Planetarni model Rutherforda, atoma u Rutherfordovom modelu

Otkriće u oblasti atomske strukture postale su važan korak u razvoju fizike. Od velikog značaja je bio model Rutherforda. Atom kao sistem i čestice, njegove komponente, preciznije i detaljno su proučavani. To je dovelo do uspješnog uspostavljanja takve nauke kao što je nuklearna fizika.

Drevni koncepti strukture materije

Pretpostavka da se okolna tijela sastoje od najmanjih čestica, izražena su čak iu drevnim vremenima. Misli vremena predstavljali su atom u vidu male i nedeljive čestice bilo koje supstance. Oni su tvrdili da u univerzumu nema ništa manje nego atom. Takve stavove držali su veliki drevni grčki naučnici i filozofi - Demokrit, Lucretius, Epikur. Hipoteze ovih mislilaca danas su ujedinjene pod imenom "drevni atomizam".

Srednjovjekovni pogledi

Vremena antike su prošla, au srednjem vijeku postojali su i naučnici koji su izrazili različite pretpostavke o strukturi supstanci. Međutim, rasprostranjenost religioznih filozofskih pogleda i moć crkve u tom istorijskom periodu zaustavili su sve pokušaje i težnje ljudskog uma do materijalnih naučnih zaključaka i otkrića. Kao što znate, srednjovekovna inkvizicija bila je veoma neprijateljska za predstavnike naučnog sveta tog vremena. Ostaje da se kaže da su tada sjajni umovi dolazili iz antike ideje o nedeljivosti atoma.

Studije 18. i 19. vijeka

18. vek je obeležila ozbiljna otkrića u polju elementarne strukture materije. Uglavnom zbog napora takvih naučnika kao što su Antoan Lavoisier, Mikhail Lomonosov i Džon Dalton. Bez obzira jedni druge, uspeli su da dokažu da atomi postoje. Ali pitanje njihove unutrašnje strukture ostalo je otvoreno. Kraj 18. veka obeležio je takav izuzetan događaj u naučnom svetu kao otkriće DI Mendelejeva o periodičnom sistemu hemijskih elemenata. To je postalo stvarno moćan proboj tog vremena i otvorio veo preko shvatanja da su svi atomi iste prirode, da su povezani jedni s drugima. U budućnosti, u 19. veku, još jedan važan korak u otklanjanju strukture atoma bio je dokaz da postoji elektron u bilo kom od njih. Rad naučnika ovog doba pripremio je plodno tlo za otkrića 20. veka.

Tomsonov eksperiment

Engleski fizičar John Thomson 1897. godine dokazao je da sastav atoma uključuje elektrone sa negativnim punjenjem. U ovoj fazi, lažna ideja da je atom granica deljivosti bilo koje supstance je potpuno uništena. Kako je Thomson uspeo dokazati postojanje elektrona? Naučnik u svojim eksperimentima postavio je elektrode u vrlo retenzivne gasove i prošao električnu struju. Kao rezultat, pojavili su se katodni žarki. Thomson je pažljivo proučio njihove osobine i ustanovio da su tokovi naelektrisanih čestica koji se kreću izuzetno. Naučnik je mogao izračunati masu ovih čestica i njihovu naboj. Takođe je saznao da se oni ne mogu pretvoriti u neutralne čestice, jer je električna energija osnova njihove prirode. Tako su otkriveni elektroni. Thomson je takođe tvorac prvog modela atomske strukture u svijetu. Prema njemu, atom je gomila pozitivno naelektrisane materije u kojoj su negativno naelektrisani elektroni ravnomerno raspoređeni. Ovakva struktura objašnjava opštu neutralnost atoma, s obzirom da se suprotne optužbe suprotstavljaju jedni drugima. Eksperimenti Džona Thomsona postali su neprocenjivi za dalje istraživanje strukture atoma. Međutim, mnoga pitanja su ostala bez odgovora.

Istraživanje Rutherforda

Thomson je otkrio postojanje elektrona, ali nije mogao naći pozitivno nabijene čestice u atomu. Ernest Rutherford je ispravio ovaj nesporazum 1911. Tokom eksperimenata, proučavajući aktivnost alfa čestica u gasovima, otkrio je da su čestice prisutne u atomu, pozitivno napunjene. Raterford je video da kada zraci prolaze kroz gas ili kroz tanku metalnu ploču, mala količina čestica prolazi sa trajektora kretanja. Bukvalno su ih vratili. Naučnik je pretpostavio da je ovo ponašanje posledica sudara sa pozitivno naelektrisanim česticama. Ovakvi eksperimenti dozvolili su fizičaru da stvori model strukture Raterfordovog atoma.

