Modele ale atomilor lui Thomson și Rutherford pentru scurt timp

Chiar și în Grecia antică, filozofii au ghicit despre structura internă a materiei. Și primele modele ale structurii atomilor au apărut deja la începutul secolului al XX-lea. Ipoteza lui J. Thomson nu a fost percepută de către comunitatea științifică din acea vreme ca fiind critică, pentru că au existat deja diferite teorii despre ceea ce se afla în interiorul celor mai mici particule de materie.

"Pudding cu stafide", sau modelul lui Thomson

Până în secolul al XIX-lea, oamenii de știință au presupus că atomul este indivizibil. Cu toate acestea, totul sa schimbat după ce Joseph Thomson a descoperit electronul în 1897 - a devenit clar că oamenii de știință au greșit. Ambele modele ale atomului lui Thomson și Rutherford au fost prezentate la începutul secolului trecut. Primul a fost modelul lui W. Thomson, care a sugerat că atomul este o grămadă de materie care are o încărcătură electrică pozitivă. În interiorul acestui grup sunt distribuite electronii uniformi - de aceea acest model a fost numit "tort". La urma urmei, în conformitate cu aceasta, electronii din materie sunt aranjați ca stafide într-un tort. Un alt nume neoficial pentru model este "Pudding cu stafide".

Meritele lui J. Thomson

Acest model a fost dezvoltat și mai detaliat de JJ Thomson. Spre deosebire de W. Thomson, el a presupus că electronii din atom sunt situați strict pe un singur plan, care sunt inele concentrice. În ciuda importanței egale a modelelor atomului lui Thomson și Rutherford pentru știința timpului, trebuie remarcat faptul că J. Thomson, printre altele, a propus pentru prima dată o metodă pentru determinarea numărului de electroni din interiorul unui atom. Metoda sa se baza pe împrăștierea razelor X. J. Thomson a sugerat că electronii sunt particulele care ar trebui să se afle în centrul împrăștierii razelor. În plus, a fost Thomson care a fost omul de știință care a descoperit electronii. În școlile moderne, începând cu studiul descoperirilor sale, începe studiul cursului mecanicii cuantice.

Minusurile teoriei lui Thomson

Cu toate acestea, în comparație cu Modelul Rutherford, modelul atomic Thomson a avut un dezavantaj semnificativ. Nu putea explica natura discretă a radiației atomice. Era imposibil cu ajutorul ei și să spună ceva despre motivele stabilității atomului. În cele din urmă, a fost respinsă când au fost făcute celebrele experimente ale lui Rutherford. Modelul atomului Thomson era de o valoare nu mai puțin importantă pentru știința acelor timpuri decât alte ipoteze. Trebuie avut în vedere că toate aceste modele, disponibile la acel moment, erau pur ipotetice.

Caracteristicile experimentului Rutherford

În 1906-1909, G. Geiger, E. Mardsen și E. Rutherford au efectuat experimente în care particulele alfa au fost împrăștiate pe suprafață folie de aur. Pe scurt, modelele atomilor Thomson și Rutherford sunt descrise după cum urmează. În modelul Thomson, electronii sunt distribuiți neuniform în atom, iar în teoria lui Rutherford se rotesc în planuri concentrice. Un factor distinctiv în experimentul lui Rutherford a fost utilizarea particulelor alfa în locul electronilor. Particulele alfa, spre deosebire de electroni, au avut o masa mult mai mare si nu au suferit abateri semnificative atunci cand s-au ciocnit cu electroni. Prin urmare, oamenii de știință au avut ocazia să înregistreze doar acele coliziuni care au avut loc cu o parte încărcată pozitiv a atomului.

Rolul descoperirii lui Rutherford

Această experiență a fost crucială pentru știință. Cu ajutorul său, oamenii de știință au reușit să obțină răspunsuri la acele întrebări care au rămas un mister pentru autorii diferitelor modele atomice. Thomson, Rutherford și Bohr, deși aveau aceeași bază, totuși au făcut o contribuție oarecum diferită la știință, iar rezultatele experimentelor lui Rutherford în acest caz erau izbitoare. Rezultatele lor erau exact opusul celor pe care oamenii de stiinta urmau sa le vada.

