АТОМНА МОДЕЛЬ РЕЗЕРФОРДА: ІСТОРІЯ, ЕКСПЕРИМЕНТИ, ПОСТУЛАТИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Модель атома Резерфорда є описом атома , створеного британським фізиком Ернест Резерфорд (1871-1937) виявив в 1911 році , коли атомне ядро від відомих експериментів по розсіюванню , які беруть своє ім'я.

Ідея атома ("нероздільного" у грецькій мові) як найменшої складової речовини була інтелектуальною істотою, народженою в Стародавній Греції, приблизно в 300 р. До н.е. Як і в багатьох інших грецьких концепціях, концепція атома розробляється на основі логіка та аргументація, але не експериментація.

Атомна модель Резерфорда

Найвизначнішими філософами-атомістами були Демокріт Абдера (460 - 360 рр. До н. Е.), Епікур Самоський (341 - 270 рр. До н. Е.) Та Тит Лукрецій (98 - 54 р. До н. Е.). Греки задумали чотири різних типи атомів, які відповідали чотирьом стихіям, які відповідно до них складали матерію: повітря, воду, землю та вогонь.

Пізніше Арістотель додав би п’ятий елемент: ефір, який утворював зірки, оскільки інші чотири елементи були суто земними.

Завоювання Олександра Македонського, вчителем якого був Арістотель, розширило свої вірування в усьому античному світі, від Іспанії до Індії і, таким чином, протягом століть ідея атома створювала своє власне місце у світі науки.

Атом вже не є неподільним

Ідеї ​​грецьких філософів про будову речовини існували сотні років, поки англійський хімік і шкільний вчитель на ім'я Джон Далтон (1776-1844) не опублікував результати своїх експериментів у 1808 році.

Далтон погодився, що елементи складаються з надзвичайно дрібних частинок, званих атомами. Але він пішов далі, заявивши, що всі атоми одного і того ж елемента рівні, мають однаковий розмір, однакову масу та однакові хімічні властивості, через що вони залишаються незмінними під час хімічної реакції.

Це перша науково обгрунтована атомна модель. Як і греки, Далтон все ще вважав атом нероздільним, тому не маючи структури. Однак геній Далтона змусив його дотримуватися одного з великих принципів збереження фізики:

• У хімічних реакціях атоми ні створюються, ні руйнуються, вони лише змінюють свій розподіл.

І він встановив спосіб, яким хімічні сполуки утворюються "сполуками атомів" (молекул):

• Коли два або більше атомів різних елементів поєднуються, утворюючи одну і ту ж сполуку, вони завжди роблять це у визначених і постійних масових пропорціях.

19 століття було великим століттям електрики та магнетизму. Через кілька років після публікацій Далтона результати деяких експериментів ставлять під сумнів науковців щодо неподільності атома.

Трубка круків

Трубка Крукса являла собою пристрій, розроблений британським хіміком і метеорологом Вільямом Крукс (1832-1919). Експеримент, який здійснив Крукс у 1875 р., Полягав у тому, щоб помістити всередину трубку, наповнену газом при низькому тиску, два електроди, один називали катодом, а другий називали анодом.

Встановлюючи різницю потенціалів між двома електродами, газ світився кольором, характерним для використовуваного газу. Цей факт наводив на думку, що в атомі існувала певна особлива організація, і тому вона не була неподільною.

Крім того, це випромінювання викликало слабку флуоресценцію на стінці скляної трубки перед катодом, вирізаючи тінь знака хрестоподібної форми, розташованого всередині трубки.

Це було таємниче випромінювання, відоме як «катодні промені», яке прямувало прямою лінією до анода і було надзвичайно енергійним, здатним виробляти механічні ефекти, і відхилялося до позитивно зарядженої пластини або також магнітами.

Відкриття електрона

Випромінювання всередині трубки Крукса не могло бути хвилями, оскільки несло негативний заряд. Джозеф Джон Томсон (1856 - 1940) придумав відповідь у 1887 р., Коли виявив залежність між зарядом і масою цього випромінювання, і виявив, що він завжди однаковий: 1,76 х 10 ¹¹ С / кг, незалежно від газу укладені в трубку або матеріал, який використовується для виготовлення катода.

Томсон назвав ці частинки корпускулами. Виміривши його масу щодо електричного заряду, він зробив висновок, що кожен корпускул був значно меншим за атом. Тому він запропонував їм бути частиною цього, виявивши, таким чином, електрон.

Британський учений першим намалював графічну модель атома, намалювавши кулю із вставленими точками, яка завдяки своїй формі отримала прізвисько «сливовий пудинг». Але це відкриття викликало інші питання:

• Якщо матерія нейтральна, а електрон має негативний заряд: де в атомі позитивний заряд, який нейтралізує електрони?
• Якщо маса електрона менша від атома, то з чого складається решта атома?
• Чому отримані таким чином частинки завжди були електронами і ніколи іншого типу?

Експерименти з розсіюванням Резерфорда: атомне ядро ​​та протон

До 1898 р. Резерфорд виділив два види випромінювання урану, які він назвав альфа та бета.

Природну радіоактивність вже виявила Марі Кюрі в 1896 році. Альфа-частинки позитивно заряджаються і є просто ядрами гелію, але в той час поняття ядра ще не було відоме. Резерфорд збирався це з'ясувати.

