Wstęp do modelu atomu - Open AGH e

Wstęp do modelu atomu
Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski
Na początku XX w. znano wiele wyników eksperymentalnych, które wskazywały na to, że atomy zawierają elektrony. Z faktu, że
atomy są elektrycznie obojętne wnioskowano, że mają one również ładunek dodatni równy ujemnemu. Ponadto, ponieważ masa
elektronów jest bardzo mała w porównaniu z masą najlżejszych nawet atomów oznaczało to, że ładunki dodatnie związane są ze
znaczną masą.
Na tej podstawie Thomson zaproponował model budowy atomu, zgodnie z którym ujemnie naładowane elektrony są
równomiernie rozłożone wewnątrz obszaru wypełnionego w sposób ciągły ładunkiem dodatnim. Ładunek dodatni tworzył kulę o
promieniu rzędu 10 −10 m.
Dowód nieadekwatności modelu Thomsona podał jego uczeń Rutherford, analizując wyniki rozpraszania cząstek alfa na atomach
złota. Z przeprowadzonej przez Rutherforda analizy wynikało, że ładunek dodatni nie jest rozłożony równomiernie wewnątrz
atomu, ale skupiony w małym obszarze zwanym jądrem (o rozmiarze 10 −15 - 10 −14 m) leżącym w środku atomu.
Zgodnie z modelem jądrowym Rutherforda:
Masa jądra jest w przybliżeniu równej masie całego atomu.
Ładunek jądra jest równy iloczynowi Z i ładunku elektronu e.
Wokół jądra znajduje się Z elektronów, tak że cały atom jest obojętny.
Taki obraz atomu był zgodny z wynikami doświadczeń nad rozpraszaniem cząstek alfa, ale pozostało wyjaśnienie zagadnienia
stabilności takiego atomu.
Elektrony w atomie nie mogą być nieruchome ponieważ w wyniku przyciągania z dodatnim jądrem zostałyby do niego
przyciągnięte i wtedy „wrócilibyśmy” do modelu Thomsona. Dlatego Rutherford zapostulował, że elektrony w atomach krążą
wokół jądra po orbitach. Jeżeli jednak dopuścimy ruch elektronów wokół jądra (tak jak planet wokół Słońca w układzie
słonecznym), to też natrafiamy na trudność interpretacyjną:
Zgodnie z prawami elektrodynamiki klasycznej każde naładowane ciało poruszające się ruchem przyspieszonym wysyła
promieniowanie elektromagnetyczne.
Przypomnijmy sobie antenę dipolową, którą omawialiśmy w module Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych. Zmienne pole
elektryczne w antenie wywołuje oscylacje ładunku i antena emituje falę elektromagnetyczną. Podobnie, krążący elektron
doznawałby stale przyspieszenia (dośrodkowego) i zgodnie z elektrodynamiką klasyczną wysyłałby energię kosztem swojej
energii mechanicznej. Oznaczałoby to, że poruszałby się po spirali, ostatecznie spadając na jądro (model Thomsona).
Zagadnienie stabilności atomów doprowadziło do powstania nowego modelu zaproponowanego przez Bohra. Podstawową
cechą tego modelu było to, że umożliwiał przewidywanie widm promieniowania wysyłanego przez atomy (których nie wyjaśniał
model Rutherforda).
Publikacja udostępniona jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa - Na tych samych warunkach 3.0 Polska. Pewne
prawa zastrzeżone na rzecz autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej. Zezwala się na dowolne wykorzystanie treści publikacji pod
warunkiem wskazania autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej jako autorów oraz podania informacji o licencji tak długo, jak tylko
na utwory zależne będzie udzielana taka sama licencja. Pełny tekst licencji dostępny na stronie
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/pl/.
Czas generacji dokumentu: 2015-06-17 13:40:51
Oryginalny dokument dostępny pod adresem: http://epodreczniki.open.agh.edu.pl/openagh-permalink.php?
link=9fa1ad5f48e1d72ddd9bd97c1d31b4a5
Autor: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski