni (slika 9).
riž. 9. Sipanje α-delcev na atomskem jedru
Elektroni, ki se gibljejo v atomu, morajo v skladu z zakoni elektromagnetizma sevati energijo in, ko jo izgubijo, jih privlači nasprotno nabito jedro in zato "pade" nanj. To bi moralo privesti do izginotja atoma, a ker se to ni zgodilo, so sklenili, da je ta model neustrezen.
V začetku 20. stoletja sta nemški fizik Max Planck in teoretični fizik Albert Einstein ustvarila kvantno teorijo svetlobe. Po tej teoriji se sevalna energija, kot je svetloba, ne oddaja in absorbira neprekinjeno, temveč v ločenih delih (kvantih). Poleg tega vrednost kvanta energije ni enaka za različna sevanja in je sorazmerna s frekvenco nihanja elektromagnetnega valovanja: E = hν, kjer je h – Planckova konstanta je enaka 6,6266 10 -34 J s, ν je frekvenca sevanja. To energijo prenašajo delci svetlobe - fotoni.
V poskusu umetne kombinacije zakonov klasične mehanike in kvantne teorije je danski fizik Niels Bohr leta 1913 Rutherfordov model atoma dopolnil z dvema postulatoma o stopenjskem (diskretnem) spreminjanju energije elektronov v atomu. Bohr je verjel, da se lahko elektron v vodikovem atomu nahaja le na točno določeni stacionarne orbite, katerih polmeri so med seboj povezani kot kvadrati naravna števila (1 2: 2 2: 3 2: ... :str 2). Elektroni se premikajo atomsko jedro v stacionarnih orbitah. Atom je v stabilnem stanju, brez absorbiranja ali oddajanja energije – to je prvi Bohrov postulat. Po drugem postulatu se emisija energije pojavi šele, ko se elektron premakne v orbito bližje atomskemu jedru. Ko se elektron premakne v bolj oddaljeno orbito, atom absorbira energijo. Ta model je leta 1916 izboljšal nemški teoretični fizik Arnold Sommerfeld, ki je opozoril na gibanje elektronov vzdolž eliptične orbite.
Planetarni model je zaradi svoje vidnosti in Bohrovih postulatov oz. za dolgo časa uporablja za razlago atomskih in molekularnih pojavov. Izkazalo pa se je, da gibanja elektrona v atomu, stabilnosti in lastnosti atoma v nasprotju z gibanjem planetov in stabilnostjo sončnega sistema ni mogoče opisati z zakoni klasične mehanike. Ta mehanika temelji na Newtonovih zakonih, predmet njenega preučevanja pa je gibanje makroskopskih teles, ki se izvaja s hitrostjo, ki je majhna v primerjavi s hitrostjo svetlobe. Za opis zgradbe atoma je treba uporabiti koncepte kvantne (valovne) mehanike o dvojni korpuskularno-valovni naravi mikrodelcev, ki so jih v dvajsetih letih prejšnjega stoletja oblikovali teoretični fiziki: Francoz Louis de Broglie, Nemec Werner Heisenberg in Erwin Schrödinger, Anglež Paul Dirac in drugi.
Leta 1924 je Louis de Broglie postavil hipotezo, da ima elektron valovne lastnosti (prvo načelo kvantne mehanike) in predlagal formulo za izračun njegove valovne dolžine. Stabilnost atoma je razloženo z dejstvom, da se elektroni v njem ne gibljejo po orbitah, temveč v določenih območjih prostora okoli jedra, imenovanih atomske orbitale. Elektron zaseda skoraj celotno prostornino atoma in ne more "pasti na jedro", ki se nahaja v njegovem središču.
Leta 1926 je Schrödinger, ki je nadaljeval razvoj idej L. de Broglieja o valovnih lastnostih elektrona, empirično izbral matematično enačbo, podobno enačbi nihanja strune, ki jo je mogoče uporabiti za izračun veznih energij elektrona v atomu pri različne ravni energije. Ta enačba je postala osnovna enačba kvantne mehanike.
Odkritje valovnih lastnosti elektrona je pokazalo, da je širjenje znanja o makrokozmosu na objekte mikrokozmosa nezakonito. Leta 1927 je Heisenberg ugotovil, da je nemogoče določiti točen položaj elektrona v prostoru z določeno hitrostjo, zato so ideje o gibanju elektrona v atomu verjetnostne narave (drugo načelo kvantne mehanike).
