Modely atomů Thomsona a Rutherforda stručně

Dokonce i ve starověkém Řecku filosofové hádali o vnitřní struktuře hmoty. A první modely struktury atomů se objevily již na počátku 20. století. Hypotéza J. Thomsona nebyla tehdy vědeckou komunitou vnímána jako kritická, protože před tím byly předloženy různé teorie o tom, co bylo uvnitř nejmenších částic hmoty.

"Pudink s rozinkami", nebo Thomsonův model

Až do 19. století vědci předpokládali, že atom je nedělitelný. Všechno se však změnilo poté, co Joseph Thomson objevil elektron v roce 1897 - bylo jasné, že vědci se mýlili. Oba modely atomu Thomsona a Rutherforda byly předloženy na začátku minulého století. Prvním byl model W. Thomsona, který navrhl, že atom je hromada hmoty, která má pozitivní elektrický náboj. Uvnitř této skupiny jsou rovnoměrně distribuované elektrony - proto se tento model nazývá "dort". Koneckonců, podle něj jsou elektrony v hmotě uspořádány jako hrozičky v dortu. Dalším neoficiálním názvem modelu je "Pudink s rozinkami".

Zájmy J. Thomsona

Tento model byl ještě podrobněji rozpracován JJ Thomsonem. Na rozdíl od W. Thomsona předpokládal, že elektrony v atomu jsou umístěny přesně v jedné rovině, což jsou soustředné kroužky. Přes stejnou důležitost modelů atomu Thomsona a Rutherforda pro vědu té doby je třeba poznamenat, že J. Thomson mimo jiné nejprve navrhl metodu pro určení počtu elektronů uvnitř atomu. Jeho metoda byla založena na rozptylu rentgenových paprsků. J. Thomson navrhl, že elektrony, které jsou částicemi, by měly být ve středu rozptýlení paprsků. Kromě toho byl Thomson, který vědec objevil elektrony. V moderních školách začíná studiem jeho objevů studium kvantové mechaniky.

Minusy Thomsonovy teorie

Nicméně ve srovnání s Rutherfordův model, atomový model Thomson měl jednu významnou nevýhodu. Nedokázala vysvětlit diskrétní povahu atomového záření. Bylo s ní nemožné pomoci a říkat něco o důvodech stability atomu. Konečně byla vyvrácena, když byly vyrobeny slavné experimenty s Rutherford. Model atomu Thomsona byl pro vědu té doby méně významný než jiné hypotézy. Je třeba mít na paměti, že všechny tyto modely, k dispozici v té době, byly čistě hypotetické.

Vlastnosti experimentu Rutherford

V letech 1906-1909 provedli G. Geiger, E. Mardsen a E. Rutherford experimenty, při kterých byly částice alfa rozptýleny na povrchu zlatá fólie. Stručně řečeno, modely atomů Thomsona a Rutherforda jsou popsány následovně. V Thomsonově modelu jsou elektrony rozloženy nerovnoměrně v atomu a v Rutherfordově teorii se otáčejí v soustředných rovinách. Významným faktorem v experimentu Rutherford byl použití alfa částic namísto elektronů. Alfa částic, na rozdíl od elektronů, měla mnohem větší hmotnost a neprojevovaly významné odchylky, když se srazily s elektrony. Vědci měli tedy příležitost zaregistrovat pouze ty srážky, ke kterým došlo s kladně nabitou částí atomu.

Úloha Rutherfordova objevu

Tato zkušenost byla pro vědu rozhodující. S jeho pomocí mohli vědci získat odpovědi na ty otázky, které zůstaly tajemstvím autorů různých atomových modelů. Thomson, Rutherford a Bohr, i když měli stejnou základnu, přesto udělali poněkud jiný přínos vědě - a výsledky Rutherfordových experimentů v tomto případě byly zarážející. Jejich výsledky byly přesně opakem toho, co vědci očekávali.

Většina částic alfa procházela fólií podél přímých (nebo prakticky přímých) trajektorií. Trajektorie některých alfa částic se však odchylují od významných úhlů. A to byl důkaz, že v atomu byla formace s velmi vysokou hustotou a měla pozitivní náboj. V roce 1911, na základě experimentálních dat, byl předložen model struktury atomu Rutherford. Thomson, jehož teorie byla dříve považována za dominantní, v této době nadále pracovala v laboratoři Cavendish University. Až do konce svého života vědec nadále věřil v existenci mechanického éteru navzdory všem pokrokům v tehdejším vědeckém výzkumu.

Planetární model Rutherforda

Shrneme-li výsledky experimentů, Ernest Rutherford předkládá hlavní ustanovení své teorie: Podle něj se atom skládá z těžkého a hustého jádra velmi malých rozměrů - kolem tohoto jádra jsou elektrony, které jsou v neustálém pohybu. Poloměry oběžných drah těchto elektronů jsou také malé: jsou 10-9 m. Tento model se nazývá "planetární", protože je podobný s model sluneční soustavy. V tom se planety pohybují v eliptických oběžných drahách kolem obrovského a masivního centra, které má přitažlivost - Slunce.

Elektrony se otáčejí v atomu s tak obrovskou rychlostí, že se kolem povrchu atomu tvoří něco jako mrak. Podle Rutherfordovy teorie jsou atomy v určité vzdálenosti od sebe navzájem, což jim dovoluje neležet. Koneckonců kolem každého z nich je záporně nabitá elektronová skořepina.

Modely atomů Thomsona a Rutherforda: hlavní rozdíly

Jaké jsou hlavní rozdíly mezi dvěma nejdůležitějšími teoriemi struktury atomu? Rutherford předpokládal, že ve středu atomu je jádro s kladným elektrickým nábojem a jehož objem v porovnání s rozměry atomu je zanedbatelný. Thomson také předpokládal, že celý atom je forma s vysokou hustotou. Druhým hlavním rozdílem bylo pochopení polohy elektronů v atomu. Podle Rutherforda se otáčejí kolem jádra a jejich počet je přibližně stejný frac12 je atomová hmotnost chemického prvku. V Thomsonově teorii jsou elektrony uvnitř atomu nerovnoměrně rozloženy.

Mínusy Rutherfordovy teorie

Navzdory všem výhodám tehdy Rutherfordova teorie obsahovala jeden důležitý rozpor. Podle zákonů klasické elektrodynamiky se elektron, který se otáčí kolem jádra, musel neustále vyzařovat části elektrické energie. Kvůli tomu musí poloměr oběžné dráhy, podél kterého se elektron pohybuje, plynule vysílat elektromagnetické záření. Podle těchto myšlenek musí být životnost atomu zanedbatelná.

Nejčastěji, když hovoří o objevení vnitřní struktury atomu, zmíní se o jménech Thomsona a Rutherforda. Rutherfordovy experimenty, jejichž atomový model je nyní znám všem studentům fyziky a matematiky ve vysokoškolském vzdělávání, je nyní součástí historie vědy. Když se Rutherford objevil, zvolal: "Teď vím, jaký atom vypadá!" Ve skutečnosti se však mýlil, protože věrný obrázek vědce poznal mnohem později. Přestože byl model Rutherfordu časem podroben významným úpravám, jeho význam zůstal nezměněn.

Bohrův model

Nicméně kromě modelů atomu Thomsona a Rutherforda existovala další teorie vysvětlující vnitřní strukturu těchto drobných částic hmoty. Patří k Niels Bohr - dánskému fyzikovi, který nabídl své vysvětlení v roce 1913. Podle jeho modelu se elektron v atomu nedodržuje standardní fyzikální zákony. Bohr byl vědec, který do vědy představil koncept vztahu mezi poloměrem elektronové oběžné dráhy a její rychlostí.

V procesu vytváření své teorie, Bohr vzal jako svůj základ Rutherford model, ale podřídil to značný zpřesnění. Modely atomů Bohra, Rutherforda a Thomsona se nyní mohou zdát poněkud jednoduché, ale vytvořily základ pro moderní představy o vnitřní struktuře atomu. Dnes je obecně přijímaný kvantový model atomu. Navzdory skutečnosti, že kvantová mechanika nemůže popsat pohyb planet planetární soustavy, pojem oběžné dráhy dosud zůstává v teoriích popisujících vnitřní strukturu atomu.