Ideja, ka atomi ir mazākās matērijas daļiņas, vispirms radās laikā Senā Grieķija. Tomēr tikai iekšā XVIII beigas gadsimtā, pateicoties tādu zinātnieku kā A. Lavuazjē, M. V. Lomonosova un dažu citu darbam, tika pierādīts, ka atomi patiešām pastāv. Tomēr tajos laikos neviens nedomāja, kāda ir viņu iekšējā struktūra. Zinātnieki joprojām uzskatīja atomus par nedalāmiem "ķieģeļiem", kas veido visu vielu.
Mēģinājumi izskaidrot atoma uzbūvi
Kurš vispirms ierosināja kodolmodeli? Pirmais mēģinājums izveidot šo daļiņu modeli piederēja J. Tomsonam. Tomēr to nevar saukt par veiksmīgu vārda pilnā nozīmē. Galu galā Tomsons uzskatīja, ka atoms ir sfēriska un elektriski neitrāla sistēma. Zinātnieks to pieņēma pozitīvs lādiņš vienmērīgi sadalīts pa šīs bumbas tilpumu, un tās iekšpusē ir negatīvi lādēts kodols. Visi zinātnieka mēģinājumi izskaidrot atoma iekšējo struktūru bija neveiksmīgi. Ernests Raterfords ir tas, kurš ierosināja atoma struktūras kodolmodeli dažus gadus pēc tam, kad Tomsons izvirzīja savu teoriju.
Pētījumu vēsture
Ar elektrolīzes pētījuma palīdzību 1833. gadā Faradejs varēja noteikt, ka elektrolīta šķīdumā esošā strāva ir uzlādētu daļiņu jeb jonu plūsma. Pamatojoties uz šiem pētījumiem, viņš varēja noteikt jona minimālo lādiņu. Svarīga loma šī virziena attīstībā fizikā bija arī pašmāju ķīmiķim D. I. Mendeļejevam. Tas bija tas, kurš pirmais zinātnieku aprindās izvirzīja jautājumu, ka visiem atomiem var būt vienāda daba. Mēs redzam, ka pirms Rezerforda atoma struktūras kodolmodelis pirmo reizi tika piedāvāts, daudzi zinātnieki veica lielu skaitu vienlīdz svarīgu eksperimentu. Viņi virzīja uz priekšu matērijas struktūras atomistisko teoriju.
Pirmās pieredzes
Rezerfords ir patiesi izcils zinātnieks, jo viņa atklājumi apgrieza ideju par matērijas struktūru kājām gaisā. 1911. gadā viņam izdevās izveidot eksperimentu, ar kura palīdzību pētnieki varēja ieskatīties atoma noslēpumainajos dziļumos, lai gūtu priekšstatu par tā iekšējo struktūru. Pirmos eksperimentus zinātnieks veica ar citu pētnieku atbalstu, taču galvenā loma atklājumā joprojām piederēja Raterfordam.
Eksperimentējiet
Izmantojot dabiskie avoti radioaktīvais starojums Rezerfords spēja uzbūvēt lielgabalu, kas izstaroja alfa daļiņu straumi. Tā bija no svina izgatavota kaste, kuras iekšpusē atradās radioaktīva viela. Lielgabalā bija sprauga, caur kuru visas alfa daļiņas ietriecās svina sietā. Viņi varēja izlidot tikai caur spraugu. Šim radioaktīvo daļiņu staram ceļā stāvēja vēl vairāki ekrāni.
Viņi atdalīja daļiņas, kas novirzījās no iepriekš noteiktā virziena. Stingri fokusēts mērķis trāpīja mērķī.Rezerfords kā mērķi izmantoja plānu zelta folijas loksni. Pēc tam, kad daļiņas skāra šo loksni, tās turpināja kustību un galu galā skāra dienasgaismas ekrānu, kas tika uzstādīts aiz šī mērķa. Kad alfa daļiņas trāpīja šim ekrānam, tika reģistrēti uzplaiksnījumi, pēc kuriem zinātnieks varēja spriest, cik daļiņu, saduroties ar foliju, novirzās no sākotnējā virziena un kāds ir šīs novirzes lielums.
Atšķirības no iepriekšējās pieredzes
Skolēniem un studentiem, kurus interesē tie, kuri ierosināja atoma struktūras kodolmodeli, jāzina, ka līdzīgi eksperimenti fizikā tika veikti pirms Rezerforda. Viņi galvenā doma bija savākt pēc iespējas vairāk informācijas par atoma uzbūvi no daļiņu novirzēm no sākotnējās trajektorijas. Visi šie pētījumi noveda pie zināma apjoma informācijas uzkrāšanas zinātnē, rosināja domāt par iekšējā struktūra mazākās daļiņas.
Jau 20. gadsimta sākumā zinātnieki zināja, ka atomā ir elektroni, kuriem ir negatīvs lādiņš. Bet lielākā daļa pētnieku dominēja uzskats, ka atoms no iekšpuses ir vairāk kā režģis, kas piepildīts ar negatīvi lādētām daļiņām. Šādi eksperimenti ļāva iegūt daudz informācijas – piemēram, noteikt atomu ģeometriskos izmērus.
ģeniāls minējums
Rezerfords pamanīja, ka neviens no viņa priekšgājējiem nekad nav mēģinājis noteikt, vai alfa daļiņas var novirzīties no savas trajektorijas ļoti lielos leņķos. Vecais modelis, ko zinātnieki dažkārt sauc par "rozīņu pudiņu" (jo saskaņā ar šo modeli elektroni atomā ir sadalīti kā rozīnes pudiņā), vienkārši nepieļāva blīvu strukturālo komponentu eksistenci atoma iekšpusē. Neviens no zinātniekiem pat neuztraucās apsvērt šo iespēju. Pētnieks savam audzēknim lūdza instalāciju pāraprīkot tā, lai tiktu fiksētas arī lielas daļiņu novirzes no trajektorijas - tikai tādēļ, lai izslēgtu šādu iespēju. Iedomājieties gan zinātnieka, gan viņa studenta pārsteigumu, kad izrādījās, ka dažas daļiņas izlido 180 o leņķī.
Kas atrodas atoma iekšpusē?
Mēs uzzinājām, kurš ierosināja atoma uzbūves kodolmodeli un kāda bija šī zinātnieka pieredze. Tajā laikā Rezerforda eksperiments bija īsts izrāviens. Viņš bija spiests secināt, ka atoma iekšpusē lielākā masas daļa ir ietverta ļoti blīvā vielā. Atoma struktūras kodolmodeļa shēma ir ārkārtīgi vienkārša: iekšpusē ir pozitīvi uzlādēts kodols.
Citas daļiņas, ko sauc par elektroniem, griežas ap šo kodolu. Pārējais ir par vairākām kārtām mazāk blīvs. Elektronu izvietojums atoma iekšienē nav haotisks – daļiņas ir sakārtotas enerģijas pieauguma secībā. Pētnieks atomu iekšējās daļas sauca par kodoliem. Zinātnieka ieviestie nosaukumi joprojām tiek izmantoti zinātnē.
Kā sagatavoties nodarbībai?
Tie skolēni, kurus interesē tie, kas ierosināja atoma uzbūves kodolmodeli, nodarbībā var parādīt papildu zināšanas. Piemēram, jūs varat pateikt, kā Raterfordam ilgi pēc eksperimentiem patika sniegt analoģiju savam atklājumam. Dienvidāfrikas valstī kontrabandas ceļā tiek ievesti nemierniekiem paredzētie ieroči, kas ir ielikti kokvilnas ķīpās. Kā muitas darbinieki var precīzi noteikt, kur atrodas bīstamās piegādes, ja vilciens ir pilns ar šīm ķīpām? Muitnieks var sākt šaut uz ķīpām, un kur rikošēs lodes, un ir ierocis. Rezerfords uzsvēra, ka šādi tapa viņa atklājums.
Studentiem, kuri nodarbībā gatavojas atbildēt par šo tēmu, vēlams sagatavot atbildes uz šādiem jautājumiem:
1. Kurš ierosināja atoma uzbūves kodolmodeli?
2. Kāda bija eksperimenta jēga?
3. Kodolmodeļa atšķirība no citiem modeļiem.
Rezerforda teorijas nozīme
Radikālie secinājumi, ko Rezerfords izdarīja no saviem eksperimentiem, daudziem viņa laikabiedriem lika šaubīties par šī modeļa derīgumu. Pat pats Raterfords nebija izņēmums – savu pētījumu rezultātus viņš publicēja tikai divus gadus pēc atklājuma. Pamatojoties uz klasiskajām idejām par mikrodaļiņu kustību, viņš ierosināja atoma struktūras kodolplanētu modeli. Kopumā atomam ir neitrāls lādiņš. Elektroni pārvietojas ap kodolu, tāpat kā planētas riņķo ap sauli. Šī kustība notiek Kulona spēku dēļ. Šobrīd Rezerforda modelis ir būtiski pilnveidots, taču zinātnieka atklājums nezaudē savu aktualitāti arī mūsdienās.
Atomu vēsturiskie modeļi1 atspoguļo zināšanu līmeņus, kas atbilst noteiktam zinātnes attīstības periodam.
Pirmajam atomu modeļu izstrādes posmam bija raksturīgs eksperimentālu datu trūkums par tā struktūru.
Izskaidrojot mikrokosmosa parādības, zinātnieki meklēja analoģijas makrokosmosā, paļaujoties uz klasiskās mehānikas likumiem.
Dž.Daltons, ķīmiskā atomisma radītājs (1803), pieļāva, ka atomi no tā paša ķīmiskais elements ir vienas un tās pašas sfēriskas mazākās un līdz ar to nedalāmas daļiņas.
Franču fiziķis Žans Batists Perins (1901) ierosināja modeli, kas faktiski paredzēja "planētu" modeli. Saskaņā ar šo modeli atoma centrā atrodas pozitīvi uzlādēts kodols, ap kuru noteiktās orbītās, piemēram, planētas ap Sauli, pārvietojas negatīvi lādēti elektroni. Perrina modelis nepiesaistīja zinātnieku uzmanību, jo deva tikai kvalitatīvu, bet ne kvantitatīvu atoma raksturlielumu (7. attēlā to parāda neatbilstība starp atoma kodola lādiņu un atomu skaitu). elektroni).
1902. gadā angļu fiziķis Viljams Tomsons (Kelvins) izstrādāja ideju par atomu kā pozitīvi lādētu sfērisku daļiņu, kuras iekšpusē svārstās (izstaro un absorbē enerģiju) negatīvi lādēti elektroni. Kelvins vērsa uzmanību uz to, ka elektronu skaits ir vienāds ar sfēras pozitīvo lādiņu, tāpēc kopumā atomam nav elektriskā lādiņa (7. att.).
