RUTHERFORDOV ATOMSKI MODEL: ZGODOVINA, POSKUSI, POSTULATI - FIZIČNO - 2025

Rutherford atomska Model je opis atoma, ki ga je britanski fizik Ernest Rutherford (1871-1937) je odkril ustvaril leta 1911, ko je atomsko jedro, ki ga slavni sipanja poskusov, ki jemljejo svoje ime.

Zamisel atoma ("nedeljivega" v grščini) kot najmanjše sestavine materije je bila intelektualna kreacija, rojena v starodavni Grčiji, okoli leta 300 pred našim štetjem. Tako kot mnogi drugi grški koncepti, je tudi atom atoma razvit logika in argumentacija, ne pa eksperimentiranje.

Rutherfordov atomski model

Najpomembnejši atomistični filozofi so bili Demokrit iz Abdera (460 - 360 pr. N. Št.), Epikur iz Samosa (341 - 270 pr.n.št.) in Tit Lukrecij (98 - 54 pr.n.št.). Grki so si zamislili štiri različne vrste atomov, ki ustrezajo štirim elementom, ki so po njih sestavljali materijo: zrak, vodo, zemljo in ogenj.

Kasneje bi Aristotel dodal še peti element: eter, ki je tvoril zvezde, saj so bili drugi štirje elementi čisto zemeljski.

Osvajanja Aleksandra Velikega, katerega učitelj je bil Aristotel, so njegova prepričanja razširila po vsem starodavnem svetu, od Španije do Indije in tako že stoletja ideja o atomu ustvarjala svoje mesto v svetu znanosti.

Atom ni več nedeljiv

Zamisli grških filozofov o strukturi snovi so veljale sto let, dokler angleški kemik in šolski učitelj John Dalton (1776-1844) ni objavil rezultatov svojih poskusov leta 1808.

Dalton se je strinjal, da elemente sestavljajo izredno majhni delci, imenovani atomi. Toda nadaljeval je z navedbo, da so vsi atomi istega elementa enaki, imajo enako velikost, enako maso in enake kemijske lastnosti, zaradi česar med kemijsko reakcijo ostanejo nespremenjeni.

To je prvi znanstveno utemeljen atomski model. Tako kot Grki je tudi Dalton atom še vedno smatral za nedeljiv, zato nima strukture. Vendar ga je Daltonov genij pripeljal do tega, da je spoštoval enega od velikih ohranjevalnih načel fizike:

• V kemijskih reakcijah atomi ne nastajajo niti ne uničijo, le spremenijo svojo porazdelitev.

In ugotovil je, kako kemične spojine tvorijo "sestavljeni atomi" (molekule):

• Ko se dva ali več atomov različnih elementov združita in tvorita isto spojino, to vedno storijo v določenih in konstantnih masnih razmerjih.

19. stoletje je bilo veliko stoletje elektrike in magnetizma. Nekaj ​​let po Daltonovih objavah so rezultati nekaterih poskusov dvomili znanstvenike o nedeljivosti atoma.

Crookes cev

Crookesova cev je bila naprava, ki jo je zasnoval britanski kemik in meteorolog William Crookes (1832-1919). Poskus, ki ga je Crookes izvedel leta 1875, je bil sestavljen iz postavitve znotraj cevi, napolnjene s plinom pri nizkem tlaku, dveh elektrod, ene imenovane katoda, druge pa imenovane anode.

Z vzpostavitvijo potencialne razlike med obema elektrodama je plin svetil z barvo, ki je značilna za uporabljeni plin. To dejstvo je nakazovalo, da je znotraj atoma neka določena organizacija in da zato ni nedeljiva.

Poleg tega je to sevanje povzročilo šibko fluorescenco na steni steklene cevi pred katodo in tako izrezalo senco križasto oznake, ki se nahaja znotraj cevi.

Bilo je skrivnostno sevanje, znano kot "katodni žarki", ki je po naravni liniji potovalo do anode in je bilo zelo energično, sposobno je proizvajati mehanske učinke in se odklonilo proti pozitivno nabiti plošči ali tudi z magneti.

Odkritje elektrona

Sevanje znotraj Crooksove cevi ni moglo biti valov, saj je nosilo negativen naboj. Joseph John Thomson (1856 - 1940) je odgovor našel leta 1887, ko je ugotovil razmerje med nabojem in maso tega sevanja in ugotovil, da je vedno enak: 1,76 x 10 ¹¹ C / kg, ne glede na plin zaprt v cev ali material, ki se uporablja za izdelavo katode.

Thomson je te delce poimenoval trupla. Z merjenjem njegove mase glede na njen električni naboj je sklepal, da je vsak telesnik veliko manjši od atoma. Zato je predlagal, da bi bili del teh in tako odkrili elektrone.

Britanski znanstvenik je prvi skiciral grafični model atoma, tako da je narisal kroglico z vstavljenimi točkami, ki je zaradi svoje oblike dobil vzdevek "slivov puding". Toda to odkritje je sprožilo druga vprašanja:

• Če je materija nevtralna in ima elektron negativen naboj: kje v atomu je pozitivni naboj, ki nevtralizira elektrone?
• Če je masa elektrona manjša od mase atoma, iz česa je sestavljen preostali del atoma?
• Zakaj so bili tako dobljeni delci vedno elektroni in nikoli druge vrste?

Rutherfordovi poskusi s sipanjem: atomsko jedro in protoni

Do leta 1898 je Rutherford določil dve vrsti sevanja iz urana, ki sta ga poimenovala alfa in beta.

Naravna radioaktivnost je Marie Curie že odkrila leta 1896. Delci alfa so pozitivno nabiti in so preprosto helijeva jedra, toda takrat koncept jedra še ni bil znan. Rutherford naj bi to izvedel.

