Planetární model Rutherforda, atom v modelu Rutherforda

Objevy v oblasti atomové struktury se staly důležitým krokem ve vývoji fyziky. Velmi důležitý byl model Rutherforda. Atom jako systém a částice, jeho součásti, jsme studovali přesněji a podrobněji. To vedlo k úspěšnému rozvoji takové vědy jako jaderné fyziky.

Starověké pojmy struktury hmoty

Předpoklad, že okolní těla se skládají z nejmenších částic, byly vyjádřeny i ve starověku. Myslitelé času představovali atom ve formě malé a nedělitelné částice jakékoliv látky. Argumentovali, že ve vesmíru není nic menšího než atom. Takové názory zastávaly velké starověké řecké učence a filozofové - Democritus, Lucretius, Epicurus. Hypotézy těchto myslitelů jsou dnes spojeny pod názvem "starověký atomismus".

Středověké reprezentace

Čas starověku uplynul a ve středověku existovali i vědci, kteří vyjádřili různé předpoklady o struktuře látek. Převládání náboženských filosofických názorů a síla církve během tohoto období historie v kořeni však zabránila jakýmkoli pokusům a snahám lidské mysli na materiální vědecké závěry a objevy. Jak víte, středověká inkvizice byla velmi nepřátelská k představitelům vědeckého světa doby. Zbývá říci, že tehdy jasné mysli pocházely ze starověké myšlenky nedělitelnosti atomu.

Studie 18. a 19. století

18. století bylo poznamenáno vážnými objevy v oblasti elementární struktury hmoty. V mnoha směrech díky snahám takových vědců, jako jsou Antoine Lavoisier, Michail Lomonosov a John Dalton. Bez ohledu na sebe dokázali dokázat, že atomy existují. Ale otázka jejich vnitřní struktury zůstala otevřená. Konec 18. století byl poznamenán tak pozoruhodnou událostí ve vědeckém světě jako objev DI Mendelejev o periodickém systému chemických prvků. To se stalo opravdu silným průlomem té doby a otevřelo závoj nad tím, že všechny atomy mají jednotnou povahu, že jsou navzájem příbuzné. Později v 19. století byl dalším důležitým krokem k odhalení struktury atomu důkaz, že v každém z nich existuje elektron. Práce vědců z tohoto období připravila úrodnou půdu pro objevy 20. století.

Thomsonovy experimenty

Anglický fyzik John Thomson v roce 1897 dokázal, že složení atomů zahrnuje elektrony s negativním nábojem. V této fázi je falešná představnost, že atom je limit rozdělení nějaké látky, zcela zničena. Jak dokázal Thomson dokázat existenci elektronů? Vědec v jeho experimentech byl silně umístěn vzácné plyny elektrody a prošly elektrickým proudem. V důsledku toho se objevily katodové paprsky. Thomson pečlivě zkoumal jejich rysy a zjistil, že jsou proudem nabitých částic, které se pohybují obrovskou rychlostí. Vědec dokázal vypočítat hmotnost těchto částic a jejich náboj. Také zjistil, že nemohou být přeměněny na neutrální částice, protože elektrický náboj je základem jejich povahy. Stejně tak elektrony jsou otevřené. Thomson je také tvůrcem prvního modelu struktury atomu na světě. Podle něho je atom banda kladně nabité hmoty, ve které jsou negativně nabité elektrony rovnoměrně rozloženy. Taková struktura vysvětluje obecnou neutralitu atomů, protože navzájem se vyrovnává vzájemná rovnováha. Pokusy Johna Thomsona se staly neocenitelnými pro další studium struktury atomu. Mnoho otázek však zůstalo nezodpovězeno.

Výzkum od Rutherforda

Thomson objevil existenci elektronů, ale nenalezl v atomu pozitivně nabité částice. Ernest Rutherford opravil toto nedorozumění v roce 1911. Během experimentů, které zkoumaly aktivitu alfa částic v plynech, zjistil, že částice jsou přítomny v atomu a jsou pozitivně nabité. Rutherford viděl, že když paprsky procházejí plynem nebo tenkou kovovou deskou, malé množství částic se odvíjí od trajektorie pohybu. Doslova je hodili zpět. Vědec předpokládal, že toto chování je způsobeno kolizí s kladně nabitými částicemi. Takové experimenty umožnily fyzikovi vytvořit model struktury atomu Rutherforda.

