Ученый предложивший модель строения атома: 28 февраля 1913 г. Нильс Бор представил новую модель атома

28 февраля 1913 г. Нильс Бор представил новую модель атома

7009

Добавить в закладки


Фото: https://www.studenterforeningen.dk



Модель атома Бора пришла на смену планетарной модели атома
Эрнеста Резерфорда.

108 лет назад датский физик-теоретик Нильс
Бор
 предложил свою теорию строения атома, где
электроны не подчиняются законам классической физики. В
боровской модели атома электроны могут находиться только на
разрешенных орбитах и способны мгновенно перескакивать между
орбитами при поглощении и испускании фотонов (совершать
квантовые скачки).

Ранее, летом 1912 года, ученый прислал своему
наставнику Эрнесту Резерфорду черновик статьи,
посвященной проблеме устойчивости атома. По сути, Нильс Бор
впервые смог объяснить, почему электроны не падают на ядро атома:
когда электроны движутся с ускорением по
строго стационарным орбитам, они не
излучают электромагнитных волн, а значит, не теряют
энергию и не сходят с орбиты.  Чтобы найти радиусы
устойчивых орбит, пришлось обращаться к новой на тот момент,

квантовой теории Макса Планка.

Справка.
Состояние атома, в котором все электроны находятся на
стационарных орбитах с наименьшей возможной энергией,
называется основным, а все другие состояния —
возбужденными. Стационарным состояниям соответствуют определенные
стационарные орбиты, по которым движутся электроны.

Бором были сформулированы квантовые постулаты, которые резко
расходились с классической механикой и классической
электродинамикой, однако успешно позволяли описать простейший
атом водорода. Нильс Бор впервые показал, что электрон
делает квантовые скачки по орбитам в атоме, и это изменило наше
понимание микромира.

Кроме того, Бор ввел понятие об атомном номере, понял, что такое
изотопы, высказал и осмыслил закон радиоактивного смещения. Он
также внес огромный вклад в понимание некоторых процессов,
происходящих внутри тяжелых атомных ядер, что имело решающее
значение для начала исследований, приведших к освобождению
ядерной энергии. (© «Нильс Бор. Жизнь и творчество», изд-во
«Наука», 1967 г.)
.


Фото: из презентации физика-теоретика Д.И. Казакова. 

Согласно теории Бора, электрон вращается вокруг атома по строго стационарным орбитам. Бор ввел понятие квантового соотношения между радиусом орбиты и скоростью электрона.



«Исходным пунктом атомной теории Бора является признание того
факта, что модель атома Резерфорда вместе с классической физикой
не могут объяснить той устойчивости, которой, как мы знаем из
нашего повседневного опыта, обладают атомы. <…> Исходя из
нового положения Бора о существовании атома только в
стационарных состояниях
, теперь можно было описать эти
состояния без какой-либо ссылки на такие классические
представления, как электронные орбиты​», — писали о вкладе
Бора в развитие физики Х. Меллер и М. Пиль. 

Теория датского физика объяснила не только стабильность атомов,
но и линейчатый характер спектров — еще
один важнейший вопрос физики того времени.

Орбитальная модель атома Бора, позже
усовершенствованная Арнольдом Зоммерфельдом, стала
итогом старой квантовой теории.
Рождение новой квантовой теории состоялось в
1925-1926 годах и связано оно было с учеником Нильса Бора —
Вернером Гейзенбергом (и его матричной механикой), а также с
Эрвином Шредингером и Полем Дираком. 

«Решающим моментом в атомной модели Резерфорда было то, что она
со всей ясностью показала, что устойчивость атомов нельзя
объяснить на основе классической физики и что квантовый
постулат — единственно возможный выход из острой дилеммы, и
эта острота несоответствия заставила меня абсолютно поверить в
правильность квантового постулата», — говорил сам Нильс
Бор.

В июле 1913 года в одном из старейших научных журналов
Великобритании — Philosophical Magazine — вышла
знаменитая статья Бора,
посвященная строению атомов и молекул. Эта публикация имела
фундаментальное значение для развития теоретической физики.

 

Автор Янина Хужина

атом
квантование
квантовая модель атома
нильс бор
орбитальная модель атома
орбиты электрона
планетарная модель атома
строение атома
электроны
эрнест резерфорд

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Астрономы определили тип космического объекта с помощью телескопов МАСТЕР МГУ

12:30 / Астрономия

Тише воды, выше облаков: пермские политехники усовершенствовали шумоподавление авиадвигателей

11:30 / Инженерия

«Крайний реакционер, идущий впереди крайнего прогресса»: в Москве состоялась XII Международная научная конференция «Зиновьевские чтения»

21:50 / История, Наука и общество, Персона

Космическая обсерватория ИНТЕГРАЛ отметила свое двадцатилетие

21:30 / Астрофизика, Инженерия

Телескоп ESO запечатлел остаток сверхновой в созвездии Парусов

20:00 / Астрономия

Победители VIII Всероссийской премии «За верность науке» станут известны 24 ноября

17:02 / Наука и общество

Геометрическая жизнь

16:52 / Досуг

Определен белок, с помощью которого токсоплазма перепрограммирует иммунные клетки

16:39 / Медицина

Сообщение президента РАН Г. Я. Красникова. Заседание президиума РАН 02.11.2022 – Прямая трансляция!

Российские ученые обнаружили и изучили новые виды улиток в Тихом океане

14:30 / Биология

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

Смотреть все

Строение атома

К содержанию

Открытие сложного строения атома — важнейший этап становления современной физики, наложивший отпечаток на все ее дальнейшее развитие. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные спектры, были открыты новые законы движения микрочастиц — законы квантовой механики.

Модель Томсона

Хотя слово атом в первоначальном значении — частица, которая не делится на меньшие части, согласно научным представлениям он состоит из более мелких частиц, которые называют субатомными частицами. Атом состоит из электронов, протонов, все атомы, кроме водорода-1, содержат также нейтроны.
Не сразу ученые пришли к правильным представлениям о строении атома. Первая модель атома была предложена английским физиком Дж. Дж. Томсоном, открывшим электрон. По мысли Томсона, положительный заряд атома занимает весь объем атома и распределен в этом объеме с постоянной плотностью. Простейший атом — атом водорода — представляет собой положительно заряженный шар радиусом около 10-8 см, внутри которого находится электрон. У более сложных атомов в положительно заряженном шаре находятся несколько электронов.
Однако модель Томсона оказалась в полном противоречии с известными уже к тому времени свойствами атома, главным из которых является устойчивость.

Опыт Резерфорда

Масса электронов в несколько тысяч раз меньше массы атомов. Так как атом в целом нейтрален, то, следовательно, основная масса атома приходится на его положительно заряженную часть.
Для экспериментального исследования распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Эрнест Резерфорд предложил в 1906 г. применить зондирование атома с помощью α-частиц. Эти частица возникают при распаде радия и некоторых других элементов. Их масса примерно в 8000 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен по модулю удвоенному заряду электрона. Это не что иное, как полностью ионизированные атомы гелия. Скорость α-частиц очень велика: они составляет 1/15 скорости света.
Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов. Электроны вследствие своей малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы.
Рассеяние (изменение направления движения) α-частиц может вызвать только положительно заряженная часть атома. Таким образом, по рассеянию α-частиц можно определить характер распределения положительного заряда и массы внутри атома.
Модифицируя экспериментальную установку, Резерфорд попытался обнаружить отклонение α-частиц на бо́льшие углы. Для этого он окружил фольгу сцинтилляционными экранами и определил число вспышек на каждом экране. Совершенно неожиданно оказалось, что небольшое число α-частиц (примерно одно из двух тысяч) отклонилось на углы, большие 90º. Позднее Резерфорд признался, что, предложив своим ученикам провести эксперимент по наблюдению за рассеянием α-частиц на бо́льшие углы, он сам не верил в положительный результат. «Это почти столь же невероятно, — говорил Резерфорд, — как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанес вам удар».


Другие заметки по физике

Полезная информация?

Джозеф Джон «Дж. Дж.” Томсон

Главная / Узнать / Исторические биографии

Британский физик Джозеф Джон (Дж. Дж.) Томсон (1856–1940) провел в 1897 году серию экспериментов, направленных на изучение природы электрического разряда в высоковакуумной электронно-лучевой трубке, область, которую в то время исследовали многие ученые.

Томсон интерпретировал отклонение лучей электрически заряженными пластинами и магнитами как свидетельство наличия «тел, намного меньших, чем атомы» (электроны), которые, как он вычислил, имеют очень большое значение отношения заряда к массе. Позже он оценил стоимость самого заряда.

Структура атома и масс-спектрография

В 1904 году Томсон предложил модель атома как сферы из положительной материи, в которой электроны располагаются под действием электростатических сил. Его усилия по оценке числа электронов в атоме по измерениям рассеяния света, рентгеновских, бета- и гамма-лучей положили начало исследовательской траектории, по которой двигался его ученик Эрнест Резерфорд. Последняя важная экспериментальная программа Томсона была сосредоточена на определении природы положительно заряженных частиц. Здесь его методы привели к развитию масс-спектрографа. Его ассистент, Фрэнсис Астон, усовершенствовал прибор Томсона и с помощью улучшенной версии смог обнаружить изотопы — атомы одного и того же элемента с разным атомным весом — в большом количестве нерадиоактивных элементов.

Дж. Дж. Томсон (слева) и Эрнест Резерфорд в 1930-е годы.

Из книги сэра Джеймса Хопвуда Джинса «Рост физических наук» (Кембридж: издательство Кембриджского университета, 1948)

Ранняя жизнь и образование

По иронии судьбы, Томсон — великий ученый и наставник физики — стал физиком по умолчанию. Его отец хотел, чтобы он стал инженером, что в те дни требовало ученичества, но его семья не могла собрать необходимую плату. Вместо этого юный Томсон поступил в Оуэнс-колледж в Манчестере, где был превосходный научный факультет. Затем его рекомендовали в Тринити-колледж в Кембридже, где он стал математическим физиком. В 1884 году он был назначен на престижную Кавендишскую профессуру экспериментальной физики в Кембридже, хотя лично он проделал очень мало экспериментальной работы. Несмотря на то, что у него были неуклюжие руки, у него был талант проектировать аппараты и диагностировать их проблемы. Он был хорошим лектором, поощрял своих студентов и уделял значительное внимание более широким проблемам преподавания естественных наук в университетах и ​​средних школах.

Связи с химическим сообществом

Из всех физиков, связанных с определением структуры атома, Томсон оставался наиболее тесно связанным с химическим сообществом. Его нематематическая теория атома — в отличие от ранней квантовой теории — могла также использоваться для объяснения химических связей и молекулярной структуры (см. Гилберта Ньютона Льюиса и Ирвинга Ленгмюра). В 1913 году Томсон опубликовал влиятельную монографию, призывающую химиков использовать масс-спектрограф в своих анализах.

Дж. Дж. Томсон.

Институт истории науки

Нобелевская премия

Томсон получил различные награды, в том числе Нобелевскую премию по физике в 1906 году и рыцарское звание в 1908 году. включая Резерфорда по химии (1908 г.) и Астона по химии (1922 г.).

Информация, содержащаяся в этой биографии, последний раз обновлялась 9 января 2018 года.

 

4.2 Модели атома | Атом

Предыдущий

4. 1 Введение

Следующий

4.3 Атомная масса и диаметр

4.2 Модели атома (ESAAN)

Важно понимать, что многое из того, что мы знаем о структуре атомов, развивалось в течение долгого времени.
промежуток времени. Часто так развивается научное знание, когда один человек опирается на идеи другого.
еще. Мы собираемся посмотреть, как наше современное понимание атома эволюционировало с течением времени.

Идея атомов была придумана двумя греческими философами Демокритом и Левкиппом в пятом веке до нашей эры.
Греческое слово ατoμoν (атом) означает неделимы потому что считали, что атомы
нельзя было разбить на более мелкие части.

Сегодня мы знаем, что атомы состоят из положительно заряженных ядер в центре.
в окружении отрицательно заряженных электронов . Однако в прошлом, до создания структуры
атом был правильно понят, ученые придумали множество различных моделей или
картинок , чтобы описать, как выглядят атомы.

Модель

Модель — это представление системы в реальном мире. Модели помогают нам понять системы и их
характеристики.

Например, модель атома представляет, как могла бы выглядеть структура атома на основе
что мы знаем о том, как ведут себя атомы. Это не обязательно верное представление о точной структуре атома.

Модели часто упрощаются. Маленькие игрушечные машинки, с которыми вы, возможно, играли в детстве, — это модели. Они дают
Вы хорошо представляете, как выглядит настоящий автомобиль, но они намного меньше и намного проще. Модель не всегда может
быть абсолютно точным, и важно, чтобы мы это осознавали, чтобы у нас не сложилось неправильное представление
о чем-нибудь.

Модель атома Дальтона (ESAAO)

Джон Дальтон предположил, что вся материя состоит из очень маленьких частиц, которые он назвал атомами. Это не было
совершенно новая концепция, поскольку древние греки (особенно Демокрит) предположили, что вся материя состоит из
маленькие, неделимые (нельзя разделить) объекты. Когда Дальтон предложил свою модель, электроны и ядро ​​были
неизвестный.

Рисунок 4.2: Атом по Дальтону.

Модель атома Томсона (ESAAP)

После открытия электрона Дж.Дж. Томсоном в 1897 году люди поняли, что атомы состоят даже из
более мелкие частицы, чем они думали ранее. Однако атомное ядро ​​еще не было открыто.
так в 1904 году была выдвинута «модель сливового пудинга». В этой модели атом состоит из отрицательных
электроны, плавающие в «супе» с положительным зарядом, подобно сливам в пудинге или изюму в
фруктовый торт (рис. 4.3). В 1906, Томсон был награжден
Нобелевскую премию за работу в этой области. Однако даже с моделью сливового пудинга все еще не было
понимание того, как устроены эти электроны в атоме.

Рисунок 4.3: Атом в соответствии с моделью сливового пудинга.

Открытие излучения стало следующим шагом на пути к построению точной картины
атомная структура. В начале ХХ века Мария и Пьер Кюри открыли, что некоторые элементы (т.
радиоактивных элементов) испускают частицы, способные проходить через вещество подобно
Рентген (подробнее об этом читайте в 11 классе). Эрнест Резерфорд в 1911 году использовал это открытие для
пересмотреть модель атома.

Двумя другими моделями, предложенными для атома, были кубическая модель и модель Сатурна. В кубической модели
предполагалось, что электроны лежат в углах куба. В модели Сатурна электроны представлялись
вращаться вокруг очень большого тяжелого ядра.

Модель атома Резерфорда (ESAAQ)

Резерфорд провел несколько экспериментов, которые привели к изменению представлений об атоме. Его новая модель описана
атом как крошечное, плотное, положительно заряженное ядро, называемое ядром, окруженное более легким, отрицательно заряженным
электроны. Другой взгляд на эту модель заключался в том, что атом рассматривался как мини-солнечная система.
где электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Упрощенная картина этого
показано рядом. Эту модель иногда называют планетарной моделью атома.

Рис. 4.4: Резерфордовская модель атома.

Модель атома Бора (ESAAR)

Однако с моделью Резерфорда были некоторые проблемы: например, она не могла объяснить саму
интересное наблюдение, что атомы излучают свет только на определенных длинах волн или частотах. Нильс Бор решил эту
проблему, предполагая, что электроны могут вращаться вокруг ядра только по определенным специальным орбитам при разных
энергетические уровни вокруг ядра.

Рис. 4.5: Боровская модель атома.

Джеймс Чедвик (ESAAS)

Резерфорд предсказал (в 1920 г.), что в ядре наряду с
протон. Он предсказал это потому, что если бы в ядре были только положительно заряженные протоны, то оно должно было бы
разорвутся на части из-за сил отталкивания между одноименно заряженными протонами! Чтобы убедиться, что атом
остается электрически нейтральной, эта частица сама должна быть нейтральной. В 1932 Джеймс Чедвик открыл
нейтрона и измерил его массу.

Другие модели атома (ESAAT)

Хотя наиболее часто используемой моделью атома является модель Бора, ученые все еще разрабатывают новые и
усовершенствованные теории о том, как выглядит атом. Один из самых важных вкладов в атомную теорию (т.
область науки, изучающая атомы) была развитием квантовой теории. Шредингер, Гейзенберг, Борн и
многие другие сыграли роль в развитии квантовой теории.

Модели атома

Учебник Упражнение 4. 1

Сопоставьте информацию в столбце A с ключом для обнаружения в столбце B.

Колонна А

Колонна В

1. Открытие электронов и модель сливового пудинга

А. Нильс Бор

2. Расположение электронов

Б. Мария и Пьер Кюри

3. Атомы как мельчайшие строительные блоки материи

C.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *