naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Строение атома. Часть первая. Начало


Волновые свойства электрона К содержанию Строение атома. Часть вторая. Трудности
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Помните про Джозефа Джона Томсона (Джи-Джи), который сосчитал частички отрицательного электричества? Если не помните, об этом написано здесь. Кстати, многие считают именно Томсона первооткрывателем электрона. В какой-то степени может и так, ведь Гельмгольц только предположил, что такое может быть, а Джи-Джи не только предположил, но и сосчитал. Но сейчас не об этом, было у Томсона много открытий, и одно из них не совсем обычное.

В 1895 году Томсон, так сказать, открыл молодого ученого из Новой Зеландии, только что приехавшего в Англию - Эрнеста Резерфорда (1871-1937). Узнав об открытии Пьером и Марией Кюри естественной радиоактивности, Резерфорд очень заинтересовался этим явлением и сам начал ставить опыты с радием и другими радиоактивными веществами. Между прочим, названия альфа-, бета- и гамма-лучи придумал именно Резерфорд. Но Резерфорда интересовали не сами лучи, а то, почему они возникают, и как вообще устроена материя.

О том, что все вещества состоят из отдельных атомов, ученые к началу XX века уже знали довольно хорошо. Они представляли себе и размеры атома - примерно 10-10 метра. Любая химическая реакция, по их мнению, заключалась в том, что атомы различных химических элементов либо соединяются между собой, образуя молекулы, либо, наоборот, разделяются на отдельные атомы. Сами атомы представлялись ученым твердыми шариками, плотно упакованными в веществе. Считалось также, что электроны прочно приклеены к атомам.

Сначала Резерфорд ставил опыты с растворами радиоактивных веществ. Оказалось, что отдельные альфа-частицы, вылетающие из радиоактивного вещества, собираются в растворе в пузырьки, а пузырьки эти поднимаются наверх. Над раствором накапливается, таким образом, нечто, что сначала назвали эманацией. После исследования этой пленки Резерфордом с сотрудниками оказалось, что эманация - это всего лишь атомы гелия, а заряжены они положительно потому, что у них не хватает электрона.

Потом Резерфорд начал ставить на пути альфа-частиц тончайшие листочки из различных металлов. Увидел, что альфа-частицы очень даже свободно через эти листочки пролетают. Вот тут-то пришлось Резерфорду серьезно задуматься. Металлические листочки состоят из атомов, и альфа-частицы - это тоже атомы. Если атомы - это большие и твердые шарики и расположены они в металлическом листочке вплотную друг к другу, то как же тогда другие атомы, тоже твердые шарики, могут через такие листочки пролетать? Значит на самом деле все не так. Металлический листочек - это не шарики, расположенные вплотную друг к другу, а пустота. Резерфорд первым увидел мир "глазами элементарных частиц".

Но в этой пустоте что-то должно быть. Резерфорд решил, что атомы - это все-таки шарики, но шарики очень маленькие, такие, что между ними остается много пустого пространства. Теперь предстояло измерить размеры этих маленьких шариков. Стал Резерфорд экспериментировать с прохождением альфа-частиц через различные материалы.

В маленькую свинцовую коробочку с отверстием помещалось радиоактивное вещество. Через толстый слой свинца альфа-частицы не проходят. Поэтому выходили они только через отверстие тонким пучком. Затем с помощью магнита альфа-частицы отделялись от бета- и гамма-частиц. В магнитном поле положительно заряженные альфа-частицы отклоняются в одну сторону, отрицательно заряженные бета-частицы - в другую, а гамма-лучи вообще никуда не отклоняются. Чистый пучок альфа-частиц Резерфорд направлял на тонкий листок металла, а за этим листом ставили экран, покрытый люминофором. Каждая альфа-частица, пролетевшая сквозь металлический листок, ударялась об экран и вызывала на нем крохотную вспышку света. Такие вспышки назвали тогда сцинтилляцией.

Многие месяцы наблюдали Резерфорд и его ученики, среди которых был и Чарлз Дарвин, внук того самого Дарвина, эти сцинтилляции. Оказалось, что не все альфа-частицы пролетают через металлический листок по прямой линии. Многие из них отклоняются в различные стороны, а очень редко встречаются и такие, которые вообще поворачивают назад и летят в обратном направлении.

Альфа-частица - это положительно заряженное ядро атома гелия. Как-то подействовать на такую частицу, заставить ее отклониться может только положительный электрический заряд. Значит, маленькие шарики, из которых состоит вещество, заряжены положительно. Теперь уже рассчитать размер этих шариков не составляло труда. Нужно было только посчитать, сколько частиц отклоняется на данный угол. Теперь известно, что размеры этих шариков - атомных ядер - имеют порядок 10-15 метра.

Как-то зимой 1911 года вошел Резерфорд в лабораторию и громким голосом объявил: "Теперь я знаю, как выглядит атом!" По Резерфорду атом выглядел так. В центре находится ядро с положительным зарядом, равным целому числу, помноженному на величину заряда электрона, но с обратным знаком. Вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца, вращаются электроны. Электронов ровно столько, сколько единиц положительного заряда в ядре. Так что в целом атом электрически нейтрален. Расстояние от ядра до электрона примерно в сто тысяч раз больше размеров самого ядра. Поэтому любое вещество, как не раз говорилось, есть пустота, а кое-где в этой пустоте расположены ядра с вращающимися вокруг них электронами. Поэтому и альфа-частицы в большинстве своем проходят через вещество совершенно свободно. Лишь те немногие из них, которые пролетают очень близко от ядра, испытывают электростатическую силу отталкивания. Поскольку ядро атома металла намного тяжелее альфа-частиц, то отклоняется именно альфа-частица. И, наконец, совсем-совсем немногие альфа-частицы, которые летят прямо на ядро , отталкиваются от него и поворачивают назад.

Электроны вращаются вокруг ядра потому, что ядро заряжено положительно, а электрон отрицательно. Разноименные заряды притягиваются, поэтому если бы электрон просто находился где-то вблизи ядра, он бы обязательно притянулся к нему и упал на ядро. А он не падает, поскольку вращается. Ниже на рисунке показан простейший из атомов - атом водорода по представлению Резерфорда.


Атом водорода по представлению Резерфорда

В центре шарик с единичным положительным зарядом, протон, а вокруг по орбите вращается отрицательно заряженный шарик, электрон. Масса протона в 1840 раз больше массы электрона, это и без Резерфорда было известно, поэтому протон в какой-то степени можно считать неподвижным.

Открытие Резерфорда потрясло умы практически всех тогдашних физиков. Мало того, что сразу удалось объяснить результаты всевозможных опытов, в том числе и с прохождением альфа-частиц. Идея Резерфорда была просто красива. Оказывается, мир и в большом, и в малом устроен одинаково. Электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. И в большом, и в малом мир подчиняется одним и тем же законам, которые открыл еще Ньютон.

Но все оказалось не таким уж радужным. О трудностях, с которыми столкнулся Резерфорд, поговорим на следующей странице.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Волновые свойства электрона К содержанию Строение атома. Часть вторая. Трудности
дипломы,диссертации,курсовые,контрольные,рефераты,отчеты  на заказ
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь