Az atomszerkezettel kapcsolatos felfedezések a fizika fejlődésének fontos lépésévé váltak. Rutherford modellje nagy jelentőséggel bírt. Az atomot mint rendszert és az azt alkotó részecskéket pontosabban és részletesebben tanulmányozták. Ez egy olyan tudomány sikeres fejlődéséhez vezetett, mint a magfizika.
Ősi elképzelések az anyag szerkezetéről
Az ókorban felmerült az a feltételezés, hogy a környező testek a legkisebb részecskékből állnak. Az akkori gondolkodók az atomot minden anyag legkisebb és oszthatatlan részecskéjeként ábrázolták. Azzal érveltek, hogy az univerzumban semmi sem kisebb, mint egy atom. Ilyen nézeteket vallottak a nagy ókori görög tudósok és filozófusok - Démokritosz, Lucretius, Epikurosz. Ezeknek a gondolkodóknak a hipotéziseit ma az "ókori atomizmus" néven egyesítik.
Középkori előadások
Az ókor idői elmúltak, és a középkorban is voltak tudósok, akik különféle feltételezéseket tettek az anyagok szerkezetéről. Azonban a vallásfilozófiai nézetek túlsúlya és az egyház hatalma a történelemnek abban a korszakában a gyökere.elnyomta az emberi elme minden olyan próbálkozását és törekvését, amely materialista tudományos következtetésekre és felfedezésekre irányul. Mint tudják, a középkori inkvizíció nagyon barátságtalanul viselkedett az akkori tudományos világ képviselőivel. Azt kell még elmondani, hogy az akkori fényes elméknek az ókorból származó elképzelésük volt az atom oszthatatlanságáról.
18-19. századi tanulmányok
A 18. századot komoly felfedezések jellemezték az anyag elemi szerkezete terén. Nagyrészt olyan tudósok erőfeszítéseinek köszönhetően, mint Antoine Lavoisier, Mihail Lomonoszov és John D alton. Egymástól függetlenül tudták bebizonyítani, hogy az atomok valóban léteznek. A belső szerkezetük kérdése azonban nyitva maradt. A 18. század végét a tudományos világban olyan jelentős esemény jellemezte, mint a kémiai elemek periodikus rendszerének D. I. Mengyelejev általi felfedezése. Ez akkoriban egy igazán erőteljes áttörés volt, és fellebbentette a fátylat arról a felfogásról, hogy minden atomnak egyetlen természete van, hogy rokonságban állnak egymással. Később, a 19. században egy másik fontos lépés az atom szerkezetének feltárása felé az volt, hogy bebizonyították, hogy bármelyik atom tartalmaz elektront. A korszak tudósainak munkája termékeny talajt készített a 20. század felfedezéseihez.
Thomson kísérletei
John Thomson angol fizikus 1897-ben bebizonyította, hogy az atomok negatív töltésű elektronokat tartalmaznak. Ebben a szakaszban végleg megsemmisültek azok a hamis elképzelések, amelyek szerint az atom bármely anyag oszthatóságának határa. HogyanThomson be tudta bizonyítani az elektronok létezését? Kísérleteiben a tudós elektródákat helyezett nagyon ritka gázokba, és elektromos áramot engedett át. Az eredmény katódsugarak lett. Thomson alaposan tanulmányozta a tulajdonságaikat, és megállapította, hogy töltött részecskék folyama, amelyek nagy sebességgel mozognak. A tudósnak sikerült kiszámítania e részecskék tömegét és töltésüket. Azt is kiderítette, hogy nem alakíthatók át semleges részecskékre, mivel az elektromos töltés a természetük alapja. Így fedezték fel az elektronokat. Thomson egyben a világ első atomszerkezeti modelljének megalkotója. Eszerint az atom pozitív töltésű anyagok halmaza, amelyben a negatív töltésű elektronok egyenletesen oszlanak el. Ez a szerkezet magyarázza az atomok általános semlegességét, mivel az ellentétes töltések kiegyenlítik egymást. John Thomson kísérletei felbecsülhetetlen értékűek lettek az atom szerkezetének további vizsgálatához. Sok kérdés azonban megválaszolatlan maradt.
Rutherford Research
Thomson felfedezte az elektronok létezését, de nem talált pozitív töltésű részecskéket az atomban. Ernest Rutherford 1911-ben kijavította ezt a félreértést. Kísérletek során, az alfa-részecskék aktivitását tanulmányozva gázokban, felfedezte, hogy az atomban pozitív töltésű részecskék vannak. Rutherford látta, hogy amikor a sugarak áthaladnak egy gázon vagy egy vékony fémlemezen, kis számú részecske élesen eltér a mozgási pályától. Szó szerint visszadobták őket. A tudós sejtetteezt a viselkedést a pozitív töltésű részecskékkel való ütközés magyarázza. Az ilyen kísérletek lehetővé tették a fizikus számára, hogy elkészítse az atom szerkezetének Rutherford-féle modelljét.
Bolygómodell
A tudós elképzelései némileg eltértek John Thomson feltételezéseitől. Az atommodelleik is eltérőek lettek. Rutherford tapasztalata lehetővé tette számára, hogy teljesen új elméletet alkosson ezen a területen. A tudós felfedezései döntő jelentőséggel bírtak a fizika további fejlődése szempontjából. Rutherford modellje az atomot a középpontban elhelyezkedő magnak és a körülötte mozgó elektronoknak írja le. Az atommag pozitív töltésű, az elektronok pedig negatív töltéssel. Rutherford atommodellje az elektronok atommag körüli forgását feltételezte bizonyos pályák – pályák – mentén. A tudós felfedezése segített megmagyarázni az alfa-részecskék eltérésének okát, és lendületet adott az atom nukleáris elméletének kidolgozásához. Rutherford atommodelljében analógia van a Naprendszer bolygóinak a Nap körüli mozgásával. Ez egy nagyon pontos és szemléletes összehasonlítás. Ezért a Rutherford-modellt, amelyben az atom egy pályán mozog az atommag körül, planetárisnak nevezték.
Niels Bohr munkái
Két évvel később Niels Bohr dán fizikus megpróbálta ötvözni az atom szerkezetére vonatkozó elképzeléseket a fényáram kvantumtulajdonságaival. A tudós Rutherford atommagmodelljét tette új elméletének alapjául. Bohr szerint az atomok körpályán keringenek az atommag körül. A mozgás ilyen pályája gyorsuláshoz vezetelektronok. Ezen túlmenően, ezen részecskék Coulomb-kölcsönhatása az atom középpontjával együtt jár az elektronok mozgásából származó térbeli elektromágneses tér fenntartására szolgáló energia létrehozásával és felhasználásával. Ilyen körülmények között a negatív töltésű részecskéknek egy nap a magra kell esniük. De ez nem történik meg, ami az atomok mint rendszerek nagyobb stabilitását jelzi. Niels Bohr rájött, hogy a klasszikus termodinamika Maxwell-egyenletek által leírt törvényei atomon belüli körülmények között nem működnek. Ezért a tudós azt a feladatot tűzte ki maga elé, hogy olyan új mintákat vonjon le, amelyek érvényesek lennének az elemi részecskék világában.
Bohr posztulátumai
Nagyrészt annak a ténynek köszönhetően, hogy Rutherford modellje létezett, az atomot és alkotóelemeit alaposan tanulmányozták, Niels Bohr megközelíthette posztulátumainak megalkotását. Az első szerint az atomnak vannak stacionárius állapotai, amelyekben nem változtatja meg az energiáját, míg az elektronok pályájukon mozognak anélkül, hogy pályájukat megváltoztatnák. A második posztulátum szerint, amikor egy elektron egyik pályáról a másikra mozog, energia szabadul fel vagy nyel el. Ez egyenlő az atom előző és következő állapotának energiái közötti különbséggel. Ebben az esetben, ha az elektron az atommaghoz közelebbi pályára ugrik, akkor energia (foton) bocsát ki, és fordítva. Annak ellenére, hogy az elektronok mozgása kevéssé hasonlít egy szigorúan körben elhelyezkedő pályapályához, Bohr felfedezése kiváló magyarázatot adott a szabályozott pálya létezésére.a hidrogénatom spektruma. Ugyanebben az időben a Németországban élő Hertz és Frank fizikusok megerősítették Niels Bohr tanításait az atom álló, stabil állapotának létezéséről és az atomenergia értékeinek megváltoztatásának lehetőségéről.
Két tudós együttműködése
Rutherford egyébként sokáig nem tudta meghatározni az atommag töltését. Marsden és Geiger tudósok megpróbálták újra ellenőrizni Ernest Rutherford állításait, és részletes és alapos kísérletek és számítások eredményeként arra a következtetésre jutottak, hogy az atommag az atom legfontosabb jellemzője, és annak összes töltése. koncentrálódik benne. Később bebizonyosodott, hogy az atommag töltésének értéke számszerűen megegyezik az elem sorszámával D. I. Mengyelejev periodikus elemrendszerében. Érdekes módon Niels Bohr hamarosan találkozott Rutherforddal, és teljes mértékben egyetértett nézeteivel. Ezt követően a tudósok hosszú ideig együtt dolgoztak ugyanabban a laboratóriumban. Rutherford modellje, az atom mint elemi töltésű részecskékből álló rendszer – Niels Bohr mindezt igazságosnak tartotta, és örökre félretette elektronikus modelljét. A tudósok közös tudományos tevékenysége nagyon sikeres volt és meghozta gyümölcsét. Mindegyikük belemerült az elemi részecskék tulajdonságainak tanulmányozásába, és jelentős felfedezéseket tett a tudomány számára. Rutherford később felfedezte és bebizonyította a maglebomlás lehetőségét, de ez egy másik cikk témája.