Kvantnomehanski model atoma (1926) opisuje stanje atoma v smislu matematične funkcije in nima geometrijskega izraza (slika 10). Takšen model ne upošteva dinamične narave strukture atoma in vprašanja velikosti elektrona kot delca. Menijo, da elektroni zasedajo določene ravni energije in oddajajo ali absorbirajo energijo med prehodi na druge ravni. Na sl. 10 energijskih nivojev je shematično prikazanih kot koncentrični obroči, ki se nahajajo na različne razdalje iz atomskega jedra. Puščice prikazujejo prehode elektronov med energijskimi nivoji in emisijo fotonov, ki spremlja te prehode. Shema je prikazana kvalitativno in ne odraža dejanskih razdalj med energijskimi nivoji, ki se lahko med seboj razlikujejo več desetkrat.
Leta 1931 je ameriški znanstvenik Gilbert White prvi predlagal grafični prikaz atomskih orbital in »orbitalni« model atoma (slika 10). Modeli atomskih orbital se uporabljajo za prikaz koncepta "elektronske gostote" in za prikaz porazdelitve negativnega naboja okoli jedra v atomu ali sistema atomskih jeder v molekuli.
riž. 10. Zgodovinski in sodobni modeli atom
Leta 1963 je ameriški umetnik, kipar in inženir Kenneth Snelson predlagal "obročasti model" elektronskih lupin atoma (slika 10), ki pojasnjuje kvantitativno porazdelitev elektronov v atomu po stabilnih elektronskih lupinah. Vsak elektron je modeliran z obročnim magnetom (ali zaprto zanko z električni šok ki ima magnetni moment). Obročasti magneti se med seboj privlačijo in tvorijo simetrične oblike iz obročev - ringhedra. Prisotnost dveh polov v magnetih nalaga omejitev možne možnosti sklopi obročev. Modeli stabilnih elektronskih lupin so najbolj simetrične figure obročev, sestavljene ob upoštevanju prisotnosti njihovih magnetnih lastnosti.
Prisotnost spina v elektronu (glej razdelek 5) je eden od glavnih razlogov za nastanek stabilnih elektronskih lupin v atomu. Elektroni tvorijo pare z nasprotnimi spini. Obročasti model elektronskega para ali zapolnjena atomska orbitala sta dva obroča, ki se nahajata v vzporednih ravninah z nasprotnih straneh iz atomskega jedra. Ko se v bližini jedra atoma nahaja več kot en par elektronov, so obroči-elektroni prisiljeni, da se medsebojno orientirajo in tvorijo elektronsko lupino. Hkrati imajo tesno razmaknjeni obroči različne smeri magnetni silnice, ki je označena drugačna barva obroči, ki predstavljajo elektrone.
Modelski poskus pokaže, da je najbolj stabilen od vseh možnih modelov z obročki model 8 obročev. Geometrično je model oblikovan tako, kot če bi atom v obliki krogle razdelili na 8 delov (trikrat prepolovili) in v vsak del postavili en obročni elektron. V modelih z obročastim obrazom se uporabljajo obroči dveh barv: rdeča in modra, ki odražata pozitivno in negativno vrednost vrtenja elektrona.
"Model z valovno ploskvijo" (slika 10) je podoben "obročastemu" modelu, s to razliko, da je vsak elektron atoma predstavljen z "valovnim" obročem, ki vsebuje celo število valov (kot predlagal L. de Broglie).
Interakcija elektronov elektronske lupine na tem modelu atoma je prikazana s sovpadanjem stičnih točk modrega in rdečega "valovnega" obroča z vozlišči stoječih valov.
Modeli atoma imajo pravico do obstoja in meje uporabe. Vsak model atoma je približek, ki v poenostavljeni obliki odraža določen del znanja o atomu. Toda nobeden od modelov v celoti ne odraža lastnosti atoma ali njegovih sestavnih delcev.
Veliko današnjih modelov je le zgodovinskega pomena. Pri gradnji modelov objektov mikrosveta so se znanstveniki zanašali na to, kar je mogoče neposredno opazovati. Tako so se pojavili modeli Perrina in Rutherforda (analogija s strukturo sončnega sistema), Nagaoka (nekakšen planet Saturn), Thomson ("puding z rozinami"). Nekatere ideje so bile ovržene (Lenardov dinamični model), druge so se čez nekaj časa ponovno lotile, vendar na novi, višji teoretični ravni: Perrinov in Kelvinov model sta se razvila v Rutherfordovem in Thomsonovem modelu. Predstave o strukturi atoma se nenehno izboljšujejo. Kako natančen je sodobni – »kvantno-mehanski« model – bo pokazal čas. Zato je na vrhu spirale narisan vprašaj, ki simbolizira pot spoznanja (slika 7).
