Atomas
5 (100%) 1 vote

Atomas

Atomo fizika

Atomo sandara. Rezerfordo bandymai

TOMSONO MODELIS. Ne iš karto mokslininkai teisingai įsivaizdavo atomo sandarą. Pirmą atomo modelį pasiūlė anglų fizikas Dž. Tomsonas, atradęs elektroną. Tomsono supratimu, teigiamas atomo krūvis užima visą atomą ir pasiskirstęs jame vienodu tankiu. Paprasčiausias atomas – vandenilio atomas – tai teigiamai elektringas apie 10-8 cm spindulio rutulys, kurio viduje yra elektronas. Sudėtingesnių atomų teigiamai elektringame rutulyje yra keletas elektronų.

Tačiau Tomsono modelis visiškai prieštaravo bandymų, kuriais tyrinėtas teigiamo krūvio pasiskirstymas atome, duomenims. Šiuos bandymus pirmą kartą atliko didysis anglų fizikas Ernestas Rezerfordas.

Rezerfordo bandymai

Rezerfordas tyrinėjo, kaip pasiskirstęs teigiamasis krūvis, taigi ir masė atomo viduje. 1906 m. jis pasiūlė zonduoti atomą α dalelėmis. Šitos dalelės atsiranda skylant radžiui ir kai kuriems kitiems elementams. Jų masė apytiksliai 8000 kartų didesnė už elektrono masę, o teigiamas krūvis lygus dvigubam elektrono krūvio moduliui. Tai ne kas kita, kaip visiškai jonizuoti helio atomai. α dalelių greitis labai didelis: jis lygus maždaug šviesos greičio.

Šiomis dalelėmis Rezerfordas apšaudė sunkiųjų elementų atomus. Mažos masės elektronai negali pastebimai pakeisti α dalelės trajektorijos, panašiai kaip kelių dešimčių gramų akmenėlis, atsimušęs į automobilį negali pakeisti jo greičio.

Išsklaidyti α daleles (pakeisti jų kryptį) gali tik teigiamai elektringa atomo dalis. Taigi iš α dalelių išsklaidymo galima nustatyti, kaip atome pasiskirstęs teigiamas krūvis ir masė. Rezerfordo bandymų schema pavaizduota šiame paveikslėlyje: Išilgai švininio ritinio R išgręžtas siauras kanalas. Jame padėtas radioaktyvusis preparatas, pavyzdžiui radis. Iš kanalo sklindantis α dalelių pluoštas krisdavo į tiriamos medžiagos (aukso, ir kt.) foliją F.

Išsklaidytos α dalelės patekdavo į pusskaidrį ekraną E, padengtą cinko sulfidu. α dalelei susidūrus su ekranu, blykstelėdavo šviesa (scintiliacija). Ją buvo galima matyti pro mikroskopą M. Visas prietaisas buvo įdedamas į indą, iš kurio išsiurbtas oras.

Kai prietaise oras būdavo pakankamai išretintas ir išimta folija, ekrane pasirodydavo šviesus skritulėlis, sudarytas iš scintiliacijų, kurias sukeldavo plonas α dalelių pluoštas. Tačiau, pluošto kelyje padėjus foliją, išsklaidytos α dalelės pasiskirstydavo ekrano plote.

Modifikuodamas eksperimentinį įrenginį, Rezerfordas mėgino užfiksuoti α dalelių nukrypimą dideliais kampais. Visiškai netikėtai paaiškėjo, kad nedidelis α dalelių skaičius (apytiksliai viena iš dviejų tūkstančių) nukrypdavo didesniu negu 90° kampu. Vėliau Rezerfordas prisipažino, kad, pasiūlydamas savo mokiniams stebėti α dalelių išsklaidymą dideliais kampais, jis netikėjo teigiamu rezultatu. ”Tai beveik taip pat netikėta, – kalbėjo rezerfordas, – kaip ir tai, kad į plono popieriaus skiautelę iššautas 15 colių sviedinys sugrįžtų ir smogtų jums.”

Iš tikrųjų numatyti šitą rezultatą, tikint, kad teigiamas krūvis pasiskirstęs visame atome , nebuvo galima. Šitaip pasiskirsčiusio teigiamo krūvio elektrinis laukas nėra toks stiprus, kad pajėgtų atblokšti α dalelę. Didžiausia stūmos jėga apskaičiuojama pagal Kulono dėsnį:

Atomo branduolio matmenų nustatymas.

