Rutherfordova historie atomových modelů, experimenty, postuláty

The Rutherfordův atomový model je popis atomu vytvořeného britským fyzikem Ernestem Rutherfordem (1871-1937), když v roce 1911 objevil atomové jádro díky slavným rozptylovým experimentům, které nesou jeho jméno.

Myšlenka atomu („nedělitelnýV řečtině), jako nejmenší složka hmoty, to byl intelektuální výtvor zrozený ve starověkém Řecku, kolem roku 300 př. N. L. Stejně jako mnoho jiných řeckých konceptů je koncept atomu vyvíjen na základě logiky a argumentace, nikoli však experimentů..

Nejvýznamnějšími atomovými filozofy byli Demokritos z Abdery (460–360 př. N. L.), Epikuros ze Samosu (341–270 př. N. L.) A Titus Lucretius (98–54 ​​př. N. L.). Řekové vytvořili čtyři různé typy atomů, které odpovídaly čtyřem prvkům, které podle nich tvořily hmotu: vzduch, voda, země a oheň.

Později Aristoteles přidal pátý prvek: éter, který vytvořil hvězdy, protože ostatní čtyři prvky byly čistě pozemské.

Dobytí Alexandra Velikého, jehož byl Aristoteles učitelem, rozšířilo jeho víru po celém starověkém světě, od Španělska po Indii, a tak po celá staletí myšlenka atom vytvářelo své vlastní místo ve světě vědy.

Rejstřík článků

• 1 Atom již není nedělitelný
  • 1.1 Crookesova trubice
• 2 Objev elektronu
• 3 Rutherfordovy rozptylové experimenty: atomové jádro a proton
  • 3.1 Připomínky
• 4 Postuláty Rutherfordova atomového modelu
• 5 Omezení
• 6 Články zájmu
• 7 Reference

Atom již není nedělitelný

Představy řeckých filozofů o struktuře hmoty platily stovky let, dokud anglický chemik a učitel školy John Dalton (1776-1844) nezveřejnil výsledky svých experimentů v roce 1808..

Dalton souhlasil, že prvky jsou tvořeny extrémně malými částicemi, které se nazývají atomy. Ale šel dále tím, že uvedl, že všechny atomy stejného prvku jsou stejné, mají stejnou velikost, stejnou hmotnost a stejné chemické vlastnosti, díky nimž zůstávají během chemické reakce nezměněny..

Toto je první vědecky založený atomový model. Stejně jako Řekové i Dalton nadále považoval atom za nedělitelný, a proto postrádal strukturu. Daltonova genialita ho však vedla k dodržování jednoho z velkých principů ochrany fyziky:

• Při chemických reakcích, atomy nejsou ani vytvořeny, ani zničeny, pouze mění svoji distribuci.

A založil způsob, jakým byly chemické sloučeniny tvořeny „atomy sloučenin“ (molekulami):

• Když se dva nebo více atomů různých prvků spojí a vytvoří stejnou sloučeninu, vždy tak učiní v hmotnostních poměrech určitý a konstantní.

19. století bylo velkým stoletím elektřiny a magnetismu. Několik let po Daltonových publikacích výsledky některých experimentů zpochybnily vědce o nedělitelnosti atomu..

Crookesova trubice

Crookesova trubice byla zařízení navržené britským chemikem a meteorologem Williamem Crookesem (1832-1919). Pokus, který Crookes provedl v roce 1875, spočíval v umístění dvou elektrod, nízkých tlaků, do dvou trubek naplněných plynem katoda a zavolal další anoda.

Stanovením rozdílu potenciálů mezi dvěma elektrodami plyn zářil barvou, která byla charakteristická pro použitý plyn. Tato skutečnost naznačovala, že v atomu byla určitá konkrétní organizace, a proto to nebylo nedělitelné..

Kromě toho toto záření vytvářelo slabou fluorescenci na stěně skleněné trubice před katodou, čímž vystřihovalo stín křížové značky umístěné uvnitř trubice.

Jednalo se o záhadné záření známé jako „katodové paprsky“, které cestovalo po přímce k anodě a bylo vysoce energetické, schopné produkovat mechanické účinky, a které bylo vychylováno směrem ke kladně nabité desce nebo také prostřednictvím magnetů..

Objev elektronu

Radiace uvnitř Crookesovy trubice nemohla být vlnami, protože nesla záporný náboj. Joseph John Thomson (1856 - 1940) přišel s odpovědí v roce 1887, když zjistil vztah mezi nábojem a hmotou tohoto záření a zjistil, že to bylo vždy stejné: 1,76 x 10^jedenáct C / kg. Bez ohledu na plyn uzavřený v trubici nebo materiál použitý k výrobě katody.

Thomson tyto částice nazval krvinky. Měřením její hmotnosti ve vztahu k jejímu elektrickému náboji dospěl k závěru, že každý krvinek byl mnohem menší než atom. Proto navrhl, že musí být jejich součástí, a tak objevil elektron.

Britský vědec jako první načrtl grafický model atomu nakreslením koule s vloženými body, které díky svému tvaru dostaly přezdívku „švestkový pudink“. Ale tento objev vyvolal další otázky:

• Pokud je hmota neutrální a elektron má záporný náboj: ve které části atomu je kladný náboj, který neutralizuje elektrony??
• Pokud je hmotnost elektronu menší než atom, z čeho se skládá zbytek atomu??
• Proč byly takto získané částice vždy elektrony a nikdy žádný jiný typ??

Rutherfordovy rozptylové experimenty: atomové jádro a proton

V roce 1898 Rutherford identifikoval dva typy záření z uranu, které nazýval alfa Y beta.

