Эволюционная концепция атомной структуры, атомная теория и свойства катодных лучей
Давным-давно человек задавался вопросом о природе материи и ее структуре, в то время как испытания, проведенные учеными для ответа на этот вопрос в разные эпохи, развивают концепцию атомной структуры. Ученые были заинтересованы в изучении атомной структуры, такой как как Гейзенберг, Паули, Шредингер, Бор, Де Бройль, Эйнштейн и Планк.
Идея Демокрита (греческого философа)
Он представил себе возможность разделить любой кусок материи на более мелкие части, затем разделить эти части на более мелкие частицы и так далее, пока мы не дойдем до неделимого фрагмента, он назвал его атомом. На греческом языке: А означает нет, а том означает делить .
Идея Аристотеля (4 век до н.э.)
Он отверг концепцию атома и считал, что вся материя — независимо от ее природы — состоит из четырех компонентов: воды, воздуха, пыли и огня.
Считалось, что дешевые металлы, такие как железо или медь, можно превратить в драгоценные, например, золото, изменив соотношение этих четырех составляющих.
Эта жалкая идея замедлила развитие химической науки на более чем тысячу лет, потому что ученые были заняты превращением дешевых металлов в драгоценные.
Идея Бойля (1661 г.)
Ирландский ученый Бойл отказался Аристотеля идея аЬ из названия вещества и дал первое определение элемента , элемент представляет собой чистый простое вещество , которое не может быть изменено на более простые формы , традиционными химическими методами.
Модель атома Дальтона (1803 г.)
Английский ученый Джон Дальтон высказал первую теорию о строении атома.
Основные постулаты атомной теории Дальтона:
- Элементсостоит из мельчайших частиц, которые называются атомами .
- Атом- очень крошечная неделимая твердая частица.
- Атомыодного и того же элемента похожи по массе, но отличаются от атомов любого другого элемента.
- Соединения образованы комбинацией атомовразных элементов в простых числовых соотношениях.
Модель атома Томсона (1897 г.)
Ученый Томсон провел множество экспериментов с электрическим разрядом через газы, из которых он открыл катодные лучи.
Открытие катодных лучей:
Было известно , что газы не проводят электричество при нормальных условиях давления и температур , однако, газа проводит электричество в разрядной трубке которого два полюса соединены с электрическим источником подходящей высокой разности потенциалов и при очень низком давлении.
Если разность потенциалов между двумя полюсами вакуумной стеклянной трубки превышает 10000 вольт, пар невидимых лучей испускался из катода (отрицательный полюс), вызывая флуоресцентное свечение при попадании на стенку трубки. Эти лучи были названы катодными лучами. .
Катодные лучи: поток невидимых лучей испускался из катода, вызывая флуоресцентное свечение, поражающее стенку газоразрядной трубки под очень низким давлением и разностью потенциалов около 10000 вольт. Позже было известно, что они состоят из мельчайших частиц, называемых электронами .
Свойства катодных лучей
- Они состоят из очень мелких отрицательно заряженных частиц (электронов).
- Они движутся по прямой.
- Они обладают тепловым эффектом.
- На них действуют как электрические, так и магнитные поля.
- Они не различаются ни по поведению, ни по природе при изменении материала катода или используемого газа, это убедительное доказательство того, что он является фундаментальной составляющей любого вещества .
В свете эксперимента с электрическим разрядом Томсон предложил новую модель атома .
Постулат модели Томсона:
Он рассматривал атом как твердую сферу однородных положительных электрических зарядов, в которую встроено несколько отрицательно заряженных электронов, чтобы сделать атом электрически нейтральным.
Модель атома Резерфорда (1911 г.)
Ученики Резерфорда Гейгер и Марсден провели его знаменитый лабораторный эксперимент.
Используемые инструменты: глубокий свинцовый ящик, содержащий источник альфа-частиц (α) внутри него, металлический лист, покрытый изнутри слоем сульфида цинка ZnS, который используется для обнаружения альфа-частиц, потому что он светится в месте столкновение с альфа-частицами и очень тонкой золотой фольгой.
Было разрешено альфа-частицам сталкиваться с металлическим листом, где можно было определить местоположение и количество альфа-частиц, подсчитав свечение, которое появилось на металлическом листе . Очень тонкая золотая фольга была помещена между лучом альфа-частиц и металлический лист.
Подавляющее большинство α-частиц проникло через золотую фольгу и попало в те же места, в которых они появлялись до размещения золотой фольги.
Очень небольшой процент α-частиц не проникал через золотую фольгу и отражался обратно, где некоторые вспышки появлялись перед фольгой. Некоторые из α-частиц проникали через фольгу, но отклонялись.
Большая часть атомного объема представляет собой пустое пространство, и атом не является равномерно плотным, как было предложено Дальтоном и Томсоном . Атом содержит крошечную часть очень высокой плотности (названную ядром).
Плотная часть атома (где присутствует большая часть массы), по-видимому, имеет положительный заряд, аналогичный положительному заряду α-частиц. На основе своего эксперимента и экспериментов других ученых Резерфорд разработал свою атомную модель следующим образом :
Постулаты атомной теории Резерфорда:
Атом представляет собой частицы чрезвычайно маленького размера, он имеет сложную структуру, напоминающую солнечную систему, поскольку он состоит из центрального ядра ( представляющего Солнце),вокруг которого вращаются электроны (представляющего планеты).
Ядро намного меньше атома, и большая часть атомной массы сосредоточена в нем. Между ядром и орбитами электронов есть огромное пространство (атом неоднороден по плотности), Оно заряжено положительно.
Электроны имеют незначительную массу по сравнению с массой ядра. Их заряд отрицательный и равен положительному заряду ядра (атом электрически нейтрален).
Электроны движутся вокруг ядра с огромной скоростью по специальным орбитам, несмотря на взаимное притяжение между ними и ядром. Эта сила притяжения равна по величине и противоположна по направлению центробежной силе, возникающей в результате вращения электрона вокруг ядра.
Электрон не попадает в ядро, несмотря на силу притяжения между ними, потому что сила притяжения равна центробежной силе, возникающей в результате вращения электрона вокруг ядра.
Теория Резерфорда не смогла объяснить атомную структуру, потому что она не объяснила систему, в которой электроны вращаются вокруг ядра.