Leta 1903 je angleški znanstvenik Thomson predlagal model atoma, ki so ga v šali imenovali "žemljica z rozinami". Po njegovem mnenju je atom krogla z enotnim pozitivnim nabojem, v kateri so kot rozine posejani negativno nabiti elektroni.
Vendar so nadaljnje študije atoma pokazale, da je ta teorija nevzdržna. In nekaj let kasneje je drugi angleški fizik, Rutherford, izvedel vrsto poskusov. Na podlagi rezultatov je zgradil hipotezo o zgradbi atoma, ki je še danes priznana po vsem svetu.
Rutherfordova izkušnja: predlog njegovega modela atoma
V svojih poskusih je Rutherford spustil žarek alfa delcev skozi tanko zlato folijo. Zlato je bilo izbrano zaradi njegove plastičnosti, ki je omogočila izdelavo zelo tanke folije, debele skoraj eno plast molekul. Za folijo je bil poseben zaslon, ki je bil osvetljen ob bombardiranju alfa delcev, ki so padali nanj. Po Thomsonovi teoriji naj bi delci alfa neovirano šli skozi folijo in se precej odmikali vstran. Izkazalo pa se je, da so se nekateri delci obnašali tako, zelo majhen del pa se je odbil nazaj, kot da bi nekaj udaril.
To pomeni, da je bilo ugotovljeno, da je znotraj atoma nekaj trdnega in majhnega, od katerega so se alfa delci odbijali. Takrat je Rutherford predlagal planetarni model strukture atoma. Rutherfordov planetarni model atoma je pojasnil rezultate njegovih poskusov in poskusov njegovih kolegov. Do danes ni na voljo najboljši model, čeprav nekateri vidiki te teorije še vedno niso skladni s prakso na nekaterih zelo ozkih področjih znanosti. Toda v bistvu je planetarni model atoma najbolj uporaben od vseh. Kaj je ta model?
Planetarni model zgradbe atoma
Kot že ime pove, se atom primerja s planetom. IN ta primer Planet je jedro atoma. In elektroni krožijo okoli jedra na precej veliki razdalji, tako kot sateliti krožijo okoli planeta. Samo hitrost vrtenja elektronov je stotisočkrat večja od hitrosti vrtenja najhitrejšega satelita. Zato med svojim vrtenjem elektron ustvari tako rekoč oblak nad površino jedra. In obstoječi naboji elektronov odbijajo iste naboje, ki jih tvorijo drugi elektroni okoli drugih jeder. Zato se atomi ne "držijo skupaj", ampak se nahajajo na določeni razdalji drug od drugega.
In ko govorimo o trku delcev, mislimo, da se ti približajo drug drugemu na dovolj veliko razdaljo in se odbijajo s polji svojih nabojev. Neposrednega stika ni. Delci v snovi so na splošno zelo oddaljeni. Če bi bilo na kakršen koli način možno implodirati skupaj delce katerega koli telesa, bi se to zmanjšalo za milijardokrat. Zemlja bi postala manjša od jabolka. Torej glavni volumen katere koli snovi, ne glede na to, kako čudno se sliši, zaseda praznina, v kateri se nahajajo nabiti delci, ki jih na razdalji držijo elektronske sile interakcije.
Masa elektronov je nekaj tisočkrat manjša od mase atomov. Ker je atom kot celota nevtralen, torej glavnina atoma pade na njegov pozitivno nabit del.
Za eksperimentalno študijo porazdelitve pozitivni naboj, in s tem maso znotraj atoma, je Rutherford leta 1906 predlagal uporabo sondiranja atoma z uporabo α - delci. Ti delci nastanejo pri razpadu radija in nekaterih drugih elementov. Njihova masa je približno 8000-krat večja od mase elektrona, pozitivni naboj pa je po modulu enak dvakratnemu naboju elektrona. To niso nič drugega kot popolnoma ionizirani atomi helija. Hitrost α -delec je zelo velik: ima 1/15 svetlobne hitrosti.
S temi delci je Rutherford obstreljeval atome težkih elementov. Elektroni zaradi svoje majhne mase ne morejo opazno spremeniti poti α -delci, kot nekaj deset gramov težak kamenček ob trku z avtomobilom, ne morejo opazno spremeniti svoje hitrosti. Razprševanje (spreminjanje smeri gibanja) α -delce lahko povzroči le pozitivno nabit del atoma. Tako z raztrosom α -delci lahko določijo naravo porazdelitve pozitivnega naboja in mase znotraj atoma.
Radioaktivni pripravek, kot je radij, je bil nameščen v svinčenem valju 1, vzdolž katerega je bil izvrtan ozek kanal. sveženj α -delci iz kanala so padli na tanko folijo 2 proučevanega materiala (zlato, baker itd.). Po raztrosu α - delci so padli na prosojni zaslon 3, prevlečen s cinkovim sulfidom. Trk vsakega delca z zaslonom je spremljal blisk svetlobe (scintilacija), ki ga je bilo mogoče opazovati v mikroskopu 4. Celotna naprava je bila postavljena v posodo, iz katere je bil izpraznjen zrak.
Z dobrim vakuumom v napravi, brez folije, se je na zaslonu pojavil svetel krog, sestavljen iz scintilacij, ki jih povzroča tanek žarek. α - delci. Toda ko je bila folija postavljena na pot žarka, α -delci so se zaradi sipanja porazdelili po zaslonu v krogu večja površina. S spreminjanjem eksperimentalne postavitve je Rutherford poskušal odkriti odstopanje α -delci pod velikimi koti. Povsem nepričakovano se je izkazalo, da majhno število α -delci (približno eden od dva tisoč) odklonjeni za kote, večje od 90°. Pozneje je Rutherford to priznal, ko je svojim učencem ponudil eksperiment za opazovanje sipanja α -delci pod velikimi koti, sam ni verjel v pozitiven rezultat. "To je skoraj tako neverjetno," je dejal Rutherford, "kot če bi izstrelili 15-palčni izstrelek na kos tankega papirja, izstrelek pa bi se vrnil k vam in vas zadel." Tega rezultata je bilo namreč nemogoče napovedati na podlagi Thomsonovega modela. Ko je pozitivni naboj porazdeljen po atomu, ne more ustvariti dovolj intenzivnega električnega polja, ki bi lahko vrglo a-delec nazaj. Največja odbojna sila je določena s Coulombovim zakonom:
kjer je q α - naboj α - delci; q je pozitivni naboj atoma; r je njegov polmer; k - koeficient sorazmernosti. Električna poljska jakost enakomerno nabite krogle je največja na površini krogle in se zmanjša na nič, ko se približuje središču. Torej, manjši kot je polmer r, večja je odbojna sila α - delci.
Določanje velikosti atomskega jedra. Rutherford je to spoznal α -delec se lahko vrne nazaj samo, če sta pozitivni naboj atoma in njegova masa koncentrirana v zelo majhnem območju prostora. Tako je Rutherford prišel na idejo o atomskem jedru - telesu majhne velikosti, v katerem sta koncentrirana skoraj vsa masa in ves pozitivni naboj atoma.
Planetarni model atoma, oz Rutherfordov model, - zgodovinski model strukturo atoma, ki jo je predlagal Ernest Rutherford kot rezultat eksperimenta s sipanjem delcev alfa. Po tem modelu je atom sestavljen iz majhnega pozitivno nabitega jedra, ki vsebuje skoraj vso maso atoma, okoli katerega se gibljejo elektroni, tako kot se gibljejo planeti okoli sonca. Planetarni model atoma ustreza sodobnim predstavam o strukturi atoma ob upoštevanju dejstva, da je gibanje elektronov kvantne narave in ni opisano z zakoni klasične mehanike. Zgodovinsko gledano je Rutherfordov planetarni model nadomestil "model slivovega pudinga" Josepha Johna Thomsona, ki predpostavlja, da so negativno nabiti elektroni nameščeni znotraj pozitivno nabitega atoma.