Planetarni model

Sada su stavovi naučnika bili nešto drugačiji od pretpostavki Džona Thomsona. Njihovi modeli atoma takođe su postali drugačiji. Iskustvo Raterforda omogućilo mu je da stvori potpuno novu teoriju u ovoj oblasti. Otkrića naučnika bila su od presudnog značaja za dalji razvoj fizike. Model Rutherford opisuje atom kao jezgro koji se nalazi u centru, a elektroni se kreću oko njega. Nukleus ima pozitivan naboj, a elektroni - negativni. Model atoma prema Ruterdu pretpostavio je rotaciju elektrona oko jezgra uz određene trajektorije - orbite. Otkriće naučnika pomoglo je u objašnjenju razloga za deformaciju alfa čestica i postalo poticaj za razvoj nuklearne teorije atoma. U modelu Raterfordovog atoma, postoji analogija sa kretanjem planeta Sunčevog sistema oko Sunca. Ovo je vrlo tačno i živo poređenje. Dakle, Raterfordov model, atom u kome je orbito jezgro oko jezgra, nazvana je planetarna.

Radovi Niels Bohr

Dve godine kasnije, danski fizičar Niels Bohr pokušao je kombinovati ideje o strukturi atoma s kvantnim svojstvima svjetlosnog fluksa. Nuklearni model atora Raterforda postavio je naučnik u osnovi njegove nove teorije. Prema Bohrovoj pretpostavci, atomi rotiraju oko jezgra duž kružnih orbita. Takva putanja kretanja dovodi do ubrzanja elektrona. Pored toga, Coulombova interakcija ovih čestica sa centrom atoma prati stvaranje i potrošnja energije za održavanje prostornog elektromagnetnog polja koji potiče od kretanja elektrona. U takvim uslovima, negativno naelektrisane čestice treba jednog dana da padnu na jezgro. Ali to se ne dogodi, što ukazuje na veću stabilnost atoma kao sistema. Niels Bohr je shvatio da zakoni klasične termodinamike, opisani Maxwellovim jednačinama, ne rade pod intraatomskim uslovima. Stoga je naučnik postavio zadatak da izvodi nove zakone koji bi bili validni u svetu elementarnih čestica.

Posteri Bora

U velikoj meri zbog činjenice da je postojao model Raterforda, atom i njegove komponente su dobro proučavane, Niels Bohr je mogao pristupiti stvaranju svojih postulata. Prvi od njih kaže da atom ima stacionarna stanja, pod kojima ne menja svoju energiju, a elektroni se kreću oko orbita bez promjene njihove putanje. Prema drugom postulatu, kada se elektron prelazi iz jedne orbite u drugu, energija se oslobađa ili apsorbuje. Jednako je razlici između energije prethodnog i sledećeg stanja atoma. U ovom slučaju, ako elektron skoči na orbitu jedra, onda se energija emituje (foton) i obrnuto. Uprkos činjenici da kretanje elektrona ne liče na orbitalnu putanju koja se nalazi striktno duž oboda, Bohrovo otkriće omogućilo je dobijanje odličnog objašnjenja postojanja linijskog spektra atoma vodonika. Približno istovremeno, fizičari Hertz i Frank, koji su živeli u Nemačkoj, potvrdili su doktrinu Niels Bohr-a o postojanju stacionarnih, stabilnih stanja atoma i mogućnosti promjene vrijednosti atomske energije.

Saradnja dva naučnika

Inače, Rutherford dugo nije mogao odrediti punjenje jezgra. Naučnici Marsden i Geiger su pokušali ponovo proveriti izjave Ernesta Rutherforda i, kao rezultat detaljnih i temeljitih eksperimenata i proračuna, zaključili su da je jezgro najvažnija karakteristika jednog atoma, a njegov čitav zadatak je koncentrisan u njemu. Kasnije je dokazano da je vrednost nuklearnog naboja numerički jednaka rednom broju elementa u periodičnom sistemu DI Mendelejeva elemenata. Zanimljivo je da se Nils Bohr uskoro upoznao sa Raterfordom i potpuno se složio sa njegovim stavovima. Kasnije, naučnici su dugo vremena radili zajedno u istoj laboratoriji. Raterfordov model, atom kao sistem koji se sastojao od elementarnih naelektrisanih čestica, smatra Niels Bohrom da bude pošten i trajno stavljen na stranu njegov elektronski model. Zajednička naučna aktivnost naučnika bila je veoma uspešna i donela je voću. Svaki od njih je duboko proučavao osobine elementarnih čestica i napravio važna otkrića za nauku. Kasnije je Raterford otkrio i dokazao mogućnost nuklearnog razlaganja, ali to je već tema drugog članka.