Ядерно планетарная модель атома

Ядерно планетарная модель атома Резерфорда, закон Мозли

Ядерно планетарная модель атомаОдин,опыт я ставлю выше, чем тысяч» мнений, рожденных только воображением.

М. В. Ломоносов

Схема опытов Резерфорда показана на рисунке 5. Испускаемый радиоактивным препаратом пучок α-частиц проходил сквозь узкую диафрагму и направлялся на тонкую золотую фольгу. Регистрация α-частиц проводилась при помощи флуоресцирующего экрана, покрытого слоем сульфида цинка ZnS. Столкновение каждой α-частицы с экраном сопровождалось маленькой вспышкой света (сцинтилляцией), которую можно было наблюдать в микроскоп. В отсутствие фольги на экране возникала узкая полоса света, состоящая из множества отдельных сцинтилляций, вызываемых пучком α-частиц. Когда же на их пути помещали фольгу, происходило слабое рассеяние, гораздо меньшее, чем рассеяние электронов.

Рис. 5. Схема опыта Резерфорда

Вскоре было обнаружено, что отдельные α-частицы отскакивают от фольги, вызывая сцинтилляции на экране, помещенном с той же стороны , что и радиоактивный препарат. Э. Резерфорду, по его признанию, это показалось вначале таким же чудом, как если бы тяжелый снаряд дал рикошет от листка тонкой бумаги. Действительно, существующие модели Дж.Томсона, У. Томсона, Ф. Ленарда и X. Нагаоки, в которых предполагалось более или менее равномерное распределение положительного заряда по всему объему атома, не могли объединить столь больших отклонений.

Метящая с большой скоростью и обладающая сравнительно большой массой α-частица могла быть отброшена назад только в том случае, если на ее пути встретилось препятствие с большим, сконцентрированным в одном месте зарядом и массой.

Основываясь на результатах своих исследований, Э. Резерфорд в 1911 г. предложил планетарную модель атома, согласно которой в центре атома находится маленькое ядро, заключающее в себе весь положительный заряд и почти всю его массу, а вокруг ядра, на значительном от него расстоянии, вращаются электроны (рис. 6). Подсчитав число α-частиц, рассеянных на различные углы, Э. Резерфорд вычислил приближенные значения диаметров и зарядов ядер атомов различных элементов. Оказалось, что ядро имеет диаметр порядка 10-14— 10-15 м, а его положительный заряд равен произведению наименьшего электрического заряда е на число, соответствующее приблизительно половине атомной массы элемента.

Ядерно планетарная модель атома РезерфордаРис. 6. Ядерно планетарная модель атома Резерфорда (характер движения электронов в атоме еще не установлен).

В 1913 г. голландский физик А. Ван-ден-Брук, рассмотрев результаты опытов Резерфорда, пришел к выводу, что заряд атомного ядра численно равен порядковому номеру элемента. Тщательные опыты англичанина Д. Чедвика подтвердили это предположение. Обработав данные по рассеянию α-частиц тонкими листочками мели, серебра и платины, ученый нашел, что заряды ядер атомов этих элементов совпадают в пределах ошибки опыта с их порядковыми номерами в периодической системе Менделеева (табл. 2).

Результаты опытов Дж. Чедвика (1920)

Элемент Порядковый номер Найденное значение заряда атомного ядра
Сu 29 29,3
Ag 47 46,3
Pt 78 77,4

Взгляды А. Ван-ден-Брука были также подтверждены работами молодого английского физика Генри Мозли. Изучив рентгеновское излучение 38 элементов Г. Мозли обнаружил простую связь между длинам волн λ, этого излучения и порядковыми номерами Z элеλ ментов:

√(1/λ) =A(Z-b),

где А и b — постоянные.

Из выведенного им уравнения следовало, что не атомная масса, а порядковый номер элемента, численно равный заряду его ядер, является параметром, определяющим периодическое изменение свойств в системе Менделеева. Это привело к очень важным выводам относительно самой структуры этой системы. Во-первых, было устране но существование аномалий Аr — К, Со — Ni, Те — I. Хотя эти элементы и нарушали общий порядок расположения по возрастанию атомных масс, но в отношении порядковых номеров они, как выяснилось, были расставлены правильно. Во-вторых, было доказано, что между водородом (2=1) и ураном (Z=92) существует конечное число элементов. Выяснилось, какие именно элементы еще не открыты (2 = 43, 61, 72, 75, 85, 87).

Работы Мозли подняли периодический закон на новую, более высокую ступень. Стало ясно, что физические

химические свойства элементов находятся в периодикой зависимости от заряда их атомных ядер. Но физический смысл периодического закона понятнее от этого стал. Из того, что заряд ядра атома натрия равен пятнадцати, а хлора — семнадцати, никак не следует, по свойства этих элементов коренным образом отличаются друг от друга. Необходимо было связать периодичность в изменении свойств элементов с периодичностью в строении их атомов. Развитие работ в этом направлении тормозила внутренняя противоречивость атомной модели Резерфорда, которая не объясняла главного — сам факт существования атома, его устойчивость. Действительно, движение электронов в атоме происходит с большим центростремительным ускорением. Ускоренно движущийся заряд в соответствии с законами классической физики должен непрерывно излучать электромагнитные волны с частотой, равной частоте его вращения вокруг ядра. Излучение сопровождается потерей энергии. Теряя энергию, электроны должны приближаться к ядру, подобно тому, как спутник приближается к Земле при торможении в верхних слоях атмосферы. Как показывают строгие расчеты, основанные на механике Ньютона и классической электродинамике, электрон должен упасть на ядро за время порядка 10-8 сек. В действительности же этого не происходит. Атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать сколь угодно долго, совершенно не излучая электромагнитных волн. Следовательно, к явлениям, происходящим внутри атома, нельзя непосредственно применять законы классической физики.

Статья на тему Ядерно планетарная модель атома