Planetarni model atoma
Planetarni model atoma: jedro (rdeče) in elektroni (zeleno)
Planetarni model atoma, oz Rutherfordov model, - zgodovinski model strukture atoma, ki ga je predlagal Ernest Rutherford kot rezultat eksperimenta s sipanjem delcev alfa. Po tem modelu je atom sestavljen iz majhnega pozitivno nabitega jedra, v katerem je skoncentrirana skoraj vsa masa atoma, okoli katerega se gibljejo elektroni, tako kot se planeti gibljejo okoli sonca. Planetarni model atoma ustreza sodobnim predstavam o strukturi atoma, ob upoštevanju dejstva, da je gibanje elektronov kvantne narave in ni opisano z zakoni klasične mehanike. Zgodovinsko gledano je Rutherfordov planetarni model nasledil "model slivovega pudinga" Josepha Johna Thomsona, ki predpostavlja, da so negativno nabiti elektroni nameščeni znotraj pozitivno nabitega atoma.
Rutherford je leta 1911 predlagal nov model strukture atoma kot zaključek eksperimenta o sipanju alfa delcev na zlati foliji, ki je bil izveden pod njegovim vodstvom. Med tem sipanjem je bilo nepričakovano veliko število alfa delcev razpršenih pod velikimi koti, kar je nakazovalo, da ima sipalni center majhna velikost in vsebuje pomemben električni naboj. Rutherfordovi izračuni so pokazali, da mora biti sipalno središče, pozitivno ali negativno nabito, vsaj 3000-krat manjša velikost atom, ki je bil takrat že znan in ocenjen na približno 10 -10 m. Ker so bili takrat že znani elektroni in določena njihova masa in naboj, je moralo imeti sipalno središče, ki so ga kasneje poimenovali jedro. imel nasprotni naboj kot elektroni. Rutherford količine naboja ni povezal z atomskim številom. Ta sklep je bil sprejet pozneje. In sam Rutherford je predlagal, da je naboj sorazmeren z atomsko maso.
Slabost planetarnega modela je bila njegova nezdružljivost z zakoni klasične fizike. Če se elektroni gibljejo okoli jedra kot planet okoli Sonca, potem je njihovo gibanje pospešeno, zato bi morali po zakonih klasične elektrodinamike sevati elektromagnetni valovi, izgubijo energijo in padejo na jedro. Naslednji korak v razvoju planetarnega modela je bil Bohrov model, ki je predpostavljal druge, od klasičnih drugačne zakone gibanja elektronov. Popolnoma protislovja elektrodinamike je lahko rešila kvantna mehanika.
Fundacija Wikimedia. 2010.
- Planetarij Eise Eisingi
- planetarna fantazija
Oglejte si, kaj je "planetarni model atoma" v drugih slovarjih:
planetarni model atoma- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. model planetarnega atoma vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. planetarni model atoma, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas
Bohrov model atoma- Bohrov model vodiku podobnega atoma (jedrski naboj Z), kjer je negativno nabit elektron zaprt v atomski lupini, ki obdaja majhno, pozitivno nabito atomsko jedro ... Wikipedia
Model (v znanosti)- Model (francosko modèle, italijansko modello, iz latinščine modulus mera, mera, vzorec, norma), 1) vzorec, ki služi kot standard (standard) za serijsko ali množično reprodukcijo (M. avto, M. oblačila itd. . ), pa tudi vrsto, znamko katerega koli ... ...
Model- Jaz Model (Model) Walter (24.1.1891, Gentin, Vzhodna Prusija, 21. 4. 1945, pri Duisburgu), nemško fašistični generalfeldmaršal (1944). V vojski od leta 1909, sodeloval v 1. svetovni vojni 1914 18. Od novembra 1940 je poveljeval 3. tanku ... ... Velika sovjetska enciklopedija
ZGRADBA ATOMA- (glej) zgrajeno iz elementarni delci tri vrste(glej), (glej) in (glej), ki tvorijo stabilen sistem. Proton in nevtron sta del atoma (glej), elektroni tvorijo elektronsko lupino. V jedru delujejo sile (glej), zahvaljujoč katerim ... ... Velika politehnična enciklopedija
Atom- Ta izraz ima druge pomene, glejte Atom (pomeni). Atom helija Atom (iz druge grške ... Wikipedije
Rutherford Ernest- (1871 1937), angleški fizik, eden od ustvarjalcev teorije radioaktivnosti in zgradbe atoma, ustanovitelj znanstvene šole, tuji dopisni član Ruske akademije znanosti (1922) in častni član Akademije ZSSR znanosti (1925). Rojen na Novi Zelandiji po diplomi ... ... enciklopedični slovar
Άτομο
telesce- Atom helija Atom (drugo grško ἄτομος nedeljiv) je najmanjši del kemičnega elementa, ki je nosilec njegovih lastnosti. Atom je sestavljen iz atomskega jedra in elektronskega oblaka, ki ga obdaja. Jedro atoma sestavljajo pozitivno nabiti protoni in ... ... Wikipedia
telesca- Atom helija Atom (drugo grško ἄτομος nedeljiv) je najmanjši del kemičnega elementa, ki je nosilec njegovih lastnosti. Atom je sestavljen iz atomskega jedra in elektronskega oblaka, ki ga obdaja. Jedro atoma sestavljajo pozitivno nabiti protoni in ... ... Wikipedia
knjige
- Komplet miz. Fizika. 11. razred (15 tabel), . Poučni album 15 listov. Transformator. Elektromagnetna indukcija V sodobna tehnologija. Elektronske svetilke. Katodna cev. Polprevodniki. polprevodniška dioda. Tranzistor.…
Planetarni model atoma je leta 1910 predlagal E. Rutherford. Prve študije o zgradbi atoma je izvedel s pomočjo alfa delcev. Na podlagi rezultatov, pridobljenih v poskusih njihovega sipanja, je Rutherford predlagal, da je ves pozitivni naboj atoma koncentriran v majhnem jedru v njegovem središču. Po drugi strani pa so negativno nabiti elektroni razporejeni po preostalem delu volumna.
