Maendeleo ya mawazo juu ya maendeleo ya atomi katika kemia. Mageuzi ya mawazo kuhusu muundo wa kiini cha atomiki. Jedwali la mara kwa mara la vipengele

Tawi la fizikia linalosoma muundo wa ndani wa atomi. Atomu, ambazo awali zilifikiriwa kuwa hazigawanyiki, ni mifumo changamano. Zina kiini kikubwa cha protoni na neutroni, ambazo elektroni husogea katika nafasi tupu. Atomu ni ndogo sana - vipimo vyake ni kama 10-10-10-9 m, na vipimo vya nucleus bado ni ndogo mara 100,000 (10 -15 -10 -14 m). Kwa hiyo, atomi zinaweza tu "kuonekana" kwa njia isiyo ya moja kwa moja, katika picha yenye ukuzaji wa juu sana (kwa mfano, kwa kutumia projekta ya utoaji wa shamba). Lakini hata katika kesi hii, atomi haziwezi kuonekana kwa undani. Ujuzi wetu wa muundo wao wa ndani unategemea idadi kubwa ya data ya majaribio, ambayo inaunga mkono moja kwa moja lakini kwa kushawishi yaliyo hapo juu.

Mawazo juu ya muundo wa atomi yalibadilika sana katika karne ya 20. kuathiriwa na mawazo mapya ya kinadharia na data ya majaribio. Bado kuna maswali ambayo hayajatatuliwa katika maelezo ya muundo wa ndani wa kiini cha atomiki, ambayo ni somo la utafiti wa kina. Sehemu zifuatazo zinaelezea historia ya maendeleo ya mawazo kuhusu muundo wa atomu kwa ujumla; makala tofauti imejitolea kwa muundo wa kiini ( MUUNDO WA NUKELESI ATOMI), kwa kuwa mawazo haya yalikua kwa kiasi kikubwa kwa kujitegemea. Nishati inayohitajika kusoma maganda ya nje ya atomi ni ndogo, kwa mpangilio wa nishati ya joto au kemikali. Kwa sababu hii, elektroni ziligunduliwa kwa majaribio muda mrefu kabla ya ugunduzi wa kiini.

Nucleus, licha ya ukubwa wake mdogo, imefungwa kwa nguvu sana, hivyo inaweza kuharibiwa na kujifunza tu kwa msaada wa nguvu za mamilioni ya mara kali zaidi kuliko nguvu zinazofanya kati ya atomi. Maendeleo ya haraka katika kuelewa muundo wa ndani wa kiini ilianza tu na ujio wa accelerators chembe. Ni tofauti hii kubwa ya saizi na nishati inayofunga ambayo inaruhusu sisi kuzingatia muundo wa atomi kwa ujumla tofauti na muundo wa kiini.

Ili kupata wazo la saizi ya atomi na nafasi tupu ambayo inachukua, fikiria atomi zinazounda tone la maji na kipenyo cha mm 1. Ikiwa kiakili unaongeza tone hili kwa ukubwa wa Dunia, basi atomi za hidrojeni na oksijeni zilizojumuishwa kwenye molekuli ya maji zitakuwa na kipenyo cha 1-2 m Wingi wa wingi wa kila atomi hujilimbikizia katika msingi wake, kipenyo ambayo ilikuwa 0.01 mm tu.

Historia ya kuibuka kwa mawazo ya jumla zaidi kuhusu atomu kwa kawaida inaanzia wakati wa mwanafalsafa wa Kigiriki Democritus (c. 460 - c. 370 BC), ambaye alifikiria sana juu ya chembe ndogo zaidi ambazo dutu yoyote inaweza kugawanywa. . Kikundi cha wanafalsafa Wagiriki waliokuwa na maoni kwamba chembe ndogo sana zisizoweza kugawanyika zilikuwepo waliitwa wanaatomu. Mwanafalsafa wa Kigiriki Epicurus (c. 342–270 BC) alikubali nadharia ya atomiki, na katika karne ya kwanza KK. mmoja wa wafuasi wake, mshairi na mwanafalsafa wa Kirumi Lucretius Carus, alielezea mafundisho ya Epicurus katika shairi "Juu ya Hali ya Mambo," shukrani ambayo ilihifadhiwa kwa vizazi vilivyofuata. Aristotle (384-322 KK), mmoja wa wanasayansi wakubwa wa zamani, hakukubali nadharia ya atomiki, na maoni yake juu ya falsafa na sayansi baadaye yalitawala katika fikra za enzi za kati. Nadharia ya Atomu haikuonekana kuwepo hadi mwisho kabisa wa Renaissance, wakati hoja za kifalsafa za kubahatisha zilibadilishwa na majaribio.

Wakati wa Renaissance, utafiti wa kimfumo ulianza katika nyanja ambazo sasa zinaitwa kemia na fizikia, zikileta maarifa mapya juu ya asili ya "chembe zisizoweza kugawanywa." R. Boyle (1627–1691) na I. Newton (1643–1727) waliegemeza hoja zao juu ya wazo la kuwepo kwa chembe zisizogawanyika za jambo. Hata hivyo, si Boyle wala Newton waliohitaji nadharia ya kina ya atomiki ili kueleza matukio ambayo yaliwapendeza, na matokeo ya majaribio yao hayakufunua jambo lolote jipya kuhusu sifa za “atomi.”

MUUNDO WA ATOMI

Sheria za Dalton. Uthibitisho wa kwanza wa kweli wa kisayansi wa nadharia ya atomiki, ambayo ilionyesha kwa uthabiti usawa na urahisi wa nadharia kwamba kila kipengele cha kemikali kina chembe ndogo zaidi, ilikuwa kazi ya mwalimu wa hisabati wa shule ya Kiingereza J. Dalton (1766-1844), ambaye makala yake. kujitolea kwa tatizo hili ilionekana katika 1803.

Dalton alisoma mali ya gesi, haswa uwiano wa kiasi cha gesi ambazo ziliguswa na kuunda kiwanja cha kemikali, kwa mfano, katika malezi ya maji kutoka kwa hidrojeni na oksijeni. Aligundua kuwa uwiano wa kiasi cha majibu ya hidrojeni na oksijeni daima ni uwiano wa integers ndogo. Kwa hivyo, wakati maji (H 2 O) yanapoundwa, 2.016 g ya gesi ya hidrojeni huguswa na 16 g ya oksijeni, na wakati peroxide ya hidrojeni (H 2 O 2) inapoundwa, 32 g ya gesi ya oksijeni humenyuka na 2.016 g ya hidrojeni. Misa ya oksijeni inayojibu kwa wingi sawa wa hidrojeni kuunda misombo hii miwili inahusiana kama nambari ndogo:

Kulingana na matokeo kama haya, Dalton alitunga "sheria yake ya uwiano nyingi." Kwa mujibu wa sheria hii, ikiwa vipengele viwili vinachanganyika kwa uwiano tofauti ili kuunda misombo tofauti, basi wingi wa moja ya vipengele vinavyochanganya na kiasi sawa cha kipengele cha pili huhusiana na namba ndogo nzima. Kulingana na sheria ya pili ya Dalton, "sheria ya uwiano wa mara kwa mara," katika kiwanja chochote cha kemikali uwiano wa wingi wa vipengele vyake vya kawaida daima ni sawa. Kiasi kikubwa cha data ya majaribio, inayohusiana na si tu kwa gesi, lakini pia kwa maji na misombo imara, ilikusanywa na J. Berzelius (1779-1848), ambaye alifanya vipimo sahihi vya molekuli za kukabiliana na vipengele kwa misombo mingi. Data yake ilithibitisha sheria zilizoundwa na Dalton na ilionyesha kwa hakika kwamba kila kipengele kina kitengo kidogo cha molekuli.

Nakala za atomiki za Dalton zilikuwa na faida zaidi ya mawazo ya kufikirika ya wanaatomi wa kale wa Kigiriki kwamba sheria zake zilifanya iwezekane kueleza na kuhusisha matokeo ya majaribio halisi, na pia kutabiri matokeo ya majaribio mapya. Alipendekeza kwamba 1) atomi zote za kitu kimoja zinafanana katika mambo yote, haswa, wingi wao ni sawa; 2) atomi za vitu tofauti zina mali tofauti, haswa, misa yao ni tofauti; 3) kiwanja, tofauti na kipengele, kina idadi fulani kamili ya atomi za kila moja ya vipengele vyake; 4) katika athari za kemikali, ugawaji wa atomi unaweza kutokea, lakini hakuna chembe moja inayoharibiwa au kuundwa tena. (Kwa kweli, kama ilivyotokea mwanzoni mwa karne ya 20, machapisho haya hayajatimizwa kabisa, kwani atomi za kitu kimoja zinaweza kuwa na misa tofauti, kwa mfano, hidrojeni ina aina tatu kama hizo, zinazoitwa isotopu; kwa kuongeza, atomi. inaweza kupitia mabadiliko ya mionzi na hata kuanguka kabisa, lakini si katika athari za kemikali zinazozingatiwa na Dalton.) Kulingana na postulates hizi nne, nadharia ya atomiki ya Dalton ilitoa maelezo rahisi zaidi ya sheria za uwiano wa mara kwa mara na nyingi.

Ingawa sheria za Dalton ndizo msingi wa kemia, haziamui ukubwa halisi na wingi wa atomi. Hawasemi chochote kuhusu idadi ya atomi zilizo katika wingi fulani wa kipengele au kiwanja. Molekuli za dutu sahili ni ndogo mno kuweza kupimwa kila mmoja, kwa hivyo ni lazima mbinu zisizo za moja kwa moja zitumike kubainisha wingi wa atomi na molekuli.

Nambari ya jina la Avogadro. Mnamo 1811, A. Avogadro (1776-1856) aliweka mbele nadharia iliyorahisisha sana uchanganuzi wa jinsi misombo inavyoundwa kutoka kwa elementi na kuanzisha tofauti kati ya atomi na molekuli. Wazo lake lilikuwa kwamba viwango sawa vya gesi kwenye joto sawa na shinikizo vina idadi sawa ya molekuli. Kimsingi, wazo la hii linaweza kupatikana katika kazi ya awali ya J. Gay-Lussac (1778-1850), ambaye alianzisha kwamba uwiano wa kiasi cha vipengele vya gesi vinavyoingia kwenye mmenyuko wa kemikali huonyeshwa kwa idadi nzima, ingawa tofauti. kutoka kwa uwiano wa wingi uliopatikana na Dalton. Kwa mfano, lita 2 za gesi ya hidrojeni (H 2 molekuli), kuchanganya na lita 1 ya gesi ya oksijeni (O 2 molekuli), kuunda lita 1 ya mvuke wa maji (H 2 O molekuli).