Planetový model

Nyní se názory vědce poněkud lišily od předpokladů Johna Thomsona. Jejich modely atomů se také staly odlišnými. Zkušenosti Rutherforda dovolil mu vytvořit zcela novou teorii v této oblasti. Objevy vědce měly rozhodující význam pro další vývoj fyziky. Rutherfordův model popisuje atom jako jádro umístěné ve středu a kolem něj se pohybují elektrony. Jádro má kladný náboj a elektrony - negativní. Model atomu podle Rutherforda předpokládal rotaci elektronů kolem jádra podél určitých trajektorií - oběžných drah. Objev vědce pomohl vysvětlit důvod pro odchylky alfa částic a stal se impulsem pro vývoj jaderné teorie atomu. V modelu atomu Rutherforda je analogie pozorována s pohybem planet Sluneční soustavy kolem Slunce. Toto je velmi přesné a živé srovnání. Proto Rutherfordův model, atom, ve kterém obíhá kolem jádra kolem jádra, byl nazýván planetátem.

Práce Niels Bohr

O dva roky později se dánský fyzik Niels Bohr pokusil spojit představy o struktuře atomu s kvantovými vlastnostmi světelného toku. Jaderný model atomu Rutherfordu postavil vědec do základů své nové teorie. Podle Bohrova předpokladu se atomy otáčejí kolem jádra podél kruhových oběžných drah. Taková trajektorie pohybu vede k zrychlení elektronů. Navíc Coulombova interakce těchto částic se středem atomu je doprovázena tvorbou a spotřebou energie pro udržení prostorového elektromagnetického pole, které vzniká z pohybu elektronů. Za takových podmínek by záporně nabité částice měly jednoho dne spadnout na jádro. Ale to se nestane, což naznačuje větší stabilitu atomů jako systémů. Niels Bohr si uvědomil, že zákony klasické termodynamiky popsané Maxwellovými rovnicemi nefungují v rámci atomových podmínek. Proto se vědec zavázal odvodit nové zákony, které by byly platné ve světě elementárních částic.

Posterates z Bory

V podstatě vzhledem k tomu, že existoval model Rutherforda, atom a jeho součásti byly dobře studovány, Niels Bohr byl schopen se přiblížit k vytvoření jeho postulátů. První z nich říká, že atom má stacionární stavy, pod nímž nemění svou energii a elektrony se pohybují po oběžných drahách bez změny jejich trajektorie. Podle druhého postulátu, když elektron prochází z jedné oběžné dráhy do druhé, se uvolňuje nebo absorbuje energie. To se rovná rozdílu mezi energií předchozího a následného stavu atomu. V tomto případě, pokud elektron přejde k oběžné dráze blízko k jádru, pak záření energie (foton), a naopak. Navzdory tomu, že pohyb elektronů není podobný orbitální trajektorii umístěné přesně podél obvodu, Bohrův objev umožnil získat vynikající vysvětlení pro existenci lineárního spektra atom vodíku. Přibližně ve stejnou dobu, fyzici Hertz a Frank, který žil v Německu, potvrdil vědec Niels Bohr o existenci stacionárních stabilních stavů atomu a možnost změn v atomových energetických hodnot.

Spolupráce dvou vědců

Mimochodem, Rutherford po dlouhou dobu nemohl určit náboj jádra. Vědci Marsden a Geiger snažil provádět tvrzení křížové kontroly Ernesta Rutherford, a v důsledku pečlivé a detailních experimentů a výpočtů došli k závěru, že je jádro hlavní charakteristiky atomu, a zaměřuje se všechny jeho náboj. Později bylo prokázáno, že hodnota jaderného náboje je číselně rovna řádovému číslu prvku v periodickém systému DI Mendeleevových prvků. Je zajímavé, že se Niels Bohr brzy seznámil s Rutherfordem a plně souhlasil s jeho názory. V budoucnu vědci společně dlouhodobě spolupracovali v jedné laboratoři. Rutherfordův model, atom jako systém sestávající z elementárně nabitých částic, byl považován Nielsem Bohrem za spravedlivý a trvale odložený jeho elektronický model. Společná vědecká činnost vědců byla velmi úspěšná a přinesla ovoce. Každý z nich šel hlouběji do studia vlastností elementárních částic a dělal důležité poznatky pro vědu. Později Rutherford objevil a prokázal možnost jaderného rozkladu, ale toto je již téma jiného článku.