تطوير الأفكار حول تطوير كيمياء الذرة. تطور الأفكار حول بنية النواة الذرية. الجدول الدوري للعناصر

فرع من فروع الفيزياء يدرس التركيب الداخلي للذرات. الذرات ، التي كان يعتقد في الأصل أنها غير قابلة للتجزئة ، هي أنظمة معقدة. لديهم نواة ضخمة من البروتونات والنيوترونات ، والتي تتحرك حولها الإلكترونات في الفضاء الفارغ. الذرات صغيرة جدًا - حجمها حوالي 10 - 10 - 10 - 9 م ، وحجم النواة لا يزال أصغر بحوالي 100000 مرة (10 - 15 - 10 - 14 م). لذلك ، يمكن "رؤية" الذرات بشكل غير مباشر فقط ، في صورة ذات نسبة تكبير عالية جدًا (على سبيل المثال ، بمساعدة جهاز عرض إلكتروني تلقائي). لكن حتى في هذه الحالة ، لا يمكن فحص الذرات بالتفصيل. تستند معرفتنا بهيكلهم الداخلي إلى كمية هائلة من البيانات التجريبية ، والتي تشهد بشكل غير مباشر ، ولكن بشكل مقنع ، لصالح ما سبق.

تغير مفهوم بنية الذرة بشكل جذري في القرن العشرين. تحت تأثير الأفكار النظرية الجديدة والبيانات التجريبية. في وصف البنية الداخلية للنواة الذرية ، لا تزال هناك قضايا عالقة تخضع للبحث المكثف. تصف الأقسام التالية تاريخ تطور الأفكار حول بنية الذرة ككل ؛ مقال منفصل مخصص لبنية النواة ( هيكل النواة الذرية) ، لأن هذه المفاهيم تطورت بشكل مستقل إلى حد كبير. الطاقة المطلوبة لفحص الأصداف الخارجية للذرة صغيرة نسبيًا ، حسب ترتيب الطاقة الحرارية أو الكيميائية. لهذا السبب ، تم اكتشاف الإلكترونات تجريبياً قبل وقت طويل من اكتشاف النواة.

النواة ، بحجمها الصغير ، مرتبطة بشدة ، بحيث لا يمكن تدميرها والتحقيق فيها إلا بمساعدة قوى أقوى بملايين المرات من القوى المؤثرة بين الذرات. بدأ التقدم السريع في فهم البنية الداخلية للنواة فقط مع ظهور مسرعات الجسيمات. هذا الاختلاف الهائل في الحجم وطاقة الربط هو الذي يسمح لنا بالنظر في بنية الذرة ككل بشكل منفصل عن بنية النواة.

للحصول على فكرة عن حجم الذرة والمساحة الفارغة التي تشغلها ، ضع في اعتبارك الذرات التي تشكل قطرة ماء بقطر 1 مم. إذا تم تكبير هذا القطرة عقليًا إلى حجم الأرض ، فسيكون قطر ذرات الهيدروجين والأكسجين المتضمنة في جزيء الماء 1-2 متر. ويتركز الجزء الرئيسي من كتلة كل ذرة في لبها ، قطرها 0.01 مم فقط ...

يعود تاريخ ظهور الأفكار الأكثر عمومية حول الذرة عادةً إلى زمن الفيلسوف اليوناني ديموقريطس (حوالي 460 - 370 قبل الميلاد) ، الذي فكر كثيرًا في أصغر الجسيمات التي يمكن تقسيم أي مادة إليها . مجموعة من الفلاسفة اليونانيين الذين اعتقدوا أن مثل هذه الجسيمات الصغيرة غير القابلة للتجزئة كانت تسمى الذريين. اعتمد الفيلسوف اليوناني أبيقور (342-270 قبل الميلاد) النظرية الذرية ، وفي القرن الأول قبل الميلاد. شرح أحد أتباعه ، الشاعر والفيلسوف الروماني لوكريتيوس كاروس ، تعاليم أبيقور في قصيدة "في طبيعة الأشياء" ، والتي بفضلها تم الحفاظ عليها للأجيال القادمة. لم يقبل أرسطو (384-322 قبل الميلاد) ، أحد أعظم علماء العصور القديمة ، النظرية الذرية ، وسادت آرائه حول الفلسفة والعلوم لاحقًا في تفكير العصور الوسطى. النظرية الذرية ، كما كانت ، لم تكن موجودة حتى نهاية عصر النهضة ، عندما تم استبدال التفكير الفلسفي التأملي البحت بالتجربة.

خلال عصر النهضة ، بدأ البحث المنهجي في مجالات تسمى الآن الكيمياء والفيزياء ، حاملين معهم رؤى جديدة في طبيعة "الجسيمات غير القابلة للتجزئة". بويل (1627-1691) وإ. نيوتن (1643-1727) شرعوا في استدلالهم من فكرة وجود جسيمات المادة غير القابلة للتجزئة. ومع ذلك ، لم يكن بويل ولا نيوتن بحاجة إلى نظرية ذرية مفصلة لشرح الظواهر التي تهمهم ، ولم تقل نتائج تجاربهم شيئًا جديدًا عن خصائص "الذرات".

هيكل الذرة

قوانين دالتون.أول إثبات علمي حقيقي للنظرية الذرية ، والذي أظهر بشكل مقنع عقلانية وبساطة الفرضية القائلة بأن كل عنصر كيميائي يتكون من أصغر الجسيمات ، كان عمل مدرس الرياضيات في مدرسة اللغة الإنجليزية جي دالتون (1766-1844) ، الذي قام بمقالته ظهرت على هذه المشكلة في عام 1803 ...

درس دالتون خصائص الغازات ، ولا سيما نسبة أحجام الغازات التي دخلت في تفاعل تكوين مركب كيميائي ، على سبيل المثال ، عندما يتكون الماء من الهيدروجين والأكسجين. وجد أن نسب كميات الهيدروجين والأكسجين المتفاعلة دائمًا ما تكون نسبًا لأعداد صحيحة صغيرة. وهكذا ، عندما يتشكل الماء (H 2 O) ، يدخل 2.016 جم من الهيدروجين الغازي في تفاعل مع 16 جم من الأكسجين ، وعندما يتشكل بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) ، يتم دمج 32 جم من الأكسجين الغازي مع 2.016 جم من الهيدروجين. كتل الأكسجين التي تتفاعل مع نفس كتلة الهيدروجين في تكوين هذين المركبين مرتبطة ببعضها البعض كأعداد صغيرة:

بناءً على هذه النتائج ، صاغ دالتون "قانون النسب المتعددة". وفقًا لهذا القانون ، إذا اجتمع عنصران بنسب مختلفة ، مكونًا مركبات مختلفة ، فإن كتل أحد العناصر ، مجتمعة مع نفس الكمية من العنصر الثاني ، ترتبط كأعداد صحيحة صغيرة. وفقًا لقانون دالتون الثاني ، "قانون العلاقات الثابتة" ، في أي مركب كيميائي ، فإن نسبة كتل العناصر الموجودة فيه هي نفسها دائمًا. تم جمع قدر كبير من البيانات التجريبية المتعلقة ليس فقط بالغازات ، ولكن أيضًا بالسوائل والمركبات الصلبة ، بواسطة J. Berzelius (1779-1848) ، الذي أجرى قياسات دقيقة لكتل العناصر المتفاعلة للعديد من المركبات. أكدت بياناته القوانين التي صاغها دالتون وأظهرت بشكل مقنع أن كل عنصر له أصغر وحدة كتلة.

كانت لمسلمات دالتون الذرية ميزة على التفكير المجرد لعلماء الذرة اليونانيين القدماء بأن قوانينه جعلت من الممكن شرح وربط نتائج التجارب الحقيقية ، وكذلك التنبؤ بنتائج التجارب الجديدة. افترض أن 1) كل ذرات نفس العنصر متطابقة من جميع النواحي ، ولا سيما كتلتها متشابهة ؛ 2) ذرات العناصر المختلفة لها خصائص مختلفة ، على وجه الخصوص ، كتلتها ليست متماثلة ؛ 3) المركب ، على عكس العنصر ، يتضمن عددًا صحيحًا معينًا من ذرات كل عنصر من العناصر المكونة له ؛ 4) في التفاعلات الكيميائية ، يمكن أن يحدث إعادة توزيع للذرات ، ولكن لا يتم تدمير أو تكوين ذرة واحدة مرة أخرى. (في الواقع ، كما اتضح في بداية القرن العشرين ، لم يتم الوفاء بهذه الفرضيات بشكل صارم ، حيث يمكن أن يكون للذرات من نفس العنصر كتل مختلفة ، على سبيل المثال ، يحتوي الهيدروجين على ثلاثة أنواع من هذا القبيل ، تسمى النظائر ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تخضع الذرات للتحولات الإشعاعية وحتى الانهيار التام ، ولكن ليس في التفاعلات الكيميائية التي أخذها دالتون في الاعتبار.) بناءً على هذه الافتراضات الأربعة ، أعطت نظرية دالتون الذرية أبسط تفسير لقوانين النسب الثابتة والمتعددة.

على الرغم من أن قوانين دالتون هي أساس كل الكيمياء ، إلا أنها لا تحدد الأحجام والكتل الفعلية للذرات. لا يذكرون شيئًا عن عدد الذرات الموجودة في كتلة معينة من عنصر أو مركب. جزيئات المواد البسيطة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن وزنها بشكل منفصل ، لذلك يجب استخدام طرق غير مباشرة لتحديد كتل الذرات والجزيئات.

رقم أفوجادرو.في عام 1811 ، طرح أ. أفوجادرو (1776-1856) فرضية سهّلت إلى حد كبير تحليل كيفية تكوين المركبات من العناصر ، وأثبتت الفرق بين الذرات والجزيئات. كانت فكرته أن أحجامًا متساوية من الغازات ، الموجودة في نفس درجة الحرارة والضغط ، تحتوي على نفس العدد من الجزيئات. من حيث المبدأ ، يمكن العثور على تلميح لهذا في عمل سابق لـ J. Gay-Lussac (1778-1850) ، الذي أثبت أن نسبة أحجام العناصر الغازية التي تدخل في تفاعل كيميائي يتم التعبير عنها بأعداد صحيحة ، على الرغم من اختلافها. من نسب الكتلة التي حصل عليها دالتون. على سبيل المثال ، يتحد 2 لتر من غاز الهيدروجين (جزيئات H 2) مع 1 لتر من غاز الأكسجين (جزيئات O 2) لتكوين لتر واحد من بخار الماء (جزيئات H 2 O).

