Planetarisk modell av atomen

Atomens planetmodell , eller Rutherford-modellen av atomen , är en historiskt viktig modell av atomens struktur , föreslagen av Ernest Rutherford i en klassisk artikel [1] , publicerad 1911, baserad på analys och statistisk bearbetning av resultaten av experiment på spridning av alfapartiklar i tunn guldfolie , utförda av Geiger och Marsden 1909.

I denna modell beskriver Rutherford atomens struktur som att den består av en liten positivt laddad kärna , i vilken nästan all massa av atomen är koncentrerad, runt vilken elektroner kretsar , precis som planeterna rör sig runt solen .

Atomens planetmodell motsvarar moderna idéer om atomens struktur med förtydliganden att elektronernas rörelse inte kan beskrivas av den klassiska mekanikens lagar och har en kvantmekanisk beskrivning .

Historiskt sett har Rutherfords planetmodell ersatt en av Thomsons " russinpudding "-modeller , som antar att negativt laddade elektroner placeras i cirkulära banor inuti en positivt laddad atom med en positiv laddning fördelad över hela dess volym, som russin i en pudding [2] ] . Faktum är att i sina experiment bekräftade Rutherford faktiskt livskraften för en annan Thomson-modell, som antar atomens planetariska struktur.

Bakgrund

År 1904 hade den japanska fysikern Nagaoka Hantaro utvecklat en tidig, som det visade sig senare, felaktig "planetmodell" av atomen (" Saturnus -liknande atom ") [3] . Modellen byggdes på en analogi med beräkningar av stabiliteten hos Saturnus ringar (ringarna är balanserade på grund av planetens mycket stora massa). Nagaokas modell var fel, men två implikationer av den visade sig vara profetiska:

• kärnan i en atom är verkligen mycket massiv;
• elektroner hålls i omloppsbana av elektrostatiska krafter (liknande hur Saturnus ringar hålls av gravitationskrafter ).

Rutherford föreslog en ny modell av atomens struktur 1911 baserad på en analys av experiment om spridning av alfapartiklar i guldfolie, utförda 1909 under hans ledning [1] .

Under denna spridning spreds ett stort, oväntat statistiskt oförklarligt, antal alfapartiklar i stora vinklar, vilket indikerade att spridningscentrumet var litet, det koncentrerade en betydande elektrisk laddning och massa av atomen.

Rutherfords beräkningar visade att ett spridningscentrum, positivt eller negativt laddat, måste vara minst 3000 gånger mindre än storleken på en atom, som vid den tiden redan var känd och uppskattades till cirka 10 −10 m. Eftersom elektroner var kända redan kl. den tiden, och deras massa och laddning bestäms, då måste spridningscentrumet, som senare kallades kärnan, ha haft motsatt laddning till elektronerna. Rutherford kopplade inte mängden laddning till atomnummer. Denna slutsats drogs senare. Och Rutherford själv föreslog att kärnans laddning är proportionell mot atommassan . Kopplingen mellan den elektriska laddningen av en kärna och atomnumret för ett kemiskt element fastställdes av Henry Moseley i experiment som utfördes 1913.

Nackdelen med planetmodellen var omöjligheten att förklara atomernas stabilitet med den. Eftersom elektronerna rör sig runt kärnan samtidigt som de upplever centripetalacceleration som planeter runt solen, måste de, enligt den klassiska elektrodynamikens lagar , utstråla elektromagnetiska vågor , samtidigt som de förlorar den kinetiska energin i omloppsrörelsen till strålning och som ett resultat " falla" på kärnan. Beräkningar utförda med den klassiska elektrodynamikens metoder visar att elektronerna måste "falla" på kärnan inom en tid av cirka 10 −11 s.

Denna motsägelse togs bort av den efterföljande utvecklingen av planetmodellen i Bohr-modellen av atomen , postulerande andra, som skiljer sig från de klassiska lagarna för elektronernas omloppsrörelse baserade på de Broglie-vågor . Slutsatserna från klassisk elektrodynamik, som helt motsäger experiment, kan förklara utvecklingen av kvantmekanik .

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Rutherford E. Spridningen av α- och β-partiklar genom materia och atomens struktur Arkiverad 7 maj 2021 på Wayback Machine , Philosophical Magazine. Serie 6, vol. 21 . maj 1911
2. ↑ Thomson JJ (mars 1904). "Om atomens struktur: en undersökning av stabiliteten och svängningsperioderna för ett antal kroppar arrangerade med lika intervall runt en cirkels omkrets; med tillämpning av resultaten på teorin om atomstruktur” (PDF) . Filosofisk tidskrift . sjätte. 7 (39): 237-265. DOI : 10.1080/14786440409463107 . Arkiverad (PDF) från originalet 2020-10-26 . Hämtad 2020-11-10 . Utfasad parameter används |deadlink=( hjälp )
3. ↑ Bryson, Bill . En kort historia om nästan allting  (neopr.) . — Broadway Books, 2003. - ISBN 0767908171 .

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Britannica (online)