Gadu vēlāk vācu fiziķis Filips Lenards ierosināja modeli, saskaņā ar kuru atoms ir doba sfēra, kuras iekšpusē atrodas elektriskie dipoli (dinamīdi). Šo dipolu aizņemtais tilpums ir daudz mazāks par sfēras tilpumu, un galvenā atoma daļa ir tukša.
Saskaņā ar japāņu fiziķa Gontaro (Hantaro) Nagaokas (1904) idejām atoma centrā atrodas pozitīvi uzlādēts kodols, un elektroni pārvietojas telpā ap kodolu plakanos gredzenos, kas atgādina planētas Saturna gredzenus (šī modelis tika saukts par "Saturna" atomu). Lielākā daļa zinātnieku nav pievērsuši uzmanību Nagaokas idejām, lai gan tām zināmā mērā ir kaut kas kopīgs ar mūsdienu ideju par atomu orbitāli.
Neviens no aplūkotajiem modeļiem (7. att.) nepaskaidroja, kā ķīmisko elementu īpašības ir saistītas ar to atomu uzbūvi.
Rīsi. 7. Daži vēsturiski atoma modeļi
1907. gadā J. J. Tomsons ierosināja statisku atoma struktūras modeli, kas attēlo atomu kā sfērisku daļiņu, kas uzlādēta ar pozitīvu elektrību, kurā negatīvi lādētie elektroni ir vienmērīgi sadalīti ( modelis"pudiņš", 7. att.).
Matemātiskie aprēķini ir parādījuši, ka elektroniem atomā jāatrodas uz koncentriski izkārtotiem gredzeniem. Tomsons izdarīja ļoti svarīgu secinājumu: ķīmisko elementu īpašību periodisko izmaiņu iemesls ir saistīts ar to atomu elektroniskās struktūras iezīmēm. Pateicoties tam, Tomsona atoma modeli augstu novērtēja viņa laikabiedri. Tomēr tas nepaskaidroja noteiktas parādības, piemēram, α-daļiņu izkliedi, kad tās iziet cauri metāla plāksnei.
Pamatojoties uz savām idejām par atomu, Tomsons atvasināja formulu α-daļiņu vidējās novirzes aprēķināšanai, un šis aprēķins parādīja, ka šādu daļiņu izkliedes varbūtība lielos leņķos ir tuvu nullei. Tomēr ir eksperimentāli pierādīts, ka aptuveni viena no astoņiem tūkstošiem alfa daļiņu, kas nokrīt uz zelta folijas, tiek novirzīta leņķī, kas ir lielāks par 90°. Tas bija pretrunā ar Tomsona modeli, kurā tika pieņemtas novirzes tikai nelielos leņķos.
Ernests Raterfords, apkopojot eksperimentālos datus, 1911. gadā piedāvāja atoma uzbūves "planētu" (dažkārt sauktu par "kodolu") modeli, saskaņā ar kuru 99,9% no atoma masas un tā pozitīvais lādiņš ir koncentrēti ļoti mazā kodolā. un negatīvi lādēti elektroni, skaitlis, kas ir vienāds ar kodola lādiņu, griežas ap to, piemēram, planētas Saules sistēma 1 (7. att.).
Rezerfords kopā ar saviem studentiem izveidoja eksperimentus, kas ļāva izpētīt atoma uzbūvi (8. att.). Pozitīvi lādētu daļiņu (α-daļiņu) plūsma tika novirzīta uz plānas metāla (zelta) folijas 2 virsmu no radioaktīvā starojuma avota 1. Pa ceļam tika uzstādīts dienasgaismas ekrāns 3, kas ļāva novērot α-daļiņu tālākās kustības virzienu.
Rīsi. 8. Rezerforda pieredze
Tika konstatēts, ka lielākā daļa α-daļiņu izgāja cauri folijai, praktiski nemainot virzienu. Tikai atsevišķas daļiņas (vidēji viena no desmit tūkstošiem) tika novirzītas un lidoja gandrīz pretējā virzienā. Secināts, ka lielākā daļa atoma masas ir koncentrēta pozitīvi lādētajā kodolā, tāpēc α-daļiņas ir tik spēcīgi novirzītas (9. att.).
Rīsi. 9. α-daļiņu izkliede ar atoma kodolu
Elektroniem, kas pārvietojas atomā, saskaņā ar elektromagnētisma likumiem ir jāizstaro enerģija un, to zaudējot, jāpievelk pretēji uzlādētais kodols un līdz ar to "jākrīt" uz tā. Tam vajadzētu novest pie atoma pazušanas, taču, tā kā tas nenotika, tika secināts, ka šis modelis ir neadekvāts.
20. gadsimta sākumā vācu fiziķis Makss Planks un teorētiskais fiziķis Alberts Einšteins radīja gaismas kvantu teoriju. Saskaņā ar šo teoriju starojuma enerģija, piemēram, gaisma, tiek izstarota un absorbēta nevis nepārtraukti, bet atsevišķās porcijās (kvantos). Turklāt enerģijas kvanta vērtība nav vienāda dažādiem starojumiem un ir proporcionāla elektromagnētiskā viļņa svārstību frekvencei: E = hν, kur h – Planka konstante, kas vienāda ar 6,6266 10 -34 J s, ν ir starojuma frekvence. Šo enerģiju nes gaismas daļiņas - fotoni.
