Starovekí grécki a staroindickí vedci a filozofi verili, že všetky látky okolo nás pozostávajú z drobných častíc, ktoré sa nedelia.
Boli si istí, že na svete neexistuje nič, čo by bolo menšie ako tieto častice, ktoré nazývali atómov . A skutočne, neskôr existenciu atómov dokázali takí slávni vedci ako Antoine Lavoisier, Michail Lomonosov, John Dalton. Atóm bol považovaný za nedeliteľný až do konca 19. - začiatku 20. storočia, kedy sa ukázalo, že to tak nie je.
Objav elektrónu. Thomsonov model atómu
Joseph John Thomson
V roku 1897 anglický fyzik Joseph John Thomson, ktorý experimentálne študoval správanie katódových lúčov v magnetických a elektrických poliach, zistil, že tieto lúče sú prúdom záporne nabitých častíc. Rýchlosť pohybu týchto častíc bola nižšia ako rýchlosť svetla. Preto mali omšu. Odkiaľ prišli? Vedec naznačil, že tieto častice sú súčasťou atómu. Zavolal ich krviniek . Neskôr boli tzv elektróny . Objav elektrónu tak ukončil teóriu o nedeliteľnosti atómu.
Thomsonov model atómu
Thomson navrhol prvý elektronický model atómu. Atóm je podľa nej guľa, vo vnútri ktorej je nabitá látka, ktorej kladný náboj je rovnomerne rozložený v celom objeme. A v tejto látke, podobne ako hrozienka v žemli, sú rozptýlené elektróny. Vo všeobecnosti je atóm elektricky neutrálny. Tento model sa nazýval „model slivkového pudingu“.
Thomsonov model sa však ukázal ako nesprávny, čo dokázal britský fyzik Sir Ernest Rutherford.
Rutherfordova skúsenosť
Ernest Rutherford
Ako je vlastne atóm usporiadaný? Rutherford dal odpoveď na túto otázku po svojom experimente, ktorý uskutočnil v roku 1909 spolu s nemeckým fyzikom Hansom Geigerom a novozélandským fyzikom Ernstom Marsdenom.
Rutherfordova skúsenosť
Účelom experimentu bolo študovať atóm pomocou častíc alfa, ktorých sústredený lúč letiaci veľkou rýchlosťou smeroval na najtenšiu zlatú fóliu. Za fóliou bola luminiscenčná obrazovka. Keď sa s ním zrazili častice, objavili sa záblesky, ktoré bolo možné pozorovať pod mikroskopom.
Ak má Thomson pravdu a atóm je tvorený oblakom elektrónov, častice by mali ľahko preletieť cez fóliu bez toho, aby boli vychýlené. Keďže hmotnosť častice alfa prevyšovala hmotnosť elektrónu asi 8000-krát, elektrón na ňu nemohol pôsobiť a vychýliť svoju dráhu pod veľkým uhlom, rovnako ako 10 g kamienok nemohol zmeniť dráhu pohybujúceho sa auta.
V praxi však všetko dopadlo inak. Väčšina častíc skutočne preletela cez fóliu, prakticky sa neodchýlila alebo neodchýlila o malý uhol. No niektoré častice sa dosť výrazne odchýlili alebo sa dokonca odrazili späť, akoby im v ceste stála nejaká prekážka. Ako povedal sám Rutherford, bolo to také neuveriteľné, ako keby sa 15-palcový projektil odrazil od kusu hodvábneho papiera.
Čo spôsobilo, že niektoré častice alfa tak zmenili smer? Vedec naznačil, že dôvodom bola časť atómu, koncentrovaná vo veľmi malom objeme a s kladným nábojom. Zavolal jej jadro atómu.