Rezerfordas suprato, kad α dalelė gali būti atblokšta tik tada, kai teigiamas atomo krūvis ir jo masė sukoncentruoti labai mažoje erdvės srityje. Šitaip Rezerfordas priejo prie atomo branduolio – mažo kūno, kuriame sukoncentruota beveik visa atomo masė ir visas jo teigiamas krūvis – egzistavimo idėjos.

Suskaičiuodamas išsklaidytas skirtingais kampais α daleles, Rezerfordas galėjo įvertinti branduolio dydį. Pasirodo, kad branduolys turi maždaug 10-12 –

10-13 cm skersmenį (įvairių branduolių skersmenys skirtingi). Paties atomo matmenys lygūs 10-8 cm t.y. 10 – 100 tūkstančių kartų didesni už branduolio matmenis. Vėliau pasisekė nustatyti ir branduolio krūvė. Kai elektrono krūvis laikomas vienetu, branduolio krūvis tiksliai lygus atitinkamo cheminio elemento eilės numeriui Mendelejevo lentelėje.

Planetinis atomo modelis

Rezerfordo bandymai tiesiogiai patvirtina planetinį atomo modelį. Atomo centre yra teigiamai elektringas branduolys, kuriame sutelkta beveik visa atomo masė. Atomas neutralus. Todėl jo elektronų skaičius, kaip ir branduolio krūvis, lygus elemento eilės numeriui periodinėje sistemoje. Aišku, kad elektronai turi judėti, kitaip jie nukristų ant branduolio. Jie skrieja aplink branduolį kaip planetos aplink Saulę, todėl, kad branduolys juos veikia Kulono jėga.

Vandenilio atome aplink branduolį skrieja tik vienas elektronas. Vandenilio atomo branduolys turi teigiamą krūvį, kuris lygus elektrono krūvio medeliui, ir masę, maždaug 1836,1 karto didesnę už elektrono masę. Šitas branduolys buvo pavadintas protonu ir pradėtas laikyti elementariaja dalele. Atomo dydis – tai jo elektrono orbitos spindulio ilgis(pav.).

Šis modelis paaiškina α dalelių išsklaidymo bandymą. Tačiau jis negali paaiškinti atomo egzistavimo, jo pastovumo. Juk elektronai juda orbitomis su pagreičiais, beje, gana dideliais. Pagal Maksvelio elektrodinamikos dėsnius su pagreičiu judąs kūnas turi skleisti
elektromagnetines bangas, kurių dažnis

lygus apsisukimų aplink branduolį per 1 s skaičiui. Spinduliuodamas elektronas netenka energijos ir turi priartėti prie branduolio, panašiai kaip palydovas priartėja prie Žemės dėl trinties į viršutinius žemės sluoksnius.

Kaip rodo tiksliausi apskaičiavimai, kurie remiasi Niutono mechanika ir Maksvelio elektrodinamika, per nepaprastai trumpą laiką (maždaug 10-8s) elektronas turėtų nukristi ant branduolio. Tada atomas nustotų egzistavęs.

Iš tikrųjų nieko panašaus nevyksta. Atomai yra pastovūs ir nesužadinti gali egzistuoti neribotai ilgai, visiškai neskleisdami elektromagnetinių bangų.

Taikydami klasikinės fizikos dėsnius atome vykstantiems reiškiniams aiškinti, gauname neatitinkančią tikrovės išvadą: dėl energijos išspinduliavimo atomas greitai nustos egzistavęs. Iš to matome, kad atominių mastų reiškiniams aiškinti klasikinės fizikos dėsniai netinka.

Boro postulatai

Išeiti iš gana keblios padėties rado didysis danų fizikas Nilsas Boras, toliau plėtodamas kvantinę gamtos procesų teoriją.

Tačiau nuoseklios atomo teorijos Boras nesukūrė. Pagrindinius naujos reorijos teiginius jis suformulavo kaip postulatus. Be to, Boras besąlygiškai neatmetė ir klasikinės fizikos dėsnių. Naujieji postulatai veikiau apribojo klasikinės teorijos teiginius apie judėjimą.

Boro teorijos sėkmė vis dėlto kėlė nuostabą, ir visi mokslininkai suprato, kad jis surado teisingą teorijos plėtojimo kelią. Šiuo keliu einant, buvo sukurta darni mikrodalelių judėjimo teorija – kvantinė mechanika.

Pirmasis Boro postulatas teigia: atominė sistema gali būti tik ypatingų stacionarinių, arba kvantinių, būsenų, kurių kiekvieną atitinka tam tikra energija En; stacionarinės būsenos atomas nespinduliuoja.

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 1045 žodžiai iš 3461 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.