|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Planetarny model atomu. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe W pierwszej teorii atomowej dalton przyjęto, że świat składa się z pewnej liczby atomów – elementarnych cegiełek – o charakterystycznych właściwościach, wiecznych i niezmiennych. Te idee zmieniły się drastycznie po odkryciu elektronu. Wszystkie atomy muszą zawierać elektrony. Ale jak układają się w nich elektrony? Fizycy mogli jedynie filozofować w oparciu o swoją znajomość fizyki klasycznej i stopniowo wszystkie punkty widzenia zbiegały się w jednym modelu zaproponowanym przez JJ Thomson. Zgodnie z tym modelem atom składa się z dodatnio naładowanej substancji z osadzonymi w niej elektronami (być może są w intensywnym ruchu), tak że atom przypomina budyń z rodzynkami. Model atomu Thomsona nie mógł być bezpośrednio przetestowany, ale na jego korzyść przemawiały wszelkiego rodzaju analogie. W 1903 roku niemiecki fizyk Philipp Lenard zaproponował model „pustego” atomu, wewnątrz którego „latają” nieodkryte cząstki neutralne, złożone ze wzajemnie zrównoważonych ładunków dodatnich i ujemnych. Lenard nawet nadał nazwę swoim nieistniejącym cząsteczkom - dynamidom... Jednak jedynym, którego prawa do istnienia dowiodły surowe, proste i piękne eksperymenty, był model Rutherforda. Ernest Rutherford (1871-1937) urodził się niedaleko miasta Nelson (Nowa Zelandia) w rodzinie migranta ze Szkocji. Po ukończeniu szkoły w Havelock, gdzie mieszkała wówczas rodzina, otrzymał stypendium na kontynuację nauki w Nelson Provincial College, do którego wstąpił w 1887 roku. Dwa lata później Ernest zdał egzamin w Canterbury College, filii Uniwersytetu Nowej Zelandii w Crichester. Na studiach duży wpływ na Rutherforda wywarli jego nauczyciele: nauczyciel fizyki i chemii EW Bickerton oraz matematyk J.H.H. Kucharz. Po uzyskaniu tytułu Bachelor of Arts w 1892 r. Rutherford pozostał w Canterbury College i kontynuował studia na stypendium z matematyki. W następnym roku został magistrem sztuki, zdając egzaminy z matematyki i fizyki z najlepszymi wynikami. W 1894 r. w New Zealand Philosophical Institute Proceedings ukazała się jego pierwsza drukowana praca, Magnetization of Iron by High-Frequency Discharges. W 1895 r. nieobsadzone było stypendium na edukację naukową, pierwszym kandydatem na to stypendium odmówiono z powodów rodzinnych, drugim kandydatem był Rutherford. Po przybyciu do Anglii Rutherford otrzymał od JJ Thomsona zaproszenie do pracy w Cambridge w laboratorium Cavendish. W 1898 Rutherford przyjął profesurę na Uniwersytecie McGill w Montrealu, gdzie rozpoczął serię ważnych eksperymentów dotyczących emisji radioaktywnej pierwiastka uranu. W Kanadzie dokonał fundamentalnych odkryć: odkrył emanację toru i rozwikłał naturę tak zwanej „promieniotwórczości indukowanej”; wraz z Soddy odkrył rozpad promieniotwórczy i jego prawo. Tutaj napisał książkę „Radioaktywność”. W swojej klasycznej pracy Rutherford i Soddy poruszyli fundamentalną kwestię energii przemian promieniotwórczych. Obliczając energię cząstek k emitowanych przez rad, dochodzą do wniosku, że „energia przemian promieniotwórczych jest co najmniej 20 000 razy, a może nawet milion razy wyższa od energii jakiejkolwiek przemiany molekularnej”. Rutherford i Soddy doszli do wniosku, że „energia ukryta w atomie jest wielokrotnie większa niż energia uwalniana podczas zwykłej przemiany chemicznej”. Tę ogromną energię, ich zdaniem, należy brać pod uwagę „przy wyjaśnianiu zjawisk fizyki kosmicznej”. W szczególności stałość energii słonecznej można wytłumaczyć faktem, że „na Słońcu zachodzą procesy transformacji subatomowej”. Ogromny zakres pracy naukowej Rutherforda w Montrealu – osobiście i wspólnie z innymi naukowcami opublikował 66 artykułów, nie licząc książki „Radioaktywność” – przyniósł Rutherfordowi sławę pierwszorzędnego badacza. Otrzymuje zaproszenie do objęcia fotela w Manchesterze. 