Mēģinot mākslīgi apvienot klasiskās mehānikas un kvantu teorijas likumus, dāņu fiziķis Nīls Bors 1913. gadā papildināja Raterforda atoma modeli ar diviem postulātiem par pakāpeniskām (diskrētām) elektronu enerģijas izmaiņām atomā. Bors uzskatīja, ka elektrons ūdeņraža atomā var atrasties tikai precīzi noteiktā vietā stacionāras orbītas, kuru rādiusi ir saistīti viens ar otru kā kvadrāti naturālie skaitļi (1 2: 2 2: 3 2: ... :2. lpp). Elektroni pārvietojas atoma kodols stacionārās orbītās. Atoms atrodas stabilā stāvoklī, neabsorbē un neizstaro enerģiju – tas ir Bora pirmais postulāts. Saskaņā ar otro postulātu enerģijas emisija notiek tikai tad, kad elektrons pārvietojas uz orbītu tuvāk atoma kodolam. Kad elektrons pārvietojas uz tālāku orbītu, atoms absorbē enerģiju. Šo modeli 1916. gadā uzlaboja vācu teorētiskais fiziķis Arnolds Zomerfelds, kurš norādīja uz elektronu kustību gar eliptiskās orbītas.
Planētu modelis, pateicoties tā redzamībai un Bora postulātiem, ilgu laiku izmanto, lai izskaidrotu atomu un molekulāro parādību. Taču izrādījās, ka elektrona kustību atomā, atoma stabilitāti un īpašības, atšķirībā no planētu kustības un Saules sistēmas stabilitātes, nevar aprakstīt ar klasiskās mehānikas likumiem. Šī mehānika ir balstīta uz Ņūtona likumiem, un tās izpētes priekšmets ir makroskopisku ķermeņu kustība, kas tiek veikta ar ātrumu, kas ir mazs salīdzinājumā ar gaismas ātrumu. Lai aprakstītu atoma uzbūvi, nepieciešams pielietot kvantu (viļņu) mehānikas jēdzienus par mikrodaļiņu duālo korpuskulāro viļņu raksturu, ko 20. gadsimta 20. gados formulēja teorētiskie fiziķi: francūzis Luiss de Broljē, vācieši Verners. Heizenbergs un Ervins Šrēdingers, anglis Pols Diraks un citi.
1924. gadā Luiss de Broglie izvirzīja hipotēzi, ka elektronam piemīt viļņu īpašības (pirmais kvantu mehānikas princips) un ierosināja formulu tā viļņa garuma aprēķināšanai. Atoma stabilitāte ir izskaidrojama ar to, ka elektroni tajā nepārvietojas pa orbītām, bet gan noteiktos telpas apgabalos ap kodolu, ko sauc par atomu orbitālēm. Elektrons aizņem gandrīz visu atoma tilpumu un nevar "uzkrist uz kodolu", kas atrodas tā centrā.
1926. gadā Šrēdingers, turpinot attīstīt L. de Broglie idejas par elektrona viļņu īpašībām, empīriski izvēlējās Matemātiskais vienādojums, līdzīgi stīgu vibrāciju vienādojumam, ko var izmantot, lai aprēķinātu elektrona saistīšanas enerģijas atomā dažādos enerģijas līmeņos. Šis vienādojums ir kļuvis par kvantu mehānikas pamata vienādojumu.
Elektrona viļņu īpašību atklāšana parādīja, ka zināšanu izplatīšana par makrokosmosu mikrokosmosa objektiem ir nelikumīga. 1927. gadā Heizenbergs konstatēja, ka ar noteiktu ātrumu nav iespējams noteikt precīzu elektrona atrašanās vietu telpā, tāpēc priekšstatiem par elektrona kustību atomā ir varbūtības raksturs (otrais kvantu mehānikas princips).
Atoma kvantu mehāniskais modelis (1926) apraksta atoma stāvokli caur matemātiskām funkcijām un tam nav ģeometriskas izteiksmes (10. att.). Šāds modelis neņem vērā atoma struktūras dinamisko raksturu un jautājumu par elektrona kā daļiņas izmēru. Tiek uzskatīts, ka elektroni aizņem noteiktus enerģijas līmeņus un izstaro vai absorbē enerģiju, pārejot uz citiem līmeņiem. Uz att. 10 enerģijas līmeņi shematiski parādīti kā koncentriski gredzeni, kas atrodas dažādos attālumos no atoma kodola. Bultiņas parāda elektronu pārejas starp enerģijas līmeņiem un fotonu emisiju, kas pavada šīs pārejas. Shēma ir parādīta kvalitatīvi un neatspoguļo reālos attālumus starp enerģijas līmeņiem, kas var atšķirties viens no otra desmitiem reižu.
1931. gadā amerikāņu zinātnieks Gilberts Vaits pirmo reizi ierosināja atomu orbitāļu grafisku attēlojumu un atoma "orbitālo" modeli (10. att.). Atomu orbitāļu modeļi tiek izmantoti, lai atspoguļotu jēdzienu "elektronu blīvums" un demonstrētu negatīvā lādiņa sadalījumu ap kodolu atomā vai atomu kodolu sistēmu molekulā.