العدد الحقيقي للجزيئات في حجم معين من الغاز كبير للغاية ، وحتى عام 1865 لم يكن من الممكن تحديده بدقة مقبولة. ومع ذلك ، في وقت Avogadro ، تم إجراء تقديرات تقريبية على أساس النظرية الحركية للغازات. وحدة مناسبة جدًا لقياس كمية المادة هي الشامة ، أي كمية المادة التي تحتوي على عدد جزيئات يساوي عدد الذرات في 0.012 كجم من النظير الأكثر شيوعًا للكربون 12 ج. درجة الحرارة والضغط القياسيان ، يشغلان حجم 22.4 لترًا. رقم أفوجادرو هو العدد الإجمالي للجزيئات في مول واحد من مادة أو 22.4 لترًا من الغاز في الظروف العادية. طرق أخرى ، مثل التصوير الشعاعي ، تعطي رقم أفوجادرو نالقيم 0 أكثر دقة من تلك التي تم الحصول عليها على أساس النظرية الحركية. القيمة المقبولة حاليًا هي 6.0221367X10 23 ذرة (جزيئات) في مول واحد. وبالتالي ، يحتوي لتر واحد من الهواء على ما يقرب من 3 × 10 22 جزيء من الأكسجين والنيتروجين والغازات الأخرى.

يرتبط الدور المهم لرقم أفوجادرو في فيزياء الذرة بحقيقة أنه يسمح لك بتحديد الكتلة والأبعاد التقريبية للذرة أو الجزيء. بما أن كتلة 22.4 لترًا من غاز H 2 تساوي 2.016 × 10 –3 كجم ، فإن كتلة ذرة هيدروجين واحدة هي 1.67 × 10 –27 كجم. إذا افترضنا أن الذرات في المادة الصلبة تقع بالقرب من بعضها البعض ، فإن رقم أفوجادرو سيسمح بتقدير تقريبي لنصف القطر صعلى سبيل المثال ، ذرات الألومنيوم. بالنسبة للألمنيوم ، 1 مول يساوي 0.027 كجم ، والكثافة 2.7 × 10 3 كجم / م 3. علاوة على ذلك ، لدينا

أين ص»1.6 × 10 –10 م لذا فإن التقديرات الأولى لعدد أفوجادرو أعطت فكرة عن الأبعاد الذرية.

اكتشاف الإلكترون.أكدت البيانات التجريبية المتعلقة بتكوين المركبات الكيميائية وجود جسيمات "ذرية" وجعلت من الممكن الحكم على صغر حجم وكتلة الذرات الفردية. ومع ذلك ، ظل التركيب الحقيقي للذرات ، بما في ذلك وجود جسيمات أصغر تشكل الذرات ، غير واضح حتى اكتشاف الإلكترون بواسطة JJ Thomson في عام 1897. وحتى ذلك الوقت ، كانت الذرة تعتبر غير قابلة للتجزئة والاختلاف في الخصائص الكيميائية من عناصر مختلفة لا يوجد تفسير. حتى قبل اكتشاف طومسون ، كان هناك عدد من التجارب المثيرة للاهتمام درس فيها باحثون آخرون التيار الكهربائي في أنابيب زجاجية مملوءة بالغاز عند ضغوط منخفضة. مثل هذه الأنابيب ، التي تسمى أنابيب جيسلر نسبة إلى النافخ الزجاجي الألماني جي جيسلر (1815-1879) ، الذي بدأ تصنيعها لأول مرة ، ينبعث منها وهجًا ساطعًا عند توصيلها بالملف عالي الجهد لملف التعريفي. أصبح و. كروكس (1832-1919) مهتمًا بهذه التفريغ الكهربائي ، الذي أثبت أن طبيعة التفريغ في الأنبوب تتغير حسب الضغط ، ويختفي التفريغ تمامًا عند فراغ مرتفع. أظهرت الدراسات اللاحقة التي أجراها J.Perrin (1870-1942) أن "أشعة الكاثود" التي تسبب التوهج عبارة عن جسيمات سالبة الشحنة تتحرك في خط مستقيم ، ولكن يمكن أن ينحرف عنها مجال مغناطيسي. ومع ذلك ، ظلت شحنة وكتلة الجسيمات غير معروفة ولم يكن من الواضح ما إذا كانت جميع الجسيمات السالبة هي نفسها.

كانت ميزة طومسون العظيمة هي الدليل على أن جميع الجسيمات التي تشكل أشعة الكاثود متطابقة مع بعضها البعض وتشكل جزءًا من المادة. استخدام نوع خاص من أنبوب التفريغ كما هو موضح في الشكل. في الشكل 1 ، قام طومسون بقياس السرعة ونسبة الشحنة إلى الكتلة لجسيمات أشعة الكاثود ، والتي سميت فيما بعد بالإلكترونات. هربت الإلكترونات من الكاثود تحت تأثير تفريغ عالي الجهد في الأنبوب. من خلال الأغشية دو هفقط تلك التي طارت على طول محور الأنبوب مرت.

أرز. 1. نسبة الشحن إلى الكتلة. الأنبوب الذي استخدمه الفيزيائي الإنجليزي J. Thomson لتحديد نسبة الشحنة إلى الكتلة لأشعة الكاثود. أدت هذه التجارب إلى اكتشاف الإلكترون.

في الوضع العادي ، تقع هذه الإلكترونات في وسط شاشة الإنارة. (كان أنبوب طومسون هو أول "أنبوب شعاع كاثود" مزود بشاشة ، وهو رائد أنبوب الصورة التلفزيونية). كما احتوى الأنبوب أيضًا على زوج من ألواح المكثف الكهربائي التي ، إذا تم تنشيطها ، يمكن أن تشتت الإلكترونات. القوة الكهربائية و هيتصرف بناء على التهمة همن جانب المجال الكهربائي ه، من التعبير

F E = eE .

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنشاء مجال مغناطيسي في نفس المنطقة من الأنبوب بمساعدة زوج من الملفات الحالية ، القادرة على تحويل الإلكترونات في الاتجاه المعاكس. القوة F حيعمل من المجال المغناطيسي حيتناسب مع شدة المجال وسرعة الجسيمات الخامسوشحنها ه :

F ح = هيف .

قام طومسون بتعديل المجالات الكهربائية والمغناطيسية بحيث يكون الانحراف الكلي للإلكترونات صفرًا ، أي عادت حزمة الإلكترون إلى موقعها الأصلي. منذ في هذه الحالة كلا القوتين و هو F حمتساوية ، سرعة الإلكترونات تعطى بالتعبير

ت = E / H. .

وجد طومسون أن هذه السرعة تعتمد على الجهد في الأنبوب. الخامسوأن الطاقة الحركية للإلكترونات م 2/2 يتناسب طرديا مع هذا الجهد ، أي م 2 /2 = فولت... (ومن هنا جاء مصطلح "إلكترون فولت" للدلالة على الطاقة التي يكتسبها جسيم بشحنة تساوي شحنة الإلكترون عند تسريعها بفرق جهد قدره 1 فولت). وجد نسبة الشحنة إلى الكتلة:

جعلت هذه التجارب من الممكن تحديد الموقف ه /مللإلكترون ويعطي قيمة تقريبية للشحنة ه... الحجم بالضبط هميليكين ، الذي توصل في تجاربه إلى أن قطرات الزيت المشحونة معلقة في الهواء بين ألواح المكثف. في الوقت الحاضر ، تُعرف خصائص الإلكترون بدقة كبيرة:

وبالتالي ، فإن كتلة الإلكترون أقل بكثير من كتلة ذرة الهيدروجين:

أظهرت تجارب طومسون أن الإلكترونات في التفريغ الكهربائي يمكن أن تنشأ من أي مادة. نظرًا لأن جميع الإلكترونات متشابهة ، يجب أن تختلف العناصر فقط في عدد الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، تشير القيمة الصغيرة لكتلة الإلكترونات إلى أن كتلة الذرة لم تتركز فيها.

مطياف الكتلة طومسون.سرعان ما لوحظ الجزء المتبقي من الذرة ذو الشحنة الموجبة باستخدام نفس أنبوب التفريغ ، وإن كان معدلًا ، مما جعل من الممكن اكتشاف الإلكترون. أظهرت التجارب الأولى مع أنابيب التفريغ بالفعل أنه إذا تم وضع الكاثود ذي الفتحة في منتصف الأنبوب ، فإن الجسيمات المشحونة إيجابياً تمر عبر "القناة" في الكاثود ، مما يتسبب في شاشة التلألؤ الموجودة في نهاية الأنبوب المقابل من الأنود إلى التوهج. هذه "حزم القناة" الموجبة كانت تنحرف أيضًا عن طريق المجال المغناطيسي ، ولكن في الاتجاه المعاكس للإلكترونات.

قرر طومسون قياس كتلة وشحنة هذه الحزم الجديدة ، مستخدمًا أيضًا المجالات الكهربائية والمغناطيسية لصرف الجسيمات. يظهر جهازه لدراسة الأشعة الموجبة ، "مقياس الطيف الكتلي" ، بشكل تخطيطي في الشكل. 2. يختلف عن الجهاز الموضح في الشكل. 1 ، من خلال حقيقة أن المجالين الكهربائي والمغناطيسي ينحرفان الجسيمات بزوايا قائمة لبعضها البعض ، وبالتالي لا يمكن الحصول على الانحراف "الصفري". يمكن للذرات المشحونة إيجابيا في الطريق بين الأنود والكاثود أن تفقد إلكترونًا واحدًا أو أكثر ، ولهذا السبب يمكن أن تتسارع إلى طاقات مختلفة. سترسم الذرات من نفس النوع بنفس الشحنة والكتلة ، ولكن مع تشتت معين من السرعات النهائية ، خطًا منحنيًا (جزء من القطع المكافئ) على شاشة مضيئة أو لوحة فوتوغرافية. في وجود ذرات ذات كتل مختلفة ، فإن الذرات الأثقل (بنفس الشحنة) سوف تنحرف عن المحور المركزي بشكل أضعف من الذرات الأخف. في التين. يوضح الشكل 3 صورة للقطوع المكافئة التي تم الحصول عليها باستخدام مقياس طيف كتلة طومسون. أضيق قطع مكافئ يتوافق مع أثقل ذرة متأينة مفردة (ذرة الزئبق) ، والتي يخرج منها إلكترون واحد. يتوافق أكبر قطعتين مكافئتين مع الهيدروجين ، أحدهما للذرة H + ، والآخر له جزيء H 2 + ، وكلاهما مؤين منفرداً. في بعض الحالات ، يتم فقد شحنتين أو ثلاث أو حتى أربع شحنات ، ولكن لم يتم ملاحظة تأين الهيدروجين الذري أكثر من مرة. كان هذا الظرف أول مؤشر على وجود إلكترون واحد فقط في ذرة الهيدروجين ، أي إنه أبسط الذرات.

أرز. 2. مطياف الكتلة ، يستخدمه طومسون لتحديد القيم النسبية لكتل الذرات المختلفة من انحراف الأشعة الموجبة في المجالات المغناطيسية والكهربائية.

أرز. 3. MASS SPECTRA ، صور فوتوغرافية مع توزيع الذرات المتأينة لخمس مواد ، تم الحصول عليها في مطياف الكتلة. كلما زادت كتلة الذرات ، قل الانحراف.

دليل آخر على التركيب المعقد للذرة.في نفس الوقت الذي كان طومسون وآخرون يجربون فيه أشعة الكاثود ، قدم اكتشاف الأشعة السينية والنشاط الإشعاعي دليلًا إضافيًا على التركيب المعقد للذرة. في عام 1895 اكتشف دبليو رونتجن (1845-1923) عن طريق الخطأ إشعاعًا غامضًا (" NS-rays ") ، التي اخترقت الورقة السوداء التي لف بها أنبوب كروكس أثناء فحص منطقة الإنارة الخضراء للتفريغ الكهربائي. NSتسببت الأشعة في توهج شاشة بعيدة مغطاة بسيانيد الباريوم البلاتيني البلوري. اكتشف رونتجن أن المواد المختلفة ذات السماكة المختلفة ، التي يتم إدخالها بين الشاشة والأنبوب ، تضعف التوهج ، ولكنها لا تطفئه تمامًا. هذا يشير إلى قوة اختراق عالية للغاية. NS-أشعة. وجد رونتجن أيضًا أن هذه الأشعة تنتشر في خط مستقيم ولا تنحرف بفعل المجالات الكهربائية والمغناطيسية. كان ظهور مثل هذه الإشعاعات المخترقة غير المرئية عندما قصفت الإلكترونات مواد مختلفة شيئًا جديدًا تمامًا. كان معروفًا أن الضوء المرئي من أنابيب جيسلر يتكون من "خطوط طيفية" منفصلة بأطوال موجية محددة ، وبالتالي ، يرتبط ب "اهتزازات" الذرات ذات الترددات المنفصلة. من السمات الأساسية للإشعاع الجديد ، الذي ميزه عن الأطياف الضوئية ، بالإضافة إلى قدرته العالية على الاختراق ، أن الأطياف الضوئية للعناصر ذات العدد المتزايد بشكل تسلسلي من الإلكترونات كانت مختلفة تمامًا عن بعضها البعض ، في حين أن الأطياف Xتختلف الأشعة اختلافًا طفيفًا جدًا من عنصر لآخر.

اكتشاف آخر متعلق ببنية الذرة هو أن ذرات بعض العناصر يمكن أن تصدر إشعاعات بشكل تلقائي. تم اكتشاف هذه الظاهرة في عام 1896 من قبل أ. بيكريل (1852-1908). اكتشف بيكريل النشاط الإشعاعي باستخدام أملاح اليورانيوم أثناء دراسة تألق الأملاح تحت تأثير الضوء وعلاقته بتألق الزجاج في أنبوب الأشعة السينية. في إحدى التجارب ، لوحظ اسوداد لوح فوتوغرافي ملفوف بورق أسود وموجود بالقرب من ملح اليورانيوم في ظلام دامس. حفز هذا الاكتشاف العرضي بحثًا مكثفًا عن أمثلة أخرى للنشاط الإشعاعي الطبيعي وإجراء تجارب لتحديد طبيعة الإشعاع المنبعث. في عام 1898 اكتشف ب. كوري (1859-1906) وم. كوري (1867-1934) عنصرين أكثر إشعاعًا - البولونيوم والراديوم. رذرفورد (1871-1937) ، بعد أن درس قدرة اختراق إشعاع اليورانيوم ، أظهر أن هناك نوعين من الإشعاع: الإشعاع "اللين" للغاية ، والذي تمتصه المادة بسهولة ويسميه رذرفورد بأشعة ألفا ، والمزيد من الإشعاع المخترق ، والذي أسماه بيتا -rays. تبين أن أشعة بيتا مطابقة للإلكترونات العادية ، أو "أشعة الكاثود" ، التي تنشأ في أنابيب التفريغ. كما اتضح ، فإن أشعة ألفا لها نفس الشحنة والكتلة مثل ذرات الهيليوم ، محرومة من إلكترونينها. النوع الثالث من الإشعاع ، المسمى بأشعة جاما ، تبين أنه مشابه له X-الرش ، ولكن لديها قدرة اختراق أكبر.

أظهرت كل هذه الاكتشافات بوضوح أن الذرة ليست "غير قابلة للتجزئة". لا يتكون فقط من أجزاء أصغر (إلكترونات وجسيمات موجبة أثقل) ، ولكن هذه الجسيمات الفرعية وغيرها ، على ما يبدو ، تنبعث تلقائيًا أثناء التحلل الإشعاعي للعناصر الثقيلة. بالإضافة إلى ذلك ، لا تصدر الذرات إشعاعًا في المنطقة المرئية بترددات منفصلة فحسب ، بل يمكن أيضًا أن تكون متحمسة جدًا لدرجة أنها تبدأ في إصدار المزيد من الإشعاع الكهرومغناطيسي "الصلب" ، أي X-أشعة.

نموذج طومسون للذرة.سعى J. Thomson ، الذي قدم مساهمة كبيرة في الدراسة التجريبية لبنية الذرة ، إلى إيجاد نموذج يشرح جميع خصائصها المعروفة. نظرًا لأن الجزء السائد من كتلة الذرة يتركز في الجزء المشحون إيجابًا ، فقد افترض أن الذرة عبارة عن توزيع كروي لشحنة موجبة يبلغ نصف قطرها حوالي 10-10 أمتار ، وعلى سطحها توجد إلكترونات مثبتة بمرونة القوى التي تسمح لهم بالاهتزاز (الشكل 4). تعوض الشحنة السالبة الكلية للإلكترونات تمامًا الشحنة الموجبة ، بحيث تكون الذرة متعادلة كهربائيًا. توجد الإلكترونات على الكرة ، لكن يمكنها إجراء اهتزازات توافقية بسيطة حول موضع التوازن. يمكن أن تحدث مثل هذه التذبذبات فقط عند ترددات معينة ، والتي تتوافق مع خطوط طيفية ضيقة يتم ملاحظتها في أنابيب تفريغ الغاز. يمكن إخراج الإلكترونات بسهولة من مواقعها ، ونتيجة لذلك تتشكل "أيونات" موجبة الشحنة ، والتي تتكون منها "حزم القناة" في تجارب باستخدام جهاز قياس الطيف الكتلي. X- تتوافق الرواسب مع النغمات العالية جدًا للاهتزازات الأساسية للإلكترونات. جسيمات ألفا الناشئة عن التحولات الإشعاعية هي جزء من الكرة الموجبة ، وقد خرجت منه نتيجة لنوع من التمزق النشط للذرة.

أرز. 4. ذرةوفقًا لنموذج طومسون. يتم الاحتفاظ بالإلكترونات داخل كرة موجبة الشحنة بواسطة قوى مرنة. تلك الموجودة على السطح يمكن بسهولة "إخراجها" ، تاركة ذرة مؤينة.

ومع ذلك ، أثار هذا النموذج عددًا من الاعتراضات. يرجع أحدها إلى حقيقة أنه ، كما وجد خبراء التحليل الطيفي الذين قاموا بقياس خطوط الانبعاث ، فإن ترددات هذه الخطوط ليست مضاعفات بسيطة لأدنى تردد ، كما ينبغي أن يكون في حالة التذبذبات الدورية للشحنة. بدلاً من ذلك ، يتقاربون بوتيرة متزايدة ، كما لو كانوا يهدفون إلى حد. في عام 1885 ، تمكن إ. بالمر (1825-1898) من إيجاد صيغة تجريبية بسيطة تتعلق بترددات الخطوط في الجزء المرئي من طيف الهيدروجين:

أين ن- تردد، ج- سرعة الضوء (3 × 10 8 م / ث) ، نهو عدد صحيح و R H- عامل ثابت. وفقًا لهذه الصيغة ، في هذه السلسلة من الخطوط الطيفية للهيدروجين ، يجب ألا تكون هناك خطوط بطول موجي لأقل من 364.56 نانومتر (أو ترددات أعلى) تقابل ن= Ґ. لذلك اتضح ، وأصبح هذا اعتراضًا خطيرًا على نموذج طومسون للذرة ، على الرغم من المحاولات التي بذلت لشرح التناقض من خلال الاختلاف في قوى استعادة المرونة للإلكترونات المختلفة.

استنادًا إلى نموذج طومسون للذرة ، كان من الصعب للغاية أيضًا تفسير انبعاث الأشعة السينية أو أشعة جاما بواسطة الذرات.

كانت الصعوبات في نموذج طومسون للذرة ناجمة أيضًا عن الموقف ه / مشحنة للكتلة للذرات التي فقدت إلكتروناتها ("أشعة القناة"). أبسط ذرة هي ذرة هيدروجين مع إلكترون واحد وكرة ضخمة نسبيًا تحمل شحنة موجبة واحدة. قبل ذلك بوقت طويل ، في عام 1815 ، اقترح دبليو. براوت أن جميع الذرات الأثقل تتكون من ذرات هيدروجين ، وسيكون من المفهوم إذا زادت كتلة الذرة بما يتناسب مع عدد الإلكترونات. ومع ذلك ، فقد أظهرت القياسات أن نسبة الشحنة إلى الكتلة تختلف بالنسبة للعناصر المختلفة. على سبيل المثال ، تبلغ كتلة ذرة النيون حوالي 20 ضعف كتلة ذرة الهيدروجين ، بينما تبلغ الشحنة 10 وحدات فقط من الشحنة الموجبة (تحتوي ذرة النيون على 10 إلكترونات). كان الأمر كما لو أن الشحنة الموجبة لها كتلة متغيرة ، أو أن هناك بالفعل 20 إلكترونًا ، لكن 10 منهم كانوا داخل الكرة.

http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/ATOMA_STROENIE.html

1) قطع من المادة.
يعتقد ديموقريطوس أن خصائص المادة تتحدد بالشكل والكتلة وما إلى ذلك ، من خلال خصائص الذرات التي تتكون منها: ذرات النار حادة ، وبالتالي فإن النار قادرة على الاحتراق ، وفي المواد الصلبة تكون خشنة ، لذلك إنهم يلتصقون ببعضهم البعض بقوة ، في الماء يكونون على نحو سلس ، وبالتالي فهي قادرة على التدفق. حتى النفس البشرية ، حسب ديموقريطس ، تتكون من ذرات.
2) "بودنغ مع نكهة" (نموذج طومسون).
اقترح JJ Thomson اعتبار الذرة كجسم موجب الشحنة به إلكترونات بداخله. لا يشرح هذا النموذج الطبيعة التسلسلية لإشعاع الذرة.
3) الذرة ، مثل زحل. 1904 سنة. هنتارا ناجاوكا. نواة موجبة صغيرة تدور حولها الإلكترونات في مدارات.
4) النموذج الكوكبي للذرة. عام 1911. توصل إرنست رذرفورد ، بعد إجراء سلسلة من التجارب ، إلى استنتاج مفاده أن الذرة هي نوع من النظام الكوكبي ، أي أن الإلكترونات تتحرك حول نواة ثقيلة موجبة الشحنة تقع في مركز الذرة. لشرح استقرار الذرات ، كان على نيلز بور تقديم افتراضات ، والتي تختزل إلى حقيقة أن الإلكترون في الذرة ، في بعض حالات الطاقة الخاصة ، لا يشع. أظهرت افتراضات بوهر أن الميكانيكا الكلاسيكية لا تنطبق على وصف الذرة.

تجربة رذرفورد

إرنست رذرفورد عن تشتت جسيمات أ التي تمر عبر طبقات رقيقة من المادة. في هذه التجارب ، شعاع ضيق α - تم توجيه الجسيمات المنبعثة من مادة مشعة إلى رقاقة ذهبية رفيعة. تم وضع شاشة خلف الرقاقة ، قادرة على التوهج تحت تأثير الجزيئات السريعة. وجد أن معظم α - تنحرف الجسيمات عن التكاثر المستقيم بعد مرورها عبر الرقاقة ، أي النثرات ، وبعضها α - عادة ما يتم رمي الجسيمات للخلف. نثر α وأوضح رذرفورد الجسيمات بحقيقة ذلك شحنة موجبةغير موزعة بالتساوي في كرة نصف قطرها 10-10 أمتار ، كما افترض سابقًا ، ولكنها تتركز في الجزء المركزي من الذرة - النواة الذرية. عند المرور بالقرب من القلب α - يُصدع منه جسيم موجب الشحنة ، وعندما يصطدم بالنواة ، يُلقى في الاتجاه المعاكس. هذه هي الطريقة التي تتصرف بها الجسيمات التي تحمل نفس الشحنة ، لذلك يوجد جزء مركزي موجب الشحنة من الذرة ، حيث تتركز كتلة كبيرة من الذرة. أظهرت الحسابات أنه لشرح التجارب ، من الضروري أخذ نصف قطر النواة الذرية يساوي 10-15 ميكرومتر تقريبًا .

نموذج رذرفورد للذرة

جوهر نموذج بنية الذرة وفقًا لرذرفورد هو كما يلي: يوجد في وسط الذرة نواة موجبة الشحنة ، حيث تتركز كل الكتلة ، وتدور الإلكترونات حول النواة في مدارات دائرية على مسافات كبيرة (مثل الكواكب حول الشمس). الشحنة النووية تتطابق مع رقم العنصر الكيميائي في الجدول الدوري.

لم يستطع النموذج الكوكبي لبنية الذرة وفقًا لرذرفورد تفسير عدد من الحقائق المعروفة:

يجب أن يسقط الإلكترون المشحون على النواة بسبب قوى الجذب كولوم ، والذرة هي نظام مستقر ؛ عند التحرك في مدار دائري ، يقترب من النواة ، يجب أن يصدر الإلكترون الموجود في الذرة موجات كهرومغناطيسية من جميع الترددات الممكنة ، أي أن الضوء المنبعث يجب أن يكون له طيف مستمر ، ولكن في الممارسة العملية يتضح بشكل مختلف:

تصدر إلكترونات الذرات ضوءًا بطيف خطي. كان الفيزيائي الدنماركي نيلز بور أول من حاول حل تناقضات النموذج النووي الكوكبي لبنية الذرة.

مسلمات بوهر

بنى بور نظريته على افتراضين. الفرضية الأولى: لا يمكن للنظام الذري أن يكون إلا في حالات خاصة ثابتة أو كمية ، ولكل منها طاقتها الخاصة ؛ في حالة الثبات ، لا تشع الذرة.

هذا يعني أن الإلكترون (على سبيل المثال ، في ذرة الهيدروجين) يمكن أن يكون في عدة مدارات محددة جيدًا. يتوافق كل مدار للإلكترون مع طاقة محددة جيدًا.

الافتراض الثاني: أثناء الانتقال من حالة ثابتة إلى أخرى ، ينبعث أو يمتص كمية من الإشعاع الكهرومغناطيسي. طاقة الفوتون تساوي الفرق بين طاقات الذرة في حالتين: hv = ه م -Ε ن ؛ ح= 6.62 10 -34 ج.ث ، أين ح -ثابت بلانك.

عندما ينتقل إلكترون من مدار قريب إلى مدار أبعد ، يمتص النظام الذري كمية من الطاقة. عند الانتقال من مدار أبعد للإلكترون إلى مدار قريب بالنسبة للنواة ، يصدر النظام الذري كمية من الطاقة.

جعلت نظرية بوهر من الممكن تفسير وجود أطياف الخط.

حتى نهاية القرن التاسع عشر ، تصور معظم العلماء الذرة على أنها جسيم غير قابل للتحلل وغير قابل للتجزئة لعنصر - "عقدة نهاية" للمادة. كان يعتقد أيضًا أن الذرات غير قابلة للتغيير: ذرة عنصر معين لا يمكن تحت أي ظرف من الظروف أن تتحول إلى ذرة من أي عنصر آخر.

تتميز أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين باكتشافات جديدة في الفيزياء والكيمياء ، والتي غيرت وجهة نظر الذرة كجسيم غير متغير ، مما يدل على التركيب المعقد للذرات وإمكانية تحويلها.

يتضمن هذا ، أولاً وقبل كل شيء ، اكتشاف الإلكترون بواسطة الفيزيائي الإنجليزي طومسون في عام 1897 ، واكتشاف النشاط الإشعاعي ودراسته في أواخر التسعينيات من القرن التاسع عشر. أ. بيكريل وماريا وبيير كوري وإي رذرفورد.

حول بداية القرن العشرين. أدت دراسات عدد من الظواهر (إشعاع الأجسام المتوهجة ، التأثير الكهروضوئي ، الأطياف الذرية) إلى استنتاج مفاده أن الطاقة يتم توزيعها ونقلها ، وامتصاصها وانبعاثها ليس بشكل مستمر ، ولكن بشكل منفصل ، في أجزاء منفصلة - كوانتا. يمكن لطاقة نظام من الجسيمات الدقيقة أن تأخذ أيضًا قيمًا معينة فقط ، وهي مضاعفات الكميات.

اقترح إم. بلانك (1900) افتراض الطاقة الكمومية. تتناسب طاقة الكم E مع تردد الإشعاع ν:

حيث h هو ثابت بلانك (6.626 10 -34 Js) ، ν = ، s هي سرعة الضوء ،  هو الطول الموجي.

في عام 1905 ، تنبأ أ. أينشتاين بأن أي إشعاع هو تدفق من كوانتا الطاقة ، يسمى الفوتونات. يترتب على نظرية أينشتاين أن للضوء طبيعة مزدوجة.

في عام 1911 ، اقترح رذرفورد نموذجًا كوكبيًا نوويًا للذرة ، يتكون من نواة ثقيلة ، تتحرك حولها الإلكترونات في مدار ، مثل كواكب النظام الشمسي. ومع ذلك ، كما تظهر نظرية المجال الكهرومغناطيسي ، يجب أن تتحرك الإلكترونات في هذه الحالة في دوامة ، وتصدر طاقة باستمرار ، وتسقط على النواة.