Idadi ya kweli ya molekuli katika kiasi fulani cha gesi ni kubwa sana, na hadi 1865 haikuweza kuamua kwa usahihi unaokubalika. Hata hivyo, tayari katika wakati wa Avogadro, makadirio mabaya yalifanywa kulingana na nadharia ya kinetic ya gesi. Kitengo cha urahisi sana cha kupima kiasi cha dutu ni mole, i.e. kiasi cha dutu ambayo kuna molekuli nyingi kama kuna atomi katika kilo 0.012 ya isotopu ya kawaida ya kaboni 12 C. Mole moja ya gesi bora chini ya hali ya kawaida (n.s.), i.e. joto la kawaida na shinikizo, inachukua kiasi cha lita 22.4. Nambari ya Avogadro ni jumla ya idadi ya molekuli katika mole moja ya dutu au katika lita 22.4 za gesi katika hali ya mazingira. Njia zingine, kama vile radiografia, toa nambari ya Avogadro N 0 maadili sahihi zaidi kuliko yale yaliyopatikana kwa msingi wa nadharia ya kinetic. Thamani inayokubalika kwa sasa ni 6.0221367×10 atomi 23 (molekuli) katika mole moja. Kwa hiyo, lita 1 ya hewa ina takriban 3 × 10 22 molekuli ya oksijeni, nitrojeni na gesi nyingine.

Jukumu muhimu la nambari ya Avogadro kwa fizikia ya atomiki ni kutokana na ukweli kwamba inaruhusu mtu kuamua wingi na vipimo vya takriban vya atomi au molekuli. Kwa kuwa uzito wa lita 22.4 za gesi ya H2 ni 2.016 × 10 -3 kg, uzito wa atomi moja ya hidrojeni ni 1.67 × 10 -27 kg. Ikiwa tunadhania kuwa katika mwili thabiti atomi ziko karibu na kila mmoja, basi nambari ya Avogadro itaturuhusu kukadiria takriban radius. r, tuseme, atomi za alumini. Kwa alumini, mole 1 ni sawa na kilo 0.027, na wiani ni 2.7H103 kg/m3. Katika kesi hii tunayo

Wapi r» 1.6×10 -10 m Kwa hivyo, makadirio ya kwanza ya nambari ya Avogadro yalitoa wazo la saizi za atomiki.

Ugunduzi wa elektroni. Data ya majaribio kuhusiana na uundaji wa misombo ya kemikali ilithibitisha kuwepo kwa chembe za "atomiki" na ilifanya iwezekanavyo kuhukumu ukubwa mdogo na wingi wa atomi binafsi. Hata hivyo, muundo halisi wa atomi, kutia ndani kuwepo kwa chembe hata ndogo zaidi zinazofanyiza atomu, uliendelea kuwa wazi hadi ugunduzi wa J. J. Thomson wa elektroni mwaka wa 1897. Hadi wakati huo, atomu ilizingatiwa kuwa haiwezi kugawanyika na tofauti katika sifa za kemikali za vipengele mbalimbali. hakuwa na maelezo. Hata kabla ya ugunduzi wa Thomson, majaribio kadhaa ya kuvutia yalikuwa yamefanywa ambapo watafiti wengine walichunguza mkondo wa umeme katika mirija ya glasi iliyojaa gesi kwa shinikizo la chini. Mirija kama hiyo, inayoitwa mirija ya Geissler baada ya mpiga kioo wa Ujerumani G. Geissler (1815-1879), ambaye alianza kuzitengeneza, ilitoa mwangaza mkali wakati wa kushikamana na upepo wa juu-voltage wa coil ya induction. Utoaji huu wa umeme ulipendezwa na W. Crookes (1832-1919), ambaye alianzisha kwamba asili ya kutokwa kwenye bomba hubadilika kulingana na shinikizo, na kutokwa hupotea kabisa kwa utupu wa juu. Uchunguzi wa baadaye wa J. Perrin (1870-1942) ulionyesha kuwa "miale ya cathode" ambayo husababisha mwanga ni chembe zenye chaji hasi ambazo husogea kwenye mstari ulionyooka, lakini zinaweza kupotoshwa na uwanja wa sumaku. Hata hivyo, chaji na wingi wa chembe hizo ulibakia kujulikana na haikuwa wazi ikiwa chembe zote hasi zilikuwa sawa.

Sifa kuu ya Thomson ilikuwa uthibitisho kwamba chembe zote zinazounda miale ya cathode zinafanana na ni sehemu ya maada. Kutumia aina maalum ya bomba la kutokwa, iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 1, Thomson alipima uwiano wa kasi na chaji-kwa-misa wa chembe za miale ya cathode, ambazo baadaye ziliitwa elektroni. Elektroni ziliruka nje ya cathode chini ya ushawishi wa kutokwa kwa voltage ya juu kwenye bomba. Kupitia apertures D Na E Ni wale tu wanaoruka kwenye mhimili wa bomba walipitia.

Mchele. 1. UTOZO KWA UWIANO WA MISA. Mrija unaotumiwa na mwanafizikia wa Kiingereza J. Thomson kubainisha uwiano wa chaji-kwa-misa wa miale ya cathode. Majaribio haya yalisababisha ugunduzi wa elektroni.

Katika hali ya kawaida, elektroni hizi hupiga katikati ya skrini ya luminescent. (Mrija wa Thomson ulikuwa "tube ya mionzi ya cathode" ya kwanza yenye skrini, mtangulizi wa bomba la picha ya televisheni.) Bomba hilo pia lilikuwa na jozi ya sahani za capacitor za umeme ambazo, zikiwashwa, zinaweza kupotosha elektroni. Nguvu za umeme F E, akitenda kwa malipo e kutoka kwa uwanja wa umeme E, inatolewa na usemi

F E = eE .

Kwa kuongezea, uwanja wa sumaku unaweza kuunda katika eneo moja la bomba kwa kutumia jozi za coil zinazobeba sasa, zenye uwezo wa kupotosha elektroni kwa mwelekeo tofauti. Nguvu F H, kaimu kutoka kwa uwanja wa sumaku H, sawia na nguvu ya shamba, kasi ya chembe v na malipo yake e :

F H = Hev .

Thomson alirekebisha mashamba ya umeme na magnetic ili upungufu wa jumla wa elektroni ulikuwa sifuri, i.e. boriti ya elektroni ilirudi kwenye nafasi yake ya awali. Kwa kuwa katika kesi hii nguvu zote mbili F E Na F H ni sawa, kasi ya elektroni hutolewa na

v = E/H .

Thomson aligundua kuwa kasi hii inategemea voltage kwenye bomba V na kwamba nishati ya kinetic ya elektroni mv 2/2 ni sawa na voltage hii, i.e. mv 2 /2 = eV. (Kwa hiyo neno "electron-volt" kwa nishati inayopatikana kwa chembe yenye chaji sawa na ile ya elektroni inapoongezwa kasi kwa tofauti inayoweza kutokea ya 1 V.) Kwa kuchanganya mlinganyo huu na usemi wa kasi ya elektroni, ilipata uwiano wa malipo kwa wingi:

Majaribio haya yalifanya iwezekanavyo kuamua uhusiano e /m kwa elektroni na kutoa takriban thamani ya malipo e. Thamani kamili e ilipimwa na R. Milliken, ambaye katika majaribio yake alihakikisha kwamba matone ya mafuta yaliyochajiwa yananing'inia hewani kati ya sahani za capacitor. Hivi sasa, sifa za elektroni zinajulikana kwa usahihi mkubwa:

Kwa hivyo, wingi wa elektroni ni chini sana kuliko wingi wa atomi ya hidrojeni:

Majaribio ya Thomson yalionyesha kuwa elektroni katika kutokwa kwa umeme zinaweza kutokea kutoka kwa dutu yoyote. Kwa kuwa elektroni zote ni sawa, vipengele lazima vitofautiane tu kwa idadi ya elektroni. Kwa kuongeza, thamani ndogo ya molekuli ya elektroni ilionyesha kuwa wingi wa atomi haukujilimbikizia ndani yao.

Thomson molekuli spectrograph. Hivi karibuni sehemu iliyobaki ya atomi iliyo na malipo chanya inaweza kuzingatiwa kwa kutumia bomba sawa, licha ya kubadilishwa, kutokwa, ambayo ilifanya iwezekane kufungua elektroni. Tayari majaribio ya kwanza na mirija ya kutokwa ilionyesha kuwa ikiwa cathode iliyo na shimo imewekwa katikati ya bomba, basi chembe zilizo na chaji chanya hupitia "channel" kwenye cathode, na kusababisha skrini ya fluorescent iko mwishoni mwa bomba. kutoka kwa anode hadi kuangaza. "Mihimili ya chaneli" hii pia ilipotoshwa na uwanja wa sumaku, lakini kwa mwelekeo tofauti na elektroni.