Majoritatea particulelor alfa au trecut printr-o foaie de foi de-a lungul unor traiectorii drepte (sau practic drepte). Cu toate acestea, traiectoriile unor particule alfa se abat de la unghiuri semnificative. Și aceasta a fost o dovadă că în atom a existat o formare cu o densitate foarte mare și a avut o sarcină pozitivă. În 1911, pe baza datelor experimentale, a fost prezentat un model al structurii atomului Rutherford. Thomson, a cărui teorie a fost considerată anterior dominantă, a continuat să lucreze în laboratorul Universității din Cavendish. Până la sfârșitul vieții, omul de știință a continuat să creadă în existența unui eter mecanic, în ciuda tuturor progreselor în cercetarea științifică din acea vreme.

Modelul planetar al lui Rutherford

Rezumând rezultatele experimentelor, Ernest Rutherford a prezentat principalele prevederi ale teoriei sale: în conformitate cu aceasta, atomul constă dintr-un nucleu dens și dens de dimensiuni foarte mici - în jurul acestui nucleu există electroni care sunt în mișcare continuă. Radiurile orbitelor acestor electroni sunt de asemenea mici: ele sunt de 10-9 m. Acest model a fost numit "planetar" datorită asemănării sale cu model al sistemului solar. În ea, planetele se mișcă în orbite eliptice în jurul unui centru imens și masiv, care are o atracție - Soarele.

Electronii se rotesc într-un atom cu o viteză atât de gigantică încât se formează în jurul suprafeței atomului, ca un nor. Conform teoriei lui Rutherford, atomii sunt distanțați unul de celălalt la o anumită distanță, ceea ce le permite să nu rămână împreună. La urma urmei, în jurul fiecăruia există o coajă electronică încărcată negativ.

Modele ale atomilor lui Thomson și Rutherford: principalele diferențe

Care sunt principalele diferențe dintre cele două teorii cele mai importante ale structurii unui atom? Rutherford a presupus că în centrul atomului există un nucleu cu o sarcină electrică pozitivă și a cărui volum, în comparație cu dimensiunile atomului, este neglijabil. Thomson a presupus, de asemenea, că întregul atom este o formare cu o densitate ridicată. A doua diferență majoră a fost înțelegerea poziției electronilor din atom. Potrivit lui Rutherford, se rotesc in jurul nucleului, iar numarul lor este aproximativ egal cu frac12 este masa atomică a unui element chimic. În teoria lui Thomson, electronii din atom sunt distribuite neuniform.

Minusurile teoriei lui Rutherford

Cu toate acestea, în ciuda tuturor avantajelor, la momentul respectiv, teoria lui Rutherford conținea o contradicție importantă. Conform legilor electrodinamicii clasice, un electron care sa rotit în jurul nucleului trebuia să emită în mod constant porțiuni de energie electrică. Din această cauză, raza orbitei pe care se mișcă electronul trebuie să emită în mod continuu radiații electromagnetice. Conform acestor idei, durata de viață a unui atom trebuie să fie neglijabilă.

Cel mai adesea, când vorbesc despre descoperirea structurii interioare a unui atom, menționează numele lui Thomson și Rutherford. Experimentele lui Rutherford, ale căror modele atomice sunt acum cunoscute fiecărui student de fizică și matematică din învățământul superior, fac parte acum din istoria științei. Când Rutherford și-a făcut descoperirea, a exclamat: "Acum știu cum arată atomul!" Cu toate acestea, în realitate se înșela, pentru că adevărata imagine a devenit cunoscută oamenilor de știință mult mai târziu. Deși modelul Rutherford a fost supus unor ajustări semnificative în timp, sensul său a rămas neschimbat.

Modelul Bohr

Cu toate acestea, pe lângă modelele atomului lui Thomson și Rutherford, a existat o altă teorie care explică structura internă a acestor particule mici de materie. Acesta aparține lui Niels Bohr - fizicianul danez, care a oferit explicația sa în 1913. Conform modelului său, un electron din atom nu respectă legile fizice standard. A fost Bohr care a fost omul de știință care a introdus în știință conceptul relației dintre raza orbitei electronice și viteza ei.

În procesul de creare a teoriei sale, Bohr a luat ca bază modelul lui Rutherford, dar la supus unei rafinări considerabile. Modelele atomilor lui Bohr, Rutherford și Thomson pot părea acum oarecum simple, dar au constituit baza ideilor moderne despre structura internă a atomului. Astăzi, modelul cuantic al unui atom este în general acceptat. În ciuda faptului că mecanica cuantică nu poate descrie mișcarea planetelor sistemului solar, conceptul de orbită a rămas până acum în teorii care descriu structura internă a atomului.