Rīsi. 10. Vēsturiskā un mūsdienīgi modeļi atoms
1963. gadā amerikāņu mākslinieks, tēlnieks un inženieris Kenets Snelsons ierosināja atoma elektronu apvalku "modeli ar gredzenu" (10. att.), kas izskaidro elektronu kvantitatīvo sadalījumu atomā pa stabiliem elektronu apvalkiem. Katrs elektrons tiek modelēts ar gredzena magnētu (vai slēgtu cilpu ar elektrošoks kam ir magnētiskais moments). Gredzenu magnēti tiek piesaistīti viens otram un veido simetriskas formas no gredzeniem - ringhedra. Divu polu klātbūtne magnētos uzliek ierobežojumu iespējamie varianti gredzenu komplekti. Stabilu elektronu apvalku modeļi ir simetriskākās gredzenu figūras, kas veidotas, ņemot vērā to magnētisko īpašību klātbūtni.
Spin klātbūtne elektronā (sk. 5. nodaļu) ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc atomā veidojas stabilas elektronu čaulas. Elektroni veido pārus ar pretējiem griezieniem. Elektronu pāra modelis ar gredzenveida virsmu jeb piepildīta atoma orbitāle ir divi gredzeni, kas atrodas paralēlās plaknēs atoma kodola pretējās pusēs. Kad atoma kodola tuvumā atrodas vairāk nekā viens elektronu pāris, gredzeni-elektroni ir spiesti savstarpēji orientēties, veidojot elektronu apvalku. Šajā gadījumā cieši izvietotiem gredzeniem ir dažādi magnētiskie virzieni spēka līnijas, kas ir apzīmēts dažāda krāsa gredzeni, kas attēlo elektronus.
Modeļa eksperiments parāda, ka visstabilākais no visiem iespējamiem gredzenveida modeļiem ir 8 gredzenu modelis. Ģeometriski modelis veidots tā, it kā atoms sfēras formā tiktu sadalīts 8 daļās (dalīts trīs reizes uz pusēm) un katrā daļā ievietots viens gredzens-elektrons. Gredzenveida modeļos tiek izmantoti divu krāsu gredzeni: sarkans un zils, kas atspoguļo elektronu griešanās pozitīvo un negatīvo vērtību.
"Modelis ar viļņu seju" (10. att.) ir līdzīgs "gredzenveida" modelim ar atšķirību, ka katrs atoma elektrons ir attēlots ar "viļņu" gredzenu, kas satur veselu viļņu skaitu (kā ierosināja L. de Broglie).
Elektronu apvalka elektronu mijiedarbību uz šī atoma modeļa parāda zilā un sarkanā "viļņa" gredzena saskares punktu sakritība ar stāvviļņu mezgliem.
Atomu modeļiem ir tiesības pastāvēt un pielietojuma robežas. Jebkurš atoma modelis ir tuvinājums, kas atspoguļojas vienkāršotā formā noteikta daļa zināšanas par atomu. Bet neviens no modeļiem pilnībā neatspoguļo atoma vai to veidojošo daļiņu īpašības.
Daudzi modeļi mūsdienās ir tikai vēsturiski interesanti. Veidojot mikropasaules objektu modeļus, zinātnieki paļāvās uz to, ko var tieši novērot. Tā parādījās Perrina un Rezerforda (analoģija ar Saules sistēmas uzbūvi), Nagaokas (sava veida planēta Saturns), Tomsona ("rozīņu pudiņš") modeļi. Dažas idejas tika atmestas (Lenarda dinamiskais modelis), citas pēc kāda laika tika apskatītas atkārtoti, taču jaunā, augstākā teorētiskā līmenī: Perina un Kelvina modeļi tika izstrādāti Rezerforda un Tomsona modeļos. Idejas par atoma uzbūvi tiek nepārtraukti pilnveidotas. Cik precīzs ir modernais - "kvantu mehāniskais" modelis - rādīs laiks. Tāpēc spirāles augšpusē ir uzzīmēta jautājuma zīme, kas simbolizē izziņas ceļu (7. att.).
Atomu planētu modelis
Atomu planētu modelis: kodols (sarkans) un elektroni (zaļš)
Atomu planētu modelis, vai Rezerforda modelis, - atoma uzbūves vēsturiskais modelis, kuru ierosināja Ernests Raterfords eksperimenta ar alfa daļiņu izkliedes rezultātā. Pēc šī modeļa atoms sastāv no maza pozitīvi lādēta kodola, kurā ir koncentrēta gandrīz visa atoma masa, ap kuru pārvietojas elektroni, tāpat kā planētas pārvietojas ap sauli. Atoma planetārais modelis atbilst modernas idejas par atoma uzbūvi, ņemot vērā to, ka elektronu kustībai ir kvantu raksturs un to neapraksta klasiskās mehānikas likumi. Vēsturiski Rezerforda planetārais modelis aizstāja Džozefa Džona Tomsona "plūmju pudiņa modeli", kas postulē, ka negatīvi lādēti elektroni atrodas pozitīvi lādētā atomā.
