Модели атома Томсона и Резерфорда

 

Учение об атомах возникло еще в античные времена. Атомос - в переводе с греческого - неразложимый. Древнегреческий философ Демокрит считал атомы мельчайшими неделимыми частицами вещества.

Опытами М.В. Ломоносова и А. Лавуазье была доказана реальность существования атомов. В 1869 г. Д.И. Менделеев при разработке периодической системы элементов, поставил вопрос о единой природе атомов. Затем, во второй половине 19 века было экспериментально доказано, что электрон является составной частью любого атома.

В 1903 г. Дж. Дж. Томсон предпринял попытку создать первую модель атома.

По модели Томсона атом - это непрерывный, положительно заряженный шар радиусом ~ r = 10^-10м, внутри которого около своих положений равновесия колеблются электроны. Суммарный положительный заряд шара равен суммарному отрицательному заряду электронов, и атом в целом электрически нейтрален.

Рис. 43.1. Модель атома Дж. Томсона

Однако эта модель оказалась несостоятельной.

В 1911 г. Резерфорд предложил ядерную(планетарную) модель атома, после объяснения экспериментальных результатов опыта Резерфорда и его сотрудников по рассеянию α -частиц в веществе. Альфа-частицы возникают при радиоактивных превращениях; они являются положительно заряженными частицами (ядрами атома гелия).

Рис. 43.2 Схема опыта Резерфорда

 

Опыт Резерфорда осуществляется так (рис. 43.2): узкий пучок α -частиц от радиоактивного препарата - К, падал на тонкую золотую фольгу Ф. После фольги Ф α -частицы отклонялись от первоначального направления на угол φ. Рассеянные частицы ударялись об экран-Э, покрытый сернистым цинком и вызываемые ими вспышки наблюдались в микроскоп - М, который можно было вращать вокруг оси, проходящей через центр фольги, и устанавливать под любым углом. Весь прибор помещался в откачанный кожух, чтобы устранить рассеяние α-частиц за счет столкновения с молекулами воздуха.

Оказалось, что некоторое количество α -частиц (примерно 1 из 20000) рассеивается на очень большие углы (α ≈ 180º).

Из анализа результатов опыта Резерфорд пришел к выводам:

1. Внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле;
2. Оно (сильное электрическое поле) концентрируется в очень малом объеме.

Ядерная (планетарная) модель атома по Резерфорду (рис. 43.3):

атом представляет систему зарядов, в центре которой расположено тяжелое положительно заряженное ядро с зарядом Ze, размером 10^–14м, а вокруг ядра расположены Z электронов.

Почти вся масса атома сосредоточена в ядре.

 

Рис. 43.3. Планетарная (ядерная) модель атома Резерфорда.

Показаны орбиты четырех электронов

 

Но эта модель оказалась в противоречии с законами классической механики и электродинамики. Согласно этим законам:

1. Заряженная частица, движущаяся ускоренно, должна непрерывно излучать, и процесс излучения сопровождается потерей энергии, так чтоэлектрон должен упасть на ядро, а он не падает.
2. Атомные спектры должны быть непрерывными, а они- линейчатые!!

 

Выход из такого тупика был найден в 1913г. Нильсом Бором.

Н. Бор ввел допущения, противоречащие классическим представлениям, эти допущения носят название постулаты Бора.

I ^ый постулат Бора: из бесконечного множества электронных орбит, возможных с точки зрения классической механики, в действительности осуществляются только некоторые дискретные орбиты, удовлетворяющие определенным квантовым условиям.