Модель - резерфорд
Cтраница 3
Чтобы наглядно представить строение атомной оболочки, разработаны различные модели, которые совершенствовались со временем. В модели Резерфорда электроны движутся вокруг атомного ядра подобно планетам вокруг Солнца. Необходимая для этого центростремительная сила обеспечивается электростатическим притяжением между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. [31]
В опытах по рассеянию а-частиц было показано, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме - положительно заряженном ядре. Согласно модели Резерфорда, вокруг ядра на относительно большом расстоянии непрерывно движутся электроны, причем их количество таково, что в целом атом электрически нейтрален. Позднее наличие в атоме тяжелого ядра, окруженного электронами, было подтверждено другими учеными. [32]
 |
Видимый спектр атомарного водорода 10. [33] |
В опытах по рассеянию а-частиц было показано, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме - положительно заряженном ядре. Согласно модели Резерфорда, вокруг ядра на относительно большом расстоянии непрерывно движутся электроны, причем их число таково, что в целом атом электрически нейтрален. Позднее наличие в атоме тяжелого ядра, окруженного электронами, было подтверждено другими учеными. [34]
Для а-частиц с меньшей энергией модель Резерфорда делает специальное предсказание об угловом распределении. Число больших отклонений должно возрасти. Это число обратно пропорционально квадрату энергии. При силах другого вида это число зависит от энергии иначе. Например, для круто обрывающейся силы рассеяние а-частиц одинаково при всех энергиях. [36]
Чтобы устранить некоторое несоответствие между результатами опытов и моделью Резерфорда, Бор допустил, что электроны в атоме подчиняются законам классической физики. Каждый электрон в атоме может совершать устойчивое движение без излучения энергии. Каждый электрон в атоме может переходить из одного состояния в другое, выделяя или поглощая при этом определенную порцию энергии. Эти постулаты Бора основаны на гипотезе Планка о квантовании энергии и на развитии этой теории Эйнштейном в отношении света. [37]
Если бы поведение электрона в атоме подчинялось законам классической электродинамики, то в модели Резерфорда, согласно которой электрон обращается вокруг точечного ядра, время жизни атомов было бы ничтожно малым. [38]
В известной теоретической схеме Косселя ( 1916) органические соединения затронуты мимоходом, поскольку автор ссылается на успешное их истолкование в работе Штарка. Работа Косселя, кроме идеи о существовании градации в полярности связей, затем принятой и в теориях строения органических соединений, интересна еще и тем, что в ней ясно указано на недостаток в принципе статических моделей электронного строения атомов и молекул ( в том числе и модели Штарка) и на то, что будущее за моделью Резерфорда - Бора и квантовой теорией. [39]
Однако с точки зрения классической электродинамики такая модель неустойчива: двигаясь по замкнутой орбите и, следовательно, имея ускорение, электроны должны непрерывно терять энергию и в конце концов упасть в ядро. При этом атом будет испускать не отдельные резкие спектральные линии, как это наблюдается на опыте, но размытые полосы. Принимая модель Резерфорда, Бор, как уже отмечалось, пошел по пути отказа от приложимости классической электродинамики к внутриатомным процессам; по Бору, атом способен, вопреки классическим представлениям, находиться в прерывном ряде устойчивых ( стационарных) состояний. В этих состояниях он не излучает. Испускание света происходит при переходе из одного стационарного состояния в другое. [40]
Для разрешения этой проблемы Резерфорд предложил новую модель атома [5], в которой положительный заряд сконцентрирован в небольшом объеме в центре атома, а электроны движутся вокруг центра положительного заряда по различным орбитам, как планеты в солнечной системе. По модели Резерфорда, электроны должны двигаться, так как в противном случае произошло бы сближение противоположно заряженных электронов и ядер. Однако если предположить, что электроны движутся вокруг ядра, то возникает следующая проблема. При движении электронов вокруг ядра они в соответствии с законами электромагнитной теории должны излучать энергию. Так как нет никаких доказательств того, что атомы исчезают, необходимо сделать вывод, что модель Резерфорда не является абсолютно верной. [41]
Для разрешения этой проблемы Резерфорд предложил новую модель атома5, в которой положительный заряд сконцентрирован в небольшом объеме в центре атома, а электроны движутся вокруг центра положительного заряда по различным орбитам, как планеты в солнечной системе. По модели Резерфорда, электроны должны двигаться, так как в противном случае произошло бы сближение противоположно заряженных электронов и ядер. Однако если предположить, что электроны движутся вокруг ядра, то возникает следующая проблема. При движении электронов вокруг ядра на них действует центростремительная сила, и в соответствии с законами электромагнитной теории они должны излучать энергию. Так как нет никаких доказательств того, что атомы исчезают, необходимо сделать вывод, что модель Резерфорда не является абсолютно верной. Проблемы, существовавшие в то время в теории строения атома, не были проблемами, касающимися исключительно расположения электронов и ядра в атоме. Следовало еще выяснить, как атом может дать дискретный спектр, если этот спектр испускается атомом как таковым. Ни Томсон, ни Резерфорд не могли дать удовлетворительного ответа на этот вопрос. Важный вклад был сделан в 1907 г. Конвэем, который впервые попытался объяснить это явление на основе квантовых идей. Не используя никакой атомной модели, Конвэй сделал заключение о том, что атом испускает энергию, соответствующую спектральной линии, и что появление полного спектра объясняется очень большим числом атомов, в каждом из которых один электрон находится в возбужденном состоянии. [42]
Используя модель Резерфорда, классическая физика дошла до пределов своих возможностей в объяснении свойств атома. Трудности, рассмотренные в конце предыдущей главы, ясно показали, что продвинуть нас в этом вперед могут только принципиально новые идеи, относящиеся к основам физики. Но трудности, вскрытые моделью Резерфорда, отнюдь не явились первым указанием на то, что в физике необходимы коренные изменения. В конце истекшего столетия успехи классической волновой теории света были омрачены затруднениями, сходными с теми, с которыми встретилась модель Резерфорда в отношении законов динамики. [43]
Действие камеры Вильсона основано на конденсации пара на ионах; действие пузырьковой камеры - на закипании жидкости вокруг ионов при понижении давления. Пузырьковую камеру, так как в ней частицы быстрее тормозятся. По классической теории атом в модели Резерфорда должен быть неустойчивым. Бор считал, что для каждого атома имеется ряд строго определенных значений энергии, которыми он может обладать. Каждому такому значению энергии соответствует своя орбита электрона. Изменением энергии атома при его переходе с одного разрешенного энергетического уровня на другой. Состояния, соответствующие всем разрешенным энергетическим уровням, кроме низшего уровня; в возбужденном состоянии атом находится ограниченное время, а в нормальном-сколь угодно долго. Атом может поглощать только такие кванты, которые соответствуют его переходу с одного энергетического уровня на другой. При обратном переходе могут испускаться только такие же кванты. Два в / ( - слое, восемь в L-слое и один в М - слое; два в / ( - слое и один в L-слое. Ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное; рентгеновское. [44]
Приведенные выше соображения были бы совершенно справедливы, если бы они были применены к планетам и к Солнцу, между которыми действуют гравитационные, а не электростатические силы; однако они в принципе не могут быть применены к электронам и ядрам. Электроны являются заряженными частицами. Согласно законам электродинамики, заряды, движущиеся по круговым траекториям, должны излучать энергию. Поэтому электрон в модели Резерфорда должен был бы постоянно терять энергию и вследствие этого постепенно замедляться, приближаясь по спирали к ядру. В атоме водорода продолжительность такого процесса по порядку величины должна быть равна 10 - 8 с. Однако это противоречит тому факту, что атом совершенно устойчив. [45]
Страницы: 1 2 3 4