Descoperirile în domeniul structurii atomice au devenit un pas important în dezvoltarea fizicii. Modelul lui Rutherford a fost de mare importanță. Atomul ca sistem și particulele care îl alcătuiesc au fost studiate mai precis și mai detaliat. Acest lucru a condus la dezvoltarea cu succes a unei științe precum fizica nucleară.
Idei antice despre structura materiei
Presumarea că corpurile înconjurătoare sunt compuse din cele mai mici particule a fost făcută în timpuri străvechi. Gânditorii de atunci au reprezentat atomul ca fiind cea mai mică și indivizibilă particulă din orice substanță. Ei au susținut că nu există nimic în univers mai mic decât un atom. Astfel de opinii au fost susținute de marii oameni de știință și filozofi greci antici - Democrit, Lucretius, Epicur. Ipotezele acestor gânditori sunt astăzi unite sub denumirea de „atomism antic”.
Spectacole medievale
Vremurile antichității au trecut, iar în Evul Mediu au existat și oameni de știință care au făcut diverse presupuneri despre structura substanțelor. Cu toate acestea, predominanța opiniilor filozofice religioase și puterea bisericii în acea perioadă a istoriei se află la rădăcină.a suprimat orice încercări și aspirații ale minții umane la concluzii și descoperiri științifice materialiste. După cum știți, Inchiziția medievală s-a comportat foarte neprietenos cu reprezentanții lumii științifice din acea vreme. Rămâne de spus că mințile strălucitoare de atunci au avut o idee venită din antichitate despre indivizibilitatea atomului.
studii din secolul 18-19
Secolul al XVIII-lea a fost marcat de descoperiri serioase în domeniul structurii elementare a materiei. În mare parte, datorită eforturilor unor oameni de știință precum Antoine Lavoisier, Mihail Lomonosov și John D alton. Independent unul de celăl alt, ei au putut să demonstreze că atomii există cu adevărat. Dar problema structurii lor interne a rămas deschisă. Sfârșitul secolului al XVIII-lea a fost marcat de un eveniment atât de important în lumea științifică precum descoperirea sistemului periodic de elemente chimice de către D. I. Mendeleev. Aceasta a fost o descoperire cu adevărat puternică a acelei vremuri și a ridicat vălul asupra înțelegerii că toți atomii au o singură natură, că sunt legați între ei. Mai târziu, în secolul al XIX-lea, un alt pas important spre dezlegarea structurii atomului a fost dovada că oricare dintre ele conține un electron. Munca oamenilor de știință din această perioadă a pregătit un teren fertil pentru descoperirile secolului al XX-lea.
experimentele lui Thomson
Fizicianul englez John Thomson a demonstrat în 1897 că atomii conțin electroni cu sarcină negativă. În această etapă, ideile false că atomul este limita divizibilității oricărei substanțe au fost în cele din urmă distruse. CumThomson a reușit să demonstreze existența electronilor? În experimentele sale, omul de știință a plasat electrozi în gaze foarte rarefiate și a trecut un curent electric. Rezultatul au fost raze catodice. Thomson le-a studiat cu atenție caracteristicile și a descoperit că sunt un flux de particule încărcate care se mișcă cu viteză mare. Omul de știință a reușit să calculeze masa acestor particule și încărcătura lor. El a mai aflat că nu pot fi transformate în particule neutre, deoarece sarcina electrică este baza naturii lor. Așa au fost descoperiți electronii. Thomson este, de asemenea, creatorul primului model din lume al structurii atomului. Potrivit acestuia, un atom este o grămadă de materie încărcată pozitiv, în care electronii încărcați negativ sunt distribuiți uniform. Această structură explică neutralitatea generală a atomilor, deoarece sarcinile opuse se echilibrează reciproc. Experimentele lui John Thomson au devenit de neprețuit pentru continuarea studiului structurii atomului. Cu toate acestea, multe întrebări au rămas fără răspuns.
Rutherford Research
Thomson a descoperit existența electronilor, dar nu a reușit să găsească particule încărcate pozitiv în atom. Ernest Rutherford a corectat această neînțelegere în 1911. În timpul experimentelor, studiind activitatea particulelor alfa din gaze, el a descoperit că există particule încărcate pozitiv în atom. Rutherford a văzut că atunci când razele trec printr-un gaz sau printr-o placă metalică subțire, un număr mic de particule deviază brusc de la traiectoria mișcării. Au fost literalmente aruncați înapoi. Omul de știință a ghicit astaacest comportament se explică prin ciocnirea cu particule încărcate pozitiv. Astfel de experimente i-au permis fizicianului să creeze modelul lui Rutherford al structurii atomului.