Rutherfordov planetárny model atómu
Rutherfordov model atómu
Rutherford dospel k záveru, že atóm pozostáva z hustého kladne nabitého jadra umiestneného v strede atómu a elektrónov, ktoré majú záporný náboj. Takmer všetka hmotnosť atómu je sústredená v jadre. Vo všeobecnosti je atóm neutrálny. Kladný náboj jadra sa rovná súčtu záporných nábojov všetkých elektrónov v atóme. Ale elektróny nie sú vložené do jadra ako v Thomsonovom modeli, ale obiehajú okolo neho ako planéty okolo Slnka. K rotácii elektrónov dochádza pôsobením Coulombovej sily pôsobiacej na ne z jadra. Rýchlosť rotácie elektrónov je obrovská. Nad povrchom jadra tvoria akýsi oblak. Každý atóm má svoj vlastný elektrónový oblak, záporne nabitý. Z tohto dôvodu sa "nelepia", ale navzájom sa odpudzujú.
Kvôli svojej podobnosti s slnečná sústava Rutherfordov model sa nazýval planetárny.
Prečo atóm existuje
Rutherfordov model atómu však nedokázal vysvetliť, prečo je atóm taký stabilný. Podľa zákonov klasickej fyziky sa elektrón, ktorý sa otáča na obežnej dráhe, pohybuje so zrýchlením, preto vyžaruje elektromagnetické vlny a stráca energiu. Nakoniec sa táto energia musí vyčerpať a elektrón musí spadnúť do jadra. Ak by to tak bolo, atóm by mohol existovať iba 10 -8 s. Ale prečo sa to nedeje?
Dôvod tohto javu neskôr vysvetlil dánsky fyzik Niels Bohr. Navrhol, aby sa elektróny v atóme pohybovali iba po pevných dráhach, ktoré sa nazývajú „povolené dráhy“. Tým, že sú na nich, nevyžarujú energiu. A k emisii alebo absorpcii energie dochádza iba vtedy, keď sa elektrón pohybuje z jednej povolenej dráhy na druhú. Ak ide o prechod zo vzdialenej obežnej dráhy na dráhu bližšie k jadru, potom sa energia vyžaruje a naopak. Žiarenie sa vyskytuje v častiach, ktoré sú tzv kvantá.
Hoci model opísaný Rutherfordom nedokázal vysvetliť stabilitu atómu, umožnil významný pokrok v štúdiu jeho štruktúry.
Prvý model štruktúry atómu navrhol J. Thomson v roku 1904, podľa ktorého je atóm kladne nabitá guľa, v ktorej sú uložené elektróny. Thomsonov model napriek svojej nedokonalosti umožnil vysvetliť javy emisie, absorpcie a rozptylu svetla atómami, ako aj určiť počet elektrónov v atómoch ľahkých prvkov.
Ryža. 1. Atóm podľa Thomsonovho modelu. Elektróny sú držané vo vnútri kladne nabitej gule elastickými silami. Tie z nich, ktoré sú na povrchu, môžu ľahko „vyraziť“ a zanechať tak ionizovaný atóm.
2.2 Rutherfordov model
Thomsonov model vyvrátil E. Rutherford (1911), ktorý dokázal, že kladný náboj a takmer celá hmotnosť atómu sú sústredené v malej časti jeho objemu – jadre, okolo ktorého sa pohybujú elektróny (obr. 2).
Ryža. 2. Tento model štruktúry atómu je známy ako planetárny, pretože elektróny obiehajú okolo jadra ako planéty slnečnej sústavy.
Podľa zákonov klasickej elektrodynamiky bude pohyb elektrónu v kruhu okolo jadra stabilný, ak sa Coulombova príťažlivá sila rovná odstredivej sile. Podľa teórie elektromagnetického poľa by sa však elektróny v tomto prípade mali pohybovať po špirále, nepretržite vyžarovať energiu a dopadať na jadro. Atóm je však stabilný.
Navyše, pri nepretržitom žiarení energie by mal mať atóm súvislé, súvislé spektrum. V skutočnosti sa spektrum atómu skladá z jednotlivých línií a radov.
