Строение атома. Опыт Резерфорда. Явления, свидетельствующие о сложном строении атома

- электризация тел

- все виды электронной эмиссии (вырывание из вещества)

- электролиз

- открытие электрона

- естественная радиоактивность

- линейчатые спектры атомов

2. В 1833 году Майклом Фарадеем впервые были получены экспериментальные данные свидетельствующие о сложном строении атома: при изучении законов электролиза выяснилось, что внутри атомов существуют электрические заряды.

3. В 1897 году Джозеф Томсон в результате экспериментов по изучению электрического заряда в разряженных газах выяснил, что из атомов любого химического элемента вырываются одинаковые отрицательно заряженные частицы – электроны.

4. В 1896 году французский физик Анри Беккерель установил, что атомы урана испускают невидимые излучения, способные проникать сквозь бумагу или картон и вызывать потемнение фотопластины. Явление испускания атомами невидимых проникающих излучений назвали радиоактивностью.

5. Опыт Резерфорда:

Цель заключалась в определении распределения «+» заряда внутри атома.

Радиоактивный препарат, например, радий, помещался внутрь свинцового цилиндра (1), вдоль которого был высверлен узкий канал. Пучок -частиц падал на тонкую фольгу (2) из исследуемого материала. После рассеивания -частицы попадали на полупрозрачный экран (3), покрытый сульфидом цинка. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось вспышкой света, которую можно было наблюдать в микроскоп (4).

В результате опыта выяснилось:

- основная часть -частиц прошла сквозь фольгу

- некоторые -частицы отклонились на углы большие 90 (1 -частица на 2000)

6. Модели строения атомов:

Модель атома Джозефа Томсона (1903 год) «пудинг с изюмом»	Модель атома Резерфорда (1911 год) Планетарная модель	Модель атома Нильса Бора (1913 год)
Основные положения теории:
Равномерно заряженная «+» сфера и вкрапленные «» с общим зарядом 0.	Атомное ядро – тело малых размеров, в котором сконцентрирована почти вся масса и весь «+» заряд атома. Оказалось, что ядро имеет диаметр порядка 10-12-10-13 см. Размер же самого атома 10-8 см, т.е. в 10-100 тысяч раз больше размеров ядра. Впоследствии удалось определить и заряд ядра. При условии, что заряд электрона принят за единицу, заряд ядра в точности номеру данного химического элемента. Электроны движутся вокруг ядра, подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца.	Постулаты Н.Бора: 1. Атомная система может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия, в стационарном состоянии атом энергию не излучает. 2. Излучение энергии происходит при переходе атома из состояния с большей энергией, в состояние с меньшей энергией. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний.
Трудности теории:
Теория не объясняет опыты по рассеянию -частиц	На основании такой модели атом неустойчив, т.к. электрон, двигаясь с ускорением вокруг атома, непрерывно излучает энергию и через 10-8 с упадет на ядро.

7. Объяснение свойств атома в рамках модели Бора:

а) атом имеет ядерное строение

б) атом устойчив, т.е. может длительное время не излучать энергию

в) чтобы атом начал излучать энергию, ему надо передать энергию извне

г) излучение поглощение энергии атомам осуществляется порциями – квантами

Строение атомного ядра
1. В 1913 году английский физик Генри Мозли выполнил точные измерения электрического заряда атомных ядер, в ходе которых выяснилось, что заряд ядра кратен заряду электрона и равен:

, где Z – порядковый номер элемента в таблице Д.Менделеева

2. В 1913 году Эрнест Резерфорд выдвинул идею: атом водорода – элементарная частица – протон, который входит в состав других атомных ядер. Протоны были получены в 1919 году при бомбардировке ядер азота -частицами (ядра гелия):

Позже выяснилось, что из одних протонов ядро состоять не может, т.к. масса ядра больше массы всех протонов, входящих в него примерно в 2 раза.

В 1932 году английский физик Джеймс Чедвик расчетами показал, что при бомбардировке -частицами ядер бериллия образуется нейтральная частица - нейтрон, которая не отклоняется ни в магнитном, ни в электрическом поле, т.е. является электрически нейтральной.





3. В 1932 году русский ученый Дмитрий Иваненко и немецкий физик Вернер Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра атома: ядро состоит из протонов и нейтронов, которые связаны между собой ядерными силами.

- массовое число

Z – зарядовое число, число протонов = № в таблице Менделеева

N – число нейтронов в ядре

A – массовое число – общее число частиц в ядре – округленная до целого числа атомная масса элемента

- общая схема элемента

Протон и нейтрон по способности к ядерным взаимодействиям не отличаются друг от друга, поэтому их рассматривают как одну частицу – нуклон – в двух разных состояниях.

Протон – нуклон в состоянии с электрическим зарядом.

Нейтрон – нуклон в состоянии без электрического заряда.

Ядерные силы по своей природе отличаются от всех известных сил: это короткодействующие силы, действующие в пределах ядра, не зависят от зарядов нуклонов, не являются центральными. Каждый нуклон взаимодействует не со всеми оставшимися нуклонами, а лишь с ближайшими соседями.

а) энергия необходимая для полного расщепления ядра на нуклоны:

б) энергия, выделяющаяся при образовании ядра из нуклонов:

Опыты показали, что масса ядра меньше массы нуклонов, входящих в ядро.

Альберт Эйнштейн доказал, что есть связь между энергией объекта и его массой:

где - энергия связи на 1 а.е.м.

Удельная энергия связи – энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон.



7. Единицы физических величин в ядерной физике:

Атомная единица массы: 1/12 массы атома изотопа углерода атомной массой 12:



Электрон-вольт: кинетическая энергия которой обладает электрон разгоняемый электрическим полем 1 Вольт:



Энергия связи на 1 а.е.м:



8. Физические параметры некоторых частиц:

Протон Протий	Дейтрон Дейтерий	Тритий	Ядро гелия -частица	Нейтрон	Электрон -частица	Позитрон
Обозначение
А.Е.М
1.0072765	2.014102	3.016062	4.002603	1.0086649	0.0005486	0.0005486

Не всякое атомное ядро может существовать неограниченно долго, т.е. быть стабильным. Устойчивыми ядрами являются лишь те, которые обладают минимальным запасом энергии среди всех ядер, в которое оно могло бы превратиться.

Ядерные реакции – искусственные превращения ядер при взаимодействии с элементарными частицами или другими ядрами. Ядерные реакции протекают по закону сохранения заряда и массового числа. Стрелка указывает направление протекания реакции.

При - энергия связи выделяется, а при - энергия связи поглощается.

-распад

-распад – самопроизвольный распад атомного ядра на -частицу (ядро гелия) и ядро-продукт. При этом ядро-продукт станет на 2 позиции ближе к началу в таблице Менделеева, а число нуклонов в ядре уменьшится на 4.

-распад

-распад – самопроизвольный распад атомного ядра с испусканием электрона. При этом ядро-продукт станет на 1 позицию дальше от начала таблицы Менделеева, а число нуклонов в ядре не изменится. Это может произойти, если нейтрон превратится в протон с испусканием электрона, т.к. масса нейтрона больше массы протона и нейтрона вместе взятых, а, следовательно, реакция не требует энергии извне.

Дано:	Решение:
	А=7, Z=3 - энергия связи выделяется
Найти:
, Есвязи - ?