As descobertas no campo da estrutura atômica tornaram-se um passo importante no desenvolvimento da física. O modelo de Rutherford foi de grande importância. O átomo como sistema e as partículas que o compõem foram estudados com mais precisão e detalhe. Isso levou ao desenvolvimento bem-sucedido de uma ciência como a física nuclear.
Idéias antigas sobre a estrutura da matéria
A suposição de que os corpos circundantes são compostos das menores partículas foi feita nos tempos antigos. Os pensadores da época representavam o átomo como a menor e indivisível partícula de qualquer substância. Eles argumentaram que não há nada no universo menor do que um átomo. Tais pontos de vista foram mantidos pelos grandes cientistas e filósofos gregos antigos - Demócrito, Lucrécio, Epicuro. As hipóteses desses pensadores estão hoje reunidas sob o nome de "atomismo antigo".
Performances medievais
Os tempos da antiguidade passaram, e na Idade Média também havia cientistas que faziam várias suposições sobre a estrutura das substâncias. No entanto, a predominância de visões filosóficas religiosas e o poder da igreja naquele período da história estão na raizsuprimiu quaisquer tentativas e aspirações da mente humana para conclusões e descobertas científicas materialistas. Como você sabe, a Inquisição medieval se comportou muito hostil com os representantes do mundo científico da época. Resta dizer que as mentes então brilhantes tiveram uma ideia que veio da antiguidade sobre a indivisibilidade do átomo.
estudos do século 18-19
O século XVIII foi marcado por sérias descobertas no campo da estrutura elementar da matéria. Em grande parte graças aos esforços de cientistas como Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov e John D alton. Independentemente um do outro, eles conseguiram provar que os átomos realmente existem. Mas a questão de sua estrutura interna permaneceu em aberto. O final do século XVIII foi marcado por um evento tão significativo no mundo científico como a descoberta do sistema periódico de elementos químicos por D. I. Mendeleev. Este foi um avanço verdadeiramente poderoso da época e levantou o véu sobre o entendimento de que todos os átomos têm uma única natureza, que estão relacionados uns com os outros. Mais tarde, no século 19, outro passo importante para desvendar a estrutura do átomo foi a prova de que qualquer um deles contém um elétron. O trabalho dos cientistas deste período preparou terreno fértil para as descobertas do século XX.
Experiências de Thomson
O físico inglês John Thomson provou em 1897 que os átomos contêm elétrons com carga negativa. Nesse estágio, as falsas ideias de que o átomo é o limite da divisibilidade de qualquer substância foram finalmente destruídas. QuãoThomson foi capaz de provar a existência de elétrons? Em seus experimentos, o cientista colocou eletrodos em gases altamente rarefeitos e passou uma corrente elétrica. O resultado foram os raios catódicos. Thomson estudou cuidadosamente suas características e descobriu que são um fluxo de partículas carregadas que se movem em grande velocidade. O cientista conseguiu calcular a massa dessas partículas e sua carga. Ele também descobriu que eles não podem ser convertidos em partículas neutras, já que a carga elétrica é a base de sua natureza. Foi assim que os elétrons foram descobertos. Thomson também é o criador do primeiro modelo mundial da estrutura do átomo. Segundo ele, um átomo é um monte de matéria carregada positivamente, na qual os elétrons carregados negativamente são distribuídos uniformemente. Essa estrutura explica a neutralidade geral dos átomos, uma vez que cargas opostas se equilibram. As experiências de John Thomson tornaram-se inestimáveis para o estudo mais aprofundado da estrutura do átomo. No entanto, muitas perguntas ficaram sem resposta.
Rutherford Research
Thomson descobriu a existência de elétrons, mas não conseguiu encontrar partículas carregadas positivamente no átomo. Ernest Rutherford corrigiu esse mal-entendido em 1911. Durante experimentos, estudando a atividade de partículas alfa em gases, ele descobriu que existem partículas carregadas positivamente no átomo. Rutherford viu que, quando os raios passam por um gás ou por uma fina placa de metal, um pequeno número de partículas desvia-se bruscamente da trajetória do movimento. Eles foram literalmente jogados para trás. O cientista adivinhou queeste comportamento é explicado pela colisão com partículas carregadas positivamente. Tais experimentos permitiram ao físico criar o modelo de Rutherford da estrutura do átomo.