Rezerfords 1911. gadā ierosināja jaunu atoma struktūras modeli kā secinājumu no eksperimenta par alfa daļiņu izkliedi uz zelta folijas, kas tika veikts viņa vadībā. Šīs izkliedes laikā lielos leņķos tika izkliedēts negaidīti liels skaits alfa daļiņu, kas liecināja, ka izkliedes centrā ir mazs izmērs un tas satur nozīmīgu elektriskais lādiņš. Rezerforda aprēķini parādīja, ka izkliedes centram, kas ir pozitīvi vai negatīvi lādēts, jābūt vismaz 3000 reižu mazāks izmērs atoms, kas tobrīd jau bija zināms un tika lēsts ap 10 -10 m Tā kā tajā laikā elektroni jau bija zināmi, un tika noteikta to masa un lādiņš, tad izkliedes centram, ko vēlāk nosauca par kodolu ir bijis pretējs lādiņš elektroniem. Rezerfords nesaistīja lādiņa daudzumu ar atomskaitli. Šāds secinājums tika izdarīts vēlāk. Un pats Rezerfords ierosināja, ka lādiņš ir proporcionāls atomu masai.
Planētu modeļa trūkums bija tā nesaderība ar klasiskās fizikas likumiem. Ja elektroni pārvietojas ap kodolu kā planētas ap Sauli, tad to kustība ir paātrināta, un tāpēc saskaņā ar klasiskās elektrodinamikas likumiem tiem vajadzēja izstarot elektromagnētiskie viļņi, zaudē enerģiju un nokrīt uz kodola. Nākamais solis planētu modeļa izstrādē bija Bora modelis, kas postulēja citus, no klasiskajiem atšķirīgus elektronu kustības likumus. Pilnīgi elektrodinamikas pretrunas spēja atrisināt kvantu mehāniku.
Wikimedia fonds. 2010 .
- Eise Eisingi planetārijs
- planētu fantāzija
Skatiet, kas ir "Atomu planētu modelis" citās vārdnīcās:
atoma planētu modelis- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. planetārā atoma modelis vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. atoma planetārais modelis, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas
Bora atoma modelis- Bora modelis ūdeņradim līdzīgam atomam (Z kodola lādiņš), kur negatīvi lādēts elektrons ir ietverts atoma apvalkā, kas ieskauj mazu, pozitīvi lādētu atoma kodolu ... Wikipedia
Modelis (zinātnē)- Modelis (franču modèle, itāļu modelo, no latīņu moduļa mērs, mērs, paraugs, norma), 1) paraugs, kas kalpo kā standarts (standarts) sērijveida vai masveida pavairošanai (M. auto, M. drēbes u.c.). ), kā arī jebkura veida, zīmola ... ...
Modelis- I modelis (modelis) Valters (24.1.1891., Džentins, Austrumprūsija, 21.4.1945., netālu no Dīsburgas), fašistu vācu ģenerālfeldmaršals (1944). Armijā no 1909. gada, piedalījies 1914. gada 1. pasaules karā 18. No 1940. gada novembra komandējis 3. tanku ... ... Lielā padomju enciklopēdija
ATOMA UZBŪVE- (skat.) būvēts no elementārdaļiņas trīs veidi(skat.), (skat.) un (skat.), veidojot stabilu sistēmu. Protons un neitrons ir atoma daļa (sk.), elektroni veido elektronu apvalku. Spēki darbojas kodolā (sk.), pateicoties kuriem ... ... Lielā Politehniskā enciklopēdija
Atom- Šim terminam ir arī citas nozīmes, skatiet Atom (nozīmes). Hēlija atoms Atom (no citām grieķu ... Wikipedia
Razerfords Ernests- (1871 1937), angļu fiziķis, viens no radioaktivitātes teorijas un atoma uzbūves pamatlicējiem, zinātniskās skolas dibinātājs, Krievijas Zinātņu akadēmijas ārvalstu korespondentloceklis (1922) un PSRS akadēmijas goda loceklis. Zinātnes (1925). Dzimis Jaunzēlandē, absolvējis...... enciklopēdiskā vārdnīca
Άτομο
korpuskulis- Hēlija atoms Atoms (cits grieķu ἄτομος nedalāms) ir ķīmiskā elementa mazākā daļa, kas ir tā īpašību nesējs. Atoms sastāv no atoma kodola un elektronu mākoņa, kas to ieskauj. Atoma kodols sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un ... ... Wikipedia
asinsķermenīši- Hēlija atoms Atoms (cits grieķu ἄτομος nedalāms) ir ķīmiskā elementa mazākā daļa, kas ir tā īpašību nesējs. Atoms sastāv no atoma kodola un elektronu mākoņa, kas to ieskauj. Atoma kodols sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un ... ... Wikipedia
Grāmatas
- Galdu komplekts. Fizika. 11. klase (15 tabulas), . Izglītojošs albums ar 15 lapām. Transformators. Elektromagnētiskā indukcija mūsdienu tehnoloģijās. Elektroniskās lampas. Katodstaru lampa. Pusvadītāji. pusvadītāju diode. Tranzistors...
Atomu planētu modelis
Atomu planētu modelis: kodols (sarkans) un elektroni (zaļš)
Atomu planētu modelis, vai Rezerforda modelis, - atoma uzbūves vēsturiskais modelis, kuru ierosināja Ernests Raterfords eksperimenta ar alfa daļiņu izkliedes rezultātā. Pēc šī modeļa atoms sastāv no maza pozitīvi lādēta kodola, kurā ir koncentrēta gandrīz visa atoma masa, ap kuru pārvietojas elektroni, tāpat kā planētas pārvietojas ap sauli. Atoma planetārais modelis atbilst mūsdienu priekšstatiem par atoma uzbūvi, ņemot vērā to, ka elektronu kustībai ir kvantu raksturs un to neapraksta klasiskās mehānikas likumi. Vēsturiski Rezerforda planetārais modelis aizstāja Džozefa Džona Tomsona "plūmju pudiņa modeli", kas postulē, ka negatīvi lādēti elektroni atrodas pozitīvi lādētā atomā.