Thomson aliamua kupima wingi na chaji ya mihimili hii mipya, pia kwa kutumia sehemu za umeme na sumaku kugeuza chembe hizo. Chombo chake cha kusoma miale chanya, "spectrograph ya wingi," imeonyeshwa kwa mpangilio kwenye Mtini. 2. Ni tofauti na kifaa kilichoonyeshwa kwenye Mtini. 1, kwa kuwa uwanja wa umeme na sumaku hupotosha chembe kwenye pembe za kulia kwa kila mmoja, na kwa hivyo kupotoka kwa "sifuri" hakuwezi kupatikana. Atomi zilizochajiwa vyema kwenye njia kati ya anode na cathode zinaweza kupoteza elektroni moja au zaidi, na kwa sababu hii inaweza kuharakishwa kwa nishati tofauti. Atomi za aina moja zenye chaji na wingi sawa, lakini zikiwa zimeenea kwa kasi ya mwisho, zitachora mstari uliopinda (sehemu ya parabola) kwenye skrini ya mwangaza au sahani ya picha. Mbele ya atomi zilizo na misa tofauti, atomi nzito (zilizo na malipo sawa) zitatoka kidogo kutoka kwa mhimili wa kati kuliko nyepesi. Katika Mtini. Kielelezo cha 3 kinaonyesha picha ya vielelezo vilivyopatikana kwenye spectrograph ya wingi ya Thomson. Parabola nyembamba zaidi inalingana na atomi nzito zaidi ya ioni moja (atomu ya zebaki), ambayo elektroni moja imetolewa. Parabola mbili pana zaidi zinalingana na hidrojeni, moja hadi atomiki H +, na nyingine kwa molekuli H 2 +, zote mbili ni ionized moja. Katika baadhi ya matukio mbili, tatu, au hata chaji nne hupotea, lakini hidrojeni ya atomiki haijawahi kuzingatiwa kuwa ionized zaidi ya mara moja. Hali hii ilikuwa dalili ya kwanza kwamba atomi ya hidrojeni ina elektroni moja tu, i.e. ni rahisi zaidi ya atomi.

Mchele. 2. MASS SPECTROGRAPHER, iliyotumiwa na Thomson kubainisha wingi wa jamaa wa atomi mbalimbali kutokana na kukengeushwa kwa miale chanya katika uga wa sumaku na umeme.

Mchele. 3. MASS SPECTRA, picha na usambazaji wa atomi ionized ya dutu tano, zilizopatikana katika spectrograph ya molekuli. Kadiri wingi wa atomi unavyokuwa mkubwa, ndivyo mkengeuko unavyopungua.

Ushahidi mwingine wa muundo tata wa atomi. Wakati huo huo Thomson na watafiti wengine walikuwa wakijaribu miale ya cathode, ugunduzi wa X-rays na mionzi ulileta ushahidi zaidi wa muundo tata wa atomi. Mnamo 1895, V. Roentgen (1845-1923) aligundua kwa bahati mbaya mionzi ya ajabu (“ X-rays"), akipenya kupitia karatasi nyeusi ambayo alifunga bomba la Crookes wakati akichunguza eneo la kijani la luminescent la kutokwa kwa umeme. X-rays ilisababisha mwanga wa skrini ya mbali iliyofunikwa na bariamu ya fuwele platinocyanide. Roentgen aligundua kuwa vitu mbalimbali vya unene tofauti vilivyoletwa kati ya skrini na bomba vilidhoofisha mwanga, lakini haukuzima kabisa. Hii ilionyesha uwezo wa juu sana wa kupenya X- miale. X-ray pia iligundua kuwa miale hii huenea kwa njia ya mstatili na haipotoshwi na sehemu za umeme na sumaku. Kuibuka kwa mionzi kama hiyo isiyoonekana, inayopenya kutoka kwa bombardment ya elektroni ya vifaa anuwai ilikuwa kitu kipya kabisa. Ilijulikana kuwa mwanga unaoonekana kutoka kwa mirija ya Geissler ulijumuisha "mistari ya spectral" yenye urefu maalum wa mawimbi na kwa hivyo ilihusishwa na "mitetemo" ya atomi ambazo zilikuwa na masafa tofauti. Kipengele muhimu cha mionzi mpya, ambayo iliitofautisha na spectra ya macho, pamoja na uwezo wake wa juu wa kupenya, ilikuwa kwamba spectra ya macho ya vipengele na idadi ya elektroni zinazoongezeka mfululizo zilikuwa tofauti kabisa na kila mmoja, wakati spectra. X-ale ilibadilika kidogo sana kutoka kipengele hadi kipengele.

Ugunduzi mwingine unaohusiana na muundo wa atomiki ulikuwa kwamba atomi za vitu vingine zinaweza kutoa mionzi moja kwa moja. Jambo hili liligunduliwa mwaka wa 1896 na A. Becquerel (1852–1908). Becquerel aligundua mionzi kwa kutumia chumvi za urani wakati akisoma mwangaza wa chumvi chini ya ushawishi wa mwanga na uhusiano wake na mwangaza wa glasi kwenye bomba la X-ray. Katika moja ya majaribio, nyeusi ya sahani ya picha, imefungwa kwa karatasi nyeusi na iko karibu na chumvi ya urani katika giza kamili, ilionekana. Ugunduzi huu wa kiajali ulichochea utafutaji wa kina wa mifano mingine ya mionzi asilia na majaribio ya kubainisha asili ya miale iliyotolewa. Mnamo 1898, P. Curie (1859-1906) na M. Curie (1867-1934) waligundua vipengele viwili zaidi vya mionzi - polonium na radiamu. E. Rutherford (1871-1937), baada ya kusoma uwezo wa kupenya wa mionzi ya urani, alionyesha kwamba kuna aina mbili za mionzi: mionzi "laini" sana, ambayo inafyonzwa kwa urahisi na dutu na ambayo Rutherford aliita miale ya alpha, na kupenya zaidi. mionzi, ambayo aliiita beta-rays. Miale ya Beta ilifanana na elektroni za kawaida, au "miale ya cathode," inayotokea kwenye mirija ya kutoa uchafu. Miale ya alpha iligunduliwa kuwa na chaji na wingi sawa na atomi za heliamu zilizoondolewa elektroni zake mbili. Aina ya tatu ya mionzi, inayoitwa mionzi ya gamma, iligeuka kuwa sawa na X- miale, lakini ilikuwa na nguvu kubwa zaidi ya kupenya.

Ugunduzi huu wote ulionyesha wazi kwamba atomi "haigawanyiki." Siyo tu kwamba imeundwa na sehemu ndogo zaidi (elektroni na chembe chanya nzito), lakini chembe ndogo hizi na zingine huonekana kutolewa moja kwa moja wakati wa kuoza kwa mionzi ya vitu vizito. Kwa kuongezea, atomi sio tu hutoa mionzi katika eneo linaloonekana kwa masafa tofauti, lakini pia inaweza kuwa na msisimko sana hivi kwamba huanza kutoa mionzi "ngumu" ya umeme, ambayo ni. X- miale.

Mfano wa Thomson wa atomi. J. Thomson, ambaye alitoa mchango mkubwa katika uchunguzi wa majaribio wa muundo wa atomi, alitafuta kupata kielelezo ambacho kingeeleza sifa zake zote zinazojulikana. Kwa kuwa sehemu kubwa ya wingi wa atomi imejilimbikizia sehemu yake iliyojazwa chaji chanya, alidhani kwamba chembe hiyo ni mgawanyo wa duara wa chaji chanya na radius ya takriban 10 -10 m, na juu ya uso wake kuna elektroni zilizoshikiliwa na elastic. nguvu zinazowawezesha kuzunguka (Mchoro 4). Chaji hasi ya elektroni hughairi chaji chanya, ili atomi isiwe na upande wowote wa umeme. Elektroni ziko kwenye tufe, lakini zinaweza kufanya oscillations rahisi ya harmonic kuhusiana na nafasi ya usawa. Oscillations hiyo inaweza kutokea tu kwa masafa fulani, ambayo yanahusiana na mistari nyembamba ya spectral inayozingatiwa kwenye zilizopo za kutokwa kwa gesi. Elektroni zinaweza kuondolewa kwenye nafasi zao kwa urahisi kabisa, na hivyo kusababisha "ioni" zenye chaji chanya zinazounda "mihimili ya chaneli" katika majaribio ya spectrografu. X-rays yanahusiana na overtones ya juu sana ya vibrations ya msingi ya elektroni. Chembe za alfa zinazozalishwa wakati wa mageuzi ya mionzi ni sehemu ya tufe chanya, iliyopigwa nje yake kama matokeo ya kupasuka kwa nguvu kwa atomi.

Mchele. 4. ATOMU, kulingana na mfano wa Thomson. Elektroni hushikiliwa ndani ya tufe iliyochajiwa vyema na nguvu za elastic. Wale ambao wako juu ya uso wanaweza "kupigwa" kwa urahisi kabisa, na kuacha atomi ya ionized.

Walakini, mtindo huu uliibua pingamizi kadhaa. Mojawapo yao ilitokana na ukweli kwamba, kama wataalamu wa spectroscopic ambao walipima njia za utoaji wa hewa chafu waligundua, masafa ya mistari hii si mizidishio rahisi ya masafa ya chini zaidi, kama inavyopaswa kuwa katika kesi ya oscillations ya mara kwa mara ya chaji. Badala yake, wao husogea karibu zaidi kadiri masafa yanavyoongezeka, kana kwamba wanakaribia kikomo. Tayari mnamo 1885, I. Balmer (1825-1898) aliweza kupata fomula rahisi ya majaribio inayounganisha masafa ya mistari katika sehemu inayoonekana ya wigo wa hidrojeni:

Wapi n- frequency, c- kasi ya mwanga (3 × 10 8 m/s), n- nambari kamili na RH- sababu fulani ya mara kwa mara. Kulingana na fomula hii, katika safu fulani ya mistari ya spectral ya hidrojeni haipaswi kuwa na mistari iliyo na urefu wa wimbi. l chini ya 364.56 nm (au masafa ya juu) sambamba na n= Ґ. Hii iligeuka kuwa kesi, na hii ikawa pingamizi kubwa kwa mfano wa Thomson wa atomi, ingawa majaribio yalifanywa kuelezea tofauti na tofauti katika nguvu za kurejesha elastic kwa elektroni tofauti.

Kulingana na mfano wa Thomson wa atomi, pia ilikuwa vigumu sana kueleza utoaji wa mionzi ya X-ray au mionzi ya gamma kwa atomi.