Tento model je teda v rozpore so zákonmi elektrodynamiky a nevysvetľuje čiarový charakter atómového spektra.
2.3. Bohrov model
V roku 1913 N. Bohr navrhol svoju teóriu štruktúry atómu bez toho, aby úplne poprel predchádzajúce myšlienky. Bohr založil svoju teóriu na dvoch postulátoch.
Prvý postulát hovorí, že elektrón sa môže otáčať okolo jadra iba na určitých stacionárnych dráhach. Tým, že je na nich, nevyžaruje ani nepohlcuje energiu (obr. 3).
Ryža. 3. Model štruktúry Bohrovho atómu. Zmena stavu atómu, keď sa elektrón pohybuje z jednej dráhy na druhú.
Pri pohybe po akejkoľvek stacionárnej dráhe zostáva dodávka energie elektrónu (E 1, E 2 ...) konštantná. Čím bližšie je orbita k jadru, tým nižšia je energetická rezerva elektrónu Е 1 ˂ Е 2 …˂ Е n . Energia elektrónu na obežných dráhach je určená rovnicou:
kde m je hmotnosť elektrónu, h je Planckova konštanta, n je 1, 2, 3… (n=1 pre 1. orbit, n=2 pre 2., atď.).
Druhý postulát hovorí, že pri pohybe z jednej obežnej dráhy na druhú elektrón pohltí alebo uvoľní kvantum (časť) energie.
Ak sú atómy vystavené vplyvom (zohrievanie, žiarenie atď.), potom elektrón môže absorbovať kvantum energie a presunúť sa na obežnú dráhu vzdialenejšiu od jadra (obr. 3). V tomto prípade sa hovorí o excitovanom stave atómu. Pri spätnom prechode elektrónu (na dráhu bližšie k jadru) sa uvoľňuje energia vo forme kvanta žiarivej energie – fotónu. V spektre je to fixované určitou čiarou. Na základe vzorca
,
kde λ je vlnová dĺžka, n = kvantové čísla charakterizujúce blízke a vzdialené dráhy, Bohr vypočítal vlnové dĺžky pre všetky série v spektre atómu vodíka. Získané výsledky boli v súlade s experimentálnymi údajmi. Pôvod nespojitých čiarových spektier bol jasný. Sú výsledkom emisie energie atómami pri prechode elektrónov z excitovaného stavu do stacionárneho. Prechody elektrónov na 1. orbit tvoria skupinu frekvencií Lymanovho radu, 2. - Balmerovho radu, 3. Paschenovho radu (obr. 4, tabuľka 1).
Ryža. 4. Korešpondencia medzi elektrónovými prechodmi a spektrálnymi čiarami atómu vodíka.
stôl 1
Overenie Bohrovho vzorca pre rad vodíkového spektra
Bohrova teória však nedokázala vysvetliť štiepenie čiar v spektrách multielektrónových atómov. Bohr vychádzal zo skutočnosti, že elektrón je častica, a na opis elektrónu použil zákony charakteristické pre častice. Zároveň sa hromadili fakty, ktoré naznačujú, že elektrón je schopný prejaviť sa a vlnové vlastnosti. Ukázalo sa, že klasická mechanika nedokáže vysvetliť pohyb mikroobjektov, ktoré majú súčasne vlastnosti hmotných častíc a vlastnosti vlny. Tento problém vyriešila kvantová mechanika – fyzikálna teória, ktorá študuje všeobecné vzorce pohybu a interakcie mikročastíc s veľmi malou hmotnosťou (tabuľka 2).