Rezerfords 1911. gadā ierosināja jaunu atoma struktūras modeli kā secinājumu no eksperimenta par alfa daļiņu izkliedi uz zelta folijas, kas tika veikts viņa vadībā. Šīs izkliedes laikā lielos leņķos tika izkliedēts negaidīti liels skaits alfa daļiņu, kas liecināja, ka izkliedes centrs ir mazs un tajā koncentrējās ievērojams elektriskais lādiņš. Rezerforda aprēķini parādīja, ka izkliedes centram, pozitīvi vai negatīvi lādētam, jābūt vismaz 3000 reižu mazākam par atoma izmēru, kas tolaik jau bija zināms un tika lēsts apmēram 10 -10 m Tā kā elektroni bija zināmi jau plkst. šajā laikā, un tiek noteikta to masa un lādiņš, tad izkliedes centram, ko vēlāk sauca par kodolu, noteikti bija pretējs elektronu lādiņš. Rezerfords nesaistīja lādiņa daudzumu ar atomskaitli. Šāds secinājums tika izdarīts vēlāk. Un pats Rezerfords ierosināja, ka lādiņš ir proporcionāls atomu masai.
Planētu modeļa trūkums bija tā nesaderība ar klasiskās fizikas likumiem. Ja elektroni pārvietojas ap kodolu kā planēta ap Sauli, tad to kustība tiek paātrināta, un tāpēc saskaņā ar klasiskās elektrodinamikas likumiem tiem vajadzētu izstarot elektromagnētiskos viļņus, zaudēt enerģiju un krist uz kodolu. Nākamais solis planētu modeļa izstrādē bija Bora modelis, kas postulēja citus, no klasiskajiem atšķirīgus elektronu kustības likumus. Pilnīgi elektrodinamikas pretrunas spēja atrisināt kvantu mehāniku.
Wikimedia fonds. 2010 .
Skatiet, kas ir "Atomu planētu modelis" citās vārdnīcās:
atoma planētu modelis- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. planetārā atoma modelis vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. atoma planetārais modelis, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas
Bora modelis ūdeņradim līdzīgam atomam (Z kodollādiņš), kur negatīvi lādēts elektrons ir ietverts atoma apvalkā, kas ieskauj mazu, pozitīvi lādētu atoma kodolu ... Wikipedia
Modelis (franču modèle, itāļu modelo, no latīņu moduļa mērs, mērs, paraugs, norma), 1) paraugs, kas kalpo kā standarts (standarts) sērijveida vai masveida pavairošanai (automašīnas M., apģērba M. utt. .). ), kā arī jebkura veida, zīmola ... ...
I Modelis (modelis) Valters (1891. gada 24. janvārī Džentinā, Austrumprūsijā, 1945. gada 21. aprīlī netālu no Duisburgas), nacistiskās Vācijas ģenerālfeldmaršals (1944). Armijā no 1909. gada, piedalījies 1914. gada 1. pasaules karā 18. No 1940. gada novembra komandējis 3. tanku ... ... Lielā padomju enciklopēdija
ATOMA UZBŪVE- (skat.) ir veidots no trīs veidu elementārdaļiņām (sk.), (sk.) un (sk.), veidojot stabilu sistēmu. Protons un neitrons ir atoma daļa (sk.), elektroni veido elektronu apvalku. Spēki darbojas kodolā (sk.), pateicoties kuriem ... ... Lielā Politehniskā enciklopēdija
Šim terminam ir arī citas nozīmes, skatiet sadaļu Atom (nozīmes). Hēlija atoms Atom (no citām grieķu ... Wikipedia
- (1871 1937), angļu fiziķis, viens no radioaktivitātes teorijas un atoma uzbūves pamatlicējiem, zinātniskās skolas dibinātājs, Krievijas Zinātņu akadēmijas ārvalstu korespondentloceklis (1922) un PSRS akadēmijas goda loceklis. Zinātnes (1925). Dzimis Jaunzēlandē, absolvējis...... enciklopēdiskā vārdnīca
Hēlija atoms Atoms (cits grieķu ἄτομος nedalāms) ir ķīmiskā elementa mazākā daļa, kas ir tā īpašību nesējs. Atoms sastāv no atoma kodola un elektronu mākoņa, kas to ieskauj. Atoma kodols sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un ... ... Wikipedia
Hēlija atoms Atoms (cits grieķu ἄτομος nedalāms) ir ķīmiskā elementa mazākā daļa, kas ir tā īpašību nesējs. Atoms sastāv no atoma kodola un elektronu mākoņa, kas to ieskauj. Atoma kodols sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un ... ... Wikipedia
Grāmatas
- Galdu komplekts. Fizika. 11. klase (15 tabulas), . Izglītojošs albums ar 15 lapām. Transformators. Elektromagnētiskā indukcija mūsdienu tehnoloģijās. Elektroniskās lampas. Katodstaru lampa. Pusvadītāji. pusvadītāju diode. Tranzistors...