Malo ozadja
Prvo briljantno ugibanje o obstoju atomov je podal starogrški znanstvenik Demokrit. Od takrat ideja o obstoju atomov, katerih kombinacije dajejo vse snovi okoli nas, ni zapustila domišljije ljudi znanosti. Občasno so se nanjo obrnili različni njeni predstavniki, vendar pred začetku XIX stoletja njihove gradnje so bile le hipoteze, ki niso bile podprte z eksperimentalnimi podatki.
Končno je leta 1804, več kot sto let pred pojavom planetarnega modela atoma, angleški znanstvenik John Dalton dokazal njegov obstoj in uvedel koncept atomske teže, ki je bila njegova prva kvantitativna značilnost. Tako kot njegovi predhodniki si je atome predstavljal kot najmanjše koščke snovi, kot trdne kroglice, ki jih ni mogoče razdeliti na še manjše delce.
Odkritje elektrona in prvi model atoma
Skoraj stoletje je minilo, ko je končno v konec XIX stoletja je Anglež J. J. Thomson odkril tudi prvi subatomski delec, negativno nabit elektron. Ker so atomi električno nevtralni, je Thomson menil, da morajo biti sestavljeni iz pozitivno nabitega jedra z elektroni, razpršenimi po njegovem volumnu. Na podlagi različnih eksperimentalnih rezultatov je leta 1898 predlagal svoj model atoma, včasih imenovanega "slive v pudingu", ker je bil atom v njem predstavljen kot krogla, napolnjena z neko pozitivno nabito tekočino, v katero so vgrajeni elektroni, kot " slive v puding. Polmer takšnega sferičnega modela je bil približno 10 -8 cm Celoten pozitivni naboj tekočine je simetrično in enakomerno uravnotežen z negativnimi naboji elektronov, kot je prikazano na spodnji sliki.
Ta model je zadovoljivo razložil dejstvo, da ko snov segrejemo, začne oddajati svetlobo. Čeprav je bil to prvi poskus razumevanja atoma, ni zadovoljil rezultatov poskusov, ki so jih kasneje izvedli Rutherford in drugi. Thomson se je leta 1911 strinjal, da njegov model preprosto ne more odgovoriti, kako in zakaj pride do sipanja α-žarkov, opaženega v poskusih. Zato so ga opustili in ga nadomestil popolnejši planetarni model atoma.
Kako je sploh urejen atom?
Ernest Rutherford je podal razlago pojava radioaktivnosti, ki ga je pripeljal Nobelova nagrada, vendar je njegov najpomembnejši prispevek k znanosti prišel kasneje, ko je ugotovil, da je atom sestavljen iz gostega jedra, ki ga obkrožajo orbite elektronov, tako kot je Sonce obdano s tirnicami planetov.
Po planetarnem modelu atoma je večina njegove mase skoncentrirana v majhnem (v primerjavi z velikostjo celotnega atoma) jedru. Elektroni se gibljejo okoli jedra in potujejo z neverjetno hitrostjo, vendar je večina prostornine atomov prazen prostor.
