Історія відкриттів у галузі будови атомного ядра.
Химия

Історія відкриттів у галузі будови атомного ядра.


Завантажити реферат: Історія відкриттів у галузі будови атомного ядра

Зміст реферату

1. Історія відкриттів у галузі будови атомного ядра

2. Моделі атома до Бору

3. Відкриття атомного ядра

4. Атом Бора

5. Розщеплення ядра

Література

1. Історія відкриттів у галузі будови атомного ядра

Вивчення атомного ядра змушує займатися елементарними частинками. Причина цього зрозуміла: в ядрах атомів частинок так мало, що властивості кожної їх окремо не усереднюються, а, навпаки, грають визначальну роль.

2. Моделі атома до Бору

Розвиток досліджень радіоактивного випромінювання, з одного боку, та квантової теорії – з іншого, призвели до створення квантової моделі атома Резерфорда – Бора. Але створенню цієї моделі передували спроби побудувати модель атома на основі уявлень класичної електродинаміки та механіки. У 1904 році з’явилися публікації про будову атома, одні з яких належали японському фізику Хантаро Нагаок, інші — англійському фізику Д.Д. Томсон.

Нагаока представив будову атома аналогічним будовою сонячної системи: роль Сонця грає позитивно заряджена центральна частина атома, навколо якої встановленими кільцеподібним орбітам рухаються “планети” — електрони. При незначних усуненнях електрони збуджують електромагнітні хвилі.

В атомі Томсона позитивна електрика «розподілена» по сфері, в яку вкраплені електрони. У найпростішому атомі водню електрон знаходиться у центрі позитивно зарядженої сфери. У багатоелектронних атомах електрони розташовуються за стійкими конфігураціями, розрахованими Томсоном. Томсон вважав кожну конфігурацію визначальною хімічні властивості атомів. Він спробував теоретично пояснити періодичну систему елементів Д.І. Менделєєва. Пізніше Бор зазначив, що з часу цієї спроби ідея про поділ електронів в атомі на групи стала вихідним пунктом.

Але невдовзі виявилося, нові досвідчені факти спростовують модель Томсона і, навпаки, свідчать на користь планетарної моделі. Ці факти було відкрито Резерфордом. Насамперед слід відзначити відкриття ядерної будови атома.

3. Відкриття атомного ядра

Уподібнення атома до планетної системи робилося ще на початку XX століття. Але цю модель було важко поєднати з моделями електродинаміки, і вона була залишена, поступившись місцем моделі Томсона. Однак у 1904 році почалися дослідження, що призвели до утвердження планетарної моделі.

При вивченні a-частинок Резерфорд, виходячи з моделі Томсона, підрахував, що розсіювання a-частинок не може давати великих кутів відхилень навіть за багатьох зіткнень з часткою. І тут Резерфорд звернувся до планетарної моделі.

7 березня 1911 року Резерфорд зробив у філософському суспільстві в Манчестері доповідь “Розсіяння a та b-променів та будова атома”. У доповіді він, зокрема, говорив: “Розсіяння заряджених частинок може бути пояснено, якщо припустити такий атом, який складається з центрального електричного заряду, зосередженого в точці та оточеного однорідним сферичним розподілом протилежної електрики рівної величини. При такому пристрої a та b-частинки, коли вони проходять на близькій відстані від центру атома, зазнають великих відхилень, хоча ймовірність такого відхилення мала”.

Важливим наслідком теорії Резерфорда була вказівка ​​на заряд атомного центру, який поклав Резерфорд рівним ±Ne. Заряд виявився пропорційним до атомної ваги. «Точне значення заряду центрального ядра не було визначено, — писав Резерфорд, — але для атома золота воно приблизно дорівнює 100 одиниць заряду».

З наступних досліджень та експериментів Гейгера і Мардсена, що здійснили перевірку формул Резерфорда, виникло уявлення про ядро ​​як стійку частину атома, що несе в собі майже всю масу атома і має позитивний (Резерфорд вважав знак заряду невизначеним) зарядом. При цьому число елементарних зарядів виявилося пропорційним до атомної ваги.

Заряд ядра виявився найважливішою характеристикою атома. У 1913 року було показано, що заряд ядра збігається з номером елемента таблиці Менделєєва. Бор писав: ”Із самого початку було ясно, що завдяки великій масі ядра та його малій протяжності у просторі порівняно з розмірами всього атома будова електронної системи має залежати майже виключно від повного електричного заряду ядра. Такі міркування відразу наводили на думку, що вся сукупність фізичних і хімічних властивостей кожного елемента може визначатися одним цілим числом…”

Після знайомства з Резерфордом Бор, відмовившись від вивчення електронної моделі, розпочав роботу у його групі. Звернувшись до планетарної моделі, Бор створив її основі теорію атома Резерфорда-Бора. Резерфорд зрозумів революційний характер ідей Бора та обговорив з ним основи цієї теорії, висловив критичні зауваження, після чого статті Бора були опубліковані.

Під час Першої світової війни Бор продовжує працювати в лабораторії Резерфорда. У 1915 році він опублікував роботи «Про серіальний спектр водню» і «Про квантову теорію випромінювання в структурі атома». У 1916 була опублікована стаття Зоммерфельда, де він розглянув рух електрона по еліптичних орбітах і узагальнив правила квантування Бора. Бор із захопленням відгукнувся про цю статтю. Теорія атома після відкриттів Зоммерфельда стала називатися теорією Бора – Зоммерфельда.

