АТОМНИЯТ МОДЕЛ НА РЪДЪРФОРД: ИСТОРИЯ, ЕКСПЕРИМЕНТИ, ПОСТУЛАТИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В Ръдърфорд атомно модел е описанието на атома, създаден от британския физик Ърнест Ръдърфорд (1871-1937) открива през 1911 г., когато на атомното ядро от най-известните експерименти на разсейване, които вземат своето име.

Идеята за атома („неделим“ на гръцки език) като най-малкия компонент на материята е била интелектуално творение, родено в Древна Гърция, около 300 г. пр. Н. Е. Подобно на много други гръцки концепции, концепцията за атома се развива въз основа логика и аргументация, но не експериментиране.

Атомният модел на Ръдърфорд

Най-забележителните атомистични философи са Демокрит от Абдера (460 - 360 г. пр. Н. Е.), Епикур от Самос (341 - 270 г. пр. Н. Е.) И Тит Лукреций (98 - 54 г. пр.н.е.). Гърците замислили четири различни типа атоми, които съответствали на четирите елемента, които според тях съставлявали материя: въздух, вода, земя и огън.

По-късно Аристотел би добавил и пети елемент: етерът, който образува звездите, тъй като останалите четири елемента са чисто земни.

Завоеванията на Александър Велики, на когото Аристотел е бил учител, разшириха своите вярвания в целия древен свят, от Испания до Индия и по този начин в продължение на векове идеята за атома създава собствено място в света на науката.

Атомът вече не е неделим

Идеите на гръцките философи за структурата на материята се сбъдват в продължение на стотици години, докато английски химик и училищен учител на име Джон Далтън (1776-1844) не публикува резултатите от своите експерименти през 1808г.

Далтън се съгласи, че елементите са съставени от изключително малки частици, наречени атоми. Но той продължи по-нататък, като заяви, че всички атоми на един и същ елемент са равни, имат еднакъв размер, една и съща маса и същите химични свойства, поради което те остават непроменени по време на химическа реакция.

Това е първият научно обоснован атомен модел. Подобно на гърците, Далтън все още считаше атома за неделим, поради което липсваше структура. Въпреки това геният на Далтън го накара да спазва един от големите принципи за опазване на физиката:

• При химичните реакции атомите не се създават, нито се унищожават, те само променят своето разпределение.

И той установява начина, по който химическите съединения се образуват от "съединения атоми" (молекули):

• Когато два или повече атома от различни елементи се комбинират, за да образуват едно и също съединение, те винаги правят това в определени и постоянни пропорции на масата.

19-ти век е големият век на електричество и магнетизъм. Няколко години след публикациите на Далтън, резултатите от някои експерименти поставят под въпрос учените относно неделимостта на атома.

Crookes тръба

Тръбата Crookes е устройство, проектирано от британския химик и метеоролог Уилям Кроукс (1832-1919). Експериментът, който Крукс провежда през 1875 г., се състои в поставяне вътре в тръба, пълна с газ при ниско налягане, два електрода, единият наречен катод, а другият наречен анод.

Установявайки потенциална разлика между двата електрода, газът светеше с цвят, характерен за използвания газ. Този факт подсказва, че в атома има определена конкретна организация и следователно тя не е неделима.

Освен това, това лъчение произвеждаше слаба флуоресценция на стената на стъклената тръба пред катода, като изрязва сянката на кръстовидна маркировка, разположена вътре в тръбата.

Това беше мистериозно излъчване, известно като "катодни лъчи", което се движеше по права линия до анода и беше силно енергично, способно да произвежда механични ефекти и което се отклоняваше към положително заредена плоча или също чрез магнити.

Откриването на електрона

Излъчването вътре в тръбата на Crookes не може да бъде вълни, тъй като носеше отрицателен заряд. Джоузеф Джон Томсън (1856 - 1940) стигна до отговора през 1887 г., когато намери връзката между заряда и масата на това излъчване и установи, че тя винаги е една и съща: 1,76 x 10 ¹¹ C / kg, независимо от газа затворена в тръбата или материала, използван за направата на катода.

Томсън нарече тези частици корпускули. Измервайки масата му спрямо електрическия й заряд, той заключи, че всеки корпускул е значително по-малък от атом. Затова той предложи те да бъдат част от тях, като по този начин откриват електрона.

Британският учен е първият, който скицира графичен модел на атома, като начертава сфера с вмъкнати точки, която поради формата си получава прозвището "сливен пудинг". Но това откритие породи други въпроси:

• Ако материята е неутрална, а електронът има отрицателен заряд: къде в атома е положителният заряд, който неутрализира електроните?
• Ако масата на електрона е по-малка от тази на атома, тогава от какво се състои останалата част от атома?
• Защо така получените частици винаги са били електрони и никога от друг тип?

Експерименти за разсейване на Ръдърфорд: атомното ядро ​​и протона

До 1898 г. Ръдърфорд е идентифицирал два вида радиация от уран, които той е нарекъл алфа и бета.

Естествената радиоактивност вече е била открита от Мари Кюри през 1896 г. Алфа частиците са положително заредени и са просто хелиеви ядра, но по това време понятието за ядро ​​все още не беше известно. Ръдърфорд щеше да разбере.

