БУДОВА АТОМА. ДОСЛІДИ РЕЗЕРФОРДА
План
ДОСЛІДИ РЕЗЕРФОРДА. ЯДЕРНА МОДЕЛЬ АТОМА. КВАНТОВІ ПОСТУЛАТИ БОРА. ПОГЛИНАННЯ ТА ВИПРОМІНЮВАННЯ СВІТЛА АТОМОМ
1.БУДОВА АТОМА. ДОСЛІДИ РЕЗЕРФОРДА
2.КВАНТОВІ ПОСТУЛАТИ БОРА
3.ОПТИЧНІ СПЕКТРИ. ПОГЛИНАННЯ І ВИПРОМІНЮВАННЯ СВІТЛА АТОМОМ
4.СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТА ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ
Наприкінці ХIX - на початку XX ст. у фізиці було отримано кілька визначних дослідних фактів, які привернули увагу вчених до мікросвіту. Це відкриття: Х-променів (1895 р., В. К. Рентген, І. Пулюй), названих згодом рентгеніаським випромінюванням, радіоактивності (І896 p., А. Беккерель), електрона (1897 p., Дж. Дж. Томсон). Вони ставили під сумнів Уявлення давніх учених про неподільність атома, суперечили усталеним класичним уявленням про будову речовини, спонукали до поглиблення знань про явища, які відбуваються в мікросвіті. Так зародилася атомна фізика, яка вивчає будову і властивості атомів, процеси на атомному рівні. Для атомної фізики характерні відстані, сумірні з розміром атома (~10-10 м), та енергія порядку 10-19 Дж (кілька еВ).
У 1897 р. англійський фізик Дж. Дж. Томсон експериментально відкрив електрон як складову частинку атома, що має найменший електричний заряд. Він припустив, що атом — це позитивно заряджена куля, всередині якої містяться негативно заряджені електрони. Рівномірність їх розподілу в об'ємі кулі та рівність гюзитивного і негативного зарядів забезпечують електричну нейтральність атома.
Модель атома Томсона називавють «пудинговою» — за аналогією з традиційним британський пирогом з родзинками.
Проте така модель атома мала свої обмеження і не відповідала дослідним фактам, отриманим на той час фізиками. Запропонувати більш реальну модель атома вдалося лише після дослідів Е. Резерфорда і формулювання квантових постулатів Н. Бором.
Альфа-частинки — це позитивно заряджені частинки, заряд яких дорівнює двом зарядам електрона, а маса приблизно в чотири рази більша за масу атома Гідрогену, тобто це ядра атома Гелію.
У 1911 р. англійський фізик Е. Резерфорд, досліджуючи разом зі своїми співробітниками бомбардування альфа-частинками тонких металевих пластинок, встановив, що вони певним чином розсіюються в речовині (мал. 7.1). Вузький пучок швидких альфа-частинок 1 спрямовувався на тонку золоту чи платинову пластинку 2, за якою розміщувався екран 3, здатний фіксувати їх попадання на екран спалахами. За допомогою спеціального оптичного пристрою 4 можна була спостерігати і вимірювати кут відхилення φ альфа-частинок. Більшість із них рухалася майже прямолінійно (кут відхилення φ становив 1—2°). Проте незначна їх частка відхилялася на більші кути; були зафіксовані навіть такі альфачастинки, які після розсіювання змінювали свій напрямок руху на протилежний (φ > 90°).
Щоб пояснити одержані результати, Е. Резерфорд припустив, що атом має складну будову, схожу на Сонячну систему: всередині його міститься позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються електрони (мал. 7.2). Його розрахунки довели, що в ядрі зосереджена практично вся маса атома, але його розміри набагато менші за сам атом. Вимірювання показали, що лінійні розміри атома становлять приблизно 10-10 м, а радіус його ядра дорівнює близько 10-15 м. Зрозуміло, що схематичні зображення атомів тут і в інших книгах подаються без дотримання масштабів.
Отже, на підставі одержаних експериментальних даних Е. Резерфорд запропонував ядерну модель атома, яка узгоджувалася з результатами дослідів і пояснювала багато інших явищ, пов'язаних з будовою атома.
Справді, швидкі альфа-частинки легко долають простір електронних оболонок атомів, не зазнаючи з їхнього боку значного впливу, і тому майже не відхиляються від прямолінійної траєкторії руху. Проте коли вони пролітають досить близько від позитивно зарядженого ядра атома, кулонівська взаємодія між ядром і частинками змушує їх викривляти траєкторію і відхилятися на певний кут (мал. 7.3). Е. Резерфорд на основі законів електромагнітної взаємодії вивів формулу, яка дає змогу обчислити кількість a-частинок, розсіяних на кут φ, залежно від їх енергії і хімічної природи досліджуваного матеріалу. Пізніше ця теоретично виведена формула була експериментально підтверджена й остаточно утвердила в фізиці ядерну модель атома.