У 1936 році Бор виступив зі статтею «Захоплення нейтрона і будова ядра», в якій запропонував крапельну модель ядра та механізм захоплення нейтрона ядром. Дивно, але ні Бор, ні інші не могли відразу передбачити поділ ядра, що підказується крапельною моделлю, поки на початку 1939 не було відкрито поділ урану.

4. Атом Бора

Бор, як і Томсон до нього, шукає таке розташування електронів в атомі, яке пояснило б його фізичні та хімічні властивості. Бор за основу бере модель Резерфорда. Йому також відомо, що заряд ядра і число електронів у ньому, що дорівнює кількості одиниць заряду, визначається місцем елемента в періодичній системі елементів Менделєєва. Таким чином, це важливий крок у розумінні фізико-хімічних властивостей елемента. Але залишаються незрозумілими дві речі: надзвичайна стійкість атомів, несумісна з уявленням про рух електронів замкнутими орбітами, і походження їх спектрів, які з цілком певних ліній. Така визначеність спектра, його яскраво виражена хімічна індивідуальність, очевидно, пов’язана зі структурою атома. Усе це важко пов’язати з універсальністю електрона, заряд і маса якого залежить від природи атома, до складу якого вони входять. Стійкість атома загалом суперечить законам електродинаміки, за якими електрони, здійснюючи періодичні руху, повинні безупинно випромінювати енергію і, втрачаючи її, “падати” на ядро. До того ж і характер руху електрона, який пояснюється законами електродинаміки, не може призводити до таких характерних лінійних спектрів, які спостерігаються насправді. Лінії спектру групуються в серії, вони згущуються в короткохвильовому хвості серії, частоти ліній відповідних серій підпорядковані дивним арифметичним законам.

“Основним результатом ретельного аналізу видимої серії лінійних спектрів та їх взаємовідносин, — писав Бор, — було встановлення того факту, що частота u кожної лінії спектру даного елемента може бути представлена ​​з незвичайною точністю формулою u = Tґ — Tґґ, де Tґ та Tґґ — які два члени з безлічі спектральних елементів Т, що характеризують елемент”.

Бору вдалося знайти пояснення цього основного закону спектроскопії. Але для цього йому довелося ввести у фізику атома уявлення про стаціонарні стани атомів, перебуваючи в яких електрон не випромінює, хоч і здійснює періодичний рух по круговій орбіті.

5. Розщеплення ядра

В 1919 Резерфордом було зроблено нове сенсаційне відкриття — розщеплення ядра.

Резерфорд вивчав зіткнення a-часток із легкими атомами. Зіткнення a-частинки з ядрами таких атомів мають прискорювати їх. Так, при ударі a-частки про ядро ​​водню воно збільшує свою швидкість в 1,6 рази, і ядро ​​відбирає у a-частки 64% її енергії.

Прилад, що застосовувався Резерфордом для випромінювання таких зіткнень, був латунною камерою довжиною 18 см, висотою 6 см і шириною 2 см. Джерелом a-частинок служив металевий диск, покритий активною речовиною. Диск містився всередині камери і міг встановлюватися на різних відстанях від екрану із сірчистого цинку. Камера могла заповнюватись різними газами. Зокрема її заповнювали азотом.

За допомогою численних дослідів Резерфорд показав, що в результаті таких зіткнень виходять частки з максимальним пробігом, таким самим, як у Н-атомів. “З отриманих досі результатів, — писав Резерфорд, — важко уникнути висновку, що атоми з великим пробігом, що виникають при зіткненні a-часток з азотом, є не атомами азоту, але, ймовірно, атомами водню або атомами з масою 2 Якщо це так, то ми повинні укласти, що атом азоту розпадається внаслідок величезних сил, що розвиваються при зіткненні з швидкою a-частинкою, і що водень, що звільняється, утворює складову частину атома”.

Так було відкрито явище розщеплення ядер азоту при ударах швидких a-часток і вперше висловлено думку, що ядра водню є складовою ядер атомів. Згодом Резерфорд запропонував термін «протон» для цієї частини ядра. Резерфорд закінчував свою статтю словами: «Результати в цілому вказують на те, що якщо a-частки або подібні до них швидко рухомі частинки зі значно більшою енергією могли б застосовуватися для дослідів, то можна було б виявити руйнування ядерних структур багатьох легких атомів».

У 1920 року Резерфорд у лекції “Нуклеарное будова атома” робить припущення, що є ядра з масою 3 і 2 і ядра з масою ядра водню, але з нульовим зарядом. При цьому він виходив із гіпотези, висловленої вперше М. Склодовській-Кюрі, що до складу ядра входять електрони.

Резерфорд пише, що йому “здається вельми правдоподібним, що один електрон може зв’язати два Н-ядра і, можливо, навіть одне Н-ядро. Якщо справедливе перше припущення, воно вказує на можливість існування атома з масою близько 2 та з одним зарядом. Таку речовину слід розглядати як ізотоп водню. Друге припущення містить у собі думку про можливість існування атома з масою 1 і нуклеарним зарядом, що дорівнює нулю. Подібні освіти є цілком можливими”. Так була висловлена ​​гіпотеза про існування нейтрона та важкого ізотопу водню.

Література

1. Григор’єв В.І., Мякішев Г.Я. Сили у природі. // М., Наука, 1983

2. Кудрявцев П.С. Курс історії фізики. // М., Просвітництво, 1982

3. Яворський Б.М., Детлаф А.А. Довідник з фізики. // М., Наука, 1990

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *