Планетарная модель атома

Модели атомов, созданные до 1910 года были умозрительными, их справедливость нужно было подтвердить или опровергнуть с помощью эксперимента.
Решающий вклад в создание современной теории строения атома внес английский физик Эрнест Резерфорд
Эрнест
Резерфорд

1911
Эрнест
Резерфорд Г. Гейгер
Э. Марсден
В 1911 г. Резерфорд совместно со своими ассистентами Г. Гейгером и Э. Марсденом экспериментально обосновали ядерную модель атома.
Цель опыта: выяснить внутреннюю структуру атома:
1)Распределение массы
2)Распределение положительного и отрицательного заряда
3)Размеры атома

Экспериментальная установка
свинцовый контейнер, содержащий крупицу радия.
радиоактивное вещество (источник α-частиц)
- узкий пучок альфа-частиц
- тонкая металлическая фольга
- экран, покрытый сульфидом цинка;
каждая альфа-частица, попавшая на экран, вызывает вспышку. Эти вспышки наблюдались глазом с помощью микроскопа и подсчитывались. Экран вместе с микроскопом мог поворачиваться, что позволяло изменять угол, под которым частицы попадали на экран.
Установка помещалась в сосуд из которого выкачен воздух, чтобы движению α -частиц ничто не мешало.

Опыт Резерфорда
Разбомбить!
Мишень: золотая фольга
Снаряды: α частицы:

Ход опыта
1) В отсутствии препятствия на пути α-частицы, на экране образовывалось одно светлое пятно, т.к. α -частицы попадали на экран узким пучком.
2) Если на пути α -частиц установить препятствие, в виде тонкой металлической фольги, то картина на экране изменялась.

Результаты опыта
1) Золотая фольга имела толщину 0,4 мкм (4 • 10-7 м). Учитывая, что в твердом теле атомы плотно упакованы, а расстояния между их центрами (по данным рентгеноструктурного анализа) составляют 2,5• 10-10 м, получаем, что фольга по своей толщине содержит около 1600 слоев атомов.
2) В ходе опыта было зафиксировано более 100 000 вспышек, которые отклонились на различные углы:

Результаты опыта

Предполагал
Увидел
1) Альфа частицы пролетят насквозь
2) Рассеяние будет примерно 20
2) Примерно 1/2000 частица отражалась
1) Угол рассеивания >>20
Модель Томсона
не состоятельна!!!

Как объяснить?
1. В центре находится маленькое положительно заряженное ядро.
Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны.
3. qя = Σqe = номер элемента в таблице Менделеева

Количественные
характеристики
1) заряд ядра приблизительно равен половине массового числа атома (при этом заряд электрона принимается за единицу). Это дало основание предположить, что заряд ядра атома соответствует номеру химического элемента в таблице Менделеева:
Qядра=Ze, где е — модуль заряда электрона.
2) Зная энергию альфа-частиц (5МэВ) и заряд ядра атома золота (79), можно рассчитать, на какое минимальное расстояние должны они сблизиться, чтобы альфа-частица отклонилась на определенный угол. Это дало возможность оценить размеры ядер атомов, оказавшиеся порядка 10-14 м. Напоминаем, что размеры самих атомов порядка 10-10 м, т.е. в 10 000 раз больше.

Планетарная модель атома Резерфорда
Противоречие!
движется по окружности, значит с ускорением.
Должен непрерывно излучать энергию.
Излучая, должен терять энергию и приближаться к ядру.
Атом должен прекратить своё существование!
К явлениям атомных масштабов законы классической физики неприменимы!

Недостатки модели
1.Согласно законам классической механики и электродинамики ядерная модель атома Резерфорда не может быть стабильной системой.
2. В любом объеме нагретого атомарного газа должны быть атомы как в «начале», так и в «конце» своего существования. Следовательно, излучаемый таким газом свет должен содержать электромагнитные волны всевозможных частот, т.е. атомарный газ должен излучать свет со сплошным спектром.
3. Ядерная модель атома с точки зрения классической механики и электродинамики несовместима и с гипотезой Планка: ускоренно движущийся вокруг ядра электрон должен испускать электромагнитную волну непрерывно, а не порциями, как утверждается в гипотезе Планка.

Квантовые
постулаты Бора :
1913 г
1. Атом может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия Еп,; в стационарном состоянии атом не излучает.
2. При переходе из одного состояния в другое атом излучает (поглощает) фотон.