Le scoperte nel campo della struttura atomica sono diventate un passo importante nello sviluppo della fisica. Il modello di Rutherford era di grande importanza. L'atomo come sistema e le particelle che lo compongono è stato studiato in modo più accurato e dettagliato. Ciò ha portato allo sviluppo di successo di una scienza come la fisica nucleare.
Idee antiche sulla struttura della materia
L'ipotesi che i corpi circostanti siano composti dalle particelle più piccole è stata fatta in tempi antichi. I pensatori di quel tempo rappresentavano l'atomo come la particella più piccola e indivisibile di qualsiasi sostanza. Sostenevano che non c'è niente nell'universo più piccolo di un atomo. Tali opinioni erano sostenute dai grandi scienziati e filosofi dell'antica Grecia: Democrito, Lucrezio, Epicuro. Le ipotesi di questi pensatori sono oggi riunite sotto il nome di "antico atomismo".
Spettacoli medievali
I tempi dell'antichità sono passati e nel Medioevo c'erano anche scienziati che facevano varie ipotesi sulla struttura delle sostanze. Tuttavia, alla radice c'è il predominio delle visioni filosofiche religiose e il potere della chiesa in quel periodo storicosoppresse ogni tentativo e aspirazione della mente umana a conclusioni e scoperte scientifiche materialistiche. Come sapete, l'Inquisizione medievale si è comportata in modo molto ostile con i rappresentanti del mondo scientifico dell'epoca. Resta da dire che le menti allora brillanti ebbero un'idea che veniva dall'antichità sull'indivisibilità dell'atomo.
Studi dal 18° al 19° secolo
Il 18° secolo fu segnato da serie scoperte nel campo della struttura elementare della materia. In gran parte grazie agli sforzi di scienziati come Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov e John D alton. Indipendentemente l'uno dall' altro, sono stati in grado di dimostrare che gli atomi esistono davvero. Ma la questione della loro struttura interna è rimasta aperta. La fine del XVIII secolo fu segnata da un evento così significativo nel mondo scientifico come la scoperta del sistema periodico di elementi chimici da parte di D. I. Mendeleev. Questa fu una svolta davvero potente di quel tempo e sollevò il velo sulla comprensione che tutti gli atomi hanno un'unica natura, che sono correlati tra loro. Più tardi, nel 19° secolo, un altro passo importante per svelare la struttura dell'atomo fu la prova che ognuno di essi contiene un elettrone. Il lavoro degli scienziati di questo periodo ha preparato terreno fertile per le scoperte del 20° secolo.
Esperimenti di Thomson
Il fisico inglese John Thomson dimostrò nel 1897 che gli atomi contengono elettroni con carica negativa. A questo punto, le false idee secondo cui l'atomo è il limite della divisibilità di qualsiasi sostanza sono state finalmente distrutte. ComeThomson è stato in grado di provare l'esistenza degli elettroni? Nei suoi esperimenti, lo scienziato ha posizionato elettrodi in gas altamente rarefatti e ha fatto passare una corrente elettrica. Il risultato furono i raggi catodici. Thomson ha studiato attentamente le loro caratteristiche e ha scoperto che sono un flusso di particelle cariche che si muovono a grande velocità. Lo scienziato è stato in grado di calcolare la massa di queste particelle e la loro carica. Ha anche scoperto che non possono essere convertiti in particelle neutre, poiché la carica elettrica è la base della loro natura. Così sono stati scoperti gli elettroni. Thomson è anche il creatore del primo modello al mondo della struttura dell'atomo. Secondo esso, un atomo è un insieme di materia caricata positivamente, in cui gli elettroni caricati negativamente sono distribuiti uniformemente. Questa struttura spiega la neutralità generale degli atomi, poiché le cariche opposte si bilanciano a vicenda. Gli esperimenti di John Thomson divennero preziosi per l'ulteriore studio della struttura dell'atomo. Tuttavia, molte domande sono rimaste senza risposta.
Ricerca Rutherford
Thomson scoprì l'esistenza degli elettroni, ma non riuscì a trovare particelle cariche positivamente nell'atomo. Ernest Rutherford ha corretto questo malinteso nel 1911. Durante gli esperimenti, studiando l'attività delle particelle alfa nei gas, ha scoperto che ci sono particelle cariche positivamente nell'atomo. Rutherford vide che quando i raggi passano attraverso un gas o una sottile lastra di metallo, un piccolo numero di particelle devia bruscamente dalla traiettoria del movimento. Sono stati letteralmente respinti. Lo scienziato lo ha intuitoquesto comportamento è spiegato dalla collisione con particelle cariche positivamente. Tali esperimenti hanno permesso al fisico di creare il modello di Rutherford della struttura dell'atomo.
