ВІДКРИТТЯ АТОМА, Фізика, Реферати (загальнодоступний розділ), СТАТТІ

23.09.2015

АТОМА БУДОВА

Розділ фізики, що вивчає внутрішню будову атомів. Атоми, спочатку вважалися неподільними, являють собою складні системи. Вони мають масивне ядро, що складається з протонів і нейтронів, навколо якого в порожньому просторі рухаються електрони. Щоб скласти уявлення про розміри атома і незаповненості займаного їм простору, розглянемо атоми, складові краплю води діаметром 1 мм, Якщо подумки збільшити цю краплю до розмірів Землі, то атоми водню і кисню, які входять в молекулу води, будуть мати в поперечнику 1-2 м. Основна ж частина маси кожного атома зосереджена в його ядрі, поперечник якого при цьому склав всього 0,01 мм Атоми дуже малі – їх розміри близько 10 -10 -10 -9 м, а розміри ядра ще приблизно в 100 000 разів менше (10 -15 -10 -14 м). Тому атоми можна «побачити» тільки непрямим шляхом, на зображенні з дуже великим збільшенням. Але і в цьому випадку атоми не вдається розглянути в деталях. Наші знання про їх внутрішньому пристрої засновані на великій кількості експериментальних даних, які побічно, але переконливо свідчать на користь сказаного вище.

АТОМ ЯК ЦІЛЕ

Історію виникнення самих загальних уявлень про атом зазвичай ведуть з часів грецького філософа Демокріта. багато розмірковує про найменші частинки, на які можна було б поділити будь-яка речовина. Групу грецьких філософів, зберігались на якісному того погляду, що існують такі крихітні неподільні частинки, називали атомистами. Грецький філософ Епікур прийняв атомну теорію, і в першому столітті до н. е. один з його послідовників, римський поет і філософ Лукрецій Кар, виклав вчення Епікура в поемі «Про природу речей», завдяки якій воно і збереглося для наступних поколінь. Аристотель, один з найбільших вчених давнини, атомистическую теорію не брав, і його погляди на філософію і науку переважали згодом у середньовічному мисленні. Атомістичної теорії як би не існувало до самого кінця епохи Відродження, коли на зміну чисто умоглядним філософським міркуванням прийшов експеримент.

Нагаока представив будову атома аналогічною до будови сонячної системи: роль Сонця грає позитивно заряджена центральна частина атома, навколо якого по встановлених кільцеподібним орбітах рухаються «планети» — електрони. При незначних зсувах електрони збуджують електромагнітні хвилі. Він вважав, що атом являє собою электронейтральную систему кулястої форми радіусом приблизно рівним 10 -10 м. Позитивний заряд атома рівномірно розподілений по всьому об’єму кулі, а негативно заряджені електрони знаходяться всередині нього (рис.1.). Для пояснення лінійчатих спектрів випромінювання атомів Томсон намагався визначити розташування електронів в атомі і розрахувати частоти їх коливань близько положень рівноваги. Однак ці спроби не увінчалися успіхом. Через кілька років у дослідах великого англійського фізика Е. Резерфорда було доведено, що модель Томсона невірна.

Резерфорд народився 1871 і виріс в Новій Зеландії. Там він вступив в Кентерберійський коледж і до двадцяти трьох років отримав три ступеня (бакалавра, бакалавра природничих наук, магістра гуманітарних наук). На наступний рік йому присудили право на навчання в Кембриджському університеті в Англії, де він провів три роки як студент-дослідник під керівництвом Дж. Дж. Томсона, одного з провідних учених того часу. У двадцять сім років Резерфорд став професором фізики в університеті Макджил в Канаді. Там він працював дев’ять років і в 1907 році повернувся до Англії, щоб очолити фізичний факультет Манчестерського університету. У 1919 році Резерфорд повернувся в Кембридж, на цей раз як директор Кавендишській лабораторії, і залишався на цій посаді до кінця життя. Особистість Резерфорда постійно вражала всіх, хто з ним зустрічався. Він був великою людиною з гучним голосом, безмежною енергією і помітним недоліком скромності. Коли колеги відзначали надприродну здатність Резерфорда завжди перебувати «на гребені хвилі» наукових досліджень, він одразу відповів: «А чому б і ні? Адже це я викликав хвилю, чи не так?» Деякі вчені стали б заперечувати проти цього твердження.

Е. Резерфорд почав свою наукову кар’єру з розгадки таємниць радіоактивності – явища, відкритого в 1896 році А. Беккерелем. Важлива риса радіоактивності — це пов’язана з нею енергія. Беккерель, подружжя Кюрі і безліч інших вчених вважали енергію зовнішнім джерелом. Але Резерфорд довів, що ця енергія, яка набагато потужніше, ніж звільняється при хімічних реакціях, — виходить зсередини окремих атомів урану! Цим він поклав початок важливої концепції атомної енергії.

Вчені завжди припускали, ніби окремі атоми неподільні і не можна буде змінити. Але Резерфорд (з допомогою дуже талановитого молодого помічника Фредеріка Содді) зміг показати, що коли атом випускає альфа — або бета-промені, він перетворюється в атом іншого сорту. Спочатку хіміки не могли в це повірити. Однак Резерфорд і Содді провели цілу серію експериментів з радіоактивним розпадом і трансформували уран в свинець. Також Резерфорд виміряв швидкість розпаду і сформулював важливу концепцію «напіврозпаду». Це невдовзі призвело до техніки радіоактивного обчислення, яке стало одним з найважливіших наукових інструментів і знайшло широке застосування в геології, археології, астрономії та в багатьох інших областях.

Е. Резерфорд, дослідивши проникаючу здатність випромінювання урану, показав, що є два типи випромінювань: дуже м’яке випромінювання, яке легко поглинається речовиною і яке Резерфорд назвав альфа-променями, і більш проникаюче випромінювання, яке він назвав бета-променями. Бета-промені виявилися тотожними звичайним електронам, або «катодних променів», що виникають у розрядних трубках. Альфа-промені, як з’ясувалося, мають такі ж заряд і масу, як і атоми гелію, позбавлені двох своїх електронів. Третій тип випромінювання, названий гамма-променями, виявився схожий з X -променями, але мав ще більшою проникаючою здатністю.

Ця приголомшлива серія відкриттів принесла Резерфорду в 1908 році Нобелівську премію (пізніше Нобелівську премію отримав і Содді), але його найбільше досягнення було ще попереду. Він зауважив, що быстродвижущиеся альфа-частинки здатні проходити крізь тонку золоту фольгу (не залишаючи видимих слідів!), але при цьому злегка відхиляються. Виникло припущення, що атоми золота, тверді, непроникні, як «крихітні більярдні кулі» — як раніше вважали вчені, — були м’якими всередині! Все виглядало так, ніби менші і більш тверді альфа-частинки можуть проходити крізь атоми золота як високошвидкісна куля через желе.

Резерфорд з допомогою своїх співробітників. Е. і Мардсена Х. Гейгера у 1909-1911 роках застосував зондування атома за допомогою ?-частинок, які виникають при радіоактивному розпаді радію і деяких інших елементів. Маса ?-частинок приблизно в 7300 разів більше маси електрона, а позитивний заряд дорівнює подвоєному елементарному заряду. У своїх дослідах Резерфорд використовував ?-частинки з кінетичною енергією близько 5 Мев (швидкість таких частинок дуже велика – близько 10 7 м/с, але вона все ж значно менше швидкості світла). ?-частки – це повністю іонізовані атоми гелію. Вони були відкриті Резерфордом у 1899 році при вивченні Помилка! Неприпустимий об’єкт гіперпосилання. . Цими частками Резерфорд бомбардував атоми важких елементів (золото, срібло, мідь і ін). Електрони, що входять до складу атомів, внаслідок малої маси не можуть помітно змінити траєкторію ?-частинки. Розсіяння, тобто зміна напрямку руху ?-частинок, може викликати тільки важка позитивно заряджена частина атома. Схема досліду Резерфорда наведено на рис. 2.

Короткий опис статті: будова атома

Джерело: ВІДКРИТТЯ АТОМА — Фізика — Реферати (загальнодоступний розділ) — СТАТТІ та РЕФЕРАТИ — ОСА = Професійний сайт = ОСА

Також ви можете прочитати