Entdeckungen auf dem Gebiet der Atomstruktur sind zu einem wichtigen Schritt in der Entwicklung der Physik geworden. Rutherfords Modell war von großer Bedeutung. Das Atom als System und die Teilchen, aus denen es besteht, wurden genauer und detaillierter untersucht. Dies führte zur erfolgreichen Entwicklung einer Wissenschaft wie der Kernphysik.
Antike Vorstellungen über die Struktur der Materie
Die Annahme, dass die umgebenden Körper aus kleinsten Teilchen bestehen, wurde schon in der Antike gemacht. Die damaligen Denker stellten das Atom als kleinstes und unteilbares Teilchen einer Substanz dar. Sie argumentierten, dass es im Universum nichts Kleineres als ein Atom gibt. Solche Ansichten wurden von den großen antiken griechischen Wissenschaftlern und Philosophen vertreten - Demokrit, Lucretius, Epicurus. Die Hypothesen dieser Denker werden heute unter dem Namen "Antiker Atomismus" vereint.
Mittel alterliche Aufführungen
Die Zeiten der Antike sind vorbei, und auch im Mittel alter gab es Wissenschaftler, die verschiedene Vermutungen über den Aufbau von Stoffen anstellten. An der Wurzel liegen jedoch die Vorherrschaft religiös-philosophischer Ansichten und die Macht der Kirche in dieser Geschichtsepocheunterdrückte alle Versuche und Bestrebungen des menschlichen Geistes zu materialistischen wissenschaftlichen Schlussfolgerungen und Entdeckungen. Wie Sie wissen, verhielt sich die mittel alterliche Inquisition gegenüber Vertretern der damaligen wissenschaftlichen Welt sehr unfreundlich. Bleibt noch zu sagen, dass die damaligen klugen Köpfe eine aus der Antike stammende Vorstellung von der Unteilbarkeit des Atoms hatten.
Studien des 18. und 19. Jahrhunderts
Das 18. Jahrhundert war geprägt von bedeutenden Entdeckungen auf dem Gebiet der elementaren Struktur der Materie. Vor allem dank der Bemühungen von Wissenschaftlern wie Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov und John D alton. Unabhängig voneinander konnten sie nachweisen, dass Atome wirklich existieren. Aber die Frage nach ihrer inneren Struktur blieb offen. Das Ende des 18. Jahrhunderts war von einem so bedeutenden Ereignis in der wissenschaftlichen Welt geprägt wie der Entdeckung des Periodensystems der chemischen Elemente durch D. I. Mendeleev. Dies war ein wirklich mächtiger Durchbruch jener Zeit und lüftete den Schleier über dem Verständnis, dass alle Atome eine einzige Natur haben, dass sie miteinander verwandt sind. Später, im 19. Jahrhundert, war ein weiterer wichtiger Schritt zur Aufklärung der Atomstruktur der Nachweis, dass jedes von ihnen ein Elektron enthält. Die Arbeit der Wissenschaftler dieser Zeit hat den Entdeckungen des 20. Jahrhunderts einen fruchtbaren Boden bereitet.
Thomsons Experimente
Der englische Physiker John Thomson bewies 1897, dass Atome Elektronen mit negativer Ladung enth alten. Zu diesem Zeitpunkt wurde die falsche Vorstellung, dass das Atom die Grenze der Teilbarkeit jeder Substanz ist, endgültig zerstört. Wie dennThomson die Existenz von Elektronen beweisen konnte? Bei seinen Experimenten platzierte der Wissenschaftler Elektroden in hochverdünnten Gasen und leitete elektrischen Strom. Das Ergebnis waren Kathodenstrahlen. Thomson untersuchte sorgfältig ihre Eigenschaften und stellte fest, dass es sich um einen Strom geladener Teilchen handelt, die sich mit großer Geschwindigkeit bewegen. Der Wissenschaftler konnte die Masse dieser Teilchen und ihre Ladung berechnen. Er fand auch heraus, dass sie nicht in neutrale Teilchen umgewandelt werden können, da die elektrische Ladung die Grundlage ihrer Natur ist. So wurden Elektronen entdeckt. Thomson ist auch der Schöpfer des weltweit ersten Modells der Struktur des Atoms. Demnach ist ein Atom ein Haufen positiv geladener Materie, in dem negativ geladene Elektronen gleichmäßig verteilt sind. Diese Struktur erklärt die allgemeine Neutralität von Atomen, da sich entgegengesetzte Ladungen ausgleichen. Die Experimente von John Thomson wurden für die weitere Untersuchung der Struktur des Atoms von unschätzbarem Wert. Viele Fragen blieben jedoch unbeantwortet.