tabuľka 2
Vlastnosti elementárnych častíc, ktoré tvoria atóm
Planetárny model atómu
Planetárny model atómu: jadro (červené) a elektróny (zelené)
Planetárny model atómu, alebo Rutherfordov model, - historický model štruktúry atómu, ktorý navrhol Ernest Rutherford ako výsledok experimentu s rozptylom častíc alfa. Podľa tohto modelu sa atóm skladá z malého kladne nabitého jadra, v ktorom je sústredená takmer všetka hmota atómu, okolo ktorého sa pohybujú elektróny, rovnako ako sa pohybujú planéty okolo Slnka. Planetárny model atómu zodpovedá moderné nápady o štruktúre atómu s prihliadnutím na skutočnosť, že pohyb elektrónov má kvantový charakter a nie je popísaný zákonmi klasickej mechaniky. Historicky, Rutherfordov planetárny model nahradil "model slivkového pudingu" Josepha Johna Thomsona, ktorý predpokladá, že negatívne nabité elektróny sú umiestnené vo vnútri kladne nabitého atómu.
Rutherford navrhol nový model štruktúry atómu v roku 1911 ako záver z experimentu o rozptyle častíc alfa na zlatej fólii, ktorý sa uskutočnil pod jeho vedením. S týmto rozptylom nečakane veľké množstvo alfa častice boli rozptýlené pod veľkými uhlami, čo naznačovalo, že centrum rozptylu má malá veľkosť a obsahuje významné nabíjačka. Rutherfordove výpočty ukázali, že stred rozptylu, kladne alebo záporne nabitý, musí byť najmenej 3000-krát menšiu veľkosť atóm, ktorý bol v tom čase už známy a odhadovaný na cca 10 -10 m. Keďže v tom čase už boli známe elektróny a bola určená ich hmotnosť a náboj, rozptylové centrum, ktoré sa neskôr nazývalo jadro, muselo mať mal opačný náboj ako elektróny. Rutherford nespájal množstvo náboja s atómovým číslom. Tento záver bol urobený neskôr. A sám Rutherford navrhol, že náboj je úmerný atómovej hmotnosti.
Nevýhodou planetárneho modelu bola jeho nekompatibilita so zákonmi klasickej fyziky. Ak sa elektróny pohybujú okolo jadra ako planéta okolo Slnka, ich pohyb je zrýchlený, a preto by podľa zákonov klasickej elektrodynamiky mali vyžarovať elektromagnetické vlny, strácať energiu a dopadať na jadro. Ďalším krokom vo vývoji planetárneho modelu bol Bohrov model, postulujúci iné, od klasických zákonov pohybu elektrónov. Úplne rozpory elektrodynamiky dokázala vyriešiť kvantová mechanika.
Nadácia Wikimedia. 2010.
Pozrite sa, čo je „planetárny model atómu“ v iných slovníkoch:
planetárny model atómu- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. model planétového atómu vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. planetárny model atómu, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas
Bohrov model atómu podobného vodíku (náboj jadra Z), kde je negatívne nabitý elektrón uzavretý v atómovom obale obklopujúcom malé, kladne nabité jadro atómu ... Wikipedia
Model (franc. modèle, taliansky modello, z lat. moduls merať, merať, vzorka, norma), 1) vzorka, ktorá slúži ako etalón (norma) na sériovú alebo hromadnú reprodukciu (M. auta, M. odevov a pod. .). ), ako aj typ, značka akéhokoľvek ... ...
