Урок 1. Сучасна модель атома. Досліди Резерфорда. Протонно-нейтронна модель ядра атома

Уявлення про атоми як неподільних дрібних частках речовини виникло ще в античні часи, але тільки в XVIII ст. працями А. Лавуазьє, М. В. Ломоносова та інших учених була доведена реальність існування атомів. Але питання про їхню внутрішню будову навіть не виникало, і атоми як і раніше вважалися неподільними частинками. У XIX ст. вивчення атомістичної будови речовини істотно просунулося вперед. У 1833 році при дослідженні явища електролізу М. Фарадей установив, що струм у розчині електроліту це упорядкований рух заряджених часток - іонів. Фарадей визначив мінімальний заряд іона, що був названий елементарним електричним зарядом. Його наближене значення виявилося рівним e = 1,60·10–19 Кл.

На підставі досліджень Фарадея можна було зробити висновок про існування усередині атомів електричних зарядів.

Великий внесок у розвиток атомістичної теорії вніс російський хімік Д. І. Менделєєв, який розробив в 1869 році періодичну систему елементів, у якій уперше було поставлене питання про єдину природу атомів.

У 1896 році А. Беккерель виявив явище радіоактивності.

У 1897 році Дж. Томсон відкрив електрон і виміряв відношення e/m заряду електрона до маси. Досліди Томсона підтвердили висновок про те, що електрони входять до складу атомів.

Таким чином, на підставі всіх відомих до початку XX століття експериментальних фактів можна було зробити висновок про те, що атоми речовини мають складну внутрішню будову. Вони являють собою електрично нейтральні системи, причому носіями негативного заряду атомів є легкі електрони, маса яких становить лише малу частку маси атомів. Основна частина маси атомів пов'язана з позитивним зарядом.

Перед наукою встало питання про внутрішню будову атомів.

У сучасній фізиці є рік, що називають «роком чудес». Це 1932 рік. Одним з таких «чудес» цього року було відкриття нейтрона й створення нейтронно-протонної моделі атомного ядра. У результаті відбулося виділення з атомної фізики самостійного напрямку, що й досі бурхливо розвивається, - ядерної фізики.

@Ядерна фізика вивчає структуру й властивості атомних ядер. Вона досліджує також взаємоперетворення атомних ядер, що відбуваються в результаті як радіоактивних розпадів, так і різних ядерних реакцій.

З ядерною фізикою тісно пов’язана фізика елементарних частинок, фізика і техніка прискорювачів заряджених частинок, ядерна енергетика.

Історію виникнення найзагальніших уявлень про атом зазвичай ведуть з часів грецького філософа Демокрита (близько 460-370 до н.е.), що багато розмірковував про найменші частинки, на які можна було б поділити будь-яку речовину.

Атоми, що спочатку вважалися неподільними, являють собою складні системи. Вони мають масивне ядро, що складається з протонів і нейтронів, навколо якого в порожньому просторі рухаються електрони. Атоми дуже малі - їхні розміри близько 10–10–10–9 м, а розміри ядра приблизно ще в 100000 разів менше (10–15–10–14 м). Атомне ядро складається з нуклонів - позитивно заряджених протонів і нейтральних нейтронів, що зв'язані між собою сильною взаємодією.

Модель атома Томсона.

1903 р. Джозеф Джон Томсон запропонував модель атома у вигляді позитивної зарядженої за об'ємом сфери діаметром біля 10-10 м, всередину якої вкраплені електрони. Сумарний заряд електронів компенсується позитивним зарядом сфери. Коли електрони коливаються щодо центру сфери, атом випромінює світло. Томсон вважав, що електрони групуються в шари навколо центру.

У моделі, запропонованій Томсоном, маса атома рівномірно розподілена за його обсягом («пудинг»). У 1904 р. японський фізик Х. Нагаока запропонував планетарну модель атома, згідно з якою навколо позитивної центральної частини обертаються електрони, подібно до того, як це ж відбувається з кільцями Сатурну. Але на його пропозицію не звернули увагу.

Досліди Резерфорда.

1906р., дослід Резерфорда


«Снаряди» - α-частинки;

υα =20000 км/с;

qα =2е+;

mα =8000 mе;

на екрані – спалахи.

 

Помилковість припущення Томсона довів Ернест Резерфорд, під його керівництвом були проведені досліди по розсіюванню α-частинок (ядра гелію) металевою фольгою. α-частинка вільно проходила крізь тонку фольгу, виникали лише незначні відхилення; проте в окремих випадках (приблизно у одному на 10000) спостерігалося розсіювання α-частинок на кут більше 90°.

«Це було майже так само неймовірно,-- згадував згодом Резерфорд, - як якби ви вистрілили 15-дюймовим снарядом в аркуш цигаркового паперу, а снаряд повернувся б назад і потрапив у вас».

Ядерна модель атома Резерфорда.

 


                                     

1911 р., Резерфорд запропонував ядерну («планетарну») модель атома.

1)                 атоми будь-яких елементів складаються з позитивно зарядженої частки - ядра,  ~10-15 м;

2)                 до складу ядра входять позитивно заряджені елементарні частки - протони, пізніше - нейтрони;

3)                 навколо ядра рухаються електрони, які утворять електронну оболонку, ~10-10м; (кількість Z).

4)                 mе << mя .

 

!

Атом, що втратив один або декілька електронів, називають позитивним іоном.

!

Атом, що отримав один або декілька електронів, називають негативним іоном.

 

Етапи розвитку уявлень про ядро

Модель

Рік

Автор

Сутність

Проблема, що була вирішена

 

до 1932

Е. Резерфорд

Ядро має позитивний

 заряд і значну масу

Відповідність маси й заряду ядра

Протонно-

нейтронна

1932

Д.Д.Іваненко,

В.Гейзенберг

Ядро складається з нейтронів і протонів

Визначення маси й заряду ядра, стійкість ядра

Краплинна модель

1936

Н. Борн

Ядро – куляста крапля надщільної рідини, яка є стійкою

Визначення енергії зв'язку й маси ядра, нагромадження ядерних сил, розподіл ядер

Модель ядерних оболонок

1949-1950

И. Х. Д. Йенсен та інші

Нуклони рухаються незалежно один від одного, вони займають енергетичні рівні

Утворення надстійких ядер, випромінювання γ-квантів, існування ізомерів.

Узагальнююча модель

1950

Бор й інші

Наявність внутрішньої, стійкої частини ядра, утвореної нуклонами заповнених оболонок. Інші зовнішні нуклони рухаються у полі сил основи

Деформації ядра, спектри ядра.

Кваркова модель

1962

Гелл – Манн й інші

Нуклони складаються із кварків

Взаємодія між нуклонами порозумівається сильною взаємодією між кварками

Підсторінки (2): Гра 1 Д.З.1
Comments