24 maja 1907 Rutherford powrócił do Europy. Rozpoczął się nowy okres w jego życiu. W 1908 Rutherford otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii „za badania nad rozpadem pierwiastków w chemii substancji radioaktywnych”. W następnym roku Rutherford rzucił wyzwanie Ernestowi Marsdenowi, aby sprawdził, czy cząstki alfa mogą odbijać się od złotej folii. Rutherford był absolutnie przekonany, że masywne cząstki alfa powinny doświadczać tylko niewielkich odchyleń podczas przechodzenia przez złotą folię. Większość z nich faktycznie przeszła przez folię, tylko słabo się odchylając. Ale niektóre cząstki alfa – mniej więcej jedna na 20 000, jak zauważył Marsden – były wygięte pod kątem większym niż 90 stopni. Marsden bał się nawet powiedzieć o tym Rutherfordowi i początkowo starannie upewniał się, że w jego eksperymentach nie ma błędów. Rutherford prawie nie wierzył w ten wynik obserwacji. Wiele lat później Rutherford wspominał: "Było to prawdopodobnie najbardziej niesamowite wydarzenie, jakiego kiedykolwiek doświadczyłem w moim życiu. To było tak niewiarygodne, jakbyś wystrzelił 15-calowy pocisk w kawałek bibuły, a on wrócił i uderzył cię ”. Musiałem jednak uwierzyć w coś nieprawdopodobnego iw 1911 Rutherford doszedł do wniosku, że wyniki eksperymentów dotyczących rozpraszania cząstek alfa przez złotą folię można wytłumaczyć jedynie zakładając, że cząstki alfa przechodzą w bardzo małej odległości od innych dodatnio naładowanych cząstek. cząstki o rozmiarach znacznie mniejszych niż rozmiary atomów. Atom złota musi składać się z małego dodatnio naładowanego jądra i otaczających go elektronów. Tak narodziła się idea jądra atomowego i nowej gałęzi fizyki – fizyki jądrowej. Pomysł ten do 1911 roku nie był całkiem nowy. Został on przedstawiony wcześniej przez Johnstona Stoneya, japońskiego fizyka Nagaokę i kilku innych naukowców. Ale wszystkie te hipotezy były czysto spekulacyjne, podczas gdy pomysł Rutherforda opierał się na eksperymencie. Wyniki eksperymentów, które doprowadziły Rutherforda do idei planetarnej struktury atomu, naukowiec przedstawił w dużym artykule „Rozpraszanie cząstek alfa i beta w substancji i struktura atomu”, opublikowanym w maju 1911 r. w angielskim „Dzienniku Filozoficznym”. Fizycy na całym świecie mogli teraz ocenić kolejny, tym razem przekonująco potwierdzony eksperymentalnie, model budowy atomu... Rutherford był niestrudzony. A potem podjął nowe badanie: zaczął określać liczbę cząstek alfa odchylanych przez folię pod różnymi kątami w zależności od ładunku elektrycznego jąder atomów substancji, z której została wykonana folia. Cierpliwość badaczy została nagrodzona. Analizując wyniki tych eksperymentów, Rutherford wyprowadził wzór odnoszący liczbę cząstek alfa odchylonych pod pewnym kątem do ładunku jądrowego docelowej substancji folii. Teraz można było określić charakter materiału docelowego na podstawie eksperymentów dotyczących rozpraszania cząstek alfa. W rękach badaczy pojawiła się pierwsza jądrowa metoda analizy chemicznej! Naukowcy porównali zachowanie celów wykonanych z różnych materiałów i odkryli, że im większy ładunek jądrowy, tym więcej cząstek alfa odchyla się od prostej ścieżki. I tutaj po raz pierwszy eksperymenty fizyczne podniosły zasłonę tajemnicy nad okresowym prawem pierwiastków. Z eksperymentów Rutherforda wynikało, że jeśli Mendelejew ułożyły pierwiastki w rzędzie, gdy ładunek ich jąder wzrastał, wtedy żadne permutacje nie byłyby wymagane! Fizycy wyjaśnili sformułowanie prawa