Един от експериментите, които Ръдърфорд провежда през 1911 г. в Манчестърския университет, със съдействието на Ханс Гейгер, се състои в бомбардиране на тънко златно фолио с алфа частици, зарядът на който е положителен. Около златното фолио той постави флуоресцентен екран, който им позволяваше да визуализират ефектите от бомбардировката.

Наблюдения

Изучавайки въздействията върху флуоресцентния екран, Ръдърфорд и неговите помощници забелязват, че:

1. Много висок процент алфа частици преминава през листа без забележимо отклонение.
2. Някои се отклониха под доста стръмни ъгли
3. И много малко отскочиха чак назад

Експерименти за разсейване на Ръдърфорд. Източник:.

Наблюдения 2 и 3 изненадаха изследователите и ги накараха да предположат, че човекът, отговорен за разсейването на лъчите, трябва да има положителен заряд и че по силата на наблюдение номер 1 този отговорен човек е много по-малък от този на алфа частиците., Самият Ръдърфорд каза за това, че е "… сякаш сте изстреляли 15-инчов морски снаряд върху лист хартия и снарядът отскочи назад и ви удари". Това определено не би могло да се обясни с модела на Томпсън.

Анализирайки резултатите си от класическата гледна точка, Ръдърфорд е открил съществуването на атомното ядро, където е концентриран положителният заряд на атома, който му придава неутралност.

Ръдърфорд продължи експериментите си с разсейване. До 1918 г. новата мишена за алфа частиците са азотните газови атоми.

По този начин той откри водородни ядра и веднага разбра, че единственото място, откъдето могат да произхождат тези ядра, е самият азот. Как беше възможно водородните ядра да са част от азота?

Тогава Ръдърфорд предположи, че ядрото на водорода, елемент, който вече е присвоен атомен номер 1, трябва да бъде основна частица. Той го нарече протон, първоначално гръцка дума. Така откритията на атомното ядро ​​и протона се дължат на този блестящ новозеландец.

Атомният модел на Ръдърфорд постулира

Новият модел беше много по-различен от Томпсън. Това бяха неговите постулати:

• Атомът съдържа положително заредено ядро, което въпреки че е много малко, съдържа почти цялата маса на атома.
• Електроните обикалят около атомното ядро ​​на големи разстояния и в кръгови или елиптични орбити.
• Нетният заряд на атома е нулев, тъй като зарядите на електроните компенсират положителния заряд, присъстващ в ядрото.

Изчисленията на Ръдърфорд сочат ядро ​​със сферична форма и радиус, по-малък от 10 ^-15 m, като стойността на атомния радиус е около 100 000 пъти по-голяма, тъй като ядрата са сравнително далеч една от друга: от порядъка на ^10-10 м.

Младият Ърнест Ръдърфорд. Източник: Неизвестен, публикуван през 1939 г. в Ръдърфорд: животът и писмата на Р. Х. Лорд Ръдърфорд, О. М.

Това обяснява защо повечето алфа частици преминават плавно през листа или са имали само много малко отклонение.

Погледнато в мащаба на ежедневните предмети, атомът на Ръдърфорд би бил съставен от ядро ​​с размер на бейзбол, докато атомният радиус би бил около 8 км. Следователно атомът може да се счита почти всичко като празно пространство.

Благодарение на приликата си с миниатюрна слънчева система, тя стана известна като "планетарен модел на атома". Силата на електростатичното привличане между ядрото и електроните би била аналогична на гравитационното привличане между слънцето и планетите.

Ограничения

Имаше обаче някои разногласия по отношение на някои наблюдавани факти:

• Ако се приеме идеята, че електронът орбитира около ядрото, се случва електронът непрекъснато да излъчва радиация, докато не се сблъска с ядрото, с последващо унищожаване на атома за много по-малко от секунда. Това, за щастие, не е това, което всъщност се случва.
• Освен това, в определени случаи атомът излъчва определени честоти на електромагнитното излъчване, когато има преходи между състояние с по-висока енергия към едно с по-ниска енергия и само тези честоти, а не други. Как да обясня факта, че енергията се квантира?

Въпреки тези ограничения, тъй като днес има много по-сложни модели в съответствие с наблюдаваните факти, атомният модел на Ръдърфорд все още е полезен за ученика да има успешен първи подход към атома и неговите съставни частици.

В този модел на атома неутронът не се появява, друга съставна част на ядрото, която не е открита до 1932г.

Малко след като Ръдърфорд предложи своя планетарен модел, през 1913 г. датският физик Нилс Бор ще го модифицира, за да обясни защо атомът не е унищожен и ние все още сме тук, за да разкажем тази история.

Предмети за интерес

Атомен модел на Шрьодингер.

Атомен модел на Де Бройл.

Атомен модел на Чадуик.

Атомен модел на Хайзенберг.

Атомен модел на Перин.

Атомен модел на Томсън.

Атомен модел Dirac Jordan.

Атомен модел на Демокрит.

Атомен модел на Бор.

Атомен модел на Далтън.

Препратки

1. Рекс, А. 2011. Основи на физиката. Пиърсън. 618-621.
2. Zapata, F. 2007. Бележки за класа за катедрата по радиобиология и радиологична защита. Училище за обществено здраве на Централния университет на Венецуела.