Přirozenou radioaktivitu objevila Marie Curie již v roce 1896. Alfa částice jsou kladně nabité a jsou jednoduše jádry helia, ale v té době ještě nebyl známý koncept jádra. Rutherford se to chystal zjistit.

Jeden z experimentů, které Rutherford provedl v roce 1911 na univerzitě v Manchesteru za pomoci Hanse Geigera, spočíval v bombardování tenké vrstvy zlata částicemi alfa, jehož náboj je kladný. Kolem zlaté fólie umístil fluorescenční obrazovku, která jim umožňovala vizualizovat účinky bombardování..

Postřehy

Při studiu dopadů na fluorescenční obrazovku Rutherford a jeho asistenti zjistili, že:

1. Velmi vysoké procento alfa částic prošlo fólií bez znatelné odchylky.
2. Někteří se odchýlili v poměrně strmých úhlech
3. A jen velmi málo se odrazilo celou cestu zpět

Pozorování 2 a 3 vědce překvapila a vedla je k předpokladu, že osoba odpovědná za rozptyl paprsků musí mít kladný náboj a že na základě pozorování číslo 1 byla tato zodpovědná osoba mnohem menší než osoba alfa..

Sám Rutherford o tom řekl, že to bylo „... jako byste vystřelili 15palcový námořní projektil na list papíru a projektil se odrazil a zasáhl vás.“ To rozhodně nemohlo být vysvětleno modelem Thompson.

Při analýze svých výsledků z klasického hlediska Rutherford objevil existenci atomového jádra, kde byl koncentrován kladný náboj atomu, který mu dodával neutralitu..

Rutherford pokračoval ve svých rozptylových experimentech. Do roku 1918 byly novým cílem pro alfa částice atomy plynného dusíku..

Tímto způsobem detekoval vodíková jádra a okamžitě věděl, že jediné místo, odkud tato jádra mohou pocházet, bylo ze samotného dusíku. Jak je možné, že vodíková jádra byla součástí dusíku?

Rutherford poté navrhl, že jádro vodíku, prvek, kterému již bylo přiřazeno atomové číslo 1, musí být základní částice. Říkám jí proton, Řecké slovo k označení První. Objevy atomového jádra a protonu jsou tedy způsobeny tímto brilantním Novozélanďanem.

Rutherfordův atomový model postuluje

Nový model byl velmi odlišný od modelu Thompson. Byly to jeho postuláty:

• Atom obsahuje kladně nabité jádro, které, přestože je velmi malé, obsahuje téměř celou hmotnost atomu.
• Elektrony obíhají kolem atomového jádra na velké vzdálenosti a na kruhových nebo eliptických drahách.
• Čistý náboj atomu je nula, protože náboje elektronů kompenzují kladný náboj přítomný v jádru..

Rutherfordovy výpočty ukazovaly na jádro sférického tvaru a poloměru tak malého jako 10^-patnáct m, přičemž hodnota atomového poloměru je asi 100 000krát větší, protože jádra jsou poměrně daleko od sebe: řádově 10^-10 m.

To vysvětluje, proč většina alfa částic prošla fólií hladce nebo měla malou nebo žádnou výchylku..

Při pohledu na měřítko každodenních předmětů by se Rutherfordův atom skládal z jádra o velikosti baseballu, zatímco atomový poloměr by byl asi 8 km. Proto lze atom považovat téměř za všechno jako prázdný prostor..

Díky své podobnosti s miniaturní sluneční soustavou se stala známou jako „planetární model atomu“. Elektrostatická přitažlivá síla mezi jádrem a elektrony by byla analogická s gravitační přitažlivostí mezi sluncem a planetami..

Omezení

Existovaly však určité neshody ohledně některých pozorovaných skutečností:

• Je-li přijata myšlenka, že elektron obíhá kolem jádra, stane se, že elektron by měl nepřetržitě emitovat záření, dokud nenarazí na jádro, s následnou destrukcí atomu za sekundu. To se naštěstí ve skutečnosti nestává.
• Kromě toho atom při určitých příležitostech vydává určité frekvence elektromagnetického záření, když dochází k přechodům mezi stavem vyšší energie do stavu s nižší energií a pouze těmito frekvencemi, nikoli jinými. Jak vysvětlit skutečnost, že energie je kvantována?

Navzdory těmto omezením a skutečnosti, že dnes existují mnohem sofistikovanější modely v souladu s pozorovanými skutečnostmi, je Rutherfordův atomový model pro studenta stále užitečný, aby měl první úspěšný přístup k atomu a jeho složkám..

V tomto modelu atomu se neutron neobjevuje, další složka jádra, která byla objevena až v roce 1932.

Krátce poté, co Rutherford navrhl svůj planetární model, v roce 1913 jej dánský fyzik Niels Bohr upravil tak, aby vysvětlil, proč atom není zničen, a my jsme stále zde, abychom vyprávěli tento příběh..

Články zájmu

Schrödingerův atomový model.

Atomový model de Broglie.

Chadwickův atomový model.

Heisenbergův atomový model.

Perrinův atomový model.

Thomsonův atomový model.

Atomový model Dirac Jordan.

Atomový model Demokrita.

Bohrův atomový model.

Daltonův atomový model.

Reference

1. Rex, A. 2011. Fyzikální základy. Pearson. 618-621.
2. Zapata, F. 2007. Poznámky ke třídě pro předsedu Radiobiologie a radiologické ochrany. School of Public Health of the Central University of Venezuela.