Thomsoni "rosinakukkel" ja Rutherfordi aatomimudel (12)

AATOMIFÜÜSIKA
Aatom on keemilise elemendi väikseim osake, mis on ergastamata olekus neutraalne . Aatom koosneb tuumast ja elektronkattest vastavalt läbimõõtudele 10 -15 ja 10 -10 m, massiga suurusjärgus 10 - 27 ...... 10 - 25 kg. Aatomi mass on koondunud 99,9 % ulatuses aatomi tuuma, tuuma tihedus on 10 17 kg / m 3 . Elektronid paiknevad aatomi tuuma ümber kihiliselt , seejuures välimises kihis olevate elektronide arv määrab ära aatomi keemilised omadused. Aatomi elektronkatte laeng moodustub elementaarlaengute kordustest . 1 e = -1,6 10 - 19 C . Aatomituum koosneb positiivsetest prootonitest ja neutraalsetest neutronitest . Elektronide arv ergastamata aatomis on võrdne prootonite arvuga , prootoni laeng võrdne elektroni laengu absoluutväärtusega. Prootonite arvu määrab Mendelejevi tabeli elemendi järjekorranumber , prootonite ja neutronite arvude summa - nukleonide arv võrdub M.tabeli massiarvuga X või X või ZXM. Väga suured jõud nukleonide vahel omavad " tugeva mõjujõu "olemuse .
Kui aatomi elektronkattes on elektrone rohkem või vähem kui selle aatomi tuumas prootone, muutub aatom elektriliselt laetud iooniks - He + või He - heeliumi puhul . H + on sümboliks prootonile , sest vesiniku positiivne ioon on vesiniku aatomi tuum.
m p = 1,672623 10 -27 kg
m n = 1,674929 10 -27
m e = 9,1 10 -31 kg.
Elektron avastati 1897 .a katoodkiirte kõrvalekaldumisest magnet- ja elektriväljas Joseph John Thomsoni poolt, esimese elektroni sisaldava aatomi mudeli pakkus välja Thomson ise. Selle oletuse kohaselt koosneks aatom võrdsel arvul olevatest elektronidest ja positiivsetest osakestest . Elektronide arv määraks aatomi massi.



Thomsoni " rosinakukkel " Rutherfordi aatomimudel
Thomsoni mudelist lähtuvalt anti üsna tõepärane ettekujutus aatomi mõõtmetele, kuid see ei võimaldanud seletada gaaside joonspektreid. Lihtsaima aatomi mudel, mida mõitetakse lähendina tegelikkusele, on nn. Rutherfordi mudel , mis tugines kuldlehe pommitamisel
- osakestega. Alfaosake on heeliumi aatomi tuum, koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist laenguga | 2e | , alfaosakese mass on 6,642669 10 -27 kg ( 4,00273 amü ). Püüdes seletada nende osakeste hajumist suurte nurkade all, lõi Rutherford teooria , milles esineb aatomi tuum. Selles mudelis oli vastuoluks nn."kiirgustõbi" : kui eeldada, et elektronid seisavad aatomis paigal, siis peaksid langema elektriliste jõudude mõjul positiivselt laetud tuuma või kui eeldada , et elektronid tiirlevad ümber tuuma piki kinniseid trajektoore ( planetaarne aatomimudel ), siis peaks iga kiirendusega liikuv laeng kiirgama elektromagnetlaineid, kaotades seejuures energiat ja langema seejärel tuuma, seega aatom ei oleks püsiv. Samamoodi ei seletatud joonspektreid.
Ernest Rutherford sümdis 30 . augustil 1871.a.Uus- Meremaal . Tema isa oli farmer ja rattameister, ema kooliõpetaja. Peres oli kokku 11 last. 1892.a. lõpetas E.R. Uus-Meremaal ülikooli bakalauruse kraadiga. Pärast ülikooli jätkas ta tööd sealsamas, tegeledes peamiselt magnetdetektorite konstrueerimisega ( ionisatsioonikamber, loendur vms. seade, mida kasutatakse alfa - või beetaosakeste, röntkenikiirguse või gammakiirguse, neutronite, prootonite registreerimiseks. Detektoritega määratakse kiirguse komponendid ja osakeste energiaspekter, mõõdetakse kiirguse intensiivsust, uuritakse kiirete osakeste ja aatomi tuumade vahelist mõju, ebastabiilsete osakeste lagunemist) . 1894.a. omistati Rutherfordile magistrikraad. 1895 .a.sai ta maailmanäituse stipendiumi, mis võimaldas tal sõita Inglismaale , kus asus tööle Cambridge ´i ülikooli Cavendishi laboratooriumis, mida juhtis tol ajal J.J.Thomson. Seal alustas ta ka radioaktiivsuse uurimist ning avastas
- ja
- kiirguse . 1898 .a.siirdus E.Rutherford Montreali , kus temast sai Mc Hilli ülikooli professor , Kanadas jätkas ta radioaktiivsuse uurimist, lõi aatomite radioaktiivse lagunemise teooria ning hakkas uurima
- osakese hajumist aines. 1903.a.valiti ta Londoni Kuningliku Seltsi liikmeks. 1907.a. pöördus ta tagasi Inglismaale, kus temast sai Manchesteri ülikooli professor ning kus ta koos H . Geigeriga konstrueeris esimese gaaslahendusloenduri kiirguse registreerimiseks. 1908.a. omisteti E.R .- le Nobeli preemia keemiliste elementide radioaktiivse lagunemise ja nende keemiliste omaduste uurimise eest. 1919.a.sai temast Cambridge ülikooli professor ning kuulsa Cavendishi laboratooriumi direktor . Tema käe all kujunes välja terve füüsikute koolkond - N. Bohr , H.Geiger, E.Mardsen, P.Kapitsa jt. Cavendishi perioodil teostas ta esimese tehistuumareaktsiooni, muutes lammastiku hapnikuks, avastas prootoni, ennustas neutroni ja deutron 1 H 2 olemasolu, tõestas eksperimentaalselt massi ja energia seose tuumareaktsioonides ( 1933 ) ning teostas deutronite sünteesiteaktsioo ,mille tulemusena tekkis triitium 3 H . " Kuulge, aga millal te siis mõtlete ? ". Abielus Mary Newtoniga, surm ootamatult 1937.a.
Lähtuvalt Rutherfordi aatomimudelist lõi 1913 .a. taanlane Niels Bohr teooria, mis seletas nii aatomi püsivuse kui ka neeldumis ,- kiirgusspektrid .Bohr jõudis lihtsa, kuid ootamatu ideeni : aatomis on kõikvõimalike elektroniteede hulgas teatud hulk orbiite , millel liikudes aatomi energeetiline olek ei muutu. See teooria tugineb tõestuseta aksepteeritavatel väidetel - postullaatidel :
Aatom võib olla vaid kindlates ( statsionaarsetes ) olekutes, millest igaühele vastab energia E n . Statsionaarses olekus aatom ei kiirga ega neela.
Aatomi üleminekul statsionaarsest olekust energiaga E k olekusse energiaga E m kiiratakse või neelatakse energiakvant hf, mis võrdub nende olekute energiate vahega
hf = | E k - E m | = E n .
Kui elektroni algolek on suurem kui elektroni lõppolek , s.t. E k