Радерфордов модел на атомот

Радерфордов модел — модел на атомот осмислен од страна на Ернест Радерфорд. Радерфорд го водел познатиот Гајгер-Марсденов експеримент во 1909 кој предложил, по радерфордовите анализи во 1911, дека Џ. Џ. Томсоновиот таканаречен "Томсонов модел на атомот" бил погрешен. Новиот модел на Радерфорд ^[1] за атомот, заснован врз основа од експериментални резултати, содржел нови одлики од релативно високи централни полнежи концентрирани во многу мал волумен во компарација со останатиот дел од атомот и со овој централен волумен кој го содржи поголемиот дел од атомската маса на атомот. Овој дел ќе биде преименуван во "јадро" на атомот во подоцнежните години.

Основен дијаграм на атомски планетарен модел: електроните се зелени и јадрото е црвено

3Д анимација на атомот претставувајќи го радефордовиот модел

Експериментална основа за моделот на атомот

Радерфорд го поништил томсоновиот модел на атомот во 1911 со неговиот добро познат експеримент со златна фолија во кој тој демонстрирал дека атомот има мало, тешко јадро. Радерфорд дизајнирал експеримент со кој ги користел алфа-честичките емитирани од радиоактивен елемент како сонди за невидениот свет на атомската структура.

Радерфорд претставил свој физички модел за субатомската структура, како толкување за неочекуваните експериментални резултати. Во него, атомот се состои од централен полнеж (ова е модерното атомско јадро, макар Радерфорд не го користел терминот "јадро" во неговиот труд) опкружен со облак од (веројатно) орбитирачки електрони. Во овој труд од 1911, Радерфорд се обврзува само за мал централен дел со висок позитивен или негативен полнеж на атомот.

За конкретност, земи го предвид преминот на α честичка со висока брзина преку атом кој има позитивен централен полнеж N e, и е опкружен со компензирачки полнеж од N електрони.^[2]

Од чисти енергечни аспекти за тоа колку честичките со позната брзина можат да пенетрираат кон централниот полнеж од 100 e, Радерфорд пресметал дека полупречникот на неговиот златен централен полнеж би требал да биде (колку помал не може да се каже) помал 3.4 x 10⁻¹⁴ метри. Ова е за атом од злато за кој е познато дека е 10⁻¹⁰ метри или толку во полупречник—многу изненадувачко откритие, како што е имплицирано дека силниот централен полнеж е помал од 1/3000ка од пречникот на атомот.

Расејување на α-честичка од јадро со полнеж Ze, според Радерфордовата формула

Радерфордовиот модел на атомот служел да се концентрира голем дел од полнежот и масата на атомот на многу мало јадро, но не припишувал никакви структури на останатите електрони и останатата атомска маса. Спомнат бил и атомскиот модел на Хантаро Нагаока, во кој електроните се наредени во еден или повеќе прстени, со специфична метаморфична структура како кај стабилните прстени на Сатурн. Томсоновиот модел на атомот на Џ. Џ. Томсон исто така имал прстени со орбитирачки електрони. Жан Батист Перен тврдел во неговото Нобелово Предавање ^[3] дека тој бил првиот кој го предложил моделот во неговиот труд во 1901.

Радерфордовиот труд предложил дека централниот полнеж на атомот може да биде "пропорционален" со неговата атомска маса во единицата за водородната маса u (околу 1/2 од него, во Радерфордовиот модел). За злато, овој масен број е 197 (тогаш не се знаела точноста) и затоа беше моделиран од Радерфорд за да биде евентуално 196 u. Сепак, Радерфорд не пробал да направи директна врска со централниот полнеж со to make the direct connection of central charge to атомскиот број, затоа што "атомскиот број" на златото (во тоа време едвај имал реден број во периодениот систем на елементите) бил 79, и Радерфорд го моделирал полнежот да биде околу + 100 единици (тој всушност предложил 98 единици со позитивен полнеж, да се направи половина од 196). Така, Радерфорд не ги предложил формално двата броја (местото во периоднот систем, 79, и јадрениот полнеж, 98 или 100) кои можеле да бидат исти.

Еден месец по појавувањето на Радерфордовиот труд, предлогот во однос со истиот идентитет на атомскиот број и јадрен полнеж бил направен од страна на Антониус Ван ден Брук, а подоцна бил докажан експериментално во рок од две години, од Хенри Мозли.