okresowości, właściwości chemiczne pierwiastków są okresowo zależne nie od masy atomowej pierwiastków, ale od ładunku elektrycznego ich jąder. Zgodnie z wielkością ładunku jąder pierwiastki ustawiają się w kolejności, w jakiej umieścił je Mendelejew, opierając się na swojej encyklopedycznej wiedzy na temat właściwości chemicznych pierwiastków ... Co powstrzymuje elektron przed upadkiem na masywne jądro? Oczywiście szybki obrót wokół niego. Ale w procesie rotacji z przyspieszeniem w polu jądra elektron musi wypromieniować część swojej energii we wszystkich kierunkach, a mimo to stopniowo zwalniając spadać na jądro. Ta myśl prześladowała autorów planetarnego modelu atomu. Wydawało się, że kolejną przeszkodą na drodze nowego modelu fizycznego będzie zniszczenie całego obrazu budowy atomu, skonstruowanego z takim trudem i potwierdzonego jasnymi eksperymentami... Rutherford był pewien, że zostanie znalezione rozwiązanie, ale nie wyobrażał sobie, że stanie się to tak szybko. Wadę w planetarnym modelu atomu naprawi duński fizyk Niels Bohr. Niemal w tym samym czasie, w którym naukowcy z całego świata otrzymali numer „Dziennika Filozoficznego” z artykułem Rutherforda o budowie atomu, dwudziestopięcioletni Niels Bohr z powodzeniem obronił swoją rozprawę o elektronowej teorii metali. na Uniwersytecie w Kopenhadze. Duński fizyk Niels Henrik David Bohr (1885–1962) urodził się w Kopenhadze jako drugie z trojga dzieci Christiana Bohra i Ellen (z domu Adler) Bohr. Jego ojciec był znanym profesorem fizjologii na Uniwersytecie w Kopenhadze. Studiował w Gammelholm Grammar School w Kopenhadze, którą ukończył w 1903 roku. Bohr i jego brat Harald, który został słynnym matematykiem, byli zapalonymi piłkarzami w czasach szkolnych. Później Nils lubił jeździć na nartach i żeglować. Jeśli w szkole Niels Bohr był ogólnie uważany za studenta o zwykłych zdolnościach, to na Uniwersytecie w Kopenhadze jego talent bardzo szybko sprawił, że zaczął mówić o sobie. Niels został uznany za niezwykle zdolnego badacza. Jego projekt dyplomowy, w którym określił napięcie powierzchniowe wody na podstawie wibracji strumienia wody, przyniósł mu złoty medal Królewskiej Duńskiej Akademii Nauk. W 1907 został kawalerem. Tytuł magistra uzyskał na Uniwersytecie w Kopenhadze w 1909 roku. Jego rozprawa doktorska na temat teorii elektronów w metalach została uznana za mistrzowskie studium teoretyczne. W 1911 roku Bohr zdecydował się wyjechać do Cambridge, aby przez kilka miesięcy pracować w laboratorium J.J. Thomsona, odkrywcy elektronu. Matka Nielsa i jego brat Harald zaaprobowali ten pomysł. Być może jego narzeczona Margaret nie była zbyt szczęśliwa, ale też się zgodziła. Bohr następnie boleśnie zastanawiał się nad modelem Rutherforda i szukał przekonujących wyjaśnień tego, co oczywiście mimo wszelkich wątpliwości dzieje się w przyrodzie: elektrony, nie spadając na jądro i nie odlatując od niego, nieustannie krążą wokół swojego jądra. Oto, co piszą K. Manołow i V. Tyutyunnik w książce „Biografia atomu”: „Jeśli wodór ma tylko jeden elektron, jak można wytłumaczyć fakt, że emituje kilka różnych długości fal promieni świetlnych?” Bor pomyślał. Znów powrócił do teorii Nicholsona. Doskonała zgodność między obliczonymi i obserwowanymi stosunkami długości fal widm jest silnym argumentem przemawiającym za tą teorią. Jednak Nicholson utożsamia częstotliwość promieniowania z częstotliwością drgań układu mechanicznego. Ale systemy, w których częstotliwość jest funkcją energii, nie mogą emitować skończonej ilości jednorodnego promieniowania, ponieważ ich częstotliwość będzie się zmieniać podczas promieniowania. Ponadto systemy obliczone przez Nicholsona będą niestabilne dla niektórych postaci