اقترح العالم الدنماركي ن. بور ، باستخدام نموذج رذرفورد ونظرية بلانك ، أول نموذج كمي (1913) لهيكل ذرة الهيدروجين ، والذي وفقًا لتحرك الإلكترونات حول النواة ليس في أي منها ، ولكن فقط في المدارات المسموح بها ، والتي فيها للإلكترون طاقات معينة. عندما ينتقل إلكترون من مدار إلى آخر ، تمتص الذرة أو تصدر الطاقة في شكل كوانتات. جعلت نظرية بوهر من الممكن حساب طاقة الإلكترونات ، وقيم الطاقة الكمومية المنبعثة أثناء انتقال الإلكترون من مستوى إلى آخر. لم تشرح فقط الطبيعة الفيزيائية للأطياف الذرية نتيجة لانتقال الإلكترونات من مدارات ثابتة إلى مدارات أخرى ، ولكنها أتاحت أيضًا لأول مرة حساب الأطياف. أعطى حساب طيف أبسط ذرة ، ذرة الهيدروجين ، الذي أجراه بوهر ، نتائج رائعة: الموضع المحسوب للخطوط الطيفية في الجزء المرئي من الطيف تزامن مع موقعها الفعلي في الطيف. لكن نظرية بور لم تستطع تفسير سلوك الإلكترون في المجال المغناطيسي ، واتضح أن جميع خطوط الطيف الذري غير مناسبة للذرات متعددة الإلكترونات. نشأت الحاجة إلى نموذج جديد للذرة على أساس الاكتشافات في العالم المجهري.

2.3 نموذج ميكانيكي الكم لذرة الهيدروجين. المفاهيم الأولية لميكانيكا الكم

في عام 1924. اقترح Louis de Broglie (فرنسا) أن الإلكترون ، مثل الجسيمات الدقيقة الأخرى ، يتميز بازدواجية الموجة والجسيم. اقترح De Broglie معادلة تتعلق بالطول الموجي (λ) للإلكترون أو أي جسيم آخر بكتلة (م) والسرعة (ت):

موجات من جسيمات المادة دي برولي تسمى موجات مادية. إنها مشتركة لجميع الجسيمات أو الأجسام ، ولكن كما يلي من المعادلة ، بالنسبة للأجسام الكبيرة ، يكون الطول الموجي صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه في الوقت الحالي. إذن ، بالنسبة لجسم كتلته 1000 كجم ، يتحرك بسرعة 108 كم / ساعة (30 م / ث) ، λ = 2.21 10 -38 م.

تم تأكيد فرضية De Broglie تجريبياً من خلال اكتشاف تأثيرات الانعراج والتداخل لتدفق الإلكترون. حاليًا ، يستخدم حيود تدفقات الإلكترونات والنيوترونات والبروتونات على نطاق واسع لدراسة بنية المواد.

في عام 1927 ، افترض دبليو هايزنبرغ (ألمانيا) مبدأ عدم اليقين ، والذي بموجبه لا يمكن تحديد موقع وزخم الجسيم دون الذري (الجسيم الدقيق) من حيث المبدأ في أي لحظة من الزمن بدقة مطلقة. يمكن تحديد خاصية واحدة فقط من هذه الخصائص في كل مرة. Schrödinger (النمسا) في عام 1926 اشتق وصفًا رياضيًا لسلوك الإلكترون في الذرة. يكمن جوهرها في حقيقة أن حركة الإلكترونات في الذرة موصوفة بمعادلة موجية ، وأن تحديد موقع الإلكترون يتم وفقًا لمبادئ احتمالية. معادلة شرودنجر ، التي هي أساس نظرية ميكانيكا الكم الحديثة للهيكل الذري ، لها الشكل (في أبسط الحالات):

أين ح هو ثابت بلانك ؛ م هي كتلة الجسيم ؛ يو هي الطاقة الكامنة ؛ Е - إجمالي الطاقة ؛ x ، y ، z - الإحداثيات ؛ ψ هي دالة الموجة.

لوصف حالة الإلكترون ، فإن الدالة الموجية ψ لها أهمية خاصة. مربعه ، ψ 2 ، له معنى مادي معين. تعبر الكمية ψ 2 dv عن احتمال العثور على إلكترون في حجم الفضاء dv المحيط بنواة الذرة. في الوقت الحالي ، تحتوي المعادلة على حل دقيق فقط للجسيمات الشبيهة بالهيدروجين والهيدروجين He + ، Li 2 + ، أي. لجزيئات الإلكترون الواحد. حل هذه المعادلة صعب ويتجاوز نطاق هذه الدورة.

وضعت أعمال بلانك وأينشتاين وبوهر ودي بروجلي وهايزنبرغ وشرودنجر الأساس لميكانيكا الكم ، التي تدرس حركة وتفاعل الجسيمات الدقيقة. يعتمد على مفهوم الطاقة الكمومية ، الطبيعة الموجية لحركة الجسيمات الدقيقة والطريقة الاحتمالية (الإحصائية) لوصف الكائنات الدقيقة.

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

نشر على http://www.allbest.ru/

المؤسسة التعليمية لميزانية الدولة الفيدرالية للتعليم المهني العالي

"الجامعة التقنية للبترول ولاية أوفا"

قسم الفيزياء

مقال

سمةالملخص: "تطور الأفكار حول بنية النواة الذرية"

اكتمل بواسطة: ST. GR. BTE 13-01 A.A. ABDRAKHMANOV

تحقق من: المعلم أ. أ. كورامشينا

UFA 2014

مقدمة

الجزء الرئيسي

مسلمات بوهر

هيكل النواة الذرية

تجارب رذرفورد

استنتاج

مقدمة

الذرات ، التي كان يعتقد في الأصل أنها غير قابلة للتجزئة ، هي أنظمة معقدة. لديهم نواة ضخمة من البروتونات والنيوترونات ، والتي تتحرك حولها الإلكترونات في الفضاء الفارغ. الذرات صغيرة جدًا - حجمها حوالي 10-10-10-9 م ، وحجم النواة لا يزال أصغر بحوالي 100000 مرة (10-15-10-14 م). لذلك ، يمكن "رؤية" الذرات بشكل غير مباشر فقط ، في صورة ذات نسبة تكبير عالية جدًا (على سبيل المثال ، بمساعدة جهاز عرض إلكتروني تلقائي). لكن حتى في هذه الحالة ، لا يمكن فحص الذرات بالتفصيل. تستند معرفتنا بهيكلهم الداخلي إلى كمية هائلة من البيانات التجريبية ، والتي تشهد بشكل غير مباشر ، ولكن بشكل مقنع ، لصالح ما سبق.

تغير مفهوم بنية الذرة بشكل جذري في القرن العشرين. تحت تأثير الأفكار النظرية الجديدة والبيانات التجريبية. في وصف البنية الداخلية للنواة الذرية ، لا تزال هناك قضايا عالقة تخضع للبحث المكثف. تصف الأقسام التالية تاريخ تطور الأفكار حول بنية الذرة ككل ؛ مقالة منفصلة (هيكل النواة الذرية) مكرسة لبنية النواة ، حيث أن هذه المفاهيم قد تطورت بشكل مستقل إلى حد كبير. الطاقة المطلوبة لفحص الأصداف الخارجية للذرة صغيرة نسبيًا ، حسب ترتيب الطاقة الحرارية أو الكيميائية. لهذا السبب ، تم اكتشاف الإلكترونات تجريبياً قبل وقت طويل من اكتشاف النواة.

للحصول على فكرة عن حجم الذرة والمساحة الفارغة التي تشغلها ، ضع في اعتبارك الذرات التي تشكل قطرة ماء بقطر 1 مم. إذا قمت بزيادة هذا الانخفاض عقليًا إلى حجم الأرض ، فسيكون قطر ذرات الهيدروجين والأكسجين المتضمنة في جزيء الماء 1-2 متر ، ويتركز الجزء الرئيسي من كتلة كل ذرة في لبها ، قطرها 0.01 مم فقط ...

الجزء الرئيسي

تطور الأفكار حول بنية الذرات

يعد اكتشاف التركيب المعقد للذرة أهم مرحلة في تكوين الفيزياء الحديثة. في عملية إنشاء نظرية كمية لبنية الذرة ، والتي جعلت من الممكن شرح الأنظمة الذرية ، تم تشكيل أفكار جديدة حول خصائص الجسيمات الدقيقة ، والتي تم وصفها بواسطة ميكانيكا الكم.

نشأ مفهوم الذرات كجسيمات دقيقة غير قابلة للتجزئة من المواد ، كما هو مذكور أعلاه ، في العصور القديمة (ديموقريطس ، أبيقور ، لوكريتيوس). في العصور الوسطى ، لم يتم الاعتراف بنظرية الذرات ، كونها مادية. بحلول بداية القرن الثامن عشر. النظرية الذرية تكتسب شعبية. بحلول هذا الوقت ، كانت أعمال الكيميائي الفرنسي A. Lavoisier (1743-1794) ، العالم الروسي العظيم M.V. أثبت لومونوسوف والكيميائي والفيزيائي الإنجليزي د. دالتون (1766-1844) حقيقة وجود الذرات. ومع ذلك ، في هذا الوقت لم تنشأ حتى مسألة البنية الداخلية للذرات ، حيث كانت الذرات تعتبر غير قابلة للتجزئة.

قام الكيميائي الروسي المتميز د. Mendeleev ، الذي طور في عام 1869 الجدول الدوري للعناصر ، حيث أثيرت مسألة الطبيعة الفردية للذرات لأول مرة على أساس علمي. في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. ثبت تجريبياً أن الإلكترون هو أحد الأجزاء الرئيسية لأي مادة. أدت هذه الاستنتاجات ، بالإضافة إلى العديد من البيانات التجريبية ، إلى حقيقة أنه في بداية القرن العشرين. نشأت مسألة بنية الذرة بجدية.

يشير وجود علاقة منتظمة بين جميع العناصر الكيميائية ، التي تم التعبير عنها بوضوح في النظام الدوري لمندلييف ، إلى أن بنية جميع الذرات تستند إلى خاصية مشتركة: فجميعهم على علاقة وثيقة مع بعضهم البعض.

ومع ذلك ، حتى نهاية القرن التاسع عشر. في الكيمياء ، ساد الاقتناع الميتافيزيقي بأن الذرة هي أصغر جسيم للمادة البسيطة ، والحد الأخير من قابلية المادة للتجزئة. خلال جميع التحولات الكيميائية ، يتم تدمير وإعادة تكوين الجزيئات فقط ، بينما تظل الذرات دون تغيير ولا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر.

