Планетарни модел Рутхерфорда, атома у моделу Рутхерфорд

Откриће у пољу атомске структуре постале су важан корак у развоју физике. Од великог значаја је био модел Рутхерфорда. Атом као систем и честице, његове компоненте, детаљније је и детаљно проучаван. То је довело до успјешног успостављања такве науке као што је нуклеарна физика.

Древни концепти структуре материје

Претпоставка да се околна тијела састоје од најмањих честица, изражена су чак иу античким временима. Мисли времена представљали су атом у виду мале и недељиве честице било које супстанце. Они су тврдили да у универзуму нема ништа мање него атом. Такве ставове држали су велики древни грчки научници и филозофи - Демокрит, Луцретиус, Епикур. Хипотезе ових мислилаца данас су уједињене под именом "древни атомизам".

Средњовековни погледи

Времена антике су прошла, ау средњем вијеку постојали су и научници који су изразили различите претпоставке о структури супстанци. Међутим, распрострањеност религиозних филозофских погледа и моћ цркве у истом периоду историје у корену зауставили су све покушаје и тежње људског ума до материјалних научних закључака и открића. Као што знате, средњовековна инквизиција била је врло непријатељска за представнике научног света тог времена. Остаје да се каже да су тада сјајни умови долазили из антике идеје о недељивости атома.

Студије 18. и 19. вијека

18. века су обележили озбиљна открића у пољу елементарне структуре материје. У великој мјери захваљујући напорима таквих научника као што су Антоине Лавоисиер, Микхаил Ломоносов и Јохн Далтон. Без обзира једни друге, успели су да докажу да атоми постоје. Али питање њихове унутрашње структуре остало је отворено. Крај 18. века обележио је такав изузетан догађај у научном свету као откриће ДИ Менделејева о периодичном систему хемијских елемената. Постао је стварно моћан пробој тог времена и отворио вео због разумевања да су сви атоми исте природе, да су они повезани једни са другима. У будућности, у 19. веку, још један важан корак у отклањању структуре атома био је доказ да постоји електрон у било ком од њих. Рад научника овог периода припремио је плодно тло за открића 20. века.

Томсонов експеримент

Енглески физичар Јохн Тхомсон 1897. године доказао је да састав атома укључује електроне са негативним пуњењем. У овој фази, лажна идеја да је атом граница дељивости било које супстанце је потпуно уништена. Како је Тхомсон успео доказати постојање електрона? Научник у својим експериментима поставио је електроде у врло ретенцијским гасовима и прошао електричну струју. Као резултат, појавили су се катодни жарки. Тхомсон је пажљиво проучио њихове особине и установио да су токови наелектрисаних честица који се крећу изузетно. Научник је могао израчунати масу ових честица и њихову набој. Такође је сазнао да се не могу претворити у неутралне честице, јер је електрична енергија основа њихове природе. Тако су откривени електрони. Тхомсон је такође творац првог модела атомске структуре на свету. Према њему, атом је гомила позитивно наелектрисане материје у којој су негативно наелектрисани електрони равномерно распоређени. Оваква структура објашњава општу неутралност атома, с обзиром да се супротне оптужбе противтеже једни другима. Експерименти Џона Тхомсона постали су непроцењиви за даље истраживање структуре атома. Међутим, многа питања су остала без одговора.

Истраживање Рутхерфорда

Тхомсон је открио постојање електрона, али није могао пронаћи позитивно набијене честице у атому. Ернест Рутхерфорд је исправио овај неспоразум 1911. Током експеримената, проучавајући активност алфа честица у гасовима, открио је да су честице присутне у атому, позитивно напуњене. Ратерфорд је видео да када зраци пролазе кроз гас или кроз танку металну плочу, мала количина честица одлази с трајектора кретања. Буквално су их бацили назад. Научник је претпоставио да је ово понашање последица судара са позитивно наелектрисаним честицама. Такви експерименти дозволили су физичару да створи модел структуре атома Ратерфорда.

