57. Досліди Резерфорда. Ядерна модель атома. Квантові постулати Бора.

Уподібнення атома планетарній системі робилося ще на початку ХХ століття. Але цю модель було важно сполучити з моделями електродинаміки, і вона була залишина, уступивши місце моделі Томсона. Однак, зроблені у 1900-х роках дослідження привели до підтвердження планетарної системи.

Резерфорд запропонував схему будови атома: у центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого по різним орбіталям обертаються негативно заряджені електрони. Доцентрові сили, що виникають при цьому обертанні, утримують їх на своїх орбіта лях і не дають їм відокремлюватися. Ця модель атома легко пояснюється явищем відхилення альфа-частинок, якщо відомо, що розміри ядра і електрона дуже малі в порівнянні з розмірами всього атома.

Джерело альфа-частинок випромінювання поміщали в свинцевий кубик з просвердленими в нього каналами, так що вдавалося отримати потік альфа-частинок, які летять в певному напрямку. Потрапляючи на екран, покритий сульфідом цинку, альфа-частинки викликають його світіння, причому в лупу можна було побачити і підрахувати окремі спалахи, що виникають на екрані при попаданні на нього кожної альфа-частинки. Між джерелом випромінювання і екраном поміщали тонку металеву фольгу. По спалахах на екрані модна було судити про розсіювання альфа-частинок, тобто їх відхилення від превинного напрямку при проходженні через шар металу. Виявилось, що більшість альфа-частино проходять через фольгу, не змінюючи при цьому свого напрямку, хоча товщина металевого аркуша дорівнює сотням тисяч атомних діаметрів. Але деяка частка альфа-частинок все ж відхилилась на невеликий кут, а зрідка альфа-частинки різко змінюють напрям свого руху й навіть відлітають назад ніби наштовхуючись на масивну перешкоду. Випадки такого різкого відхилення альфа-частинок можна було спостерігати рухаючи екран з лупою по дузі.

З результатів цих досліджень виходило, що переважна частина простору, займаного атомом металу, не містять важких частин – там можуть знаходитися тільки електрони. Адже маса електрона майже в 7500 разів менша маси альфа-частинок, отже зіткнення з електроном не може вплинути на напрям руху альфа-частинки. Випадки різкого відхилення альфа-частинок свідчать про те, що в атомі є якесь важке ядро, в якому переважна частина всієї маси атома. Це ядро займає дуже малий об*єм – саме тому альфа-частинки так рідко з ним стикаються, і повинне володіти негативним зарядом, який і викликатиме відштовхування однойменних заряджених альфа-частинок.

Виходячи з цих міркувань, Резерфорд у 1911р. запропонував наступну схему будови атома, що отримала назву «ядерна модель атома» : 1) атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативно зарядженого електрона; 2) позитивний заряд ядра нейтралізується сумарним негативним зарядом електронів, тому атом є електронейтральним; 3) виникаюча унаслідок обертання електронів відцентрова сила врівноважується силою електростатичного тяжіння електронів до протилежно зарядженого ядра; 4) розміри ядра дуже малі в порівнянні з розмірами атома – 10 (в мінус 10) м, а діаметр ядра – 10 (в мінус 15).

Чим більше заряд атомного ядра, тим сильніше відштовхуються від нього альфа-частинки, що проходять через шар металу, від первинного напрямку руху. Тому досліди з розсіюванням альфа-частинок дають можливо не тільки з*ясувати існування атомного ядра, але і визначити його заряд.

Величезний вклад в розвиток сучасного уявлення про будову атома

зробила теорія Бора, підійшовши, з одного боку, до розкриття законів

спектроскопії і пояснення механізму випромінювання, а з іншого боку — до з'ясування структури

окремих атомів і встановленню зв'язку між ними. Однак, залишалося ще багато явищ у цій області.

пояснити які теорія Бора не могла.

У 1913 р. Н. Бор запропонував теоретичне пояснення моделі атома Резерфорда, яке об'єднувало ядерну модель атома з квантовою теорією світла і було засноване на відмові від ряду класичних уявлень, насамперед, на відмові від ствердження про безперервність класичних величин типу енергії і моменту імпульсу. Цим Бор заклав основи квантової теорії. Надалі багато в чому непослідовна модель Бора була замінена строгими законами квантової механіки.

Бор встановив відповідність між лініями атомного спектра і енергією електронів в атомах. Значення енергії Бор назвав квантовими рівнями. Грунтуючись на положенні квантової теорії світла про переривчасту, дискретну природу випромінювання і на лінійчатому характері атомних спектрів, він зробив висновок, що енергія електронів в атомі не може змінюватися безперервно, а

Квантові постулати Бора

Величезний вклад в розвиток сучасного уявлення про будову атома зробила теорія Бора, підійшовши, з одного боку, до розкриття законів спектроскопії і пояснення механізму випромінювання, а з іншого боку — до з'ясування структури окремих атомів і встановленню зв'язку між ними. Однак, залишалося ще багато явищ у цій області, пояснити які теорія Бора не могла.

У 1913 р. Н. Бор запропонував теоретичне пояснення моделі атома Резерфорда, яке об'єднувало ядерну модель атома з квантовою теорією світла і було засноване на відмові від ряду класичних уявлень, насамперед, на відмові від ствердження про безперервність класичних величин типу енергії і моменту імпульсу. Цим Бор заклав основи квантової теорії. Надалі багато в чому непослідовна модель Бора була замінена строгими законами квантової механіки.

Бор встановив відповідність між лініями атомного спектра і енергією електронів в атомах. Значення енергії Бор назвав квантовими рівнями. Грунтуючись на положенні квантової теорії світла про переривчасту, дискретну природу випромінювання і на лінійчатому характері атомних спектрів, він зробив висновок, що енергія електронів в атомі не може змінюватися безперервно, а змінюється скачками тобто дискретно. Тому в атомі можливі не будь-які енергетичні стани електронів, а лише певні, «дозволені» стани. Інакше кажучи, енергетичні стани електронів в атомі квантовані. Перехід з одного дозволеного стану в інший відбувається стрибкоподібно і супроводжується випусканням або поглинанням кванта електромагнітного випромінювання.

Основні положення своєї теорії Бор сформулював у вигляді постулатів, зміст яких зводиться до наступного:

1. Електрон може обертатися навкруги ядра не по будь-якій, а тільки по деяких певних кругових орбітах. Ці орбіти отримали назву стаціонарних.

2. Рухаючись по стаціонарній орбіті, електрон не випромінює електромагнітної енергії. Випромінювання відбувається під час стрибкоподібного переходу електрона з однієї

стаціонарної орбіти на іншу. При цьому випускається або поглинається квант електромагнітного випромінювання.

Постулати Бора знаходилися в різкій суперечності з положеннями класичної фізики. З погляду класичної механіки електрон може обертатися по будь-яких орбітах, а класична електродинаміка не допускає руху зарядженої частинки по круговій орбіті без випромінювання. Але ці постулати знайшли своє виправдання в чудових результатах, отриманих Бором при розрахунку спектру атома водню. Теорія Бора не лише пояснила фізичну природу атомних спектрів як результат переходу атомних електронів з одних стаціонарних орбіт на інші, але й вперше дозволила розраховувати спектри. Розрахунок спектру найпростішого атома — атома водню, виконаний Бором, дав блискучі результати: обчислене положення спектральних ліній у видимій частині спектру чудово співпало з їх дійсним місцеположенням в спектрі. При цьому виявилося, що ці лінії відповідають переходу електрона з більш віддалених орбіт на другу від ядра орбіту.

58. Перетворення хімічних елементів. Енергія радіоактивного випромінювання та її здатність проникати в речовину.

Три види радіоактивного випромінювання:

Альфа-промені – потік іонів гелію. Енергія – 4-9 МеВ. Затримуються тонкою фольгою чи листком паперу.

Бета-промені – потік електронів. Енергія – 0,01-2,3 МеВ. Затримуються шаром металу товщиною 3мм.

Гама-промені – потік фотонів. Енергія – 0,02-2,6 МеВ. Затримуються шаром свинцю більшим за 20 см.