Otkrića u oblasti atomske strukture postala su važan korak u razvoju fizike. Rutherfordov model je bio od velike važnosti. Atom kao sistem i čestice koje ga čine proučavani su preciznije i detaljnije. To je dovelo do uspješnog razvoja takve nauke kao što je nuklearna fizika.
Drevne ideje o strukturi materije
Pretpostavka da su okolna tijela sastavljena od najsitnijih čestica nastala je u antičko doba. Mislioci tog vremena predstavljali su atom kao najmanju i nedjeljivu česticu bilo koje supstance. Tvrdili su da u svemiru ne postoji ništa manje od atoma. Takva su gledišta imali veliki starogrčki naučnici i filozofi - Demokrit, Lukrecije, Epikur. Hipoteze ovih mislilaca danas su ujedinjene pod nazivom "drevni atomizam".
Srednjovjekovne predstave
Vremena antike su prošla, a u srednjem veku bilo je i naučnika koji su iznosili različite pretpostavke o strukturi supstanci. Međutim, prevlast religiozno-filozofskih pogleda i moć crkve u tom periodu istorije su u korenu.potisnuo sve pokušaje i težnje ljudskog uma ka materijalističkim naučnim zaključcima i otkrićima. Kao što znate, srednjovjekovna inkvizicija se ponašala vrlo neprijateljski prema predstavnicima naučnog svijeta tog vremena. Ostaje da se kaže da su tadašnji bistri umovi imali ideju koja je došla od antike o nedeljivosti atoma.
studije 18-19. stoljeća
18. vijek obilježila su ozbiljna otkrića u oblasti elementarne strukture materije. U velikoj mjeri zahvaljujući naporima naučnika kao što su Antoine Lavoisier, Mihail Lomonosov i John D alton. Neovisno jedni od drugih, uspjeli su dokazati da atomi zaista postoje. Ali pitanje njihove unutrašnje strukture ostalo je otvoreno. Kraj 18. vijeka obilježio je tako značajan događaj u naučnom svijetu kao što je otkriće periodnog sistema hemijskih elemenata od strane D. I. Mendeljejeva. Ovo je bio istinski snažan proboj tog vremena i podigao je veo nad razumijevanjem da svi atomi imaju jedinstvenu prirodu, da su međusobno povezani. Kasnije, u 19. veku, još jedan važan korak ka otkrivanju strukture atoma bio je dokaz da bilo koji od njih sadrži elektron. Rad naučnika ovog perioda pripremio je plodno tlo za otkrića 20. veka.
Thomsonovi eksperimenti
Engleski fizičar John Thomson dokazao je 1897. da atomi sadrže elektrone s negativnim nabojem. U ovoj fazi konačno su uništene lažne ideje da je atom granica djeljivosti bilo koje supstance. KakoThomson je uspio dokazati postojanje elektrona? U svojim eksperimentima, naučnik je postavljao elektrode u visoko razrijeđene plinove i propuštao električnu struju. Rezultat su bili katodni zraci. Thomson je pažljivo proučavao njihove karakteristike i otkrio da su to tok nabijenih čestica koje se kreću velikom brzinom. Naučnik je mogao izračunati masu ovih čestica i njihov naboj. Također je otkrio da se ne mogu pretvoriti u neutralne čestice, jer je električni naboj osnova njihove prirode. Tako su otkriveni elektroni. Thomson je također tvorac prvog svjetskog modela strukture atoma. Prema njemu, atom je gomila pozitivno nabijene materije, u kojoj su negativno nabijeni elektroni ravnomjerno raspoređeni. Ova struktura objašnjava opštu neutralnost atoma, budući da suprotni naboji međusobno balansiraju. Eksperimenti Džona Tomsona postali su neprocenjivi za dalje proučavanje strukture atoma. Međutim, mnoga pitanja su ostala bez odgovora.
Rutherford Research
Thomson je otkrio postojanje elektrona, ali nije uspio pronaći pozitivno nabijene čestice u atomu. Ernest Rutherford je ispravio ovaj nesporazum 1911. godine. Tokom eksperimenata, proučavajući aktivnost alfa čestica u plinovima, otkrio je da u atomu postoje pozitivno nabijene čestice. Rutherford je vidio da kada zraci prolaze kroz plin ili kroz tanku metalnu ploču, mali broj čestica oštro odstupa od putanje kretanja. Oni su bukvalno vraćeni nazad. Naučnik je to pogodioovo ponašanje se objašnjava sudarom sa pozitivno nabijenim česticama. Takvi eksperimenti su omogućili fizičaru da stvori Rutherfordov model strukture atoma.
Planetarni model
Sada su se ideje naučnika donekle razlikovale od pretpostavki Džona Tomsona. Njihovi modeli atoma također su postali drugačiji. Rutherfordovo iskustvo mu je omogućilo da stvori potpuno novu teoriju u ovoj oblasti. Otkrića naučnika bila su od odlučujućeg značaja za dalji razvoj fizike. Rutherfordov model opisuje atom kao jezgro smješteno u centru i elektrone koji se kreću oko njega. Jezgro ima pozitivan naboj, a elektroni negativno. Rutherfordov model atoma pretpostavio je rotaciju elektrona oko jezgra duž određenih putanja – orbita. Otkriće naučnika pomoglo je da se objasni razlog odstupanja alfa čestica i postalo je podsticaj za razvoj nuklearne teorije atoma. U Rutherfordovom modelu atoma postoji analogija sa kretanjem planeta Sunčevog sistema oko Sunca. Ovo je veoma tačno i živo poređenje. Stoga je Rutherfordov model, u kojem se atom kreće oko jezgra u orbiti, nazvan planetarnim.
Djela Nielsa Bohra
Dve godine kasnije, danski fizičar Niels Bohr pokušao je da kombinuje ideje o strukturi atoma sa kvantnim svojstvima svetlosnog toka. Rutherfordov nuklearni model atoma naučnik je stavio kao osnovu svoje nove teorije. Prema Boru, atomi se okreću oko jezgra po kružnim orbitama. Takva putanja kretanja dovodi do ubrzanjaelektrona. Osim toga, Kulonova interakcija ovih čestica sa centrom atoma je praćena stvaranjem i potrošnjom energije za održavanje prostornog elektromagnetnog polja koje nastaje kretanjem elektrona. U takvim uslovima, negativno naelektrisane čestice moraju jednog dana pasti na jezgro. Ali to se ne dešava, što ukazuje na veću stabilnost atoma kao sistema. Niels Bohr je shvatio da zakoni klasične termodinamike opisani Maxwellovim jednadžbama ne funkcionišu u intraatomskim uslovima. Stoga je naučnik sebi postavio zadatak da izvede nove obrasce koji bi važili u svijetu elementarnih čestica.
Bohrovi postulati
Uglavnom zbog činjenice da je postojao Rutherfordov model, da su atom i njegove komponente bili dobro proučavani, Niels Bohr je mogao pristupiti stvaranju svojih postulata. Prvi od njih kaže da atom ima stacionarna stanja, u kojima ne mijenja svoju energiju, dok se elektroni kreću po orbitama bez promjene putanje. Prema drugom postulatu, kada se elektron kreće s jedne orbite na drugu, energija se oslobađa ili apsorbira. Ona je jednaka razlici između energija prethodnog i narednog stanja atoma. U ovom slučaju, ako elektron skoči na orbitu bliže jezgru, tada se emituje energija (foton) i obrnuto. Unatoč činjenici da kretanje elektrona malo liči na orbitalnu putanju koja se nalazi strogo u krugu, Borovo otkriće pružilo je odlično objašnjenje za postojanje pravilanspektar atoma vodika. Otprilike u isto vrijeme, fizičari Hertz i Frank, koji su živjeli u Njemačkoj, potvrdili su učenje Nielsa Bora o postojanju stacionarnih, stabilnih stanja atoma i mogućnosti promjene vrijednosti atomske energije.
Saradnja dva naučnika
Uzgred, Rutherford dugo nije mogao odrediti naboj jezgra. Naučnici Marsden i Geiger pokušali su ponovo provjeriti izjave Ernesta Rutherforda i, kao rezultat detaljnih i pažljivih eksperimenata i proračuna, došli su do zaključka da je jezgro najvažnija karakteristika atoma i sav njegov naboj. je koncentrisan u njemu. Kasnije je dokazano da je vrijednost naboja jezgra numerički jednaka rednom broju elementa u periodičnom sistemu elemenata D. I. Mendeljejeva. Zanimljivo je da je Niels Bohr ubrzo upoznao Rutherforda i u potpunosti se složio s njegovim stavovima. Nakon toga, naučnici su dugo radili zajedno u istoj laboratoriji. Rutherfordov model, atom kao sistem koji se sastoji od elementarnih nabijenih čestica - sve je to Niels Bohr smatrao poštenim i zauvijek je ostavio po strani svoj elektronski model. Zajednička naučna aktivnost naučnika bila je veoma uspešna i urodila plodom. Svaki od njih se bavio proučavanjem svojstava elementarnih čestica i napravio značajna otkrića za nauku. Rutherford je kasnije otkrio i dokazao mogućnost nuklearnog raspadanja, ali to je tema za drugi članak.