I Model (Model) Walter (24. januára 1891, Gentin, Východné Prusko, 21. apríla 1945, neďaleko Duisburgu), nacistický nemecký generál poľný maršal (1944). V armáde od roku 1909 sa zúčastnil 1. svetovej vojny 1914 18. Od novembra 1940 velil 3. tanku ... ... Veľká sovietska encyklopédia
ŠTRUKTÚRA ATÓMU- (pozri) sa skladá z elementárnych častíc troch typov (pozri), (pozri) a (pozri), ktoré tvoria stabilný systém. Protón a neutrón sú súčasťou atómu (pozri), elektróny tvoria elektrónový obal. V jadre pôsobia sily (pozri), vďaka ktorým ... ... Veľká polytechnická encyklopédia
Tento výraz má iné významy, pozri Atóm (významy). Atóm hélia Atóm (z iného gréckeho ... Wikipedia
- (1871 1937), anglický fyzik, jeden z tvorcov teórie rádioaktivity a štruktúry atómu, zakladateľ vedeckej školy, zahraničný korešpondent Ruskej akadémie vied (1922) a čestný člen Akadémie ZSSR vied (1925). Narodil sa na Novom Zélande po absolvovaní ... ... encyklopedický slovník
Atóm hélia Atóm (starogr. ἄτομος nedeliteľný) najmenšia časť chemický prvok, ktorý je nositeľom jeho vlastností. Atóm sa skladá z atómové jadro a okolitý elektrónový oblak. Jadro atómu pozostáva z kladne nabitých protónov a ... ... Wikipedia
Atóm hélia Atóm (iné grécky ἄτομος nedeliteľný) je najmenšia časť chemického prvku, ktorá je nositeľom jeho vlastností. Atóm pozostáva z atómového jadra a elektrónového mraku, ktorý ho obklopuje. Jadro atómu pozostáva z kladne nabitých protónov a ... ... Wikipedia
knihy
- Sada stolov. fyzika. 11. ročník (15 tabuliek), . Vzdelávací album 15 listov. Transformátor. Elektromagnetická indukcia v moderná technológia. Elektronické lampy. Katódová trubica. Polovodiče. polovodičová dióda. Tranzistor.…
Planetárny model atómu
Planetárny model atómu: jadro (červené) a elektróny (zelené)
Planetárny model atómu, alebo Rutherfordov model, - historický model štruktúry atómu, ktorý navrhol Ernest Rutherford ako výsledok experimentu s rozptylom častíc alfa. Podľa tohto modelu sa atóm skladá z malého kladne nabitého jadra, v ktorom je sústredená takmer všetka hmota atómu, okolo ktorého sa pohybujú elektróny, rovnako ako sa pohybujú planéty okolo Slnka. Planetárny model atómu zodpovedá moderným predstavám o štruktúre atómu, berúc do úvahy skutočnosť, že pohyb elektrónov je kvantovej povahy a nie je popísaný zákonmi klasickej mechaniky. Historicky, Rutherfordov planetárny model nahradil "model slivkového pudingu" Josepha Johna Thomsona, ktorý predpokladá, že negatívne nabité elektróny sú umiestnené vo vnútri kladne nabitého atómu.
Rutherford navrhol nový model štruktúry atómu v roku 1911 ako záver z experimentu o rozptyle častíc alfa na zlatej fólii, ktorý sa uskutočnil pod jeho vedením. Pri tomto rozptyle sa pod veľkými uhlami rozptýlilo nečakane veľké množstvo alfa častíc, čo naznačovalo, že centrum rozptylu malo malú veľkosť a koncentroval sa v ňom výrazný elektrický náboj. Rutherfordove výpočty ukázali, že rozptylové centrum, kladne alebo záporne nabité, musí byť aspoň 3000-krát menšie ako veľkosť atómu, ktorý bol v tom čase už známy a odhadovaný na približne 10 -10 m. Keďže elektróny boli známe už pri V tomto čase a ich hmotnosti a náboji musí mať rozptylové centrum, ktoré sa neskôr nazývalo jadro, opačný náboj ako elektróny. Rutherford nespájal množstvo náboja s atómovým číslom. Tento záver bol urobený neskôr. A sám Rutherford navrhol, že náboj je úmerný atómovej hmotnosti.
Nevýhodou planetárneho modelu bola jeho nekompatibilita so zákonmi klasickej fyziky. Ak sa elektróny pohybujú okolo jadra ako planéta okolo Slnka, ich pohyb je zrýchlený, a preto by podľa zákonov klasickej elektrodynamiky mali vyžarovať elektromagnetické vlny, strácať energiu a dopadať na jadro. Ďalším krokom vo vývoji planetárneho modelu bol Bohrov model, postulujúci iné, od klasických zákonov pohybu elektrónov. Úplne rozpory elektrodynamiky dokázala vyriešiť kvantová mechanika.
Nadácia Wikimedia. 2010.
- Planetárium Eise Eisingiho
- planetárna fantázia
Pozrite sa, čo je „planetárny model atómu“ v iných slovníkoch:
planetárny model atómu- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. model planétového atómu vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. planetárny model atómu, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas
Bohrov model atómu- Bohrov model atómu podobného vodíku (jadrový náboj Z), kde je záporne nabitý elektrón uzavretý v atómovom obale obklopujúcom malé, kladne nabité atómové jadro ... Wikipedia
Model (vo vede)- Model (franc. modèle, taliansky modello, z lat. modul merať, merať, vzorka, norma), 1) vzorka, ktorá slúži ako etalón (štandard) pre sériovú alebo hromadnú reprodukciu (M. auto, M. oblečenie atď. . ), ako aj typ, značka akéhokoľvek ... ...
Model- I Model (Model) Walter (24. januára 1891, Gentin, Východné Prusko, 21. apríla 1945, neďaleko Duisburgu), nacistický nemecký generál poľný maršal (1944). V armáde od roku 1909 sa zúčastnil 1. svetovej vojny 1914 18. Od novembra 1940 velil 3. tanku ... ... Veľká sovietska encyklopédia
ŠTRUKTÚRA ATÓMU- (pozri) sa skladá z elementárnych častíc troch typov (pozri), (pozri) a (pozri), ktoré tvoria stabilný systém. Protón a neutrón sú súčasťou atómu (pozri), elektróny tvoria elektrónový obal. V jadre pôsobia sily (pozri), vďaka ktorým ... ... Veľká polytechnická encyklopédia
Atom- Tento výraz má iné významy, pozri Atóm (významy). Atóm hélia Atóm (z iného gréckeho ... Wikipedia
Rutherford Ernest- (1871 1937), anglický fyzik, jeden z tvorcov teórie rádioaktivity a štruktúry atómu, zakladateľ vedeckej školy, zahraničný korešpondent Ruskej akadémie vied (1922) a čestný člen Akadémie ZSSR vied (1925). Narodil sa na Novom Zélande po absolvovaní ... ... encyklopedický slovník
Άτομο
telieska- Atóm hélia Atóm (ďalší grécky ἄτομος nedeliteľný) je najmenšia časť chemického prvku, ktorý je nositeľom jeho vlastností. Atóm pozostáva z atómového jadra a elektrónového mraku, ktorý ho obklopuje. Jadro atómu pozostáva z kladne nabitých protónov a ... ... Wikipedia
krviniek- Atóm hélia Atóm (ďalší grécky ἄτομος nedeliteľný) je najmenšia časť chemického prvku, ktorý je nositeľom jeho vlastností. Atóm pozostáva z atómového jadra a elektrónového mraku, ktorý ho obklopuje. Jadro atómu pozostáva z kladne nabitých protónov a ... ... Wikipedia
knihy
- Sada stolov. fyzika. 11. ročník (15 tabuliek), . Vzdelávací album 15 listov. Transformátor. Elektromagnetická indukcia v modernej technológii. Elektronické lampy. Katódová trubica. Polovodiče. polovodičová dióda. Tranzistor.…
Myšlienka, že atómy sú najmenšie častice hmoty, sa prvýkrát objavila počas r Staroveké Grécko. Až koncom 18. storočia sa však vďaka práci takých vedcov ako A. Lavoisier, M. V. Lomonosov a niektorých ďalších podarilo dokázať, že atómy skutočne existujú. V tých časoch sa však nikto nečudoval, aká je ich vnútorná štruktúra. Vedci stále považovali atómy za nedeliteľné „tehly“, ktoré tvoria všetku hmotu.
Pokusy vysvetliť štruktúru atómu
Kto navrhol jadrový model ako prvý zo všetkých vedcov? Prvý pokus o vytvorenie modelu týchto častíc patril J. Thomsonovi. Nedá sa však nazvať úspešným v plnom zmysle slova. Koniec koncov, Thomson veril, že atóm je sférický a elektricky neutrálny systém. Vedec zároveň predpokladal, že kladný náboj je rozložený rovnomerne po celom objeme tejto gule a vo vnútri je negatívne nabité jadro. Všetky pokusy vedca vysvetliť vnútornú štruktúru atómu boli neúspešné. Ernest Rutherford je ten, kto navrhol jadrový model štruktúry atómu niekoľko rokov po tom, čo Thomson predložil svoju teóriu.
História výskumu
S pomocou štúdia elektrolýzy v roku 1833 bol Faraday schopný zistiť, že prúd v roztoku elektrolytu je prúd nabitých častíc alebo iónov. Na základe týchto štúdií bol schopný určiť minimálny náboj iónu. Dôležitú úlohu vo vývoji tohto smeru vo fyzike zohral aj domáci chemik D. I. Mendelejev. Bol to on, kto ako prvý vzniesol vo vedeckých kruhoch otázku, že všetky atómy môžu mať rovnakú povahu. Vidíme, že predtým, ako bol prvýkrát navrhnutý Rutherfordov jadrový model štruktúry atómu, vykonali rôzni vedci veľké množstvo rovnako dôležitých experimentov. Posunuli dopredu atomistickú teóriu štruktúry hmoty.
Prvé skúsenosti
Rutherford je skutočne brilantný vedec, pretože jeho objavy obrátili myšlienku štruktúry hmoty hore nohami. V roku 1911 sa mu podarilo uskutočniť experiment, pomocou ktorého boli výskumníci schopní nahliadnuť do tajomných hlbín atómu, aby získali predstavu o jeho vnútornej štruktúre. Prvé experimenty však uskutočnili vedci s podporou ďalších výskumníkov hlavnú úlohu v úvode patril Rutherfordovi.
Experimentujte
Pomocou prírodných zdrojov rádioaktívneho žiarenia dokázal Rutherford zostrojiť delo, ktoré vysielalo prúd alfa častíc. Bola to krabica vyrobená z olova, v ktorej bola rádioaktívna látka. Kanón mal štrbinu, cez ktorú všetky alfa častice dopadali na olovenú clonu. Vyletieť mohli len cez štrbinu. Tomuto lúču rádioaktívnych častíc stálo v ceste niekoľko ďalších obrazoviek.
Oddeľovali častice, ktoré sa odchýlili od predtým nastaveného smeru. Prísne zameraný cieľ zasiahol cieľ.Rutherford použil ako cieľ tenký plát zlatej fólie. Potom, čo častice zasiahli túto vrstvu, pokračovali vo svojom pohybe a nakoniec zasiahli fluorescenčnú obrazovku, ktorá bola nainštalovaná za týmto cieľom. Keď alfa častice dopadli na túto obrazovku, boli zaznamenané záblesky, podľa ktorých mohol vedec posúdiť, koľko častíc sa pri zrážke s fóliou odchyľuje od pôvodného smeru a aká je veľkosť tejto odchýlky.
Rozdiely oproti predchádzajúcim skúsenostiam
Školáci a študenti, ktorí sa zaujímajú o tých, ktorí navrhli jadrový model štruktúry atómu, by mali vedieť, že podobné experimenty sa robili vo fyzike už pred Rutherfordom. Ich hlavnou myšlienkou bolo zozbierať čo najviac informácií o štruktúre atómu z odchýlok častíc od pôvodnej trajektórie. Všetky tieto štúdie viedli k nahromadeniu určitého množstva informácií vo vede, ktoré vyvolali premýšľanie vnútorná štruktúra najmenšie častice.