Modello planetario
Ora le idee dello scienziato erano in qualche modo diverse dalle ipotesi fatte da John Thomson. Anche i loro modelli di atomi divennero diversi. L'esperienza di Rutherford gli ha permesso di creare una teoria completamente nuova in quest'area. Le scoperte dello scienziato furono di importanza decisiva per l'ulteriore sviluppo della fisica. Il modello di Rutherford descrive un atomo come un nucleo situato al centro e gli elettroni si muovono attorno ad esso. Il nucleo ha una carica positiva e gli elettroni hanno una carica negativa. Il modello dell'atomo di Rutherford presupponeva la rotazione degli elettroni attorno al nucleo lungo determinate traiettorie - orbite. La scoperta dello scienziato ha aiutato a spiegare il motivo della deviazione delle particelle alfa ed è diventata l'impulso per lo sviluppo della teoria nucleare dell'atomo. Nel modello dell'atomo di Rutherford c'è un'analogia con il movimento dei pianeti del sistema solare attorno al sole. Questo è un confronto molto accurato e vivido. Pertanto, il modello di Rutherford, in cui l'atomo si muove attorno al nucleo in un'orbita, è stato chiamato planetario.
Opere di Niels Bohr
Due anni dopo, il fisico danese Niels Bohr ha cercato di combinare idee sulla struttura dell'atomo con le proprietà quantistiche del flusso luminoso. Il modello nucleare dell'atomo di Rutherford è stato posto dallo scienziato come base della sua nuova teoria. Secondo Bohr, gli atomi ruotano attorno al nucleo in orbite circolari. Una tale traiettoria di movimento porta all'accelerazioneelettroni. Inoltre, l'interazione coulombiana di queste particelle con il centro dell'atomo è accompagnata dalla creazione e dal consumo di energia per mantenere il campo elettromagnetico spaziale derivante dal movimento degli elettroni. In tali condizioni, le particelle con carica negativa un giorno devono cadere sul nucleo. Ma questo non accade, il che indica la maggiore stabilità degli atomi come sistemi. Niels Bohr si rese conto che le leggi della termodinamica classica descritte dalle equazioni di Maxwell non funzionano in condizioni intraatomiche. Pertanto, lo scienziato si è posto il compito di derivare nuovi modelli che sarebbero stati validi nel mondo delle particelle elementari.
I postulati di Bohr
In gran parte dovuto al fatto che il modello di Rutherford esisteva, l'atomo ei suoi componenti erano ben studiati, Niels Bohr fu in grado di avvicinarsi alla creazione dei suoi postulati. Il primo dice che l'atomo ha stati stazionari, in cui non cambia la sua energia, mentre gli elettroni si muovono in orbite senza cambiare la loro traiettoria. Secondo il secondo postulato, quando un elettrone si sposta da un'orbita all' altra, l'energia viene rilasciata o assorbita. È uguale alla differenza tra le energie degli stati precedenti e successivi dell'atomo. In questo caso, se l'elettrone s alta su un'orbita più vicina al nucleo, viene emessa energia (fotone) e viceversa. Nonostante il fatto che il movimento degli elettroni assomigli poco a una traiettoria orbitale situata rigorosamente in un cerchio, la scoperta di Bohr ha fornito un'eccellente spiegazione per l'esistenza di unaspettro dell'atomo di idrogeno. Più o meno nello stesso periodo, i fisici Hertz e Frank, che vivevano in Germania, confermarono gli insegnamenti di Niels Bohr sull'esistenza di stati stazionari e stabili dell'atomo e sulla possibilità di cambiare i valori dell'energia atomica.
Cooperazione di due scienziati
A proposito, Rutherford non ha potuto determinare la carica del nucleo per molto tempo. Gli scienziati Marsden e Geiger hanno provato a ricontrollare le affermazioni di Ernest Rutherford e, a seguito di esperimenti e calcoli dettagliati e attenti, sono giunti alla conclusione che è il nucleo la caratteristica più importante dell'atomo, e tutta la sua carica è concentrato in esso. Successivamente è stato dimostrato che il valore della carica del nucleo è numericamente uguale al numero ordinale dell'elemento nel sistema periodico di elementi di D. I. Mendeleev. È interessante notare che Niels Bohr incontrò presto Rutherford e concordò pienamente con le sue opinioni. Successivamente, gli scienziati hanno lavorato insieme per molto tempo nello stesso laboratorio. Il modello di Rutherford, l'atomo come sistema costituito da particelle cariche elementari - tutto questo Niels Bohr considerava giusto e metteva da parte per sempre il suo modello elettronico. L'attività scientifica congiunta degli scienziati ha avuto molto successo e ha dato i suoi frutti. Ognuno di loro ha approfondito lo studio delle proprietà delle particelle elementari e ha fatto scoperte significative per la scienza. Rutherford in seguito ha scoperto e dimostrato la possibilità della decomposizione nucleare, ma questo è un argomento per un altro articolo.