Modelo Planetário
Agora as ideias do cientista eram um pouco diferentes das suposições feitas por John Thomson. Seus modelos de átomos também se tornaram diferentes. A experiência de Rutherford permitiu-lhe criar uma teoria completamente nova nesta área. As descobertas do cientista foram de importância decisiva para o desenvolvimento posterior da física. O modelo de Rutherford descreve um átomo como um núcleo localizado no centro e elétrons se movendo ao redor dele. O núcleo tem carga positiva e os elétrons têm carga negativa. O modelo do átomo de Rutherford assumia a rotação dos elétrons ao redor do núcleo ao longo de certas trajetórias - órbitas. A descoberta do cientista ajudou a explicar o motivo do desvio das partículas alfa e tornou-se o impulso para o desenvolvimento da teoria nuclear do átomo. No modelo do átomo de Rutherford, há uma analogia com o movimento dos planetas do sistema solar em torno do sol. Esta é uma comparação muito precisa e vívida. Portanto, o modelo de Rutherford, no qual o átomo se move em torno do núcleo em uma órbita, foi chamado de planetário.
Obras de Niels Bohr
Dois anos depois, o físico dinamarquês Niels Bohr tentou combinar ideias sobre a estrutura do átomo com as propriedades quânticas do fluxo de luz. O modelo nuclear do átomo de Rutherford foi colocado pelo cientista como base de sua nova teoria. De acordo com Bohr, os átomos giram em torno do núcleo em órbitas circulares. Tal trajetória de movimento leva à aceleraçãoelétrons. Além disso, a interação Coulombiana dessas partículas com o centro do átomo é acompanhada pela criação e consumo de energia para manter o campo eletromagnético espacial decorrente do movimento dos elétrons. Sob tais condições, partículas carregadas negativamente devem algum dia cair no núcleo. Mas isso não acontece, o que indica a maior estabilidade dos átomos como sistemas. Niels Bohr percebeu que as leis da termodinâmica clássica descritas pelas equações de Maxwell não funcionam em condições intraatômicas. Portanto, o cientista se propôs a derivar novos padrões que seriam válidos no mundo das partículas elementares.
postulados de Bohr
Em grande parte devido ao fato de o modelo de Rutherford existir, o átomo e seus componentes serem bem estudados, Niels Bohr conseguiu aproximar-se da criação de seus postulados. A primeira delas diz que o átomo tem estados estacionários, nos quais não muda sua energia, enquanto os elétrons se movem em órbitas sem alterar sua trajetória. De acordo com o segundo postulado, quando um elétron se move de uma órbita para outra, a energia é liberada ou absorvida. É igual à diferença entre as energias dos estados anteriores e subsequentes do átomo. Nesse caso, se o elétron s alta para uma órbita mais próxima do núcleo, então a energia (fóton) é emitida e vice-versa. Apesar de o movimento dos elétrons ter pouca semelhança com uma trajetória orbital localizada estritamente em um círculo, a descoberta de Bohr forneceu uma excelente explicação para a existência de umespectro do átomo de hidrogênio. Na mesma época, os físicos Hertz e Frank, que moravam na Alemanha, confirmaram os ensinamentos de Niels Bohr sobre a existência de estados estacionários e estáveis do átomo e a possibilidade de alteração dos valores da energia atômica.
Cooperação de dois cientistas
A propósito, Rutherford não conseguiu determinar a carga do núcleo por muito tempo. Os cientistas Marsden e Geiger tentaram rever as afirmações de Ernest Rutherford e, como resultado de experimentos e cálculos detalhados e cuidadosos, chegaram à conclusão de que é o núcleo que é a característica mais importante do átomo, e toda a sua carga está concentrado nele. Mais tarde, provou-se que o valor da carga do núcleo é numericamente igual ao número ordinal do elemento no sistema periódico de elementos de D. I. Mendeleev. Curiosamente, Niels Bohr logo conheceu Rutherford e concordou plenamente com seus pontos de vista. Posteriormente, os cientistas trabalharam juntos por um longo tempo no mesmo laboratório. O modelo de Rutherford, o átomo como um sistema constituído de partículas elementares carregadas - tudo isso Niels Bohr considerou justo e deixou para sempre de lado seu modelo eletrônico. A atividade científica conjunta de cientistas foi muito bem sucedida e deu frutos. Cada um deles mergulhou no estudo das propriedades das partículas elementares e fez descobertas significativas para a ciência. Rutherford mais tarde descobriu e provou a possibilidade de decomposição nuclear, mas isso é assunto para outro artigo.
