Els descobriments en el camp de l'estructura atòmica s'han convertit en un pas important en el desenvolupament de la física. El model de Rutherford va ser de gran importància. L'àtom com a sistema i les partícules que el formen s'han estudiat amb més precisió i detall. Això va conduir al desenvolupament reeixit d'una ciència com la física nuclear.
Idees antigues sobre l'estructura de la matèria
La suposició que els cossos circumdants estan composts per les partícules més petites es va fer en l'antiguitat. Els pensadors d'aquella època representaven l'àtom com la partícula més petita i indivisible de qualsevol substància. Van argumentar que no hi ha res a l'univers més petit que un àtom. Aquests punts de vista els tenien els grans científics i filòsofs grecs antics: Demòcrit, Lucreci, Epicur. Les hipòtesis d'aquests pensadors estan avui unides sota el nom d'"atomisme antic".
Actuacions medievals
Els temps de l'antiguitat han passat, i a l'Edat Mitjana també hi havia científics que van fer diverses suposicions sobre l'estructura de les substàncies. No obstant això, el predomini de les visions filosòfiques religioses i el poder de l'església en aquest període de la història estan a l'arrel.va suprimir qualsevol intent i aspiració de la ment humana cap a conclusions i descobriments científics materialistes. Com sabeu, la Inquisició medieval es va comportar molt poc amistosa amb els representants del món científic d'aquella època. Cal dir que les ments brillants d'aleshores tenien una idea que venia de l'antiguitat sobre la indivisibilitat de l'àtom.
Estudis del segle XVIII-XIX
El segle XVIII va estar marcat per seriosos descobriments en el camp de l'estructura elemental de la matèria. En gran part gràcies als esforços de científics com Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov i John D alton. Independentment els uns dels altres, van poder demostrar que els àtoms existeixen realment. Però la qüestió de la seva estructura interna restava oberta. El final del segle XVIII va estar marcat per un esdeveniment tan significatiu en el món científic com el descobriment del sistema periòdic d'elements químics per D. I. Mendeleiev. Aquest va ser un avenç realment poderós d'aquella època i va aixecar el vel sobre la comprensió que tots els àtoms tenen una sola naturalesa, que estan relacionats entre si. Més tard, al segle XIX, un altre pas important per desentranyar l'estructura de l'àtom va ser la prova que qualsevol d'ells conté un electró. El treball dels científics d'aquest període va preparar un terreny fèrtil per als descobriments del segle XX.
experiments de Thomson
El físic anglès John Thomson va demostrar el 1897 que els àtoms contenen electrons amb càrrega negativa. En aquesta etapa, les idees falses que l'àtom és el límit de la divisibilitat de qualsevol substància van ser finalment destruïdes. ComThomson va ser capaç de demostrar l'existència dels electrons? En els seus experiments, el científic va col·locar elèctrodes en gasos molt rarificats i va passar un corrent elèctric. El resultat van ser els raigs catòdics. Thomson va estudiar acuradament les seves característiques i va trobar que són un corrent de partícules carregades que es mouen a gran velocitat. El científic va poder calcular la massa d'aquestes partícules i la seva càrrega. També va descobrir que no es poden convertir en partícules neutres, ja que la càrrega elèctrica és la base de la seva naturalesa. Així és com es van descobrir els electrons. Thomson també és el creador del primer model mundial de l'estructura de l'àtom. Segons ell, un àtom és un munt de matèria carregada positivament, en la qual els electrons carregats negativament es distribueixen uniformement. Aquesta estructura explica la neutralitat general dels àtoms, ja que les càrregues oposades s'equilibren entre elles. Els experiments de John Thomson es van convertir en inestimables per a l'estudi posterior de l'estructura de l'àtom. Tanmateix, moltes preguntes van quedar sense resposta.
Rutherford Research
Thomson va descobrir l'existència d'electrons, però no va trobar partícules carregades positivament a l'àtom. Ernest Rutherford va corregir aquest malentès el 1911. Durant els experiments, estudiant l'activitat de les partícules alfa en els gasos, va descobrir que hi ha partícules carregades positivament a l'àtom. Rutherford va veure que quan els raigs travessen un gas o una placa metàl·lica fina, un nombre reduït de partícules es desvien bruscament de la trajectòria del moviment. Van ser literalment llençats enrere. El científic ho va endevinaraquest comportament s'explica per la col·lisió amb partícules carregades positivament. Aquests experiments van permetre al físic crear el model de Rutherford de l'estructura de l'àtom.
Model planetari
Ara les idees del científic eren una mica diferents de les suposicions fetes per John Thomson. Els seus models d'àtoms també es van fer diferents. L'experiència de Rutherford li va permetre crear una teoria completament nova en aquesta àrea. Els descobriments del científic van ser d'una importància decisiva per al desenvolupament posterior de la física. El model de Rutherford descriu un àtom com un nucli situat al centre i electrons que es mouen al seu voltant. El nucli té una càrrega positiva i els electrons una càrrega negativa. El model de l'àtom de Rutherford suposava la rotació dels electrons al voltant del nucli al llarg de determinades trajectòries: òrbites. El descobriment del científic va ajudar a explicar el motiu de la desviació de les partícules alfa i es va convertir en l'impuls per al desenvolupament de la teoria nuclear de l'àtom. En el model de l'àtom de Rutherford, hi ha una analogia amb el moviment dels planetes del sistema solar al voltant del sol. Aquesta és una comparació molt precisa i vívida. Per tant, el model de Rutherford, en què l'àtom es mou al voltant del nucli en una òrbita, es va anomenar planetari.
Obres de Niels Bohr
Dos anys més tard, el físic danès Niels Bohr va intentar combinar idees sobre l'estructura de l'àtom amb les propietats quàntiques del flux de llum. El model nuclear de l'àtom de Rutherford va ser posat pel científic com a base de la seva nova teoria. Segons Bohr, els àtoms giren al voltant del nucli en òrbites circulars. Aquesta trajectòria de moviment condueix a l'acceleracióelectrons. A més, la interacció coulombiana d'aquestes partícules amb el centre de l'àtom va acompanyada de la creació i el consum d'energia per mantenir el camp electromagnètic espacial derivat del moviment dels electrons. En aquestes condicions, les partícules carregades negativament hauran de caure algun dia al nucli. Però això no passa, la qual cosa indica la major estabilitat dels àtoms com a sistemes. Niels Bohr es va adonar que les lleis de la termodinàmica clàssica descrites per les equacions de Maxwell no funcionen en condicions intraatòmiques. Per tant, el científic es va proposar la tasca de derivar nous patrons que fossin vàlids en el món de les partícules elementals.
postulats de Bohr
En gran part pel fet que el model de Rutherford existia, l'àtom i els seus components estaven ben estudiats, Niels Bohr va poder apropar-se a la creació dels seus postulats. El primer d'ells diu que l'àtom té estats estacionaris, en els quals no canvia la seva energia, mentre que els electrons es mouen en òrbites sense canviar la seva trajectòria. Segons el segon postulat, quan un electró es mou d'una òrbita a una altra, s'allibera o s'absorbeix energia. És igual a la diferència entre les energies dels estats anteriors i posteriors de l'àtom. En aquest cas, si l'electró s alta a una òrbita més propera al nucli, aleshores s'emet energia (fotó), i viceversa. Malgrat que el moviment dels electrons s'assembla poc a una trajectòria orbital situada estrictament en un cercle, el descobriment de Bohr va proporcionar una explicació excel·lent per a l'existència d'una trajectòria reglada.espectre de l'àtom d'hidrogen. Al voltant de la mateixa època, els físics Hertz i Frank, que vivien a Alemanya, van confirmar els ensenyaments de Niels Bohr sobre l'existència d'estats estacionaris i estables de l'àtom i la possibilitat de canviar els valors de l'energia atòmica.
Cooperació de dos científics
Per cert, en Rutherford no va poder determinar la càrrega del nucli durant molt de temps. Els científics Marsden i Geiger van intentar tornar a comprovar les declaracions d'Ernest Rutherford i, com a resultat d'experiments i càlculs detallats i acurats, van arribar a la conclusió que és el nucli la característica més important de l'àtom, i tota la seva càrrega. s'hi concentra. Més tard es va demostrar que el valor de la càrrega del nucli és numèricament igual al nombre ordinal de l'element en el sistema periòdic d'elements de D. I. Mendeleiev. Curiosament, Niels Bohr aviat va conèixer Rutherford i va estar totalment d'acord amb les seves opinions. Posteriorment, els científics van treballar junts durant molt de temps al mateix laboratori. El model de Rutherford, l'àtom com un sistema format per partícules carregades elementals, tot això que Niels Bohr va considerar just i va deixar per sempre de banda el seu model electrònic. L'activitat científica conjunta dels científics va tenir molt d'èxit i va donar els seus fruits. Cadascun d'ells va aprofundir en l'estudi de les propietats de les partícules elementals i va fer descobriments significatius per a la ciència. Rutherford va descobrir i demostrar més tard la possibilitat de la descomposició nuclear, però aquest és un tema per a un altre article.