Один з експериментів, який Резерфорд здійснив у 1911 році в Манчестерському університеті за сприяння Ганса Гейгера, полягав у тому, що бомбардували тонку золоту фольгу альфа-частинками, заряд якої позитивний. Навколо золотої фольги він розмістив люмінесцентний екран, який дозволив їм візуалізувати наслідки обстрілу.

Спостереження

Вивчаючи вплив на люмінесцентний екран, Резерфорд та його помічники помітили, що:

1. Дуже високий відсоток альфа-частинок пройшов через лист без помітного відхилення.
2. Деякі відхилялися під досить крутими кутами
3. І зовсім небагато відскакували всю дорогу назад

Експерименти з розсіюванням Резерфорда. Джерело:.

Спостереження 2 і 3 здивували дослідників і привели їх до думки, що людина, відповідальна за розсіювання променів, повинна мати позитивний заряд і що в силу спостереження №1 ця відповідальна людина була набагато меншою, ніж альфа-частинок. .

Сам Резерфорд сказав про це, що це "… як би ви вистрілили 15-дюймовий військово-морський снаряд на аркуші паперу, а снаряд відскочив назад і вдарив вас". Це точно не вдалося пояснити моделлю Томпсона.

Аналізуючи його результати з класичної точки зору, Резерфорд виявив існування атомного ядра, де зосереджений позитивний заряд атома, що надало йому нейтралітету.

Резерфорд продовжував свої експерименти з розсіюванням. До 1918 р. Новою мішенню альфа-частинок були атоми азотного газу.

Таким чином він виявив ядра водню і відразу зрозумів, що єдине місце, звідки ці ядра можуть походити, - саме азот. Як було можливо, що ядра водню входили до складу азоту?

Тоді Резерфорд припустив, що ядро ​​водню, елемент, якому вже було присвоєно атомний номер 1, повинно бути фундаментальною частиною. Він назвав це протон, спочатку грецьке слово. Таким чином, відкриття атомного ядра та протона пояснюються цим геніальним новозеландцем.

Атомна модель Резерфорда постулює

Нова модель сильно відрізнялася від Томпсона. Це були його постулати:

• В атомі міститься позитивно заряджене ядро, яке, незважаючи на те, що воно дуже мало, містить майже всю масу атома.
• Електрони орбітують атомне ядро ​​на великих відстанях і на круговій або еліптичній орбітах.
• Чистий заряд атома дорівнює нулю, оскільки заряди електронів компенсують позитивний заряд, присутній у ядрі.

Розрахунки Резерфорда вказували на ядро ​​зі сферичною формою та радіусом, розміром ^10–15 м, значення атомного радіуса приблизно в 100 000 разів більше, оскільки ядра порівняно далеко одна від одної: порядку ^10-10 м.

Молодий Ернест Резерфорд. Джерело: Невідомо, опубліковано в 1939 р. У Резерфорді: життя та грамоти р. Честі. Лорд Резерфорд, О.М.

Це пояснює, чому більшість альфа-частинок проходили крізь лист плавно або мали лише дуже малий прогин.

Побачений в масштабі повсякденних предметів, атом Резерфорда буде складатися з ядра розміром з бейсболу, а атомний радіус - близько 8 км. Тому атом можна вважати майже всім як порожній простір.

Завдяки своїй схожості з мініатюрною сонячною системою вона стала називатися "планетарною моделлю атома". Сила електростатичного притягання між ядром та електронами була б аналогічною гравітаційному притяганню між Сонцем та планетами.

Обмеження

Однак існували певні розбіжності щодо деяких спостережуваних фактів:

• Якщо думка про те, що електрон обертається навколо ядра, приймається, що трапляється, що електрон повинен постійно випромінювати випромінювання, поки він не зіткнеться з ядром, з подальшим руйнуванням атома в свердловині за секунду. На щастя, це не те, що відбувається насправді.
• Крім того, в певних випадках атом випромінює певні частоти електромагнітного випромінювання, коли відбувається перехід між станом вищої енергії в один із меншою енергією, і лише ті частоти, а не інші. Як пояснити той факт, що енергія квантована?

Незважаючи на ці обмеження, оскільки сьогодні існує набагато більш досконалі моделі відповідно до спостережуваних фактів, атомна модель Резерфорда все ще корисна студенту для успішного першого підходу до атома та його складових частинок.

У цій моделі атома не з’являється нейтрон, ще одна складова ядра, яка не була виявлена ​​до 1932 року.

Незабаром після того, як Резерфорд запропонував свою планетарну модель, в 1913 році датський фізик Нільс Бор змінив би її, щоб пояснити, чому атом не знищений, і ми все ще тут, щоб розповісти цю історію.

Статті, що цікавлять

Атомна модель Шредінгера.

Атомна модель Де Бройля.

Атомна модель Чадвіка.

Атомна модель Гейзенберга.

Атомна модель Перріна.

Атомна модель Томсона.

Атомна модель Дірака Йордана.

Атомна модель Демокріта.

Атомна модель Бора.

Атомна модель Далтона.

Список літератури

1. Рекс, А. 2011. Основи фізики. Пірсон. 618-621.
2. Сапата, Ф. 2007. Класові записки для кафедри радіобіології та радіологічного захисту. Школа громадського здоров’я Центрального університету Венесуели.