Eden od poskusov, ki ga je Rutherford izvedel leta 1911 na univerzi v Manchestru, je s pomočjo Hansa Geigerja sestavljal bombardiranje tanke zlate folije z alfa delci, katere naboj je pozitiven. Okoli zlate folije je postavil fluorescenčni zaslon, ki jim je omogočil vizualizacijo učinkov obstreljevanja.

Opažanja

Rutherford in njegovi pomočniki so pri preučevanju vplivov na fluorescenčni zaslon ugotovili, da:

1. Zelo visok odstotek alfa delcev je šel skozi list brez opaznega odstopanja.
2. Nekateri so odstopali pod precej strmimi koti
3. In zelo malo jih je odbilo vse nazaj

Rutherfordovi poskusi raztresenja. Vir:.

Opazovanja 2 in 3 sta raziskovalce presenetila in pripeljala do domneve, da mora imeti oseba, ki je odgovorna za razprševanje žarkov, pozitiven naboj in da je bila zaradi opazovanja številka 1 odgovorna oseba veliko manjša kot pri alfa delcih. .

Sam Rutherford je o tem dejal, da je bilo "… kot da bi izstrelili 15-palčni mornariški izstrelk na list papirja, izstrelki pa so odskočili nazaj in vas udarili." Tega modela Thompson zagotovo ni mogel razložiti.

Analizirajoč njegove rezultate s klasičnega vidika, je Rutherford odkril obstoj atomskega jedra, kjer je bil koncentriran pozitiven naboj atoma, ki mu je dajal nevtralnost.

Rutherford je nadaljeval svoje poskuse raztresenja. Do leta 1918 so bili novi ciljni delci alfa dušikovi atomi.

Na ta način je zaznal vodikova jedra in takoj vedel, da je edino mesto, od koder lahko ta jedra prihajajo, sam dušik. Kako je bilo mogoče, da so vodikova jedra del dušika?

Rutherford je nato predlagal, da mora biti jedro vodika, element, ki mu je že bila dodeljena atomska številka 1, temeljni delček. Najprej ga je imenoval proton, grška beseda. Tako so odkritja atomskega jedra in protona posledica tega briljantnega Novozelandca.

Rutherfordov atomski model postulira

Novi model se je zelo razlikoval od Thompsonovega. To so bili njegovi postulati:

• Atom vsebuje pozitivno napolnjeno jedro, ki kljub temu, da je zelo majhno, vsebuje skoraj vso maso atoma.
• Elektroni krožijo na atomskem jedru na velikih razdaljah in v krožni ali eliptični orbiti.
• Neto naboj atoma je nič, saj naboji elektronov kompenzirajo pozitivni naboj, prisoten v jedru.

Rutherfordovi izračuni so kazali na jedro sferične oblike in polmera, majhne od 10 do ¹⁵ m, vrednost atomskega polmera pa je približno 100.000-krat večja, saj so jedra sorazmerno daleč narazen: reda ^10-10 m.

Mladi Ernest Rutherford. Vir: Neznano, objavljeno leta 1939 v Rutherfordu: življenje in pisma rt. Časnika Lord Rutherford, O. M

To pojasnjuje, zakaj je večina alfa delcev gladko prešla pločevino ali imela le zelo malo odklona.

Atom Rutherforda bi bil viden v merilu vsakdanjih predmetov sestavljen iz jedra, velikosti baseballa, atomskega polmera pa približno 8 km, zato lahko atom skoraj vse smatramo za prazen prostor.

Zahvaljujoč podobnosti miniaturnemu sončnemu sistemu je postal znan kot "planetarni model atoma." Sila elektrostatične privlačnosti med jedrom in elektroni bi bila analogna gravitacijskemu privlačenju med soncem in planeti.

Omejitve

Vendar so obstajala določena nesoglasja glede nekaterih opaženih dejstev:

• Če je sprejeta ideja, da elektroni krožijo okoli jedra, se zgodi, da bi moral elektron nenehno oddajati sevanje, dokler ne trči v jedro, s posledičnim uničenjem atoma v dobro sekundo. To se na srečo dejansko ne dogaja.
• Poleg tega atom v določenih priložnostih oddaja določene frekvence elektromagnetnega sevanja, kadar obstajajo prehodi med stanjem višje energije v eno z nižjo energijo in samo tiste frekvence, ne druge. Kako razložiti dejstvo, da je energija kvantizirana?

Kljub tem omejitvam, ker danes obstajajo veliko bolj izpopolnjeni modeli v skladu z opaženimi dejstvi, je Rutherfordov atomski model še kako uporaben, da ima študent prvi uspešen pristop do atoma in njegovih sestavnih delcev.

V tem modelu atoma se ne pojavi nevtron, še ena sestavina jedra, ki je bila odkrita šele leta 1932.

Kmalu potem, ko je Rutherford predlagal svoj planetarni model, ga bo leta 1913 danski fizik Niels Bohr spremenil, da bi razložil, zakaj atom ni uničen, in še vedno smo tu, da povemo to zgodbo.

Članki o interesu

Schrödingerjev atomski model.

De Brogliejev atomski model.

Chadwickov atomski model.

Heisenbergov atomski model.

Perrinov atomski model.

Thomson-ov atomski model.

Atomski model Dirac Jordan.

Atomski model Democritusa.

Bohrov atomski model.

Daltonov atomski model.

Reference

1. Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson. 618-621.
2. Zapata, F. 2007. Zapiski o razredu za katedro za radiobiologijo in radiološko zaščito. Šola za javno zdravje osrednje univerze v Venezueli.