لفترة طويلة ، لم يتم تأكيد الافتراضات المختلفة حول بنية الذرة بواسطة أي بيانات تجريبية. فقط في نهاية القرن التاسع عشر. تم إجراء اكتشافات أظهرت مدى تعقيد بنية الذرة وإمكانية التحول في ظل ظروف معينة لبعض الذرات إلى ذرات أخرى. على أساس هذه الاكتشافات ، بدأت نظرية بنية الذرة تتطور بسرعة.

تم الحصول على أول تأكيد غير مباشر للبنية المعقدة للذرات في دراسة أشعة الكاثود التي تنشأ أثناء التفريغ الكهربائي في الغازات شديدة التخلخل. أدت دراسة خصائص هذه الأشعة إلى استنتاج أنها عبارة عن تيار من الجسيمات الدقيقة تحمل شحنة كهربائية سالبة وتطير بسرعة تقترب من سرعة الضوء. باستخدام طرق خاصة ، كان من الممكن تحديد كتلة جسيمات الكاثود وحجم شحنتها ، لمعرفة أنها لا تعتمد على طبيعة الغاز المتبقي في الأنبوب ، أو على المادة التي تتكون منها الأقطاب الكهربائية صنع ، أو على ظروف تجريبية أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، تُعرف جسيمات الكاثود فقط في الحالة المشحونة ولا يمكن حرمانها من شحنتها وتحويلها إلى جسيمات محايدة كهربائيًا: الشحنة الكهربائية هي جوهر طبيعتها. تم اكتشاف هذه الجسيمات ، التي تسمى الإلكترونات ، في عام 1897 من قبل الفيزيائي الإنجليزي جيه طومسون.

بدأت دراسة بنية الذرة عمليًا في 1897-1898 ، بعد أن تم تحديد طبيعة أشعة الكاثود كتيار من الإلكترونات وتم تحديد حجم الشحنة وكتلة الإلكترون. اقترح طومسون النموذج الأول للذرة ، حيث قدم الذرة على أنها كتلة من المادة ذات شحنة كهربائية موجبة ، حيث تتخلل العديد من الإلكترونات ، مما يحولها إلى كيان محايد كهربائيًا. في هذا النموذج ، تم افتراض أنه تحت تأثير التأثيرات الخارجية ، يمكن للإلكترونات أن تتأرجح ، أي تتحرك بمعدل متسارع. يبدو أن هذا جعل من الممكن الإجابة عن أسئلة حول انبعاث الضوء بواسطة ذرات المادة وأشعة غاما بواسطة ذرات المواد المشعة.

لم يفترض نموذج طومسون للذرة وجود جسيمات موجبة الشحنة داخل الذرة. ولكن كيف ، إذن ، لشرح انبعاث جسيمات ألفا موجبة الشحنة من المواد المشعة؟ لم يُجب نموذج ذرة طومسون على بعض الأسئلة الأخرى أيضًا.

في عام 1911 ، اكتشف الفيزيائي الإنجليزي إي. رذرفورد ، أثناء دراسته لحركة جسيمات ألفا في الغازات والمواد الأخرى ، الجزء الموجب الشحنة من الذرة. أظهرت دراسات أكثر شمولاً أنه عندما تمر حزمة من الأشعة المتوازية عبر طبقات من الغاز أو صفيحة معدنية رفيعة ، لم تعد أشعة متوازية تخرج ، بل متباعدة إلى حد ما: يحدث تشتت جسيمات ألفا ، أي انحرافها عن المسار الأصلي. زوايا الانحراف صغيرة ، ولكن هناك دائمًا عدد قليل من الجسيمات (حوالي واحد من عدة آلاف) تنحرف بشدة. يتم إرجاع بعض الجسيمات ، كما لو تم مواجهة عقبة لا يمكن اختراقها في الطريق. هذه ليست إلكترونات - كتلتها أقل بكثير من كتلة جسيمات ألفا. يمكن أن يحدث الانحراف عند الاصطدام بجسيمات موجبة ، تكون كتلتها من نفس حجم كتلة جسيمات ألفا. بناءً على هذه الاعتبارات ، اقترح رذرفورد المخطط التالي لهيكل الذرة.

يوجد في وسط الذرة نواة موجبة الشحنة ، تدور حولها الإلكترونات في مدارات مختلفة. يتم موازنة قوة الطرد المركزي الناتجة عن دورانها عن طريق التجاذب بين النواة والإلكترونات ، ونتيجة لذلك تبقى على مسافات معينة من النواة. نظرًا لأن كتلة الإلكترون لا تكاد تذكر ، فإن كتلة الذرة تقريبًا تتركز في نواتها. تمثل النواة والإلكترونات ، وعددها صغير نسبيًا ، جزءًا ضئيلًا من المساحة الكاملة التي يشغلها النظام الذري.

مخطط التركيب الذري الذي اقترحه رذرفورد ، أو كما يقال عادة ، النموذج الكوكبي للذرة ، يفسر بسهولة ظاهرة انحراف جسيمات ألفا. في الواقع ، أبعاد النواة والإلكترونات صغيرة للغاية مقارنة بأبعاد الذرة بأكملها ، والتي تحددها مدارات الإلكترونات الأبعد عن النواة ، لذلك تمر معظم جسيمات ألفا عبر الذرات دون انحراف ملحوظ. فقط في الحالات التي يقترب فيها جسيم ألفا من النواة ، يؤدي التنافر الكهربائي إلى انحرافه فجأة عن مساره الأصلي. وهكذا ، فإن دراسة تشتت جسيمات ألفا أرست الأساس للنظرية النووية للذرة.

مسلمات بوهر

جعل النموذج الكوكبي للذرة من الممكن شرح نتائج التجارب على تشتت جسيمات ألفا من المادة ، ومع ذلك ، نشأت صعوبات أساسية في إثبات استقرار الذرات.

تم إجراء أول محاولة لبناء نظرية جديدة نوعيًا - كمومية - للذرة في عام 1913 بواسطة نيلز بور. لقد حدد هدف ربط القوانين التجريبية لأطياف الخط ، ونموذج رذرفورد النووي للذرة ، والطبيعة الكمومية لانبعاث وامتصاص الضوء في مجموعة واحدة. بنى بور نظريته على نموذج رذرفورد النووي. اقترح أن تتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات دائرية. الحركة الدائرية ، حتى عند السرعة الثابتة ، لها تسارع. مثل هذه الحركة المتسارعة للشحنة تعادل التيار المتردد ، الذي يخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا متناوبًا في الفضاء. يتطلب الأمر طاقة لإنشاء هذا المجال. يمكن إنشاء طاقة المجال بسبب طاقة تفاعل كولوم للإلكترون مع النواة. نتيجة لذلك ، يجب أن يتحرك الإلكترون بشكل حلزوني ويسقط على النواة. ومع ذلك ، تظهر التجربة أن الذرات هي تكوينات مستقرة للغاية. ومن ثم فإن نتائج الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية القائمة على معادلات ماكسويل لا تنطبق على العمليات داخل الذرة. من الضروري إيجاد أنماط جديدة. بنى بور نظريته عن الذرة على الافتراضات التالية.

أولا يفترض بورا (يفترض ثابت تنص على): الخامس ذرة موجود ثابت (ليس المتغيرة مع زمن) تنص على، الخامس أي هو ليس ينبعث طاقة. ثابت تنص على ذرة تطابق ثابت مدارات تشغيل أي يتحرك الإلكترونات. مرور الإلكترونات تشغيل ثابت المدارات ليس مصحوبا ب إشعاع الكهرومغناطيسي أمواج.

هذا الافتراض يتعارض مع النظرية الكلاسيكية. في حالة ثبات الذرة ، يجب أن يكون للإلكترون المتحرك في مدار دائري قيم كمية منفصلة للزخم الزاوي.

ثانيا يفترض بورا (القاعدة الترددات): في انتقال إلكترون مع واحد ثابت المدارات تشغيل اخر المنبعثة (يمتص) واحد الفوتون مع طاقة

مساو اختلافات الطاقات المعني ثابت تنص على (إن و إم - على التوالى طاقة ثابت تنص على ذرة قبل و بعد، بعدما إشعاع / امتصاص).

انتقال الإلكترون من مدار ثابت مرقم م إلى مدار ثابت مرقم نيتوافق مع انتقال الذرة من حالة الطاقة إمفي حالة مع الطاقة En (الشكل 1).

أرز. 1 لشرح مسلمات بوهر

عند En> Em ، ينبعث فوتون (انتقال ذرة من حالة ذات طاقة أعلى إلى حالة ذات طاقة أقل ، أي انتقال إلكترون من مدار أبعد من النواة إلى مدار أقرب) ، عندما En< Еm - его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот

انتقالات الكم ويحدد الطيف الخطي للذرة.

شرحت نظرية بوهر ببراعة طيف خط الهيدروجين المرصود تجريبياً.

تم الحصول على نجاحات نظرية ذرة الهيدروجين على حساب التخلي عن الأحكام الأساسية للميكانيكا الكلاسيكية ، والتي ظلت صالحة دون قيد أو شرط لأكثر من 200 عام. لذلك ، كان الدليل التجريبي المباشر على صحة افتراضات بوهر ذا أهمية كبيرة ، لا سيما الأولى - حول وجود حالات ثابتة. يمكن النظر إلى الفرضية الثانية على أنها نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة وفرضية وجود الفوتونات.

قام الفيزيائيان الألمان د. فرانك وج. هيرتز ، بدراسة تصادم الإلكترونات مع ذرات الغاز بطريقة تأخير الجهد (1913) ، بتجربة وجود حالات ثابتة وتمييز قيم الطاقة الذرية.

على الرغم من النجاح غير المشكوك فيه لمفهوم بوهر فيما يتعلق بذرة الهيدروجين ، والتي تبين أنه من الممكن بناء نظرية كمية للطيف ، لم يكن من الممكن إنشاء نظرية مماثلة لذرة الهيدروجين الهليوم التالية على أساس أفكار بوهر. جعلت نظرية بور من الممكن استخلاص استنتاجات نوعية فقط (وإن كانت مهمة جدًا) فيما يتعلق بذرة الهيليوم والذرات الأكثر تعقيدًا. تبين أن مفهوم مدارات معينة يتحرك على طولها إلكترون في ذرة بوهر تعسفي للغاية. في الواقع ، لا علاقة لحركة الإلكترونات في الذرة بحركة الكواكب في المدارات.

حاليًا ، باستخدام ميكانيكا الكم ، يمكنك الإجابة على العديد من الأسئلة المتعلقة ببنية وخصائص ذرات أي عنصر.

نواة ذرة بورون مندليف

هيكل النواة الذرية

مستوى النوكليون

بعد حوالي 20 عامًا من "رؤية" رذرفورد لنواتها في داخل الذرة ، تم اكتشاف نيوترون - جسيم في جميع خصائصه هو نفس نواة ذرة الهيدروجين - بروتون ، ولكن بدون شحنة كهربائية. تبين أن النيوترون ملائم للغاية لسبر النوى الداخلية. نظرًا لأنه محايد كهربائيًا ، فإن المجال الكهربائي للنواة لا يصده - وفقًا لذلك ، يمكن حتى للنيوترونات البطيئة الاقتراب بحرية من النواة على مسافات تبدأ فيها القوى النووية في الظهور. بعد اكتشاف النيوترون ، تقدمت فيزياء العالم الصغير على قدم وساق.

بعد فترة وجيزة من اكتشاف النيوترون ، افترض اثنان من علماء الفيزياء النظرية - الألماني فيرنر هايزنبرغ والسوفيتي دميتري إيفانينكو - أن النواة الذرية تتكون من نيوترونات وبروتونات. يعتمد الفهم الحديث لبنية النواة على ذلك.

تتحد البروتونات والنيوترونات بكلمة nucleon. البروتونات هي جسيمات أولية هي نوى ذرات أخف عنصر كيميائي - الهيدروجين. عدد البروتونات في النواة يساوي العدد الترتيبي للعنصر في الجدول الدوري ويُشار إليه بالرمز Z (عدد النيوترونات - N). يحتوي البروتون على شحنة كهربائية موجبة تساوي في القيمة المطلقة الشحنة الكهربائية الأولية. إنه أثقل بحوالي 1836 مرة من الإلكترون. يتكون البروتون من كواركين i بشحنة Q = + 2/3 وواحد d-quark مع Q = - 1/3 ، مرتبط بمجال gluon. لها أبعاد محدودة تتراوح من 10 إلى 15 مترًا ، على الرغم من أنه لا يمكن تمثيلها على أنها كرة صلبة ، إلا أنها تشبه سحابة ذات حدود غير واضحة ، تتكون من جسيمات افتراضية ناشئة ومبادة.

الشحنة الكهربائية لنيوترون تساوي 0 ، كتلته حوالي 940 ميغا إلكترون فولت. يتكون النيوترون من كوارك واحد واثنين من دي كوارك. هذا الجسيم مستقر فقط في تكوين النوى الذرية المستقرة ، ويتحلل النيوترون الحر إلى إلكترون ، وبروتون ، وإلكترون مضاد للنوترينو. يبلغ نصف عمر النيوترون (الوقت الذي يستغرقه تحلل نصف العدد الأصلي للنيوترونات) حوالي 12 دقيقة. في مادة في شكل حر ، توجد النيوترونات وقتًا أقل بسبب امتصاص النوى القوي لها. مثل البروتون ، يشارك النيوترون في جميع أنواع التفاعلات ، بما في ذلك التفاعل الكهرومغناطيسي: مع الحياد العام ، بسبب تركيبته الداخلية المعقدة ، توجد تيارات كهربائية فيه.

في النواة ، ترتبط النيوكليونات بقوى من نوع خاص - نووي. إحدى سماتها المميزة هي العمل قصير المدى: على مسافات تتراوح بين 10 و 15 مترًا وأقل ، فإنها تتجاوز أي قوى أخرى ، ونتيجة لذلك لا تنتشر النيوكليونات تحت تأثير التنافر الكهروستاتيكي للبروتونات المشحونة. . على مسافات كبيرة ، تنخفض القوات النووية بسرعة كبيرة إلى الصفر.

تعتمد آلية عمل القوى النووية على نفس مبدأ الكهرومغناطيسية - على تبادل الأجسام المتفاعلة مع الجسيمات الافتراضية.

الجسيمات الافتراضية في نظرية الكم هي جسيمات لها نفس الأرقام الكمومية (شحنة الدوران ، الشحنات الكهربائية والباريونية ، إلخ) مثل الجسيمات الحقيقية المقابلة ، ولكن العلاقة المعتادة بين الطاقة والزخم والكتلة لا تثبت لها.

تجارب رذرفورد

في المجال المغناطيسي ، ينقسم تدفق الإشعاع المشع إلى 3 مكونات: أشعة ألفا وأشعة بيتا وأشعة جاما.

تشهد ظاهرة النشاط الإشعاعي على التركيب المعقد للذرة

تجربة رذرفورد لتشتت ألفا

1911 - بدأ إي رذرفورد تجربة حول تشتت جسيمات ألفا. تم تمرير حزمة من جسيمات ألفا من خلال رقاقة ذهبية رفيعة.

تم اختيار الذهب كمادة بلاستيكية للغاية يمكن من خلالها الحصول على رقائق بسمك طبقة ذرية واحدة تقريبًا.

مرت بعض جسيمات ألفا عبر الرقاقة ، مما أدى إلى تشويش على الشاشة ، بينما تم التقاط آثار لجزيئات ألفا الأخرى على الشاشات الجانبية.

أظهرت التجربة أن الشحنة الموجبة للذرة تتركز في حجم صغير جدًا - النواة ، وهناك فجوات كبيرة بين نوى الذرات.

أظهر رذرفورد أن نموذج طومسون يتعارض مع تجاربه.

استنتاج

في الختام ، توصلنا إلى استنتاج مفاده أن مفهوم Rutherford - Bohr هو بالفعل المزيد من جسيمات الحقيقة المطلقة ، على الرغم من أن التطوير الإضافي للفيزياء كشف عن العديد من الأخطاء في هذا المفهوم. يوجد المزيد من المعرفة الصحيحة تمامًا في نظرية ميكانيكا الكم للذرة.

أصبح اكتشاف التركيب المعقد للذرة أكبر حدث في الفيزياء ، حيث تم دحض أفكار الفيزياء الكلاسيكية حول الذرات كوحدات هيكلية صلبة وغير قابلة للتجزئة.

قائمة المصادر المستخدمة

1. الفيزياء للجميع / إل كوبر - "العالم" 1974

2. فيزيائيون / خراموف يو.أ.- علم 1983

3. الفيزياء -9.11 / Peryshkin A.V. - "بوستارد" 2004

4-ملاحظة: كودريافتسيف. "دورة تاريخ الفيزياء" موسكو 1982.

5. M.P. برونشتاين. "الذرات والإلكترونات" م 1980.

6. موارد الإنترنت.

7. http://www.rcio.rsu.ru/.

تم النشر في Allbest.ru

...

وثائق مماثلة

تحليل تطور أفكار المذهب الذري في تاريخ العلوم. دور الجسيمات الأولية والفراغ المادي في بنية الذرة. جوهر النظرية الحديثة للذرية. تحليل النموذج الكمي للذرة. مقدمة لمفهوم "الجزيء" بقلم بيير جاسندي. اكتشاف تأثير كومبتون.

الاختبار ، تمت إضافة 01/15/2013

دراسة مفهوم التركيب الديناميكي للذرة في الفضاء. دراسة تركيب الذرة ونواة الذرة. أوصاف ديناميكيات حركة الأجسام في الفضاء الحقيقي للمجالات المحتملة. تحليل الحركة الحلزونية للجسيمات الكمومية في الفضاء الحر.

تمت إضافة الملخص بتاريخ 2013/05/29

نموذج رذرفورد الكوكبي للذرة. تكوين وخصائص النواة الذرية. كتلة النواة وطاقة الربط. الطاقة الرابطة للنيوكليونات في النواة. التفاعل بين الجسيمات المشحونة. مصادم هادرون الكبير. أحكام نظرية فيزياء الجسيمات الأولية.

ورقة المصطلح ، تمت إضافته في 04/25/2015

تاريخ الاكتشافات في مجال بنية النواة الذرية. نماذج من الذرة قبل بوهر. اكتشاف النواة الذرية. ذرة بورا. انقسام النواة. نموذج البروتون النيوتروني للنواة. النشاط الإشعاعي الاصطناعي. تركيب النوى الذرية وأهم خواصها.

الملخص ، أضيف بتاريخ 05/08/2003

نماذج لبنية الذرة. أشكال المدارات الذرية. مستويات طاقة الذرة. المدار الذري كمنطقة حول نواة الذرة حيث من المرجح أن يوجد الإلكترون. مفهوم البروتون والنيوترون والإلكترون. جوهر النموذج الكوكبي لبنية الذرة.

تمت إضافة العرض بتاريخ 09/12/2013

مستودعات أجزاء الذرة: النواة والبروتونات والنيوترونات والإلكترونيات. نموذج كوكبي للذرة أو نموذج رذرفورد. Kerovana وتفاعل lantsyugov النووي غير المحصول. فهم vibuhu النووي كعملية تطوير قدر كبير من الحرارة وتبادل الطاقة.

تمت إضافة العرض في 21/05/2012

يعد اكتشاف التركيب المعقد للذرة أهم مرحلة في تكوين الفيزياء الحديثة. في عملية إنشاء نظرية كمية للتركيب الذري لشرح الأنظمة الذرية ، تم تشكيل أفكار حول خصائص الجسيمات الدقيقة ، الموصوفة بواسطة ميكانيكا الكم.