Ugumu katika modeli ya atomiki ya Thomson pia ulisababishwa na mtazamo e/m chaji kwa wingi kwa atomi ambazo zimepoteza elektroni zao ("miale ya chaneli"). Atomu rahisi zaidi ni atomi ya hidrojeni yenye elektroni moja na tufe kubwa kiasi inayobeba chaji moja chanya. Hapo awali, mnamo 1815, W. Prout alipendekeza kwamba atomi zote nzito zaidi zijumuishe atomi za hidrojeni, na ingeeleweka ikiwa wingi wa atomi hiyo ungeongezeka kulingana na idadi ya elektroni. Hata hivyo, vipimo vimeonyesha kuwa uwiano wa malipo kwa wingi si sawa kwa vipengele tofauti. Kwa mfano, wingi wa atomi ya neon ni karibu mara 20 ya wingi wa atomi ya hidrojeni, wakati malipo ni vitengo 10 tu vya chaji chanya (atomi ya neon ina elektroni 10). Hali ilikuwa kana kwamba malipo chanya yalikuwa na misa inayobadilika, au kweli kulikuwa na elektroni 20, lakini 10 kati yao zilikuwa ndani ya duara.

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

1) Vipande vya jambo.
Democritus aliamini kwamba mali ya dutu imedhamiriwa na sura, wingi, na sifa nyingine za atomi zinazounda: kwa moto, atomi ni kali, hivyo moto unaweza kuwaka katika vitu vikali, ni mbaya, kwa hiyo huzingatia sana kwa kila mmoja; katika maji, wao ni laini, hivyo ni uwezo wa kutiririka. Hata roho ya mwanadamu, kulingana na Democritus, ina atomi.
2) "Pudding na twist" (mfano wa Thomson).
J. J. Thomson alipendekeza kuzingatiwa atomi kama mwili ulio na chaji chanya na elektroni zilizofungwa ndani yake. Mfano huu hauelezi asili ya serial ya mionzi ya atomiki.
3) Atomu, kama Zohali. 1904 Hentara Nagaoka. Kiini kidogo chanya ambacho elektroni huzunguka.
4) Mfano wa sayari ya atomi. 1911 Ernest Rutherford, baada ya kufanya mfululizo wa majaribio, alifikia hitimisho kwamba atomi ni mfano fulani wa mfumo wa sayari, yaani, kwamba elektroni huzunguka kiini kizito kilicho na chaji chanya kilicho katikati ya atomi. Ili kuelezea uthabiti wa atomi, Niels Bohr alilazimika kuanzisha maandishi ambayo yalitoka kwa ukweli kwamba elektroni kwenye atomi, ikiwa katika hali fulani za nishati, haitoi. Machapisho ya Bohr yalionyesha kuwa mechanics ya kitambo haitumiki kuelezea atomi.

Uzoefu wa Rutherford

Ernest Rutherford kuhusu mtawanyiko wa chembe za alfa wakati wa kupita kwenye tabaka nyembamba za maada. Katika majaribio haya, boriti nyembamba α -chembe zinazotolewa na dutu ya mionzi zilielekezwa kwenye karatasi nyembamba ya dhahabu. Skrini iliwekwa nyuma ya foil, inayoweza kung'aa chini ya athari za chembe za haraka. Ilibainika kuwa wengi α -chembe hukengeuka kutoka kwa uenezi wa mstari baada ya kupita kwenye foil, yaani, kutawanya, na baadhi. α -chembe kwa ujumla hutupwa nyuma. Kutawanya α -particles Rutherford alieleza kwa kusema hivyo malipo chanya haijasambazwa sawasawa katika mpira na radius ya 10 -10 m, kama ilivyodhaniwa hapo awali, lakini imejilimbikizia sehemu ya kati ya atomi - kiini cha atomiki. Wakati wa kupita karibu na kiini α -chembe chenye chaji chanya hutupwa kutoka humo, na inapogonga kiini, hutupwa nyuma kinyume chake. Hivi ndivyo chembe zilizo na chaji sawa zinavyofanya, kwa hivyo, kuna sehemu ya kati ya atomi iliyojaa chaji, ambayo molekuli muhimu ya atomi hujilimbikizia. Mahesabu yameonyesha kuwa kuelezea majaribio, ni muhimu kuchukua radius ya kiini cha atomiki sawa na takriban 10 -15 μ. .

Mfano wa Rutherford wa atomi

Kiini cha muundo wa atomi wa Rutherford ni kama ifuatavyo: katikati ya atomi kuna kiini kilicho na chaji chanya, ambayo misa yote imejilimbikizia; kuzunguka Jua). Malipo ya kiini hupatana na idadi ya kipengele cha kemikali katika jedwali la upimaji.

Mfano wa sayari ya Rutherford wa muundo wa atomi haukuweza kueleza ukweli kadhaa unaojulikana:

elektroni yenye chaji lazima ianguke kwenye kiini kutokana na nguvu za kuvutia za Coulomb, na atomi ni mfumo thabiti; wakati wa kusonga katika obiti ya mviringo, inakaribia kiini, elektroni katika atomi lazima itoe mawimbi ya umeme ya masafa yote iwezekanavyo, yaani, mwanga unaotolewa lazima uwe na wigo unaoendelea, lakini kwa mazoezi matokeo ni tofauti:

elektroni za atomi hutoa mwanga kuwa na wigo wa mstari. Mwanafizikia wa Denmark Niels Bohr alikuwa wa kwanza kujaribu kutatua utata katika muundo wa nyuklia wa sayari ya muundo wa atomiki.

Machapisho ya Bohr

Bohr aliweka nadharia yake juu ya machapisho mawili. Ujumbe wa kwanza: mfumo wa atomiki unaweza tu kuwa katika hali maalum za stationary au quantum, ambayo kila moja ina nishati yake mwenyewe; Katika hali ya kusimama, atomi haitoi.

Hii ina maana kwamba elektroni (kwa mfano, katika atomi ya hidrojeni) inaweza kuwa katika obiti kadhaa zilizoelezwa vizuri. Kila obiti ya elektroni inalingana na nishati maalum sana.

Nakala ya pili: wakati wa mpito kutoka kwa hali moja hadi nyingine, kiwango cha mionzi ya umeme hutolewa au kufyonzwa. Nishati ya fotoni ni sawa na tofauti katika nguvu za atomi katika hali mbili: hv = E m - n; h= 6.62 10 -34 J s, wapi h- Planck ni mara kwa mara.

Wakati elektroni inasogea kutoka kwa obiti iliyo karibu hadi kwa mbali zaidi, mfumo wa atomiki huchukua kiasi cha nishati. Wakati elektroni inaposogea kutoka kwa obiti ya mbali zaidi hadi kwa obiti iliyo karibu zaidi na kiini, mfumo wa atomiki hutoa quantum ya nishati.

Nadharia ya Bohr ilifanya iwezekane kuelezea uwepo wa spectra ya mstari.

Hadi mwisho wa karne ya 19, wanasayansi wengi waliwakilisha atomi kama chembe isiyoweza kuharibika na isiyoweza kugawanyika ya kitu - "nodi ya mwisho" ya jambo. Iliaminika pia kuwa atomi hazibadiliki: atomi ya kitu fulani chini ya hali yoyote haiwezi kubadilishwa kuwa atomi ya kitu kingine chochote.

Mwisho wa 19 na mwanzo wa karne ya 20 ilikuwa na sifa ya uvumbuzi mpya katika fizikia na kemia, ambayo ilibadilisha mtazamo wa atomi kama chembe isiyoweza kubadilika, ikishuhudia muundo mgumu wa atomi na uwezekano wa ubadilishaji wao.

Hii ni pamoja na, kwanza kabisa, ugunduzi wa elektroni na mwanafizikia wa Kiingereza Thomson mnamo 1897, ugunduzi na utafiti wa radioactivity mwishoni mwa miaka ya 90 ya karne ya 19. A. Becquerel, Marie na Pierre Curie, E. Rutherford.

Karibu mwanzoni mwa karne ya ishirini. Uchunguzi wa idadi ya matukio (mionzi kutoka kwa miili ya moto, athari ya picha ya umeme, spectra ya atomiki) ilisababisha hitimisho kwamba nishati inasambazwa na kupitishwa, kufyonzwa na kutolewa si mara kwa mara, lakini kwa uwazi, katika sehemu tofauti - quanta. Nishati ya mfumo wa microparticles pia inaweza kuchukua maadili fulani tu, ambayo ni mafungu ya idadi ya quanta.

Dhana ya nishati ya quantum ilifanywa kwanza na M. Planck (1900). Nishati ya quantum E inalingana na masafa ya mionzi ν:

ambapo h ni mpangilio thabiti wa Planck (6.626 10 -34 Js), ν=, s ni kasi ya mwanga,  ni urefu wa mawimbi.

Mnamo 1905, A. Einstein alitabiri kwamba mionzi yoyote ni mkondo wa quanta ya nishati, inayoitwa fotoni. Kutoka kwa nadharia ya Einstein inafuata kwamba nuru ina asili mbili.

Mnamo 1911, Rutherford alipendekeza mfano wa sayari ya nyuklia ya atomi, inayojumuisha kiini kizito ambacho elektroni huzunguka, kama sayari za mfumo wa jua. Walakini, kama nadharia ya uwanja wa sumakuumeme inavyoonyesha, elektroni katika kesi hii zinapaswa kusonga kwa ond, ikitoa nishati inayoendelea, na kuanguka kwenye kiini.

Mwanasayansi wa Kideni N. Bohr, kwa kutumia modeli ya Rutherford na nadharia ya Planck, alipendekeza mfano wa kwanza wa quantum (1913) wa muundo wa atomi ya hidrojeni, kulingana na ambayo elektroni huzunguka kiini sio chochote, lakini tu katika obiti zinazoruhusiwa. ambayo elektroni ina nishati fulani. Wakati elektroni inakwenda kutoka obiti moja hadi nyingine, atomi inachukua au hutoa nishati kwa namna ya quanta. Nadharia ya Bohr ilifanya iwezekane kuhesabu nishati ya elektroni, maadili ya quanta ya nishati iliyotolewa wakati wa mpito wa elektroni kutoka ngazi moja hadi nyingine. Hakuelezea tu asili ya kimwili ya spectra ya atomiki kama matokeo ya mpito wa elektroni kutoka kwa obiti moja ya stationary hadi nyingine, lakini pia ilifanya iwezekane kwa mara ya kwanza kuhesabu spectra. Hesabu ya Bohr ya wigo wa atomi rahisi zaidi, atomi ya hidrojeni, ilitoa matokeo mazuri: nafasi iliyohesabiwa ya mistari ya spectral katika sehemu inayoonekana ya wigo sanjari na eneo lao halisi katika wigo. Lakini nadharia ya Bohr haikuweza kueleza tabia ya elektroni katika uwanja wa sumaku na mistari yote ya spectral ya atomiki iligeuka kuwa haifai kwa atomi za multielectron. Kulikuwa na haja ya mtindo mpya wa atomi, kulingana na uvumbuzi katika microcosm.

