Модели на томовете на Томсън и Ръдърфорд за кратко

Дори в древна Гърция философите познават вътрешната структура на материята. И първите модели на структурата на атомите се появиха още в началото на 20-ти век. Хипотезата за Й. Томсън не е била възприета от научната общност на онова време, за да бъде критична, защото преди нея са били представени различни теории за това, което е вътре в най-малките частици на материята.

"Пудинг със стафиди" или модел на Томсън

До XIX век учените приемат, че атомът е неделим. Но всичко се променило след като Джоузеф Томсън открил електрона през 1897 г. - става ясно, че учените са грешили. И двата модела на атома на Томсън и Ръдърфорд са представени в началото на миналия век. Първият беше моделът на У. Томсън, който предложи атомът да е куп вещество, което има положителен електрически заряд. Вътре в тази купчина са равномерно разпределените електрони - затова този модел се нарича "торта". В края на краищата, според него, електроните в материята се подреждат като стафиди в тортата. Друго неофициално име за модела е "Пудинг със стафиди".

Правосъдие на J. Thomson

Този модел е разработен още по-подробно от JJ Thomson. За разлика от У. Томсън, той приема, че електроните в атома са разположени строго в една равнина, които са концентрични пръстени. Въпреки значението и коледен пудинг модел равен на Ръдърфорд за науката от времето, струва си да се отбележи, че J. Thompson, наред с други неща, за пръв път на метод за определяне на броя на електроните в атома. Неговият метод се основаваше на разсейването на рентгеновите лъчи. Й. Томсън предполага, че електроните са тези частици, които трябва да бъдат в центъра на разсейването на лъчите. Освен това Томсън беше учен, който откри електроните. В съвременните училища, с изучаването на неговите открития започва изследването на курса на квантовата механика.

Минусите на теорията на Томсън

Въпреки това, в сравнение с Модел на Ръдърфорд, атомен модел Томсън имаше значителен недостатък. Не можеше да обясни дискретното естество на атомното излъчване. Беше невъзможно с помощта й и да каже нещо за причините за стабилността на атома. И накрая, това беше опровергано, когато бяха направени известните експерименти на Ръдърфорд. Моделът на атома на Томсън е не по-малко ценно за науката от онова време, отколкото други хипотези. Трябва да се има предвид, че всички тези модели, налични по това време, са чисто хипотетични.

Характеристики на експеримента на Ръдърфорд

През 1906-1909 г. Дж. Гейгър, Е. Марден и Е. Ръдърфорд провеждат експерименти, при които алфа частиците са разпръснати на повърхността златно фолио. Накратко, моделите на атомите на Thomson и Rutherford са описани по-долу. В модела на Томсън електроните се разпределят неравномерно в атома, а в теорията на Ръдърфорд те се въртят в концентрични равнини. Отличителен фактор в експеримента на Ръдърфорд е използването на алфа частици вместо на електрони. Алфа-частиците, за разлика от електроните, имаха много по-голяма маса и не се подложиха на значителни отклонения, когато се сблъскаха с електрони. Следователно учените имаха възможността да регистрират само онези сблъсъци, които се случиха с положително заредена част от атома.

Ролята на откритието на Ръдърфорд

Този опит е от решаващо значение за науката. С негова помощ учените са могли да получат отговори на тези въпроси, които остават мистерия за авторите на различни атомни модели. Томсън, Ръдърфорд и Бор, въпреки че имат една и съща основа, все пак направиха малко по-различен принос в науката - и резултатите от експериментите на Ръдърфорд в този случай бяха удивителни. Техните резултати бяха точно обратното на това, което учените очакваха да видят.

Повечето от алфа частиците преминават през лист фолио по права (или практически прави) траектории. Обаче, траекторите на някои алфа частици се отклоняват до значителни ъгли. И това е доказателство, че в атома имаше формация с много висока плътност и има положителна заряд. През 1911 г., въз основа на експериментални данни, е представен модел на структурата на атома Ръдърфорд. Томсън, чиято теория преди това се смяташе за господстваща, по това време продължи да работи в лабораторията на университета Кавендиш. До края на живота си ученият продължава да вярва в съществуването на механичен етер, независимо от напредъка в научните изследвания на онова време.

Планетен модел на Ръдърфорд

Обобщавайки резултатите от експериментите, Ърнест Ръдърфорд излага главните разпоредби на своята теория: според него атомът се състои от тежко и гъсто ядро ​​с много малки размери - около това ядро ​​има електрони, които са в непрекъснато движение. Радиусите на орбитите на тези електрони също са малки: те са 10-9 м. Този модел се нарича "планетарен" поради сходството му с модел на слънчевата система. В нея планетите се движат в елиптични орбити около огромен и масивен център, който има атракция - Слънцето.

Електроните се въртят в атом с такава гигантска скорост, че те образуват около повърхността на атома нещо като облак. Според теорията на Ръдърфорд атомите са разположени на разстояние една от друга, което им позволява да не се придържат заедно. В края на краищата около всеки от тях има отрицателно заредена електронна обвивка.

Модели на атомите на Томсън и Ръдърфорд: основни различия

Какви са основните различия между двете най-важни теории за структурата на атома? Ръдърфорд приема, че в центъра на атома има ядро ​​с положителен електрически заряд и чийто обем в сравнение с размерите на атома е незначителен. Томсън също приема, че целият атом е формация с висока плътност. Втората основна разлика беше разбирането на позицията на електроните в атома. Според Ръдърфорд те се въртят около ядрото и техният брой е приблизително равен на frac12 е атомната маса на химически елемент. В теорията на Томсън, електроните вътре в атома са неравномерно разпределени.

Минусите на теорията на Ръдърфорд

Въпреки всички предимства, по това време теорията на Ръдърфорд съдържаше едно важно противоречие. Според законите на класическата електродинамика един електрон, който се върти около ядрото, трябва постоянно да излъчва части от електрическата енергия. Поради това радиусът на орбитата, по който се движи електронът, трябва непрекъснато да излъчва електромагнитно излъчване. Според тези идеи животът на един атом трябва да бъде незначителен.

Най-често, когато говорят за откриването на вътрешната структура на един атом, те споменават имената на Томсън и Ръдърфорд. Опитите на Ръдърфорд, чийто атомен модел сега е известен на всеки студент по физика и математика във висшето образование, сега е част от историята на науката. Когато Ръдърфорд направи своето откритие, той възкликна: "Сега знам как изглежда атомът!" Но всъщност той греши, защото истинската картина стана известна на учени много по-късно. Макар моделът на Ръдърфорд да е бил подложен на значителни корекции с течение на времето, неговият смисъл остава непроменен.

Моделът Бор

Въпреки това, в допълнение към моделите на атома на Томсън и Ръдърфорд, имаше и друга теория, обясняваща вътрешната структура на тези малки частици от материята. Тя принадлежи на Нилс Бор - датския физик, който предложи своето обяснение през 1913 г. Според неговия модел един електрон в един атом не се подчинява на стандартните физически закони. Бор беше учен, който въведе в науката концепцията за връзката между радиуса на орбитата на електрона и неговата скорост.

В процеса на създаване на неговата теория, Бор възприема като основава си модела на Ръдърфорд, но го подлага на значително усъвършенстване. Моделите на атомите на Бор, Ръдърфорд и Томсън сега изглеждат малко прости, но те формират основата за съвременните идеи за вътрешната структура на атома. Днес квантовият модел на атома е общоприет. Въпреки факта, че квантовата механика не може да опише движението на планетите на слънчевата система, концепцията за орбита досега е останала в теории, описващи вътрешната структура на атома.