Už na začiatku 20. storočia vedci vedeli, že atóm obsahuje elektróny, ktoré majú záporný náboj. Ale medzi väčšinou výskumníkov prevládal názor, že atóm zvnútra je skôr ako mriežka naplnená negatívne nabitými časticami. Takéto experimenty umožnili získať množstvo informácií – napríklad určiť geometrické rozmery atómov.
geniálny odhad
Rutherford si všimol, že žiadny z jeho predchodcov sa nikdy nepokúšal určiť, či sa častice alfa môžu odchyľovať vo veľmi veľkých uhloch od svojej trajektórie. Starý model, niekedy medzi vedcami nazývaný „hrozienkový puding“ (pretože podľa tohto modelu sú elektróny v atóme rozmiestnené ako hrozienka v pudingu), jednoducho neumožňoval existenciu hustých štruktúrnych komponentov vo vnútri atómu. Nikto z vedcov sa ani neunúval uvažovať o tejto možnosti. Výskumník požiadal svojho študenta, aby zariadenie znovu vybavil tak, aby boli zaznamenané aj veľké odchýlky častíc od trajektórie – len aby sa takáto možnosť vylúčila. Predstavte si prekvapenie vedca aj jeho študenta, keď sa ukázalo, že niektoré častice sa od seba rozletia pod uhlom 180 o.
Čo je vnútri atómu?
Dozvedeli sme sa, kto navrhol jadrový model štruktúry atómu a aké boli skúsenosti tohto vedca. V tom čase bol Rutherfordov experiment skutočným prelomom. Bol nútený dospieť k záveru, že vo vnútri atómu je väčšina hmoty uzavretá vo veľmi hustej látke. Schéma jadrového modelu štruktúry atómu je mimoriadne jednoduchá: vo vnútri je kladne nabité jadro.
Ďalšie častice, nazývané elektróny, sa točia okolo tohto jadra. Zvyšok je o niekoľko rádov menej hustý. Usporiadanie elektrónov vo vnútri atómu nie je chaotické – častice sú usporiadané podľa narastajúcej energie. Výskumník nazval vnútorné časti atómov jadrá. Názvy, ktoré vedec zaviedol, sa vo vede dodnes používajú.
Ako sa pripraviť na lekciu?
Tí školáci, ktorí sa zaujímajú o tých, ktorí navrhli jadrový model štruktúry atómu, sa môžu v lekcii pochváliť ďalšími vedomosťami. Môžete napríklad povedať, ako Rutherford, dlho po svojich experimentoch, rád dával analógiu pre svoj objav. Juhoafrická krajina je pašovaná so zbraňami pre rebelov, ktoré sú uzavreté v balíkoch bavlny. Ako môžu colníci presne určiť, kde sa nachádzajú nebezpečné zásoby, ak je celý vlak plný týchto balíkov? Colník môže začať strieľať na balíky a tam, kde sa guľky odrazia, a tam je zbraň. Rutherford zdôraznil, že takto vznikol jeho objav.
Študentom, ktorí sa pripravujú na zodpovedanie tejto témy v lekcii, je vhodné pripraviť si odpovede na nasledujúce otázky:
1. Kto navrhol jadrový model štruktúry atómu?
2. Aký bol zmysel experimentu?
3. Odlišnosť jadrového modelu od iných modelov.
Význam Rutherfordovej teórie
Radikálne závery, ktoré Rutherford vyvodil zo svojich experimentov, prinútili mnohých jeho súčasníkov pochybovať o platnosti tohto modelu. Ani samotný Rutherford nebol výnimkou – výsledky svojho výskumu zverejnil len dva roky po objave. Na základe klasických predstáv o pohybe mikročastíc navrhol jadrový planetárny model štruktúry atómu. Vo všeobecnosti má atóm neutrálny náboj. Elektróny sa pohybujú okolo jadra, rovnako ako planéty obiehajú okolo Slnka. K tomuto pohybu dochádza v dôsledku Coulombových síl. V súčasnosti prešiel Rutherfordov model výrazným zdokonalením, ale objav vedca dnes nestráca na aktuálnosti.