2.3. Mfano wa Quantum-mitambo ya atomi ya hidrojeni. Dhana za awali za mechanics ya quantum

Mnamo 1924 Louis de Broglie (Ufaransa) alipendekeza kuwa elektroni, kama chembe ndogo ndogo nyingine, ina sifa ya uwili wa mawimbi ya chembe. De Broglie alipendekeza mlingano unaohusiana na urefu wa wimbi (λ) wa elektroni au chembe nyingine yoyote yenye uzito (m) na kasi (v):

De Broglie aitwaye mawimbi ya chembe za mawimbi ya nyenzo. Wao ni tabia ya chembe zote au miili, lakini, kama ifuatavyo kutoka kwa equation, kwa macrobodies urefu wa wimbi ni ndogo sana kwamba kwa sasa haiwezi kugunduliwa. Kwa hiyo, kwa mwili wenye uzito wa kilo 1000 unaohamia kwa kasi ya 108 km / h (30 m / s), λ = 2.21 10 -38 m.

Nadharia ya De Broglie ilithibitishwa kimajaribio na ugunduzi wa athari za mtengano na mwingiliano wa mtiririko wa elektroni. Hivi sasa, diffraction ya elektroni, neutroni, na fluxes ya protoni hutumiwa sana kusoma muundo wa dutu.

Mnamo 1927, W. Heisenberg (Ujerumani) aliweka kanuni ya kutokuwa na uhakika, kulingana na ambayo nafasi na kasi ya chembe ndogo (microparticle) kimsingi haiwezekani kuamua wakati wowote kwa usahihi kabisa. Kwa wakati wowote, moja tu ya mali hizi zinaweza kuamua. E. Schrödinger (Austria) mwaka wa 1926 alipata maelezo ya hisabati ya tabia ya elektroni katika atomi. Kiini chake kiko katika ukweli kwamba harakati ya elektroni katika atomi inaelezewa na equation ya wimbi, na eneo la elektroni imedhamiriwa kulingana na kanuni za uwezekano. Equation ya Schrödinger, ambayo ni msingi wa nadharia ya kisasa ya quantum ya muundo wa atomiki, ina fomu (katika kesi rahisi zaidi):

ambapo h ni mara kwa mara ya Planck; E - jumla ya nishati; ψ ni kazi ya wimbi.

Ili kuashiria hali ya elektroni, kazi ya wimbi ψ ni ya umuhimu fulani. Mraba wake - ψ 2 - ina maana fulani ya kimwili. Thamani ψ 2 dv inaonyesha uwezekano wa kupata elektroni katika kiasi cha dv ya nafasi inayozunguka kiini cha atomiki. Hivi sasa, equation ina suluhisho halisi tu kwa chembe za hidrojeni na hidrojeni-kama Yeye +, Li 2 +, i.e. kwa chembe za elektroni moja. Kutatua mlingano huu ni kazi ngumu na kuzingatia kwake ni zaidi ya upeo wa kozi hii.

Kazi za Planck, Einstein, Bohr, de Broglie, Heisenberg, na Schrödinger ziliweka msingi wa mechanics ya quantum, ambayo inasoma harakati na mwingiliano wa chembe ndogo. Inategemea dhana ya nishati ya quantum, asili ya wimbi la harakati ya microparticles na njia ya uwezekano (takwimu) ya kuelezea microobjects.

Tuma kazi yako nzuri katika msingi wa maarifa ni rahisi. Tumia fomu iliyo hapa chini

Wanafunzi, wanafunzi waliohitimu, wanasayansi wachanga wanaotumia msingi wa maarifa katika masomo na kazi zao watakushukuru sana.

Iliyotumwa kwenye http://www.allbest.ru/

BAJETI YA SERIKALI TAASISI YA ELIMU YA ELIMU YA JUU YA TAALUMA.

"Chuo Kikuu cha Ufundi cha UFA STATE PETROLEUM TECHNICAL"

Idara ya Fizikia

MUHTASARI

Somo Muhtasari: "Mageuzi ya mawazo juu ya muundo wa kiini cha atomiki"

IMEKAMILISHWA NA: ST. GR. BTE 13-01 A.A. ABDRAHMANOV

IMEANGALIWA NA: MWALIMU A.A.E.KURAMSHIN

UFA 2014

Utangulizi

Sehemu kuu

Machapisho ya Bohr

Muundo wa kiini cha atomiki

Majaribio ya Rutherford

Hitimisho

Utangulizi

Atomu, ambazo awali zilifikiriwa kuwa hazigawanyiki, ni mifumo changamano. Zina kiini kikubwa cha protoni na neutroni, ambazo elektroni husogea katika nafasi tupu. Atomi ni ndogo sana - vipimo vyake viko kwenye mpangilio wa 10-10-10-9 m, na vipimo vya kiini bado ni karibu mara 100,000 ndogo (10-15-10-14 m). Kwa hiyo, atomi zinaweza tu "kuonekana" kwa njia isiyo ya moja kwa moja, katika picha yenye ukuzaji wa juu sana (kwa mfano, kwa kutumia projekta ya utoaji wa shamba). Lakini hata katika kesi hii, atomi haziwezi kuonekana kwa undani. Ujuzi wetu wa muundo wao wa ndani unategemea idadi kubwa ya data ya majaribio, ambayo inaunga mkono moja kwa moja lakini kwa kushawishi yaliyo hapo juu.

Mawazo juu ya muundo wa atomi yalibadilika sana katika karne ya 20. kuathiriwa na mawazo mapya ya kinadharia na data ya majaribio. Bado kuna maswali ambayo hayajatatuliwa katika maelezo ya muundo wa ndani wa kiini cha atomiki, ambayo ni somo la utafiti wa kina. Sehemu zifuatazo zinaelezea historia ya maendeleo ya mawazo kuhusu muundo wa atomu kwa ujumla; Nakala tofauti imejitolea kwa muundo wa kiini (ATOMIC NUCLEUS STRUCTURE), kwani mawazo haya yalikuzwa kwa kujitegemea. Nishati inayohitajika kusoma maganda ya nje ya atomi ni ndogo, kwa mpangilio wa nishati ya joto au kemikali. Kwa sababu hii, elektroni ziligunduliwa kwa majaribio muda mrefu kabla ya ugunduzi wa kiini.

Ili kupata wazo la saizi ya atomi na nafasi tupu ambayo inachukua, fikiria atomi zinazounda tone la maji na kipenyo cha mm 1. Ikiwa kiakili huongeza tone hili kwa ukubwa wa Dunia, basi atomi za hidrojeni na oksijeni zilizojumuishwa kwenye molekuli ya maji zitakuwa na kipenyo cha 1-2 m Wingi wa wingi wa kila atomi hujilimbikizia katika msingi wake, kipenyo ambayo ilikuwa 0.01 mm tu.

Sehemu kuu

Maendeleo ya mawazo juu ya muundo wa atomi

Ugunduzi wa muundo tata wa atomi ni hatua muhimu zaidi katika maendeleo ya fizikia ya kisasa. Katika mchakato wa kuunda nadharia ya kiasi cha muundo wa atomiki, ambayo ilifanya iwezekanavyo kuelezea mifumo ya atomiki, mawazo mapya yaliundwa kuhusu mali ya microparticles, ambayo yanaelezewa na mechanics ya quantum.

Wazo la atomi kama chembe ndogo zisizoweza kugawanyika za vitu, kama ilivyoonyeshwa hapo juu, liliibuka katika nyakati za zamani (Democritus, Epicurus, Lucretius). Katika Zama za Kati, fundisho la atomi, kuwa la kupenda mali, halikupata kutambuliwa. Mwanzoni mwa karne ya 18. nadharia ya atomiki inazidi kupata umaarufu. Kufikia wakati huu, kazi za mwanakemia wa Ufaransa A. Lavoisier (1743-1794), mwanasayansi mkuu wa Kirusi M.V. Lomonosov na mwanakemia na mwanafizikia wa Kiingereza D. Dalton (1766-1844) walithibitisha ukweli wa kuwepo kwa atomi. Walakini, wakati huu swali la muundo wa ndani wa atomi halikutokea, kwani atomi zilizingatiwa kuwa hazigawanyiki.

Jukumu kubwa katika maendeleo ya nadharia ya atomiki lilichezwa na mwanakemia bora wa Kirusi D.I. Mendeleev, ambaye alianzisha mfumo wa upimaji wa vitu mnamo 1869, ambapo kwa mara ya kwanza swali la umoja wa atomi liliibuliwa kwa msingi wa kisayansi. Katika nusu ya pili ya karne ya 19. Imethibitishwa kwa majaribio kuwa elektroni ni moja ya sehemu kuu za dutu yoyote. Hitimisho hizi, pamoja na data nyingi za majaribio, zilisababisha ukweli kwamba mwanzoni mwa karne ya 20. Swali la muundo wa atomi liliibuka kwa uzito.

Uwepo wa uhusiano wa asili kati ya vipengele vyote vya kemikali, vilivyoonyeshwa wazi katika mfumo wa mara kwa mara wa Mendeleev, unaonyesha kwamba muundo wa atomi zote ni msingi wa mali ya kawaida: zote zinahusiana kwa karibu.

Walakini, hadi mwisho wa karne ya 19. Katika kemia, imani ya kimetafizikia ilitawala kwamba atomi ni chembe ndogo zaidi ya jambo rahisi, kikomo cha mwisho cha mgawanyiko wa jambo. Wakati wa mabadiliko yote ya kemikali, molekuli pekee huharibiwa na kuundwa tena, wakati atomi hubakia bila kubadilika na haziwezi kugawanywa katika sehemu ndogo.

