Радіоактивність. Моделі атомів
Припущення про те, що всі тіла складаються з найдрібніших частинок, було висловлено давньогрецькими філософами Левкіппа і Демокрітом приблизно 2500 років тому. Частинки ці були названі атомами, що означає “неподільні”. Атом – це найдрібніша, найпростіша, яка не має складових частин і тому неподільна частка.
Але приблизно з середини XIX ст. стали з’являтися експериментальні факти, які ставили під сумнів уявлення про неподільність атомів. Результати цих експериментів наводили на думку про те, що атоми мають складну структуру і що до їх складу входять електрично заряджені частинки.
Найбільш яскравим свідченням складної будови атома було відкриття явища радіоактивності, зроблене французьким фізиком Анрі Беккерелем в 1896 р
Беккерель виявив, що хімічний елемент уран мимовільно (т. Е. Без зовнішніх впливів) випромінює раніше невідомі невидимі промені, які пізніше були названі радіоактивним випромінюванням.
Оскільки радіоактивне випромінювання володіло незвичайними властивостями, багато вчених зайнялися його дослідженням. Виявилося, що не тільки уран, але і деякі інші хімічні елементи (наприклад, радій) теж мимовільно випускають радіоактивні промені. Здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання стали називати радіоактивністю (від лат. Radio – випромінюю і activus – дієвий).
Ернест Резерфорд (1871-1935)
Англійський фізик. Виявив складний склад радіоактивного випромінювання радію, запропонував ядерну модель будови атома. відкрив протон
У 1899 р в результаті досвіду, проведеного під керівництвом англійського фізика Ернеста Резерфорда, було виявлено, що радіоактивне випромінювання радію неоднорідне, т. Е. Має складний склад. Розглянемо, як проводився цей досвід.
На малюнку 156, а зображений товстостінний свинцевий посудину з крупицею радію на дні. Пучок радіоактивного випромінювання радію виходить крізь вузький отвір і потрапляє на фотопластинку (випромінювання радію відбувається на всі боки, але крізь товстий шар свинцю воно пройти не може). Після прояви фотопластинки на ній виявлялося одне темна пляма – якраз в тому місці, куди потрапляв пучок.
Потім досвід змінювали (рис. 156, б): створювали сильне магнітне поле, що діяло на пучок. У цьому випадку на проявленої платівці виникало три плями: одне, центральне, було на тому ж місці, що й раніше, а два інших – по різні сторони від центрального. Якщо два потоки відхилилися в магнітному полі від колишнього напрямки, значить, вони являють собою потоки заряджених частинок. Відхилення в різні боки свідчило про різні знаках електричних зарядів частинок. В одному потоці присутні тільки позитивно заряджені частинки, в іншому – негативно заряджені. А центральний потік являв собою випромінювання, яке не має електричного заряду.
Позитивно заряджені частинки назвали альфа-частками, негативно заряджені – бета-частинками, а нейтральні – гамма-частинками або гамма-квантами.
Джозеф Джон Томсон (1856-1940)
Англійський фізик. Відкрив електрон. Запропонував одну з перших моделей будови атома
Деякий час по тому в результаті дослідження різних фізичних характеристик і властивостей цих частинок (електричного заряду, маси та ін.) Вдалося встановити, що?-частинка являє собою електрон, а?-частинка – повністю іонізований атом хімічного елемента гелію (т. Е. Атом гелію, що втратив обидва електрона). З’ясувалося також, що?-випромінювання являє собою один з видів, точніше діапазонів, електромагнітного випромінювання (див. Рис. 136).
Явище радіоактивності, т. Е. Мимовільне випромінювання речовиною?-, ?- і?-частинок, поряд з іншими експериментальними фактами, послужило підставою для припущення про те, що атоми речовини мають складний склад. Оскільки було відомо, що атом в цілому нейтральний, це явище дозволило зробити припущення, що до складу атома входять негативно і позитивно заряджені частинки.
Спираючись на ці та деякі інші факти, англійський фізик Джозеф Джон Томсон запропонував в 1903 р одну з перших моделей будови атома. За припущенням Томсона, атом являє собою кулю, по всьому об’єму якого рівномірно розподілений позитивний заряд. Всередині цієї кулі знаходяться електрони. Кожен електрон може здійснювати коливальні рухи біля свого положення рівноваги. Позитивний заряд кулі дорівнює по модулю сумарному негативному заряду електронів, тому електричний заряд атома в цілому дорівнює нулю.
Модель будови атома, запропонована Томсоном, потребувала експериментальної перевірки. Зокрема, важливо було перевірити, чи дійсно позитивний заряд розподілений по всьому об’єму атома з постійною щільністю. Тому в 1911 р Резерфорд спільно зі своїми співробітниками провів ряд дослідів з дослідження складу і будови атомів.
Щоб зрозуміти, як проводилися ці досліди, розглянемо малюнок 157. У дослідах використовувався свинцевий посудину С з радіоактивною речовиною Р, випромінюючим?-частинки. З цього судини?-частинки вилітають через вузький канал зі швидкістю близько 15 000 км / с.
Оскільки?-частинки безпосередньо побачити неможливо, то для їх виявлення служить скляний екран Е. Екран покритий тонким шаром спеціальної речовини, завдяки чому в місцях потрапляння в екран?-частинок виникають спалахи, які спостерігаються за допомогою мікроскопа М. Такий метод реєстрації часток називається методом, сцинтилляций (т. е. спалахів).
Вся ця установка поміщається в посудину, з якої відкачано повітря (щоб усунути розсіювання?-частинок за рахунок їх зіткнень з молекулами повітря).
Якщо на шляху?-частинок немає ніяких перешкод, то вони падають на екран вузьким, злегка розширюється пучком (рис. 157, а). При цьому всі виникаючі на екрані спалаху зливаються в одне невелике світлове пляма.
Якщо ж на шляху?-частинок помістити тонку фольгу Ф з досліджуваного металу (рис. 157, б), то при взаємодії з речовиною?-частинки розсіюються по всіх напрямках на різні кути? (на малюнку зображені тільки три кути: ?1, ?2 і?3).
Коли екран знаходиться в положенні 1, найбільша кількість спалахів розташоване в центрі екрана. Значить, основна частина всіх?-частинок пройшла крізь фольгу, майже не змінивши первісного напрямку (розсіялася на малі кути). При видаленні від центру екрану кількість спалахів стає менше. Отже, зі збільшенням кута розсіяння? кількість розсіяних на ці кути частинок різко зменшується.
Переміщаючи екран разом з мікроскопом навколо фольги, можна виявити, що деякий (дуже невелика) число часток розсіялася на кути, близькі до 90 ° (це положення екрану позначено цифрою 2), а деякі поодинокі частинки – на кути порядку 180 °, т. Е. в результаті взаємодії з фольгою були відкинуті назад (положення 3).
Саме ці випадки розсіювання?-частинок на великі кути дали Резерфорду найбільш важливу інформацію для розуміння того, як влаштовані атоми речовин. Проаналізувавши результати дослідів, Резерфорд прийшов до висновку, що настільки сильне відхилення?-частинок можливо тільки в тому випадку, якщо всередині атома є надзвичайно сильне електричне поле. Таке поле могло бути створене зарядом, сконцентрованим в дуже малому обсязі (у порівнянні з об’ємом атома).
(2 votes, average: 3.00 out of 5)