Планетарни модел

Сада су ставови научника били нешто другачији од претпоставки Џона Тхомсона. Њихови модели атома такође су постали другачији. Искуство Ратерфорда омогућило му је да створи потпуно нову теорију у овој области. Открића научника била су од пресудног значаја за даљи развој физике. Модел Рутхерфорд описује атом као језгро смештено у центру, а електрони се крећу око њега. Нуклеус има позитиван набој, а електрони - негативни. Модел атома према Рутерду претпоставио је ротацију електрона око језгра дуж одређених трајекторија - орбите. Откриће научника помогло је да објасни разлог за деформацију алфа честица и постаје потицај за развој нуклеарне теорије атома. У моделу Ратерфордовог атома, постоји аналогија са кретањем планета Сунчевог система око Сунца. Ово је врло тачно и живо поређење. Дакле, Рутхерфордов модел, атом у коме је орбито језгро око језгра, названа је планетарна.

Радови Ниелс Бохр

Две године касније, дански физичар Ниелс Бохр покушао је комбиновати идеје о структури атома са квантним својствима свјетлосног флукса. Нуклеарни модел атом Ратерфорда поставио је научник у основи његове нове теорије. Према Бохровој претпоставци, атоми ротирају око језгра дуж кружних орбита. Таква трајекторија кретања доводи до убрзања електрона. Поред тога, Коуломбова интеракција ових честица са центром атома прати стварање и потрошња енергије за одржавање просторног електромагнетног поља које потиче од кретања електрона. У таквим условима, негативно наелектрисане честице треба једног дана да падну на језгро. Али то се не дешава, што указује на већу стабилност атома као система. Ниелс Бохр је схватио да закони класичне термодинамике, описани Маквелловим једначинама, не раде под интраатомским условима. Због тога је научник поставио задатак да изводи нове законе који би били валидни у свету елементарних честица.

Постеристи Боре

У великој мери због чињенице да је постојао модел Ратерфорда, атом и његове компоненте су добро проучаване, Ниелс Бохр је могао приступити стварању својих постулата. Први од њих каже да атом има стационарна стања, под којима не мења своју енергију, а електрони се крећу око орбита без промене њихове трајекторије. Према другом постулату, када се електрон прелази из једне орбите у другу, енергија се ослобађа или апсорбује. То је једнако разлици између енергије претходног и следећег стања атома. У овом случају, ако електрон скочи на орбиту једра, онда се емитује енергија (фотон) и обрнуто. Упркос чињеници да кретање електрона не личе на орбиталну путању која се налази стриктно дуж обода, Бохрово откриће омогућило је добијање одличног објашњења постојања линијског спектра атома водоника. Приближно истовремено, физичари Хертз и Франк, који су живели у Немачкој, потврдили су доктрину Ниелс Бохр-а о постојању стационарних, стабилних стања атома и могућности промене вредности атомске енергије.

Сарадња два научника

Иначе, Рутхерфорд дуго није могао утврдити пуњење језгра. Научници Марсден и Геигер покушали су да поново преиспитају изјаве Ернеста Рутхерфорда и, као резултат детаљних и темељних експеримената и прорачуна, закључио је да је језгро најважнија карактеристика једног атома, а његов читав задатак је концентрисан у њему. Касније је доказано да је вредност нуклеарног набоја нумерички једнака редном броју елемента у периодичном систему ДИ Менделејева елемената. Занимљиво је да се Нилс Бохр ускоро упознао са Ратерфордом и потпуно се сложио са својим ставовима. Касније, научници су дуго времена радили заједно у истој лабораторији. Ратерфордов модел, атом као систем који се састоји од елементарних наелектрисаних честица, разматрао је Ниелс Бохр да буде поштен и трајно стављен на страну његов електронски модел. Заједничка научна активност научника била је врло успешна и донела је воћу. Сваки од њих је дубоко проучавао особине елементарних честица и направио важна открића за науку. Касније је Ратерфорд открио и доказао могућност нуклеарног распада, али то је већ тема другог чланка.