Planetarni model Rutherforda, atom u modelu Rutherford

Otkrića na području atomske strukture postala su važan korak u razvoju fizike. Od velike važnosti bio je model Rutherforda. Atom kao sustav i čestice, njegove komponente, proučen je točnije i detaljnije. To je dovelo do uspješnog razvoja takve znanosti kao nuklearne fizike.

Drevni koncepti strukture materije

Pretpostavka da se okolna tijela sastoje od najmanjih čestica, bile su izražene čak iu davnim vremenima. Mislioci toga vremena predstavljaju atom u obliku sitne i nedjeljive čestice bilo koje tvari. Tvrdili su da u svemiru nema ništa manje od atoma. Takve stavove držali su veliki drevni grčki znanstvenici i filozofi - Democritus, Lucretius, Epicurus. Hipoteze tih mislitelja danas su ujedinjene pod imenom "drevni atomizam".

Srednjovjekovni prikaz

Prošlo je vrijeme antike, a u srednjem vijeku bilo je i znanstvenika koji su izrazili različite pretpostavke o strukturi tvari. Međutim, učestalost vjerskih filozofskih pogleda i moć crkve u tom razdoblju povijesti u korijenu spriječila je bilo kakve pokušaje i težnje ljudskog uma materijalističkim znanstvenim zaključcima i otkrićima. Kao što znate, srednjovjekovna inkvizicija bila je vrlo neprijateljska prema predstavnicima znanstvenog svijeta toga vremena. Ostaje reći da su tada sjajni umovi došli iz antičke ideje o nedjeljivosti atoma.

Studije 18. i 19. stoljeća

18. stoljeće obilježeno je ozbiljnim otkrićima na području elementarne strukture materije. Na mnogo načina, zahvaljujući naporima takvih znanstvenika kao što su Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov i John Dalton. Bez obzira na sve, uspjeli su dokazati da atomi postoje. No, pitanje njihove unutarnje strukture ostalo je otvoreno. Krajem 18. stoljeća bio je obilježen tako izvanrednim događajem u znanstvenom svijetu kao otkriću DI Mendelejeva periodičkog sustava kemijskih elemenata. To je postalo istinski moćno otkriće tog vremena i otvorilo je veo nad razumijevanjem da su svi atomi jedinstvene prirode, da su međusobno povezani. Kasnije, u 19. stoljeću, još jedan važan korak ka raspoređivanju strukture atoma bio je dokaz da elektron u nekom od njih postoji. Rad znanstvenika ovog razdoblja pripremio je plodno tlo za otkrića 20. stoljeća.

Thomsonovi eksperimenti

Engleski fizičar John Thomson 1897. godine dokazao je da sastav atoma uključuje elektrone s negativnim nabojem. U ovoj fazi je potpuno uništeno lažno mišljenje da je atom granica raspodjele bilo koje supstance. Kako je Thomson uspio dokazati postojanje elektrona? Znanstvenik u svojim eksperimentima postao je snažno rijetki plinovi elektroda i prošao električnu struju. Kao rezultat toga, pojavile su se katodne zrake. Thomson je pažljivo proučavao njihove osobine i otkrio da su to struja nabijenih čestica koje se kreću golem brzinom. Znanstvenik je mogao izračunati masu tih čestica i njihovu naboj. Također je otkrio da se ne mogu pretvoriti u neutralne čestice, jer je električna naboja temelj njihove prirode. Tako su bili elektroni su otvoreni. Thomson je također stvoritelj prvog modela svjetla u strukturi atoma. Prema njemu, atom je hrpa pozitivno nabijene tvari, u kojoj su negativno napunjeni elektroni ravnomjerno raspoređeni. Takva struktura objašnjava opću neutralnost atoma, budući da su suprotne optužbe međusobne ravnoteže. Eksperimenti John Thomsona postali su neprocjenjivi za daljnje proučavanje strukture atoma. Međutim, mnoga su pitanja ostala neodgovorena.

Istraživanje tvrtke Rutherford

Thomson je otkrio postojanje elektrona, ali nije mogao pronaći pozitivno nabijene čestice u atomu. Ernest Rutherford je ispravio ovaj nesporazum 1911. godine. Tijekom eksperimenata, proučavajući djelovanje alfa čestica u plinovima, otkrio je da su čestice prisutne u atomu, pozitivno nabijene. Rutherford je vidio da kad zrake prolaze kroz plin ili kroz tanku metalnu ploču, mala količina čestica pada s trajektorije gibanja. Doslovno su ih bacili natrag. Znanstvenik je nagađao da je ovo ponašanje zbog sudara s pozitivno nabijenim česticama. Takvi eksperimenti omogućili su fizičaru da stvori model strukture Rutherfordovog atoma.

Planetarni model

Sada su pogledi znanstvenika bili nešto drugačiji od pretpostavki koje je napravio John Thomson. Njihovi modeli atoma također su se razlikovali. Iskustvo Rutherforda dopustio mu da stvori sasvim novu teoriju na ovom području. Otkrića znanstvenika od odlučujuće su važnosti za daljnji razvoj fizike. Model Rutherforda opisuje atom kao jezgru koja se nalazi u središtu, a elektroni se kreću oko njega. Jezgra ima pozitivan naboj, a elektroni - negativni. Model atoma Rutherford preuzeo elektrona rotirajući oko jezgre na određenim putanjama - orbite. Otvaranje znanstvenik pomogao objasniti razlog za odstupanje od alfa čestica i bio je poticaj za razvoj nuklearne teorije atoma. U Rutherford je atomskom modelu analogija s kretanjem planeta Sunčevog sustava oko Sunca. Ovo je vrlo precizna i živa usporedba. Stoga je Rutherford je model atoma koji se kreće duž orbiti oko jezgre, a ime je dobio planetarna.

Radovi Niels Bohr

Dvije godine kasnije, danski fizičar Niels Bohr pokušao je kombinirati ideje o strukturi atoma s kvantnim svojstvima svjetlosnog toka. Nuklearni model atoma Rutherforda postavio je znanstvenik na temelju njegove nove teorije. Prema Bohrinoj pretpostavci, atomi se okreću oko jezgre uz kružne putanje. Takva putanja gibanja dovodi do ubrzanja elektrona. Osim toga, Coulombova interakcija ovih čestica s središtem atoma prati stvaranje i potrošnja energije za održavanje prostornog elektromagnetskog polja koje proizlazi iz kretanja elektrona. Pod takvim uvjetima, negativno napunjene čestice bi jednoga dana trebale pasti na jezgru. Ali to se ne događa, što ukazuje na veću stabilnost atoma kao sustava. Niels Bohr je shvatio da zakoni klasične termodinamike, opisani Maxwellovim jednadžbama, ne rade pod intra-atomskim uvjetima. Stoga je znanstvenik postavio zadatak izvođenja novih zakona koji bi vrijedili u svijetu elementarnih čestica.

Posterati Bore

Uglavnom zbog činjenice da je postojao model Rutherforda, atom i njegove komponente dobro su proučavani, Niels Bohr je mogao pristupiti stvaranju njegovih postulata. Prvi od njih kaže da atom ima stacionarna stanja, pod kojima ne mijenja energiju, a elektroni se kreću duž orbita bez promjene njihove putanje. Prema drugom postulatu, kada elektron prolazi iz jedne orbite u drugu, energija se oslobađa ili apsorbira. Jednako je razlika između energije prethodnih i naknadnih stanja atoma. U ovom slučaju, ako elektron skokne do orbite blizu nukleusa, onda zračenja energija (fotona), i obrnuto. Unatoč činjenici da kretanje elektrona ne podsjeća na orbitalnu putanju koja se nalazi točno uz opseg, Bohrovo otkriće omogućilo je dobivanje izvrsnog objašnjenja postojanja linije spektra vodikov atom. Otprilike istodobno fizičari Hertz i Frank koji su živjeli u Njemačkoj potvrdili su Niels Bohrovu doktrinu o postojanju stacionarnih, stabilnih stanja atoma i mogućnosti promjene vrijednosti atomske energije.

Suradnja dvaju znanstvenika

Usput, Rutherford dugo nije mogao odrediti naboj jezgre. Znanstvenici Marsden i Geiger pokušali provesti unakrsno ispitivanje tvrdnje Ernest Rutherford, a kao rezultat pažljive i detaljne eksperimente i izračuna su došli do zaključka da je jezgra od glavnih obilježje atoma, a fokusira svu svoju naboj. Kasnije je dokazano da je vrijednost nuklearnog naboja numerički jednaka rednom broju elementa u periodičkom sustavu DI Mendeleevovih elemenata. Zanimljivo je da se Niels Bohr ubrzo upoznao s Rutherfordom i potpuno složio s njegovim stavovima. U budućnosti, znanstvenici su zajedno zajedno radili zajedno u jednom laboratoriju. Niels Bohr je smatrao Rutherfordovim modelom, atomom kao sustavom koji se sastojao od elementarnih napunjenih čestica, da bude fer i trajno odložio elektronski model. Zajednička znanstvena djelatnost znanstvenika bila je vrlo uspješna i donijela je plod. Svaki od njih otišao je duboko u proučavanje svojstava elementarnih čestica i napravio važna otkrića za znanost. Kasnije, Rutherford je otkrio i dokazao mogućnost nuklearne dekompozicije, ali to je već tema drugog članka.