Строение атома. Опыты Резерфорда

Строение атома Опыты Резерфорда

Актуализация знаний

• Что вам известно о строении вещества?
• Как мы узнаем о строении вещества?
• Каково строение атома?
• Как можно узнать

о строении атома?

• Имеет ли ядро атома

внутреннюю структуру?

• Что такое электрон?
• Входят ли электроны

в состав ядра?

Гипотеза о том, что вещества состоят из большого числа атомов, зародилась свыше двух тысячелетий назад.

• Позиция Демокрита: «Существует предел деления – атом».

• Позиция Аристотеля:

« Делимость вещества бесконечна».

Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества.

1897 г - Дж. Дж. Томсон доказал существование электрона, измерил его заряд и массу.

1897 г - В. Вебер впервые высказал мысль об электронном строении атома ( электроны входят в состав атома).

1905 г - Ф. Линдеман утверждал, что атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы- форму лепешки.

1903-1904 гг - Дж. Дж. Томсон предложил модель атома в виде положительно заряженного шара, в котором «плавают» электроны.

Модель строения атома Томсона

• Атом – шар, по всему объёму которого равномерно распределён положительный заряд.
• Внутри шара находятся электроны.
• Каждый электрон может совершать колебательные движения около своего положения равновесия.
• Положительный заряд шара равен по модулю суммарному заряду электронов, поэтому заряд атома в целом равен нулю.

Модель Томсона нуждалась в экспериментальной проверке. Важно было убедиться, действительно ли положительный заряд распределён по всему объёму атома с постоянной плотностью.

В 1909г. Эрнест Резерфорд совместно со своими сотрудниками Г. Гейгером и Э. Марсденом провёл ряд опытов по исследованию состава и строения атомов.

Резерфорд Эрнест (1871–1937) – английский физик, основоположник ядерной физики. Его исследования посвящены атомной и ядерной физике, радиоактивности.

Своими фундаментальными открытиями в этих областях заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома.

В 1899 г. открыл альфа - и бета-лучи. Вместе с Ф. Содди в 1903 г. разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений. В 1903 г. доказал, что альфа-лучи состоят из положительно заряженных частиц. Предсказал существование трансурановых элементов.

В 1908 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

Идея опыта Резерфорда:

• Зондировать атом альфа–частицами.
• Альфа-частицы возникают при распаде радия.
• Масса альфа-частицы в 8000 раз больше массы электрона.
• Электрический заряд альфа-частицы в 2 раза больше заряда электрона.
• Скорость альфа-частицы около 15 000 км/с.
• Альфа-частица является ядром атома гелия.

Скорость a - частиц - 1/30 скорости света в вакууме

На экране

Радиоактивное

?

вещество

Фольга

Опыты показали: Подавляющая часть альфа-частиц проходит сквозь фольгу практически без отклонения или с отклонением на малые углы; Некоторая небольшая часть альфа-частиц при прохождении через фольгу отклоняется на значительные углы ( 90,120,150 градусов);

Обнаружилось, что некоторые α-частицы отклонялись на большие углы, до 180º.

Резерфорд понял, что такое отклонение возможно лишь при встрече с положительно заряженной частицей большой массы. Малая вероятность отклонения на большие углы говорила о том, что эта положительная частица имеет малые размеры, порядка  10 –14 м.

Электроны, по Резерфорду, движутся вокруг ядра.

Оказалось, что радиус ядра R  (10  14 ÷ 10  15 )м и зависит от числа нуклонов в ядре.

Выводы из опытов:

• Положительный заряд сосредоточен в малой части атома – ядре;
• Практически вся масса атома сосредоточена в этом ядре;
• Отклонения альфа-частиц на большие углы происходят в результате столкновения альфа – частиц с ядром одного из атомов;
• Теоретические расчеты позволили оценить размеры ядер атомов – порядка 10-14 м, тогда как размеры атома в 10 000 раз больше.

На основе выводов из опытов Резерфордом была предложена планетарная модель атома

Конец ХIХ - начало ХХ века

Строение атома по Резерфорду

Электронная оболочка

Ядро

Недостатки атома Резерфорда

• Эта модель не согласуется с наблюдаемой стабильностью атомов. По законам классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен непрерывно излучать электромагнитные волны, а поэтому терять свою энергию. В результате электроны будут приближаться к ядру и в конце концов упадут на него.
• Эта модель не объясняет наблюдаемые на опыте оптические спектры атомов. Оптические спектры атомов не непрерывны, как это следует из теории Резерфорда, а состоят из узких спектральных линий, т.е. атомы излучают и поглощают электромагнитные волны лишь определенных частот, характерных для данного химического элемента.

К явлениям атомных масштабов законы классической физики неприменимы.

Попыткой спасения планетарной модели атома стали постулаты

Нильса Бора

Вопросы на закрепление:

• 1. В чём заключается сущность модели Томсона?
• 2. В чём заключалась идея опыта Резерфорда?
• 3. Объясните по схеме опыт Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц.
• 4. Объясните причину рассеивания альфа-частиц атомами вещества.
• 5. В чём сущность планетарной модели атома?
• 6. В чем противоречивость модели атома Резерфорда?