Model planetar
Acum, ideile omului de știință erau oarecum diferite de presupunerile făcute de John Thomson. Modelele lor de atomi au devenit și ele diferite. Experiența lui Rutherford i-a permis să creeze o teorie complet nouă în acest domeniu. Descoperirile omului de știință au fost de o importanță decisivă pentru dezvoltarea ulterioară a fizicii. Modelul lui Rutherford descrie un atom ca un nucleu situat în centru și electronii care se mișcă în jurul lui. Nucleul are o sarcină pozitivă, iar electronii o sarcină negativă. Modelul lui Rutherford al atomului presupunea rotația electronilor în jurul nucleului de-a lungul anumitor traiectorii - orbite. Descoperirea omului de știință a ajutat la explicarea motivului deviației particulelor alfa și a devenit impulsul dezvoltării teoriei nucleare a atomului. În modelul atomic al lui Rutherford, există o analogie cu mișcarea planetelor sistemului solar în jurul soarelui. Aceasta este o comparație foarte precisă și vie. Prin urmare, modelul Rutherford, în care atomul se mișcă în jurul nucleului pe o orbită, a fost numit planetar.
Lucrări de Niels Bohr
Doi ani mai târziu, fizicianul danez Niels Bohr a încercat să combine ideile despre structura atomului cu proprietățile cuantice ale fluxului de lumină. Modelul nuclear al atomului al lui Rutherford a fost pus de om de știință ca bază a noii sale teorii. Potrivit lui Bohr, atomii se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare. O astfel de traiectorie de mișcare duce la accelerațieelectroni. În plus, interacțiunea Coulomb a acestor particule cu centrul atomului este însoțită de crearea și consumul de energie pentru a menține câmpul electromagnetic spațial care decurge din mișcarea electronilor. În astfel de condiții, particulele încărcate negativ trebuie să cadă într-o zi pe nucleu. Dar acest lucru nu se întâmplă, ceea ce indică o mai mare stabilitate a atomilor ca sisteme. Niels Bohr a realizat că legile termodinamicii clasice descrise de ecuațiile lui Maxwell nu funcționează în condiții intraatomice. Prin urmare, omul de știință și-a propus sarcina de a deriva noi modele care ar fi valabile în lumea particulelor elementare.
postulatele lui Bohr
În mare parte datorită faptului că modelul lui Rutherford a existat, atomul și componentele lui au fost bine studiate, Niels Bohr a putut să se apropie de crearea postulatelor sale. Prima dintre ele spune că atomul are stări staționare, în care nu își schimbă energia, în timp ce electronii se mișcă pe orbite fără a-și schimba traiectoria. Conform celui de-al doilea postulat, atunci când un electron se deplasează de pe o orbită pe alta, energia este eliberată sau absorbită. Este egală cu diferența dintre energiile stărilor anterioare și ulterioare ale atomului. În acest caz, dacă electronul sare pe o orbită mai aproape de nucleu, atunci este emisă energie (foton) și invers. În ciuda faptului că mișcarea electronilor seamănă puțin cu o traiectorie orbitală situată strict într-un cerc, descoperirea lui Bohr a oferit o explicație excelentă pentru existența unuispectrul atomului de hidrogen. Aproximativ în aceeași perioadă, fizicienii Hertz și Frank, care au trăit în Germania, au confirmat învățăturile lui Niels Bohr despre existența stărilor staționare, stabile ale atomului și posibilitatea de a schimba valorile energiei atomice.
Cooperarea a doi oameni de știință
Apropo, Rutherford nu a putut determina încărcătura nucleului mult timp. Oamenii de știință Marsden și Geiger au încercat să verifice din nou afirmațiile lui Ernest Rutherford și, în urma unor experimente și calcule detaliate și atente, au ajuns la concluzia că nucleul este cea mai importantă caracteristică a atomului și toată sarcina acestuia. este concentrat în ea. Ulterior s-a dovedit că valoarea sarcinii nucleului este numeric egală cu numărul ordinal al elementului din sistemul periodic de elemente al lui D. I. Mendeleev. Interesant este că Niels Bohr l-a întâlnit curând pe Rutherford și a fost pe deplin de acord cu părerile sale. Ulterior, oamenii de știință au lucrat împreună mult timp în același laborator. Modelul lui Rutherford, atomul ca sistem format din particule încărcate elementare - toate acestea Niels Bohr le-a considerat corecte și a lăsat pentru totdeauna deoparte modelul său electronic. Activitatea științifică comună a oamenilor de știință a fost de mare succes și a dat roade. Fiecare dintre ei sa adâncit în studiul proprietăților particulelor elementare și a făcut descoperiri semnificative pentru știință. Rutherford a descoperit și a dovedit mai târziu posibilitatea descompunerii nucleare, dar acesta este un subiect pentru alt articol.