Pirmo atoma uzbūves modeli 1904. gadā ierosināja J. Tomsons, saskaņā ar kuru atoms ir pozitīvi lādēta sfēra ar tajā iegultiem elektroniem. Neskatoties uz nepilnību, Tomsona modelis ļāva izskaidrot gaismas emisijas, absorbcijas un atomu izkliedes parādības, kā arī noteikt elektronu skaitu gaismas elementu atomos.
Rīsi. 1. Atoms, pēc Tomsona modeļa. Elektronus pozitīvi lādētā sfērā notur elastīgie spēki. Tie, kas atrodas uz virsmas, var viegli "izsist", atstājot jonizētu atomu.
2.2 Rutherford modelis
Tomsona modeli atspēkoja E. Rezerfords (1911), kurš pierādīja, ka pozitīvais lādiņš un gandrīz visa atoma masa ir koncentrēta nelielā tā tilpuma daļā – kodolā, ap kuru pārvietojas elektroni (2. att.).
Rīsi. 2. Šis atoma uzbūves modelis ir pazīstams kā planetārs, jo elektroni griežas ap kodolu tāpat kā Saules sistēmas planētas.
Saskaņā ar klasiskās elektrodinamikas likumiem elektrona kustība pa apli ap kodolu būs stabila, ja Kulona pievilkšanas spēks ir vienāds ar centrbēdzes spēku. Taču saskaņā ar elektromagnētiskā lauka teoriju elektroniem šajā gadījumā jāpārvietojas pa spirāli, nepārtraukti izstarojot enerģiju, un jākrīt uz kodola. Tomēr atoms ir stabils.
Turklāt ar nepārtrauktu enerģijas starojumu atomam vajadzētu būt nepārtrauktam, nepārtrauktam spektram. Faktiski atoma spektrs sastāv no atsevišķām līnijām un sērijām.
Tādējādi šis modelis ir pretrunā ar elektrodinamikas likumiem un neizskaidro atoma spektra līniju raksturu.
2.3. Bora modelis
1913. gadā N. Bors ierosināja savu teoriju par atoma uzbūvi, pilnībā nenoliedzot iepriekšējās idejas. Bors savu teoriju balstīja uz diviem postulātiem.
Pirmais postulāts saka, ka elektrons var griezties ap kodolu tikai noteiktās stacionārās orbītās. Atrodoties uz tiem, tas neizstaro un neuzsūc enerģiju (3. att.).
Rīsi. 3. Bora atoma uzbūves modelis. Izmaiņas atoma stāvoklī, elektronam pārvietojoties no vienas orbītas uz otru.
Pārvietojoties pa jebkuru stacionāru orbītu, elektrona enerģijas padeve (E 1, E 2 ...) paliek nemainīga. Jo tuvāk orbīta atrodas kodolam, jo mazāka ir elektronu enerģijas rezerve E 1 ˂ E 2 …˂ E n . Elektrona enerģiju orbītā nosaka vienādojums:
kur m ir elektrona masa, h ir Planka konstante, n ir 1, 2, 3… (n = 1 1. orbītai, n = 2 2. orbītai utt.).
Otrais postulāts saka, ka, pārvietojoties no vienas orbītas uz otru, elektrons absorbē vai atbrīvo enerģijas kvantu (daļu).
Ja atomi tiek pakļauti ietekmei (karsēšanai, starojumam utt.), tad elektrons var absorbēt enerģijas kvantu un pārvietoties uz orbītu, kas atrodas tālāk no kodola (3. att.). Šajā gadījumā tiek runāts par atoma satrauktu stāvokli. Elektrona reversās pārejas laikā (uz orbītu, kas ir tuvāk kodolam) enerģija izdalās starojuma enerģijas kvanta - fotona formā. Spektrā to nosaka noteikta līnija. Pamatojoties uz formulu
,
kur λ ir viļņa garums, n = kvantu skaitļi, kas raksturo tuvākās un tālākās orbītas, Bors aprēķināja viļņu garumus visām sērijām ūdeņraža atoma spektrā. Iegūtie rezultāti saskanēja ar eksperimentālajiem datiem. Nepārtraukto līniju spektru izcelsme kļuva skaidra. Tie ir atomu enerģijas emisijas rezultāts elektronu pārejas laikā no ierosinātā stāvokļa uz stacionāru. Elektronu pārejas uz 1. orbītu veido Laimena sērijas frekvenču grupu, uz 2. - Balmera sēriju, uz 3. Paschen sēriju (4. att., 1. tabula).
Rīsi. 4. Ūdeņraža atoma elektronisko pāreju un spektrālo līniju atbilstība.
1. tabula
Bora formulas pārbaude ūdeņraža spektra sērijām
Tomēr Bora teorija nespēja izskaidrot līniju sadalīšanu daudzelektronu atomu spektros. Bors balstījās uz faktu, ka elektrons ir daļiņa, un izmantoja daļiņām raksturīgos likumus, lai aprakstītu elektronu. Tajā pašā laikā tika uzkrāti fakti, kas liecināja, ka elektrons spēj parādīt arī viļņu īpašības. Klasiskā mehānika izrādījās nespējīga izskaidrot mikroobjektu kustību, kam vienlaikus piemīt materiāla daļiņu īpašības un viļņa īpašības. Šo problēmu atrisināja kvantu mehānika - fizikālā teorija, kas pēta mikrodaļiņu ar ļoti mazu masu vispārīgos kustības un mijiedarbības modeļus (2. tabula).
2. tabula
Elementārdaļiņu īpašības, kas veido atomu