Mawazo mbalimbali kuhusu muundo wa atomi hayakuthibitishwa na data yoyote ya majaribio kwa muda mrefu. Tu mwishoni mwa karne ya 19. ugunduzi ulifanywa ambao ulionyesha ugumu wa muundo wa atomi na uwezekano wa kubadilisha atomi zingine kuwa zingine chini ya hali fulani. Kulingana na uvumbuzi huu, fundisho la muundo wa atomi lilianza kukuza haraka.

Ushahidi wa kwanza usio wa moja kwa moja wa muundo tata wa atomi ulipatikana kutokana na utafiti wa mionzi ya cathode inayozalishwa wakati wa kutokwa kwa umeme katika gesi zisizo nadra sana. Utafiti wa mali ya miale hii ulisababisha hitimisho kwamba ni mkondo wa chembe ndogo zinazobeba malipo hasi ya umeme na kuruka kwa kasi karibu na kasi ya mwanga. Kutumia mbinu maalum, iliwezekana kuamua wingi wa chembe za cathode na ukubwa wa malipo yao, na kujua kwamba hawategemei ama asili ya gesi iliyobaki kwenye bomba, au juu ya dutu ambayo electrodes. hufanywa, au kwa hali zingine za majaribio. Zaidi ya hayo, chembe za cathode zinajulikana tu katika hali ya kushtakiwa na haziwezi kuondolewa kwa malipo yao na kubadilishwa kuwa chembe zisizo na umeme za umeme: malipo ya umeme ni kiini cha asili yao. Chembe hizi, zinazoitwa elektroni, ziligunduliwa mwaka wa 1897 na mwanafizikia wa Kiingereza J. Thomson.

Utafiti wa muundo wa atomi ulianza mnamo 1897-1898, baada ya asili ya mionzi ya cathode kama mkondo wa elektroni kuanzishwa na chaji na wingi wa elektroni kuamuliwa. Thomson alipendekeza kielelezo cha kwanza cha atomi, akiwasilisha atomi kama mkusanyiko wa maada na chaji chanya ya umeme, ambamo elektroni nyingi sana huingiliana hivi kwamba huigeuza kuwa muundo usio na umeme. Katika mfano huu, ilichukuliwa kuwa, chini ya ushawishi wa mvuto wa nje, elektroni zinaweza kuzunguka, yaani, kusonga kwa kasi ya kasi. Inaweza kuonekana kuwa hii ilifanya iwezekane kujibu maswali kuhusu utoaji wa mwanga kwa atomi za mada na miale ya gamma kwa atomi za dutu zenye mionzi.

Mfano wa Thomson wa atomi haukuchukua chembe zenye chaji chanya ndani ya atomi. Lakini tunawezaje kuelezea utoaji wa chembe za alfa zilizochajiwa vyema na dutu zenye mionzi? Mfano wa atomiki wa Thomson haukujibu maswali mengine.

Mnamo mwaka wa 1911, mwanafizikia wa Kiingereza E. Rutherford, alipokuwa akisoma harakati za chembe za alpha katika gesi na vitu vingine, aligundua sehemu ya atomi yenye chaji chanya. Uchunguzi zaidi wa kina ulionyesha kwamba wakati boriti ya mionzi inayofanana inapita kwenye tabaka za gesi au sahani nyembamba ya chuma, hakuna mionzi inayofanana tena inayojitokeza, lakini kwa kiasi fulani inatofautiana: chembe za alpha hutawanyika, yaani, zinatoka kwenye njia ya awali. Pembe za kupotoka ni ndogo, lakini daima kuna idadi ndogo ya chembe (karibu moja kati ya elfu kadhaa) ambazo zimegeuzwa kwa nguvu sana. Baadhi ya chembe hutupwa nyuma kana kwamba zimekumbana na kizuizi kisichoweza kupenyeka. Hizi sio elektroni - wingi wao ni mdogo sana kuliko wingi wa chembe za alpha. Mkengeuko unaweza kutokea wakati wa kugongana na chembe chanya ambazo uzito wake ni wa mpangilio sawa na wingi wa chembe za alfa. Kulingana na mazingatio haya, Rutherford alipendekeza mchoro ufuatao wa muundo wa atomi.

Katikati ya atomi kuna kiini cha chaji, karibu na ambayo elektroni huzunguka katika obiti tofauti. Nguvu ya centrifugal inayotokea wakati wa mzunguko wao inasawazishwa na mvuto kati ya kiini na elektroni, kwa sababu hiyo hubakia kwa umbali fulani kutoka kwa kiini. Kwa kuwa wingi wa elektroni hauwezekani, karibu misa yote ya atomi imejilimbikizia kwenye kiini chake. Sehemu ya kiini na elektroni, ambayo idadi yake ni ndogo, inachukua sehemu ndogo tu ya nafasi ya jumla inayochukuliwa na mfumo wa atomiki.

Mchoro wa muundo wa atomi uliopendekezwa na Rutherford, au, kama kawaida wanasema, mfano wa sayari ya atomi, unaelezea kwa urahisi matukio ya kupotoka kwa chembe za alpha. Kwa kweli, saizi ya kiini na elektroni ni ndogo sana ikilinganishwa na saizi ya atomi nzima, ambayo imedhamiriwa na obiti za elektroni zilizo mbali zaidi na kiini, kwa hivyo chembe nyingi za alpha huruka kupitia atomi bila mchepuko unaoonekana. Ni katika hali tu ambapo chembe ya alpha inakuja karibu sana na kiini ambapo msukumo wa umeme husababisha kupotoka kwa kasi kutoka kwa njia yake ya asili. Kwa hivyo, uchunguzi wa kutawanyika kwa chembe za alfa uliweka msingi wa nadharia ya nyuklia ya atomi.

Machapisho ya Bohr

Mfano wa sayari ya atomi ulifanya iwezekane kueleza matokeo ya majaribio juu ya kutawanyika kwa chembe za alpha za maada, lakini shida za kimsingi ziliibuka katika kuhalalisha uthabiti wa atomi.

Jaribio la kwanza la kuunda nadharia mpya ya ubora - quantum - ya atomi ilifanywa mnamo 1913 na Niels Bohr. Aliweka lengo la kuunganisha katika moja nzima sheria za majaribio za spectra ya mstari, mfano wa nyuklia wa Rutherford wa atomi, na asili ya quantum ya utoaji na unyonyaji wa mwanga. Bohr alitegemea nadharia yake juu ya mtindo wa nyuklia wa Rutherford. Alipendekeza kwamba elektroni zizunguke kwenye kiini katika obiti za mviringo. Mwendo wa mviringo, hata kwa kasi ya mara kwa mara, ina kasi. Mwendo huu wa kasi wa chaji ni sawa na mkondo wa kubadilisha, ambao huunda uwanja wa sumakuumeme unaopishana angani. Nishati hutumiwa kuunda uwanja huu. Nishati ya shamba inaweza kuundwa kutokana na nishati ya mwingiliano wa Coulomb wa elektroni na kiini. Matokeo yake, elektroni lazima iende kwenye ond na kuanguka kwenye kiini. Walakini, uzoefu unaonyesha kuwa atomi ni muundo thabiti. Inachofuata kutoka kwa hili kwamba matokeo ya electrodynamics ya classical, kulingana na equations ya Maxwell, haitumiki kwa michakato ya intra-atomic. Inahitajika kupata muundo mpya. Bohr aliegemeza nadharia yake ya atomi kwenye machapisho yafuatayo.

Kwanza weka msimamo Bora (weka msimamo stationary majimbo): V chembe kuwepo stationary (Hapana kubadilika na muda) majimbo, V ambayo Yeye Sivyo hutoa nishati. Stationary majimbo chembe yanahusiana stationary obiti, Na ambayo kusonga elektroni. Harakati elektroni Na stationary obiti Sivyo akiongozana na mionzi sumakuumeme mawimbi

Nakala hii inakinzana na nadharia ya kitamaduni. Katika hali ya kusimama ya atomi, elektroni, ikisonga katika mzunguko wa mviringo, lazima iwe na maadili ya quantum ya kasi ya angular.

Pili weka msimamo Bora (kanuni masafa): katika mpito elektroni Na moja stationary obiti juu mwingine hutolewa (kufyonzwa) moja pichani Na nishati

sawa na tofauti nishati husika stationary majimbo (En Na Em - kwa mtiririko huo nishati stationary majimbo chembe kabla Na baada ya mionzi/kunyonya).

Mpito wa elektroni kutoka nambari ya obiti tuli hadi nambari ya obiti iliyosimama n inalingana na mpito wa atomi kutoka kwa hali yenye nishati Em katika hali na nishati En (Mchoro 1).

Mchele. 1 Kwa maelezo ya machapisho ya Bohr

Wakati En > Em, utoaji wa photoni hutokea (mpito wa atomi kutoka kwa hali yenye nishati ya juu hadi hali yenye nishati ya chini, yaani, mpito wa elektroni kutoka kwa obiti ya mbali zaidi kutoka kwa kiini hadi kwa karibu zaidi), wakati 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

mabadiliko ya quantum na huamua wigo wa mstari wa atomi.

Nadharia ya Bohr ilieleza kwa ufasaha wigo wa mstari uliotazamwa kwa majaribio wa hidrojeni.

Mafanikio ya nadharia ya atomi ya hidrojeni yalipatikana kwa gharama ya kuacha kanuni za msingi za mechanics ya classical, ambayo imebakia bila masharti kwa zaidi ya miaka 200. Kwa hivyo, uthibitisho wa moja kwa moja wa majaribio ya uhalali wa maandishi ya Bohr, haswa ya kwanza - juu ya uwepo wa majimbo yaliyosimama - ilikuwa ya umuhimu mkubwa. Nakala ya pili inaweza kuzingatiwa kama matokeo ya sheria ya uhifadhi wa nishati na nadharia juu ya uwepo wa fotoni.

Wanafizikia wa Ujerumani D. Frank na G. Hertz, wakisoma mgongano wa elektroni na atomi za gesi kwa kutumia njia inayoweza kuchelewesha (1913), walithibitisha kwa majaribio uwepo wa hali tuli na uwazi wa maadili ya nishati ya atomiki.

Licha ya mafanikio yasiyo na shaka ya dhana ya Bohr kuhusiana na atomi ya hidrojeni, ambayo iligeuka kuwa inawezekana kuunda nadharia ya upimaji wa wigo, haikuwezekana kuunda nadharia kama hiyo ya atomi ya heliamu karibu na hidrojeni kulingana na Bohr. mawazo. Kuhusu atomi ya heliamu na atomi changamano zaidi, nadharia ya Bohr ilituruhusu kuteka tu hitimisho la ubora (ingawa ni muhimu sana). Wazo la mizunguko fulani ambayo elektroni husogea kwenye atomi ya Bohr iligeuka kuwa ya masharti sana. Kwa kweli, harakati ya elektroni katika atomi ina uhusiano kidogo na harakati ya sayari katika obiti.

Hivi sasa, kwa msaada wa mechanics ya quantum, inawezekana kujibu maswali mengi kuhusu muundo na mali ya atomi za vipengele vyovyote.

kiini cha atomi boroni mendeleev

Muundo wa kiini cha atomiki

Kiwango cha nyuklia

Karibu miaka 20 baada ya Rutherford "kugundua" kiini chake katika kina cha atomi, nyutroni iligunduliwa - chembe katika mali yake yote sawa na kiini cha atomi ya hidrojeni - protoni, lakini tu bila chaji ya umeme. Neutroni iligeuka kuwa rahisi sana kwa kuchunguza ndani ya viini. Kwa kuwa haina umeme upande wowote, uwanja wa umeme wa kiini hauifukuzii - ipasavyo, hata neutroni za polepole zinaweza kukaribia kiini kwa umbali ambao nguvu za nyuklia huanza kujidhihirisha. Baada ya ugunduzi wa neutron, fizikia ya ulimwengu mdogo ilisonga mbele kwa kiwango kikubwa na mipaka.

Mara tu baada ya ugunduzi wa nyutroni, wanafizikia wawili wa kinadharia - Mjerumani Werner Heisenberg na Soviet Dmitry Ivanenko - walidhani kwamba kiini cha atomiki kina nyutroni na protoni. Uelewa wa kisasa wa muundo wa kiini ni msingi wake.

Protoni na neutroni zimeunganishwa na neno nucleon. Protoni ni chembe za msingi ambazo ni viini vya atomi za kipengele chepesi zaidi cha kemikali - hidrojeni. Idadi ya protoni kwenye kiini ni sawa na nambari ya atomiki ya kipengele kwenye jedwali la upimaji na imeteuliwa Z (idadi ya nyutroni ni N). Protoni ina chaji chanya ya umeme, sawa na thamani kamili ya chaji ya msingi ya umeme. Ni takriban mara 1836 nzito kuliko elektroni. Protoni inajumuisha up-quarks mbili na chaji Q = + 2/3 na d-quark moja na Q = - 1/3, iliyounganishwa na uwanja wa gluon. Ina vipimo vya mwisho vya mpangilio wa 10-15 m, ingawa haiwezi kufikiria kama mpira dhabiti, badala yake inafanana na wingu na mpaka ulio na ukungu, unaojumuisha chembe pepe zilizozaliwa na zilizoangamizwa.

Chaji ya umeme ya neutron ni 0, uzito wake ni takriban 940 MeV. Neutron ina u-quark moja na d-quark mbili. Chembe hii ni dhabiti tu katika muundo wa viini vya atomiki vilivyo thabiti huharibika kuwa elektroni, protoni na antineutrino ya elektroni. Uhai wa nusu ya nutroni (muda inachukua kwa nusu ya nambari asilia ya neutroni kuoza) ni takriban dakika 12. Katika suala, neutroni zipo katika hali ya bure kwa muda mfupi hata kwa sababu ya kunyonya kwao kwa nguvu na nuclei. Kama protoni, neutron inashiriki katika aina zote za mwingiliano, pamoja na zile za sumakuumeme: na kutoegemea kwa jumla, kwa sababu ya muundo wake mgumu wa ndani, mikondo ya umeme iko ndani yake.

Katika kiini, nucleons zimefungwa na aina maalum ya nguvu - nyuklia. Moja ya vipengele vyao vya tabia ni ya muda mfupi: kwa umbali wa utaratibu wa 10-15 m au chini huzidi nguvu nyingine yoyote, kama matokeo ya ambayo nucleons haziruka mbali chini ya ushawishi wa kukataa kwa umeme kwa protoni zinazoshtakiwa. . Kwa umbali mkubwa, nguvu za nyuklia hupungua haraka hadi sifuri.

Utaratibu wa hatua ya nguvu za nyuklia ni msingi wa kanuni sawa na nguvu za sumakuumeme - kwenye ubadilishanaji wa vitu vinavyoingiliana na chembe za kawaida.

Chembe pepe katika nadharia ya quantum ni chembe ambazo zina nambari sawa za quantum (spin, chaji za umeme na baryon, n.k.) kama chembe halisi zinazolingana, lakini ambazo uhusiano wa kawaida kati ya nishati, kasi na wingi haushiki.

Majaribio ya Rutherford

Katika uwanja wa sumaku, mtiririko wa mionzi ya mionzi hugawanyika katika vipengele 3: miale ya alpha, mionzi ya beta na mionzi ya gamma.

Hali ya mionzi ilionyesha muundo changamano wa atomi

Majaribio ya Kutawanya ya Chembe ya Rutherford ya Alpha

1911 - E. Rutherford anaendesha jaribio la kutawanya kwa chembe za alpha. Boriti ya chembe za alpha ilipitishwa kupitia karatasi nyembamba ya dhahabu.

Dhahabu ilichaguliwa kama nyenzo ya ductile sana ambayo foil inaweza kuzalishwa na unene wa karibu safu moja ya atomiki.

Baadhi ya chembe za alpha zilipitia kwenye foil, na kutengeneza doa lenye ukungu kwenye skrini, na athari za chembe nyingine za alpha zilirekodiwa kwenye skrini za pembeni.

Uzoefu umeonyesha kuwa chaji chanya ya atomi imejilimbikizia kiasi kidogo sana - kiini, na kuna mapungufu makubwa kati ya viini vya atomi.

Rutherford alionyesha kwamba kielelezo cha Thomson kilikuwa kinapingana na majaribio yake.

Hitimisho

Kwa kumalizia, tunafikia hitimisho kwamba dhana za Rutherford na Bohr tayari ni zaidi ya chembe za ukweli kabisa, ingawa maendeleo zaidi ya fizikia yamefunua makosa mengi katika dhana hii. Sehemu kubwa zaidi ya maarifa sahihi kabisa iko katika nadharia ya quantum ya mitambo ya atomi.

Ugunduzi wa muundo tata wa atomi ulikuwa tukio kuu katika fizikia, kwani mawazo ya fizikia ya kitambo kuhusu atomi kama vitengo vya kimuundo thabiti na visivyoweza kugawanywa vilikanushwa.

Orodha ya vyanzo vilivyotumika

1. Fizikia kwa kila mtu / Cooper L. - "Dunia" 1974

2. Wanafizikia / Khramov Yu.A. - "Sayansi" 1983

3. Fizikia -9.11 / Peryshkin A.V - "Bustard" 2004

4. P.S. Kudryavtsev. "Kozi ya Historia ya Fizikia" M. 1982.

5. M.P. Bronstein. "Atomi na elektroni" M. 1980.

6. Rasilimali za mtandao.

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

Iliyotumwa kwenye Allbest.ru

...

Nyaraka zinazofanana

Uchambuzi wa maendeleo ya mawazo ya atomi katika historia ya sayansi. Jukumu la chembe za msingi na utupu wa mwili katika muundo wa atomi. Kiini cha nadharia ya kisasa ya atomi. Uchambuzi wa mfano wa quantum ya atomi. Utangulizi wa dhana ya "molekuli" na Pierre Gassendi. Ugunduzi wa athari ya Compton.

mtihani, umeongezwa 01/15/2013

Utafiti wa dhana ya muundo wa nguvu wa atomi katika nafasi. Utafiti wa muundo wa atomi na kiini cha atomiki. Maelezo ya mienendo ya mwendo wa miili katika nafasi halisi ya nyanja zinazowezekana. Uchambuzi wa mwendo wa ond wa chembe za quantum katika nafasi ya bure.

muhtasari, imeongezwa 05/29/2013

Mfano wa sayari wa Rutherford wa atomi. Muundo na sifa za kiini cha atomiki. Misa na nishati ya kuunganisha ya kiini. Nishati ya kumfunga ya viini kwenye kiini. Mwingiliano kati ya chembe za kushtakiwa. Gari Kubwa la Hadron. Masharti ya nadharia ya fizikia ya chembe ya msingi.

kazi ya kozi, imeongezwa 04/25/2015

Historia ya uvumbuzi katika uwanja wa muundo wa kiini cha atomiki. Mifano ya atomi kabla ya Bohr. Ugunduzi wa kiini cha atomiki. atomi ya Bohr. Mgawanyiko wa nyuklia. Mfano wa protoni-neutroni ya kiini. Mionzi ya Bandia. Muundo na mali muhimu zaidi ya viini vya atomiki.

muhtasari, imeongezwa 05/08/2003

Mifano ya muundo wa atomiki. Maumbo ya obiti ya atomiki. Viwango vya nishati ya atomi. Obiti ya atomiki ni eneo linalozunguka kiini cha atomi ambamo kuna uwezekano mkubwa wa kupatikana elektroni. Dhana ya protoni, neutroni na elektroni. Kiini cha mfano wa sayari wa muundo wa atomi.

uwasilishaji, umeongezwa 09/12/2013

Sehemu za uhifadhi wa atomi: kiini, protoni, neutroni na elektroni. Mfano wa sayari wa atomi au modeli ya Rutherford. Kerovana na sio majibu ya nyuklia ya Kerovana Lanzug. Dhana ya vibration ya nyuklia ni mchakato wa kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati ya joto na kimetaboliki.

uwasilishaji, umeongezwa 05/21/2012

Ugunduzi wa muundo tata wa atomi ni hatua muhimu zaidi katika maendeleo ya fizikia ya kisasa. Katika mchakato wa kuunda nadharia ya kiasi cha muundo wa atomiki ambayo inaelezea mifumo ya atomiki, mawazo kuhusu mali ya microparticles iliyoelezwa na mechanics ya quantum yaliundwa.

muhtasari, imeongezwa 01/05/2009

Historia ya asili na maendeleo ya nadharia ya atomi. Mawazo ya Plato na Aristotle kuhusu mwendelezo wa maada. Nadharia ya Corpuscular-kinetic ya joto, ugunduzi wa radioactivity. Mfano wa sayari ya awali ya Nagaoka ya atomi. Uamuzi wa malipo ya elektroni.

wasilisho, limeongezwa 08/28/2013

Mageuzi ya mawazo juu ya muundo wa atomi kwa kutumia mifano ya Ernest Rutherford na Niels Bohr kama mfano. Mizunguko ya stationary na viwango vya nishati. Maelezo ya asili ya utoaji wa mstari na mwonekano wa kunyonya. Faida na hasara za nadharia ya N. Bohr.

muhtasari, imeongezwa 11/19/2014

Hatua za utafiti katika muundo wa atomi na wanasayansi Thomson, Rutherford, Bohr. Mipango ya majaribio yao na tafsiri ya matokeo. Mfano wa sayari wa Rutherford wa atomi. Machapisho ya quantum ya Bohr. Mipango ya mpito kutoka hali ya tuli hadi hali ya msisimko na kinyume chake.

Wazo la "atomu" lilijulikana katika nyakati za zamani na lilitumiwa kuelezea maoni juu ya muundo wa ulimwengu unaozunguka na wanafalsafa wa zamani wa Uigiriki, kwa hivyo Leucippus (500-200 KK) alisema kuwa ulimwengu una chembe ndogo na utupu, na. Democritus aitwaye chembe hizi ni atomi na aliamini kuwa zipo milele na zina uwezo wa kusonga. Kwa mujibu wa mawazo ya wanafalsafa wa kale, atomi zilikuwa ndogo sana kwamba haziwezi kupimwa, na sura na tofauti za nje zilitoa mali kwa miili fulani. Kwa mfano, atomi za chuma lazima ziwe na "meno" ili kuhusisha kila mmoja na kuunda imara, wakati atomi za maji, kwa upande mwingine, lazima ziwe laini na zinaendelea kutoa maji maji. Wazo la kwanza juu ya uwezo wa atomi kuingiliana kwa uhuru lilifanywa na Epicurus.

M.V. inachukuliwa kuwa muundaji wa nadharia ya atomiki-molekuli. Lomonosov, alitofautisha hatua mbili katika muundo wa jambo: vitu (atomi, katika ufahamu wetu) na corpuscles (molekuli). Lomonosov alisema kuwa vitu rahisi vinajumuisha atomi za aina moja, na vitu ngumu vinajumuisha atomi tofauti.

Nadharia ya atomiki-molekuli ilipata kutambuliwa duniani kote shukrani kwa J. Dalton, ambaye, tofauti na wanafalsafa wa kale wa Kigiriki, alitegemea tu data ya majaribio wakati wa kuunda taarifa zake. J. Dalton alianzisha moja ya sifa muhimu zaidi za atomi - molekuli ya atomiki, maadili ya jamaa ambayo yalianzishwa kwa idadi ya vipengele. Lakini, licha ya uvumbuzi alioufanya, chembe hiyo ilizingatiwa kuwa haiwezi kugawanyika.

Baada ya kupata ushahidi wa majaribio (mwishoni mwa XIX - karne ya XX mapema) ya ugumu wa muundo wa atomi: ugunduzi wa athari ya picha (utoaji wa wabebaji wa malipo ya umeme kutoka kwa uso wa metali wakati wa kuangazwa), athari ya cathodic (mtiririko). chembe zenye chaji hasi - elektroni, kwenye bomba ambalo kuna cathode na anode) na mionzi ya X (utoaji wa vitu vya mionzi yenye nguvu ya sumakuumeme, sawa na mwanga unaoonekana, lakini wa masafa ya juu, wakati vitu hivi vinawekwa wazi. mionzi ya cathode), mionzi (mabadiliko ya hiari ya kitu kimoja hadi kingine, ambapo elektroni, chaji chanya na chembe zingine hutolewa, na pia mionzi ya X-ray) iligundulika kuwa atomi hiyo ina chembe hasi na chaji zinazoingiliana. na kila mmoja. Ugunduzi huu ulitoa msukumo kwa uundaji wa mifano ya kwanza ya muundo wa atomiki.

Mojawapo ya mifano ya kwanza ya atomi ilitengenezwa na W. Thomson (1902) Kulingana na W. Thomson, atomi ni mkusanyiko wa vitu vilivyo na chaji, elektroni husambazwa sawasawa ndani, na atomi ya hidrojeni ni mpira ulio na chaji chanya. elektroni ndani (Mchoro 1a). Mfano huu ulibadilishwa na J. Thomson (1904) (Mchoro 1b). Katika mwaka huo huo, mwanafizikia wa Kijapani H. Nagaoka alipendekeza "mfano wa Saturnian" wa muundo wa atomi, akipendekeza kwamba atomi ni sawa na sayari ya Zohali - katikati ni msingi uliozungukwa na pete ambazo elektroni husogea (Mtini. 1c).

Mfano mwingine ulipendekezwa na mwanafizikia wa Ujerumani Philipp von Lenard, kulingana na ambayo atomi ina chembe zisizo na upande za ukubwa mdogo sana (kwa sababu hiyo, atomi nyingi ni tupu), ambayo kila moja ni doublet ya umeme (Mchoro 1d) .

Mchele. 1. Mifano ya muundo wa atomiki: a - W. Thomson; b – J. Thomson; c – H. Nagaoka; g – F. Lenard

Baada ya majaribio na -chembe, mnamo 1911. Rutherford alipendekeza kinachojulikana mfano wa sayari muundo wa atomiki, sawa na muundo wa mfumo wa jua (kiini kidogo kilicho na chaji chanya katikati ya atomi, ambacho kina karibu wingi wote wa atomi, ambayo elektroni husogea kwenye obiti). Mfano wa sayari uliendelezwa zaidi katika kazi za N. Bohr, A. Sommerfeld na wengine.

Mfano wa kisasa wa muundo wa atomi unategemea ujuzi wa mechanics ya quantum, thesis kuu ambayo ni kwamba microparticles zina asili ya wimbi, na mawimbi ni mali ya chembe. Mechanics ya quantum inazingatia uwezekano wa elektroni kuwa karibu na kiini. Nafasi inayozunguka kiini ambamo elektroni ina uwezekano mkubwa wa kupatikana inaitwa obiti.

Isotopu

Isotopu ni atomi ambazo zina chaji sawa ya nyuklia lakini wingi tofauti. Atomi kama hizo zina karibu muundo sawa wa ganda la elektroni na ni mali ya kitu kimoja. Utafiti wa misombo ya asili ya vipengele tofauti inaonyesha kuwepo kwa isotopu imara kwa vipengele vingi vya jedwali la upimaji. Kwa vitu vyote vya jedwali la upimaji, idadi ya isotopu zinazopatikana katika maumbile hufikia 280.

Mfano wa kushangaza zaidi wa isotopu ni isotopu za hidrojeni - hidrojeni, deuterium na tritium. Hidrojeni na deuterium hutokea kwa asili. Tritium huzalishwa kwa njia ya bandia.

Isotopu zisizo imara, yaani, wale walio na uwezo wa kuoza kwa hiari huitwa isotopu za mionzi. Wanaweza pia kutokea katika misombo ya asili ya vipengele fulani.

Muundo wa kiini cha atomi. Athari za nyuklia

Nucleus ya atomi ina chembe nyingi za msingi, ambazo muhimu zaidi ni protoni (p) na neutroni (n). Protoni ina wingi wa 1.0073 amu na chaji ya +1, wakati neutroni haina upande wowote wa umeme (chaji 0) na ina uzito wa 1.0087 amu.

Kulingana na nadharia ya proton-neutroni ya muundo wa nyuklia (D.D. Ivanenko, E.N. Gapon, 1932), viini vya atomi zote, ukiondoa hidrojeni, vinajumuisha protoni Z na (A-Z) neutroni (Z ni nambari ya atomiki ya kipengele, A ni. idadi ya wingi). Idadi ya elektroni ni sawa na idadi ya protoni.

ambapo N ni idadi ya nyutroni.

Mali ya kiini imedhamiriwa na muundo wake (namba p na n). Kwa hiyo, kwa mfano, katika atomi ya oksijeni 16 8 O kuna protoni 8 na 16-8 = 8 neutroni, ambayo imeandikwa kwa ufupi 8p, 8n.

Ndani ya viini, p na n zinaweza kubadilisha (chini ya hali fulani) kuwa kila mmoja:

ambapo e + ni positron (chembe ya msingi yenye wingi sawa na wingi wa elektroni yenye chaji +1), na u ni neutrino na antineutrino, chembe za msingi zenye wingi na chaji sawa na sifuri, zinazotofautiana tu katika spin.

Athari za nyuklia ni mabadiliko ya viini vya atomiki kama matokeo ya mwingiliano wao na chembe za msingi au kwa kila mmoja. Wakati wa kuandika equations kwa athari za nyuklia, ni muhimu kuzingatia sheria za uhifadhi wa wingi na malipo. Kwa mfano: 27 13 Al + 4 2 Yeye = 30 14 Si + 1 1 H.

Kipengele cha athari za nyuklia ni kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati kwa namna ya nishati ya kinetic ya chembe zinazosababisha au mionzi.

Kazi:

1. Tambua idadi ya protoni, neutroni na elektroni katika atomi za S, Se, Al, Ru.

2. Kamilisha athari za nyuklia: 14 7 N + 4 2 Yeye =; 12 6 C + 1 0 n =.

Majibu:

1. S: Z= 16, A = 32, kwa hivyo 16p, 16e, 32-16=16n

Se: Z= 34, A = 79, kwa hivyo 34p, 34e, 79-34=45n

Al: Z= 13, A = 27, kwa hivyo 13p, 13e, 27-13=14n

Ru: Z= 44, A = 101, kwa hiyo 44p, 44e, 101-44=57n

2. 14 7 N + 4 2 Yeye = 17 8 O + 1 1 H

12 6 C + 1 0 n = 9 4 Kuwa + 4 2 Yeye