Клучни точки

• Атомскиот електронски облак нема никакво влијание врз распрскувањето на алфа-честичките.
• Голем дел од позитивниот полнеж на атомот е концентриран во релативно мал волумен во центарот на атомот, денес познат како јадро. Големината на овој полнеж е пропорционална со (до одреден број кој може да биде половина од него) атомската маса - за преостанатата маса сега е познато дека е главно препуштена на неутроните. Оваа концентрирана централна маса и полнеж се одговорни за одбивањето на алфа и бета честичките.
• Масата на тешките атоми како што се на златото е главно концентрирана во регионот со централниот полнеж, бидејќи пресметувањата покажуваат дека не се одбива или движи од алфа-честичките со голема брзина, кои имаат многу висок импулс во споредба со електроните, но не во однос на тешкиот атом како целина.
• Самиот атом е 100,000 (10⁵) пати поголем од пречникот на јадрото.^[4] Ова може да спореди со ставање јаболко во средина на фудбалски терен.^[5]

Придонес во модерната наука

По откритието на Радерфорд, научниците почнале да забележуваат дека атомот на крајна линија не е само една честичка, туку е составена од многу помали субатомски честички. Последователни истражувања ја детерминираат истата атомска структура која довела до радерфордовиот експеримент со златна фолија. Научниците евентуално откриле дека атомите имаат јадро со позитивен полнеж (со точен атомски број на полнежи) во центарот, со полупречник околку 1.2 x 10⁻¹⁵ метри x [Атомскиот масен број]^1/3. Електроните биле откриени дека се дури и помали.

Подоцна, научниците го откриле очекуваниот број на електрони (истиот број како атомскиот) во атом користејќи рендгенски зраци. Кога рендгенски зраци поминува преку атомот, некои од зраците се расејуваат додека останатите поминуваат преку атомот. Бидејќи рендгенските зраци го губат својот интензитет пред сè поради расејувањето заради електроните, со забележување на намалената честота во интензитетот на рендгенските зраци, бројот на електрони содржан во атом може точно да се определи.

Симболика

Погледнете Боров модел на атом, кој се однесува за делот подолу.

Генерички атомски планетарен модел.

Емблем на комисијата за атомска енергија во САД

Радерфордовиот модел на атомот се настроил кон идејата дека има многу електрони во прстени, по Нагаока. Но сепак, Нилс Бор го модифицирал овој поглед во слика со неколку планети-како електорни за лесни атоми, Радерфорд-Боровиот модел ја фатил имагинацијата на јавноста. Оттогаш постојано се користел како симбол за атоми па дури и за "атомска" енергија (иако ова е посоодветно сметано за јадрена енергија). Примери за неговата употреба во текот на минатиот век се:

• Логото на комисијата на САД за атомска енергија, која беше делумно одговорна за неговата подоцнежна употреба во релација со јадрено цепење, а особено во технологијата.
• Знамето на меѓународната агенција за атомска енергија е радерфордов атом, затворен во маслинови гранки.
• Логото во САД за малата бејзбол лига за тимот Албакеркиски Изотопи е радерфордов атом, со електрон кој орбитира околку буквата А.
• Сличен симбол, Атомскиот виорат, бил избран како симбол за американските атеисти, и станал симбол кој се користи за атеизмот воопшто.
• Уникодовите разновидни симболи codepoint U+269B (⚛) користат радерфордов атом.
• На мапи, генерално се користи за да се означи инсталација на атомска централа.

Поврзано

Наводи

1. Akhlesh Lakhtakia (Ed.); Salpeter, Edwin E. (1996). „Models and Modelers of Hydrogen“. American Journal of Physics. World Scientific. 65 (9): 933. Bibcode:1997AmJPh..65..933L. doi:10.1119/1.18691. ISBN 981-02-2302-1.CS1-одржување: излишен текст: список на автори (link)
2. E. Rutherford, The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom, Philosophical Magazine. Series 6, vol. 21. May 1911
3. 1926 Lecture for Nobel Prize in Physics
4. Nicholas Giordano (1 January 2012). College Physics: Reasoning and Relationships. Cengage Learning. стр. 1051–. ISBN 1-285-22534-1.
5. Constan, Zach (2010). „Learning Nuclear Science with Marbles“. The Physics Teacher. 48 (2): 114. doi:10.1119/1.3293660. ISSN 0031-921X.

Надворешни врски

• Rutherford's Model by Raymond College
• Rutherford's Model by Kyushu University Архивирано на 2 септември 2006 г.

Предлошка:Atomic models