Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.4: Експеримент Резерфорда - ядерна модель атома

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20495

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Опишіть модель атома Томсона «сливовий пудинг» і докази для цього.
    • Опишіть експеримент Резерфорда із золотою фольгою та поясніть, як цей експеримент змінив модель «сливового пудингу».

    Електрон був відкритий Джей Джей Томсоном в 1897 році. Існування протонів також було відомо, як і той факт, що атоми були нейтральними. Оскільки неушкоджений атом не мав чистого заряду, а електрон і протон мали протилежні заряди, наступним кроком після відкриття субатомних частинок було з'ясувати, як ці частинки були розташовані в атомі. Це складне завдання через неймовірно малих розмірів атома. Тому вчені поставили собі за мету розробити модель того, як, на їхню думку, може виглядати атом. Мета кожної атомної моделі полягала в тому, щоб максимально точно представити всі експериментальні докази про атоми.

    Після відкриття електрона Джей Томсон розробив те, що стало відомим як модель "сливового пудингу" (рис. \(\PageIndex{1}\)) в 1904 році. Сливовий пудинг - англійський десерт, схожий на чорничний кекс. У моделі атома сливового пудингу Томсона електрони були вбудовані в рівномірну сферу позитивного заряду, як чорниця, встромлена в кекс. Позитивним питанням вважалося желеподібний або густий суп. Електрони були дещо рухливими. Коли вони наблизилися до зовнішньої частини атома, позитивний заряд в області був більшим, ніж сусідні негативні заряди, і електрон буде відтягнутий назад більше до центральної області атома.

    У моделі сливового пудингу електрони рівномірно поширюються в сфері позитивного заряду
    \(\PageIndex{1}\)Малюнок Модель «сливовий пудинг».

    Однак ця модель атома незабаром поступилася місцем новій моделі, розробленої новозеландцем Ернестом Резерфордом (1871 - 1937) приблизно через п'ять років. Томсон все ще отримав багато почестей за своє життя, в тому числі був удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1906 році і лицарство в 1908 році.

    Атоми і золото

    У 1911 році Резерфорд і колеги Ганс Гейгер і Ернест Марсден ініціювали серію новаторських експериментів, які повністю змінили б прийняту модель атома. Вони бомбардували дуже тонкі листи золотої фольги швидко рухаються альфа-частинками.

    Малюнок\(\PageIndex{2}\) (а) Експериментальна установка для експерименту з золотою фольгою Резерфорда: Радіоактивний елемент, який випромінював альфа-частинки, був спрямований до тонкого аркуша золотої фольги, який був оточений екраном, який дозволив би виявити відхилені частинки. (b) Відповідно до моделі сливового пудингу (зверху) всі альфа-частинки повинні були пройти через золоту фольгу з невеликим відхиленням або без нього. Резерфорд виявив, що малий відсоток альфа-частинок відхилявся під великими кутами, що можна пояснити атомом з дуже маленьким, щільним, позитивно зарядженим ядром в його центрі (дні).

    Відповідно до прийнятої атомної моделі, в якій маса і заряд атома рівномірно розподілені по всьому атому, вчені очікували, що всі альфа-частинки пройдуть крізь золоту фольгу лише з невеликим відхиленням або взагалі відсутністю. Дивно, але, як показано на малюнку \(\PageIndex{2}\)(хоча більшість альфа-частинок дійсно були недозволені, дуже малий відсоток (близько 1 з 8000 частинок) відскочив від золотої фольги під дуже великими кутами. Деякі були навіть перенаправлені назад до джерела. Ніякі попередні знання не підготували їх до цього відкриття. У відомій цитаті Резерфорд вигукнув, що це «так, ніби ви випустили 15-дюймовий [артилерійський] снаряд по шматочку тканини, і він повернувся і вдарив вас».

    Резерфорду потрібно було придумати абсолютно нову модель атома, щоб пояснити його результати. Оскільки переважна більшість альфа-частинок пройшла крізь золото, він міркував, що більша частина атома була порожнім простором. На відміну від цього, частинки, які були сильно відхилені, повинні випробувати надзвичайно потужну силу всередині атома. Він зробив висновок, що весь позитивний заряд і більша частина маси атома повинні бути зосереджені в дуже маленькому просторі в надрах атома, яке він назвав ядром. Ядро є крихітним, щільним центральним ядром атома і складається з протонів і нейтронів.

    Атомна модель Резерфорда стала називатися ядерною моделлю. У ядерному атомі протони і нейтрони, які складають майже всю масу атома, розташовані в ядрі в центрі атома. Електрони розподіляються навколо ядра і займають більшу частину обсягу атома. Варто підкреслити саме те, наскільки маленьке ядро порівнюється з іншим атомом. Якби ми могли підірвати атом розміром з великий професійний футбольний стадіон, ядро було б розміром приблизно з мармур.

    Модель Резерфорда виявилася важливим кроком на шляху до повного розуміння атома. Однак він не повністю розглядав природу електронів і спосіб, яким вони займали величезний простір навколо ядра. За це та інші ідеї Резерфорд був удостоєний Нобелівської премії з хімії в 1908 році. На жаль, Резерфорд вважав за краще б отримати Нобелівську премію з фізики, оскільки вважав фізику, що перевершує хімію. На його думку, «Вся наука - це або фізика, або колекціонування штампів».

    Резюме

    • Модель сливового пудингу - це рання спроба показати, як виглядає атом.
    • Бомбардування золотої фольги альфа-частинками показало, що деякі частинки були відхилені.
    • Ядерна модель атома складається з невеликого і щільного позитивно зарядженого інтер'єру, оточеного хмарою електронів.

    Дописувачі та атрибуція

    1. Back to top
    • Was this article helpful?

    Recommended articles

    1. Article type
      Section or Page
      Show Page TOC
      No on Page
    2. Tags
      1. source[translate]-chem-152150