drgań. Wreszcie, teoria Nicholsona nie może wyjaśnić szeregowych praw Balmera i Rydberga. - Hansen, myślę, że jest odpowiedź! Bor powiedział. - Za pomocą warunku stabilności orbity elektronu w atomie, który wyprowadziłem, można obliczyć prędkość elektronu na orbicie, jego promień i całkowitą energię elektronu na dowolnej orbicie. Co więcej, wszystkie formuły zawierają ten sam czynnik, tak zwaną liczbę kwantową, która przyjmuje te same wartości całkowite 1, 2, 3, 4 itd. Każda z tych liczb odpowiada określonemu promieniowi orbity ... - Bohr przerwał na chwilę i kontynuował. - Cóż, oczywiście, teraz wszystko jest jasne. Atom może istnieć bez promieniowania energii tylko w pewnych stanach stacjonarnych, z których każdy charakteryzuje się własną wartością energetyczną. Jeśli elektron przemieszcza się z jednej orbity na drugą, atom albo emituje, albo pochłania energię w postaci specjalnych porcji - kwantów!... - Więc to jest sekret! wykrzyknął Hansen. - A więc widmo atomu odzwierciedla jego strukturę! - Teraz wszystko się układa. Jest jasne, dlaczego atom wodoru emituje kilka rodzajów promieni. Jeśli ponumerujemy orbity, zaczynając od najbliższej jądra, to możemy powiedzieć, że elektron przeskakuje z czwartej na pierwszą, z trzeciej na pierwszą, z trzeciej na drugą itd. Każdemu skokowi towarzyszy przez emisję światła o odpowiedniej długości fali. Mam wielką nadzieję, że uda mi się znaleźć zależność ilościową... W 1913 roku Niels Bohr opublikował wyniki długich rozważań i obliczeń, z których najważniejsze stały się znane jako postulaty Bohra: w atomie zawsze istnieje duża liczba stabilnych i ściśle określonych orbit, po których elektron może pędzić w nieskończoność , ponieważ wszystkie działające na nią siły równoważą się; Elektron może poruszać się w atomie tylko z jednej stabilnej orbity na drugą, równie stabilną. Jeśli podczas takiego przejścia elektron odsunie się od jądra, konieczne jest przekazanie mu z zewnątrz pewnej ilości energii równej różnicy w rezerwie energii elektronu na górnej i dolnej orbicie. Jeśli elektron zbliży się do jądra, wówczas „resetuje” nadmiar energii w postaci promieniowania… Prawdopodobnie postulaty Bohra zajęłyby skromne miejsce wśród wielu interesujących wyjaśnień nowych faktów fizycznych uzyskanych przez Rutherforda, gdyby nie jedna ważna okoliczność. Bohr, korzystając ze znalezionych zależności, był w stanie obliczyć promienie „dozwolonych” orbit elektronu w atomie wodoru. Znając różnicę między energiami elektronu na tych orbitach, można było skonstruować krzywą opisującą widmo promieniowania wodoru w różnych stanach wzbudzonych i określić, jaką długość fali atom wodoru powinien szczególnie łatwo emitować, jeśli zostanie do niego doprowadzony nadmiar energii. na zewnątrz, np. przy użyciu jasnego światła rtęciowego. Ta krzywa teoretyczna całkowicie pokrywała się z widmem emisji wzbudzonych atomów wodoru, zmierzonym przez szwajcarskiego naukowca J. Balmera w 1885 roku! Planetarny model atomu otrzymał potężne poparcie, Rutherford i Bohr mieli coraz więcej zwolenników. Autor: Samin D.K.
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Karty pamięci SanDisk Extreme Pro CFast 2.0 ▪ Niebieskie diody LED APED3820PBC ▪ Przekształcenie metalu w dielektryk ▪ Fizycy potrzebują starożytnego rzymskiego ołowiu
▪ sekcji witryny internetowej poświęconej sprzętowi wideo. Wybór artykułów ▪ artykuł Łagodne, ciche słowo do zapamiętania (pamiętaj). Popularne wyrażenie ▪ artykuł Kto odkrył medycynę? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Elektryczne ogrzewanie betonu i gruntu. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł 555 555 505. Sekret sztuczki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony