Otkrića u području atomske strukture postala su važan korak u razvoju fizike. Rutherfordov model bio je od velike važnosti. Atom kao sustav i čestice koje ga čine proučavan je točnije i detaljnije. To je dovelo do uspješnog razvoja takve znanosti kao što je nuklearna fizika.
Drevne ideje o strukturi materije
Pretpostavka da su okolna tijela sastavljena od najmanjih čestica nastala je u antičko doba. Mislioci toga vremena predstavljali su atom kao najmanju i nedjeljivu česticu bilo koje tvari. Tvrdili su da u svemiru ne postoji ništa manje od atoma. Takva su stajališta imali veliki starogrčki znanstvenici i filozofi - Demokrit, Lukrecije, Epikur. Hipoteze ovih mislilaca danas su ujedinjene pod nazivom "stari atomizam".
Srednjovjekovne izvedbe
Vremena antike su prošla, a u srednjem vijeku bilo je i znanstvenika koji su iznosili različite pretpostavke o strukturi tvari. Međutim, u korijenu su prevlast religioznih filozofskih pogleda i moć crkve u tom razdoblju povijesti.potisnuo sve pokušaje i težnje ljudskog uma materijalističkim znanstvenim zaključcima i otkrićima. Kao što znate, srednjovjekovna inkvizicija se ponašala vrlo neprijateljski prema predstavnicima znanstvenog svijeta tog vremena. Ostaje reći da su tadašnji bistri umovi imali ideju koja je došla od antike o nedjeljivosti atoma.
studije 18-19. stoljeća
18. stoljeće obilježila su ozbiljna otkrića u području elementarne strukture materije. U velikoj mjeri zahvaljujući naporima znanstvenika kao što su Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov i John D alton. Neovisno jedni o drugima, uspjeli su dokazati da atomi stvarno postoje. Ali pitanje njihove unutarnje strukture ostalo je otvoreno. Kraj 18. stoljeća obilježen je tako značajnim događajem u znanstvenom svijetu kao što je otkriće periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva. Ovo je bio istinski snažan proboj tog vremena i podigao je veo nad shvaćanjem da svi atomi imaju jedinstvenu prirodu, da su međusobno povezani. Kasnije, u 19. stoljeću, još jedan važan korak prema razotkrivanju strukture atoma bio je dokaz da bilo koji od njih sadrži elektron. Rad znanstvenika iz tog razdoblja pripremio je plodno tlo za otkrića 20. stoljeća.
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 tvari. KakoThomson je uspio dokazati postojanje elektrona? Znanstvenik je u svojim eksperimentima stavljao elektrode u vrlo razrijeđene plinove i propuštao električnu struju. Rezultat su bile katodne zrake. Thomson je pažljivo proučavao njihove značajke i otkrio da su to tok nabijenih čestica koje se kreću velikom brzinom. Znanstvenik je uspio izračunati masu ovih čestica i njihov naboj. Također je otkrio da se ne mogu pretvoriti u neutralne čestice, budući da je električni naboj temelj njihove prirode. Tako su otkriveni elektroni. Thomson je također tvorac prvog svjetskog modela strukture atoma. Prema njemu, atom je gomila pozitivno nabijene tvari, u kojoj su negativno nabijeni elektroni ravnomjerno raspoređeni. Ova struktura objašnjava opću neutralnost atoma, budući da suprotni naboji međusobno uravnotežuju. Eksperimenti Johna Thomsona postali su neprocjenjivi za daljnje proučavanje strukture atoma. Međutim, mnoga pitanja ostala su 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. Tijekom pokusa, proučavajući aktivnost alfa čestica u plinovima, otkrio je da u atomu postoje pozitivno nabijene čestice. Rutherford je vidio da kada zrake prolaze kroz plin ili kroz tanku metalnu ploču, mali broj čestica oštro odstupa od putanje gibanja. Doslovno su bačeni nazad. Znanstvenik je to pogodioovo ponašanje se objašnjava sudarom s pozitivno nabijenim česticama. Takvi su eksperimenti omogućili fizičaru da stvori Rutherfordov model strukture atoma.
Planetarni model
Sada su se znanstvenikove ideje donekle razlikovale od pretpostavki Johna Thomsona. Njihovi modeli atoma također su postali drugačiji. Rutherfordovo iskustvo omogućilo mu je stvaranje potpuno nove teorije na ovom području. Otkrića znanstvenika bila su od presudne važnosti za daljnji razvoj fizike. Rutherfordov model opisuje atom kao jezgru smještenu u središtu i elektrone koji se kreću oko nje. Jezgra ima pozitivan naboj, a elektroni negativni. Rutherfordov model atoma pretpostavljao je rotaciju elektrona oko jezgre po određenim putanjama – orbitama. Otkriće znanstvenika pomoglo je objasniti razlog odstupanja alfa čestica i postalo poticaj za razvoj nuklearne teorije atoma. U Rutherfordovom modelu atoma postoji analogija s kretanjem planeta Sunčevog sustava oko Sunca. Ovo je vrlo točna i živopisna usporedba. Stoga je Rutherfordov model, u kojem se atom kreće oko jezgre u orbiti, nazvan planetarnim.
Djela Nielsa Bohra
Dvije godine kasnije, danski fizičar Niels Bohr pokušao je kombinirati ideje o strukturi atoma s kvantnim svojstvima svjetlosnog toka. Rutherfordov nuklearni model atoma znanstvenik je postavio kao osnovu svoje nove teorije. Prema Bohru, atomi se okreću oko jezgre po kružnim orbitama. Takva putanja gibanja dovodi do ubrzanjaelektrona. Osim toga, Coulomb interakcija ovih čestica sa središtem atoma je popraćena stvaranjem i potrošnjom energije za održavanje prostornog elektromagnetskog polja koje proizlazi iz kretanja elektrona. U takvim uvjetima, negativno nabijene čestice moraju jednog dana 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 djeluju u intraatomskim uvjetima. Stoga je znanstvenik postavio sebi zadatak da izvede nove obrasce koji bi vrijedili u svijetu elementarnih čestica.
Bohrovi postulati
Uglavnom zbog činjenice da je postojao Rutherfordov model, da su atom i njegove komponente bili dobro proučeni, 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 putanjama ne mijenjajući svoju putanju. 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 naknadnog stanja atoma. U ovom slučaju, ako elektron skoči na orbitu bliže jezgri, tada se emitira energija (foton) i obrnuto. Unatoč činjenici da kretanje elektrona malo nalikuje orbitalnoj putanji koja se nalazi strogo u krugu, Bohrovo otkriće pružilo je izvrsno objašnjenje za postojanje pravilaspektar atoma vodika. Otprilike u isto vrijeme, fizičari Hertz i Frank, koji su živjeli u Njemačkoj, potvrdili su učenje Nielsa Bohra o postojanju stacionarnih, stabilnih stanja atoma i mogućnosti promjene vrijednosti atomske energije.
Suradnja dva znanstvenika
Usput, Rutherford dugo nije mogao odrediti naboj jezgre. Znanstvenici Marsden i Geiger pokušali su ponovno provjeriti izjave Ernesta Rutherforda i, kao rezultat detaljnih i pažljivih eksperimenata i proračuna, došli do zaključka da je jezgra najvažnija karakteristika atoma, te sav njegov naboj. je koncentriran u njemu. Kasnije je dokazano da je vrijednost naboja jezgre brojčano jednaka rednom broju elementa u periodnom sustavu elemenata D. I. Mendeljejeva. Zanimljivo je da je Niels Bohr ubrzo upoznao Rutherforda i u potpunosti se složio s njegovim stavovima. Nakon toga, znanstvenici su dugo radili zajedno u istom laboratoriju. Rutherfordov model, atom kao sustav koji se sastoji od elementarnih nabijenih čestica – sve je to Niels Bohr smatrao poštenim i zauvijek je ostavio po strani svoj elektronski model. Zajednička znanstvena aktivnost znanstvenika bila je vrlo uspješna i urodila plodom. Svaki od njih se upustio u proučavanje svojstava elementarnih čestica i napravio značajna otkrića za znanost. Rutherford je kasnije otkrio i dokazao mogućnost nuklearne razgradnje, ali to je tema za drugi članak.