Velikost jedra je tako majhna, da je njegov premer 100.000-krat manjši od premera atoma. Premer jedra je Rutherford ocenil kot 10 -13 cm, v nasprotju z velikostjo atoma - 10-8 cm Zunaj jedra se elektroni vrtijo okoli njega z visoke hitrosti, kar povzroči centrifugalne sile, ki uravnotežijo elektrostatične sile privlačnosti med protoni in elektroni.
Rutherfordovi poskusi
Planetarni model atoma je nastal leta 1911 po znamenitem poskusu z zlato folijo, ki je omogočil pridobitev nekaterih temeljnih informacij o njegovi zgradbi. Rutherfordova pot do odkritja atomskega jedra je dober primer vloga ustvarjalnosti v znanosti. Njegovo iskanje se je začelo že leta 1899, ko je odkril, da nekateri elementi oddajajo pozitivno nabite delce, ki lahko predrejo karkoli. Te delce je imenoval alfa (α) delci (zdaj vemo, da so bila helijeva jedra). Kot vsi dobri znanstveniki je bil Rutherford radoveden. Spraševal se je, ali bi alfa delce lahko uporabili za ugotavljanje strukture atoma. Rutherford se je odločil usmeriti žarek alfa delcev na list zelo tanke zlate folije. Zlato je izbral, ker lahko iz njega proizvedejo lističe, tanke do 0,00004 cm, za list zlate folije je postavil zaslon, ki je zažarel, ko so vanj zadeli delci alfa. Uporabljali so ga za detekcijo alfa delcev, potem ko so prešli skozi folijo. Majhna reža v zaslonu je omogočila, da je žarek delcev alfa dosegel folijo po izhodu iz vira. Nekateri morajo iti skozi folijo in se nadaljevati v isti smeri, drugi del pa se mora od folije odbiti in odbiti pod ostrimi koti. Shemo poskusa si lahko ogledate na spodnji sliki.
Kaj se je zgodilo v Rutherfordovem poskusu?
Na podlagi J. J. Thomsonovega modela atoma je Rutherford domneval, da bi trdna področja pozitivnega naboja, ki zapolnjujejo celotno prostornino atomov zlata, odstopala ali ukrivila trajektorije vseh alfa delcev, ko bi šli skozi folijo.
Vendar pa je velika večina alfa delcev šla skozi zlato folijo, kot da je ne bi bilo. Zdelo se je, kot da gredo skozi prazen prostor. Le redki med njimi skrenejo z ravne poti, kot je bilo predvideno na začetku. Spodaj je graf števila delcev, razpršenih v zadevni smeri, v odvisnosti od kota sipanja.
Presenetljivo je, da se je majhen odstotek delcev odbil nazaj od floreta, kot bi se košarkarska žoga odbila od table. Rutherford je ugotovil, da so ta odstopanja posledica neposrednega trka med alfa delci in pozitivno nabitimi komponentami atoma.
Jedro ima osrednje mesto
Glede na zanemarljiv odstotek alfa delcev, ki se odbijejo od folije, lahko sklepamo, da sta ves pozitivni naboj in skoraj vsa masa atoma skoncentrirana na enem majhnem območju, preostali del atoma pa je večinoma prazen prostor. Rutherford je območje koncentriranega pozitivnega naboja imenoval jedro. Napovedal je in kmalu odkril, da vsebuje pozitivno nabite delce, ki jih je poimenoval protoni. Rutherford je napovedal obstoj nevtralnih atomskih delcev, imenovanih nevtroni, vendar jih ni uspel odkriti. Vendar jih je njegov študent James Chadwick nekaj let kasneje odkril. Spodnja slika prikazuje strukturo jedra atoma urana.
Atomi so sestavljeni iz pozitivno nabitih težkih jeder, obdanih z negativno nabitimi izredno lahkimi delci-elektroni, ki se vrtijo okoli njih, in to s takšnimi hitrostmi, da mehanske centrifugalne sile preprosto uravnotežijo njihovo elektrostatično privlačnost do jedra in s tem naj bi bila zagotovljena stabilnost atoma.
Slabosti tega modela
Rutherfordova glavna ideja je bila povezana z idejo o majhnem atomskem jedru. Predpostavka o orbitah elektronov je bila čista domneva. Ni natančno vedel, kje in kako se elektroni vrtijo okoli jedra. Zato Rutherfordov planetarni model ne pojasnjuje porazdelitve elektronov v orbitah.