الملخص ، تمت الإضافة في 01/05/2009

تاريخ نشأة وتطور النظرية الذرية. مفاهيم أفلاطون وأرسطو حول استمرارية المادة. النظرية الحركية للجزيئات الدموية للحرارة ، واكتشاف النشاط الإشعاعي. نموذج كوكبي مبكر لذرة Nagaoka. تحديد شحنة الإلكترون.

تمت إضافة العرض في 08/28/2013

تطور الأفكار حول بنية الذرات على مثال النماذج من قبل إرنست رذرفورد ونيلز بور. المدارات الثابتة ومستويات الطاقة. شرح أصل خط الانبعاث وأطياف الامتصاص. مزايا وعيوب نظرية ن. بور.

تمت إضافة الملخص في 11/19/2014

مراحل دراسات بنية الذرة بواسطة العلماء طومسون ، رذرفورد ، بوهر. مخططات تجاربهم وتفسير النتائج. نموذج رذرفورد الكوكبي للذرة. المسلمات الكمومية لبوهر. مخططات الانتقال من حالة ثابتة إلى حالة متحمسة والعكس صحيح.

كان مفهوم "الذرة" معروفًا في العصور القديمة واستخدمه الفلاسفة اليونانيون القدماء لوصف الأفكار حول بنية العالم المحيط ، لذلك جادل ليوكيبوس (500-200 قبل الميلاد) بأن العالم يتكون من أصغر الجزيئات والفراغ ، وديموقريطس تسمى هذه الجسيمات بالذرات ويعتقد أنها موجودة إلى الأبد وقادرة على الحركة. وفقًا لأفكار الفلاسفة القدماء ، كانت الذرات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها ، والشكل والاختلاف الخارجي يمنحان خصائص لأجسام معينة. على سبيل المثال ، يجب أن تحتوي ذرات الحديد على "أسنان" لكي تتشابك مع بعضها البعض وتشكل مادة صلبة ، بينما يجب أن تكون ذرات الماء ، على العكس من ذلك ، ملساء ومتدحرجة من أجل توفير السيولة للماء. الافتراض الأول حول قدرة الذرات على التفاعل بشكل مستقل مع بعضها البعض قدمه أبيقور.

م. Lomonosov ، ميز مرحلتين في بنية المادة: العناصر (الذرات ، في فهمنا) والجسيمات (الجزيئات). جادل لومونوسوف بأن المواد البسيطة تتكون من ذرات من نوع واحد ، وذرات معقدة - من ذرات مختلفة.

حظيت النظرية الجزيئية الذرية باعتراف عالمي بفضل ج. دالتون ، الذي ، على عكس الفلاسفة اليونانيين القدماء ، اعتمد فقط على البيانات التجريبية في صياغة تصريحاته. قدم دالتون واحدة من أهم خصائص الذرة - الكتلة الذرية ، والتي تم تحديد القيم النسبية لها لعدد من العناصر. لكن على الرغم من اكتشافاته ، كانت الذرة تعتبر غير قابلة للتجزئة.

بعد الحصول على دليل تجريبي (أواخر القرن التاسع عشر - أوائل القرن العشرين) ، تعقيد بنية الذرة: اكتشاف التأثير الكهروضوئي (انبعاث ناقلات الشحنة الكهربائية من سطح المعادن عند إضاءتها) ، الكاثود (تدفق الجسيمات سالبة الشحنة - الإلكترونات ، في أنبوب يحتوي على الكاثود والأنود) والأشعة السينية (انبعاث إشعاع كهرومغناطيسي قوي بواسطة المواد ، على غرار الضوء المرئي ، ولكن بتردد أعلى ، عندما تعمل أشعة الكاثود على هذه المواد) ، النشاط الإشعاعي (التحول التلقائي لعنصر إلى آخر ، حيث يوجد انبعاث الإلكترونات والجسيمات المشحونة إيجابياً والجسيمات الأخرى ، بالإضافة إلى إشعاع الأشعة السينية) وجد أن الذرة تتكون من جسيمات سالبة وإيجابية تتفاعل مع بعضهم البعض. أعطت هذه الاكتشافات قوة دافعة لإنشاء النماذج الأولى لبنية الذرة.

تم تطوير أحد النماذج الأولى للذرة بواسطة W. Thomson (1902) وفقًا لـ W. Thomson ، الذرة عبارة عن مجموعة من المواد المشحونة إيجابياً ، والإلكترونات موزعة بالتساوي في الداخل ، وذرة الهيدروجين عبارة عن كرة موجبة الشحنة ، بالداخل. أي إلكترون (الشكل 1 أ). تم تنقيح هذا النموذج بواسطة J. Thomson (1904) (الشكل 1 ب). في نفس العام ، اقترح الفيزيائي الياباني H. Nagaoka "نموذج ساتورني" لبنية الذرة ، بافتراض أن الذرة تشبه كوكب زحل - في المركز توجد نواة محاطة بحلقات تتحرك الإلكترونات على طولها (الشكل). . 1 ج).

تم اقتراح نموذج آخر من قبل الفيزيائي الألماني فيليب فون لينارد ، والذي بموجبه تتكون الذرة من جسيمات محايدة صغيرة للغاية (نتيجة لذلك ، فإن معظم الذرة عبارة عن فراغ) ، كل منها عبارة عن مزدوج كهربائي (الشكل 1 د).

أرز. 1. نماذج لبنية الذرة: أ - دبليو طومسون. ب - ج. طومسون ؛ ج - H. Nagaoka ؛ السيد ف. لينارد

بعد تجارب على الجسيمات عام 1911. اقترح رذرفورد ما يسمى ب نموذج كوكبيهيكل الذرة ، على غرار بنية النظام الشمسي (نواة صغيرة موجبة الشحنة في وسط الذرة ، والتي تحتوي تقريبًا على كل كتلة الذرة ، التي تتحرك حولها الإلكترونات في مدارات). تم تطوير نموذج الكواكب بشكل أكبر في أعمال N. Bohr و A. Sommerfeld وغيرهما.

يعتمد النموذج الحديث لبنية الذرة على معرفة ميكانيكا الكم ، والتي تتمثل أطروحتها الرئيسية في أن للجسيمات الدقيقة طبيعة موجية ، وأن للموجات خصائص الجسيمات. تضع ميكانيكا الكم في اعتبارها احتمالية إيجاد إلكترون حول النواة. يُطلق على المساحة حول النواة التي يُرجح أن يوجد فيها الإلكترون اسم المدار.

النظائر

النظائر هي ذرات لها نفس الشحنة النووية لكن كتلتها مختلفة. هذه الذرات لها نفس بنية غلاف الإلكترون وتنتمي إلى نفس العنصر. تظهر دراسة المركبات الطبيعية للعناصر المختلفة وجود نظائر مستقرة في معظم عناصر النظام الدوري. بالنسبة لجميع عناصر الجدول الدوري ، يصل عدد النظائر الموجودة بشكل طبيعي إلى 280.

يمكن تسمية أكثر الأمثلة المدهشة على النظائر بنظائر الهيدروجين - الهيدروجين والديوتيريوم والتريتيوم. تم العثور على الهيدروجين والديوتيريوم في الطبيعة. يتم إنتاج التريتيوم صناعيا.

تسمى النظائر غير المستقرة ، أي التي لها القدرة على التحلل تلقائيًا ، بالنظائر المشعة. يمكن العثور عليها أيضًا في المركبات الطبيعية لعناصر معينة.

تكوين نواة الذرة. التفاعلات النووية

تحتوي نواة الذرة على العديد من الجسيمات الأولية ، وأهمها البروتون (ع) والنيوترون (ن). كتلة البروتون هي 1.0073 amu ، شحنة +1 ، بينما النيوترون متعادل كهربائيًا (شحنة 0) وله كتلة 1.0087 amu.

وفقًا لنظرية البروتون والنيوترون الخاصة بهيكل النواة (DD Ivanenko ، EN Gapon ، 1932) ، تتكون نوى جميع الذرات ، باستثناء الهيدروجين ، من Z بروتونات ونيوترونات (AZ) (Z هو الرقم الترتيبي للعنصر) ، A هو العدد الكتلي). عدد الإلكترونات يساوي عدد البروتونات.

حيث N هو عدد النيوترونات.

يتم تحديد خصائص النواة من خلال تكوينها (عدد p و n). لذلك ، على سبيل المثال ، في ذرة الأكسجين 16 8 O 8 بروتونات و 16-8 = 8 نيوترونات ، والتي تمت كتابتها باختصار 8p ، 8n.

داخل النوى ، يمكن أن يتحول p و n (في ظل ظروف معينة) إلى بعضهما البعض:

حيث e + هو بوزيترون (جسيم أولي كتلته تساوي كتلة إلكترون م وشحنة +1) ، و u عبارة عن نيوترينوات ومضادات نيوترينوات ، جسيمات أولية لها كتلة وشحنة تساوي الصفر ، تختلف فقط في غزل.

التفاعلات النووية هي تحولات في النوى الذرية نتيجة تفاعلها مع الجسيمات الأولية أو مع بعضها البعض. عند كتابة معادلات التفاعلات النووية ، من الضروري مراعاة قوانين حفظ الكتلة والشحنة. على سبيل المثال: 27 13 Al + 4 2 He = 30 14 Si + 1 1 H.

من سمات التفاعلات النووية إطلاق كمية هائلة من الطاقة في شكل طاقة حركية للجسيمات الناتجة أو الإشعاع.

مهام:

1. حدد عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في ذرات S و Se و Al و Ru.

2. إنهاء التفاعلات النووية: 14 7 N + 4 2 He =؛ 12 6 ج + 1 0 ن =.

الإجابات:

1.S: Z = 16 ، A = 32 ، بالتالي 16p ، 16e ، 32-16 = 16n

Se: Z = 34 ، A = 79 ، لذلك 34p ، 34e ، 79-34 = 45n

Al: Z = 13 ، A = 27 ، لذلك 13p ، 13e ، 27-13 = 14n

Ru: Z = 44 ، A = 101 ، بالتالي 44p ، 44e ، 101-44 = 57n

2.14 7 N + 4 2 هو = 17 8 O + 1 1 H

12 6 ج + 1 0 ن = 9 4 كن + 4 2 هي