Планетарная мадэль атама

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Планетарная мадэль атама: ядро (чырвонае) і электроны (зялёныя)
3D-анімацыя атама, якая ўключае ў сябе мадэль Рэзерфорда

Планетарная мадэль атама, ці мадэль атама Резерфо́рда, — гістарычна важная мадэль будовы атама, прапанаваная Эрнстам Рэзерфордам у класічным артыкуле[1], апублікаваным у 1911 г., на аснове аналізу і статыстычнай апрацоўкі вынікаў эксперыментаў па рассейванню альфа-часціц у тонкай залатой фользе, выкананых Гейгером і Марсдэнам у 1909 г.[1]

У гэтай мадэлі Резерфорд апісвае атам як сістэму з маленечкага дадатна зараджанага ядра, у якім засяроджана амаль уся маса атама, і электронаў, якія круцяцца вакол яго, — падобна таму, як планеты рухаюцца вакол Сонца.

Планетарная мадэль атама адпавядае сучасным прадстаўленням аб будове атама з удакладненнямі, што рух электронаў не можа быць апісаны законамі класічнай механікі і мае квантавамеханічны характар.

Гістарычна планетарная мадэль Рэзерфорда прыйшла на змену «мадэлі слівавага пудынгу» Джозефа Джона Томсана, згодна з якою адмоўна зараджаныя электроны змешчаны ўнутр дадатна зараджанага атама з размеркаваным па ўсяму аб’ёму атама дадатным зарадам, як разыначкі ў пудынгу.

Перадгісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Схема мадэлі атама Томсана. У мадэлі Томсана «карпускулы» (электроны) размешчаны ўнутры воблака дадатнага зараду, а не вакол дадатна зараджанага ядра.

К 1904 году японскі фізік Нагаока распрацаваў раннюю, як аказалася пасля, памылковую «планетарную мадэль» атама («атам тыпа Сатурна»)[2]. Мадэль была пабудавана на аналогіі з разлікамі ўстойлівасці кольцаў Сатурна (кольцы ўраўнаважаны з-за вельмі вялікай масы планеты). Мадэль Нагаокі была няправільная, але два следствы з яе аказаліся прароцкімі:

Новую мадэль будовы атама Резерфорд прапанаваў у 1911 годзе на аснове аналізу эксперыментаў па рассейванню альфа-часціц у залатой фальзе, праведзеных у 1909 г. пад яго кіраўніцтвам.

Пры гэтым рассеянні вялікая, нечакана статыстычна невытлумачальная, колькасць альфа-часціц рассейвалася на большыя вуглы, што сведчыла аб тым, што цэнтр рассеяння мае невялікія памеры, але ў ім значны электрычны зарад і маса атама.

Разлікі Резерфорда паказалі, што цэнтр рассейвання, зараджаны дадатна ці адмоўна, павінен быць па меншай меры ў 3000 разоў меншы за памеры атама, які ў той час ужо быў вядомы і ацэньваўся як прыкладна 10−10 м. Паколькі ў той час электроны ўжо былі вядомыя, а іх маса і зарад вызначаны, то цэнтр рассейвання, які пазней назвалі ядром, павінен быў мець процілеглы электронам зарад. Резерфорд не звязаў велічыню зараду з атамным нумарам. Гэтая выснова была зроблена пазней. А сам Резерфорд выказаў здагадку, што зарад ядра прапарцыянальны атамнай масе. Сувязь электрычнага зараду ядра з атамным нумарам хімічнага элемента ўстанавіў Генры Мозлі ў эксперыментах, выкананых у 1913 г.

Недахопам планетарнай мадэлі была немагчымасць тлумачэння ёю ўстойлівасцi атамаў. З класічнай электрадынамікі вынікае, што паколькі электроны рухаюцца вакол ядра, адчуваючы цэнтраімклівае паскарэнне як планеты вакол Сонца, то яны па законах класічнай электрадынамікі павінны выпраменьваць электрамагнітныя хвалі, губляючы пры гэтым на выпраменьванне кінетычную энергію арбітальнага руху, і ў выніку «ўпасці» на ядро. Разлікі, выкананыя з дапамогай метадаў класічнай электрадынамікі паказваюць, што электроны павінны «ўпасці» на ядро за час парадку 10−11 с.

Гэтая супярэчнасць была знята наступным развіццём планетарнай мадэлі ў мадэлі атама Бора, у якой за аснову былі ўзяты іншыя, адметныя ад класічных законы арбітальнага руху электронаў, як хваль де Бройля. Вынікі эксперыментаў, якія цалкам супярэчылі вывадам класічнай электрадынамікі, былі растлумачаны з развіццём квантавай механікі.

Зноскі

  1. 1,0 1,1 Rutherford E. The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom, Philosophical Magazine. Series 6, vol. 21. May 1911
  2. Bryson, Bill (2003-05-06). A Short History of Nearly Everything. Broadway Books. ISBN 0767908171.