Poleg tega je bila stabilnost Rutherfordovega atoma mogoča le z neprekinjenim gibanjem elektronov v orbitah brez izgube kinetične energije. Toda elektrodinamični izračuni so pokazali, da gibanje elektronov vzdolž katere koli krivulje, ki jo spremlja sprememba smeri vektorja hitrosti in pojav ustreznega pospeška, neizogibno spremlja emisija elektromagnetne energije. V tem primeru mora biti po zakonu o ohranjanju energije kinetična energija elektrona zelo hitro porabljena za sevanje in mora pasti na jedro, kot je shematično prikazano na spodnji sliki.
Vendar se to ne zgodi, saj so atomi stabilne tvorbe. Med modelom pojava in eksperimentalnimi podatki se je pojavilo tipično znanstveno protislovje.
Od Rutherforda do Nielsa Bohra
Naslednji velik korak naprej v atomska zgodovina zgodila leta 1913, ko je danski znanstvenik Niels Bohr objavil opis podrobnejšega modela atoma. Jasneje je določila mesta, kjer bi lahko bili elektroni. Čeprav bodo poznejši znanstveniki razvili bolj izpopolnjene atomske načrte, je bil Bohrov planetarni model atoma v bistvu pravilen in je večinoma še danes sprejet. Imela jih je veliko uporabne aplikacije, na primer, z njeno pomočjo razložiti lastnosti različnih kemičnih elementov, naravo spektra njihovega sevanja in strukturo atoma. Planetarni model in Bohrov model sta bila najpomembnejša mejnika, ki sta zaznamovala nastanek nove smeri v fiziki – fizike mikrosveta. Bohr je leta 1922 prejel Nobelovo nagrado za fiziko za svoje prispevke k našemu razumevanju strukture atoma.
Kaj novega je Bohr prinesel v model atoma?
Ko je bil še mladenič, je Bohr delal v Rutherfordovem laboratoriju v Angliji. Ker je bil koncept elektronov v Rutherfordovem modelu slabo razvit, se je Bohr osredotočil nanje. Posledično je bil planetarni model atoma bistveno izboljšan. Bohrovi postulati, ki jih je oblikoval v svojem članku "O strukturi atomov in molekul", objavljenem leta 1913, se glasijo:
1. Elektroni se lahko gibljejo okoli jedra samo na fiksnih razdaljah od njega, ki jih določa količina energije, ki jo imajo. Te fiksne ravni je imenoval energijske ravni ali elektronske lupine. Bohr si jih je zamislil kot koncentrične krogle z jedrom v središču vsake. V tem primeru bodo elektroni z nižjo energijo najdeni na nižjih nivojih, bližje jedru. Tisti, ki imajo več energije, bodo našli več visoke ravni, stran od jedra.
2. Če elektron absorbira neko (povsem določeno za dano raven) količino energije, potem bo preskočil na naslednjo, višjo energijsko raven. Nasprotno, če izgubi enako količino energije, se bo vrnil nazaj na prvotno raven. Vendar pa elektron ne more obstajati na dveh energijskih nivojih.
Ta ideja je ponazorjena s sliko.
Delci energije za elektrone
Bohrov model atoma je pravzaprav kombinacija dveh razne ideje: Rutherfordov atomski model z elektroni, ki krožijo okoli jedra (pravzaprav je to Bohr-Rutherfordov planetarni model atoma), in ideje nemškega znanstvenika Maxa Plancka o kvantizaciji energije snovi, objavljene leta 1901. Kvant (in množina- kvant) je najmanjša količina energije, ki jo lahko snov absorbira ali odda. Je nekakšen korak diskretizacije za količino energije.
Če energijo primerjate z vodo in jo želite dodati materiji v obliki kozarca, vode ne morete kar nalivati v neprekinjenem curku. Namesto tega ga lahko dodate v majhnih količinah, kot je čajna žlička. Bohr je verjel, da če lahko elektroni absorbirajo ali izgubijo samo fiksne količine energije, potem bi morali spreminjati svojo energijo samo za te fiksne količine. Tako lahko zasedejo le fiksne energijske nivoje okoli jedra, ki ustrezajo kvantiziranim prirastkom njihove energije.
Torej iz Bohrovega modela raste kvantni pristop k razlagi strukture atoma. Planetarni model in Bohrov model sta bila nekakšna koraka od klasične fizike do kvantne fizike, ki je glavno orodje v fiziki mikrokozmosa, vključno z atomsko fiziko.