Rutherford Research
Thomson entdeckte die Existenz von Elektronen, aber er fand keine positiv geladenen Teilchen im Atom. Ernest Rutherford korrigierte dieses Missverständnis 1911. Bei Experimenten zur Untersuchung der Aktivität von Alpha-Teilchen in Gasen entdeckte er, dass es im Atom positiv geladene Teilchen gibt. Rutherford sah, dass beim Durchgang von Strahlen durch ein Gas oder durch eine dünne Metallplatte eine kleine Anzahl von Teilchen scharf von der Bewegungsbahn abweicht. Sie wurden buchstäblich zurückgeworfen. Das vermutete der Wissenschaftlerdieses Verh alten wird durch die Kollision mit positiv geladenen Teilchen erklärt. Solche Experimente ermöglichten es dem Physiker, Rutherfords Modell der Struktur des Atoms zu erstellen.
Planetenmodell
Nun waren die Ideen des Wissenschaftlers etwas anders als die Annahmen von John Thomson. Auch ihre Atommodelle wurden anders. Rutherfords Erfahrung ermöglichte es ihm, eine völlig neue Theorie auf diesem Gebiet zu entwickeln. Die Entdeckungen des Wissenschaftlers waren von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Physik. Rutherfords Modell beschreibt ein Atom als einen Kern, der sich in der Mitte befindet, und Elektronen, die sich um ihn herum bewegen. Der Kern hat eine positive Ladung und die Elektronen haben eine negative Ladung. Rutherfords Atommodell ging von der Rotation von Elektronen um den Kern entlang bestimmter Bahnen - Umlaufbahnen - aus. Die Entdeckung des Wissenschaftlers half, den Grund für die Abweichung von Alpha-Teilchen zu erklären, und wurde zum Anstoß für die Entwicklung der Kerntheorie des Atoms. In Rutherfords Atommodell gibt es eine Analogie zur Bewegung der Planeten des Sonnensystems um die Sonne. Dies ist ein sehr genauer und anschaulicher Vergleich. Daher wurde das Rutherford-Modell, bei dem sich das Atom auf einer Umlaufbahn um den Kern bewegt, planetarisch genannt.
Werke von Niels Bohr
Zwei Jahre später versuchte der dänische Physiker Niels Bohr, Ideen über die Struktur des Atoms mit den Quanteneigenschaften des Lichtflusses zu kombinieren. Rutherfords Nuklearmodell des Atoms wurde von dem Wissenschaftler als Grundlage seiner neuen Theorie gelegt. Nach Bohr kreisen Atome auf Kreisbahnen um den Atomkern. Eine solche Bewegungsbahn führt zu einer BeschleunigungElektronen. Darüber hinaus wird die Coulomb-Wechselwirkung dieser Teilchen mit dem Zentrum des Atoms von der Erzeugung und dem Verbrauch von Energie begleitet, um das räumliche elektromagnetische Feld aufrechtzuerh alten, das aus der Bewegung von Elektronen entsteht. Unter solchen Bedingungen müssen eines Tages negativ geladene Teilchen auf den Kern fallen. Dies geschieht jedoch nicht, was auf die größere Stabilität von Atomen als Systemen hinweist. Niels Bohr erkannte, dass die Gesetze der klassischen Thermodynamik, die durch Maxwells Gleichungen beschrieben werden, unter intraatomaren Bedingungen nicht funktionieren. Daher stellte sich der Wissenschaftler der Aufgabe, neue Muster abzuleiten, die in der Welt der Elementarteilchen Gültigkeit hätten.
Bohrsche Postulate
Vor allem aufgrund der Tatsache, dass Rutherfords Modell existierte und das Atom und seine Bestandteile gut untersucht wurden, konnte Niels Bohr sich der Erstellung seiner Postulate nähern. Der erste besagt, dass das Atom stationäre Zustände hat, in denen es seine Energie nicht ändert, während sich die Elektronen auf Umlaufbahnen bewegen, ohne ihre Flugbahn zu ändern. Gemäß dem zweiten Postulat wird Energie freigesetzt oder absorbiert, wenn sich ein Elektron von einer Umlaufbahn in eine andere bewegt. Sie ist gleich der Differenz zwischen den Energien der vorherigen und nachfolgenden Zustände des Atoms. Wenn in diesem Fall das Elektron auf eine näher am Kern liegende Umlaufbahn springt, wird Energie (Photon) emittiert und umgekehrt. Trotz der Tatsache, dass die Bewegung von Elektronen wenig Ähnlichkeit mit einer Bahnbahn hat, die strikt auf einem Kreis verläuft, lieferte Bohrs Entdeckung eine hervorragende Erklärung für die Existenz eines LinealsSpektrum des Wasserstoffatoms. Etwa zur gleichen Zeit bestätigten die in Deutschland lebenden Physiker Hertz und Frank die Lehren von Niels Bohr über die Existenz stationärer, stabiler Zustände des Atoms und die Möglichkeit, die Werte der Atomenergie zu verändern.
Kooperation zweier Wissenschaftler
Rutherford konnte übrigens lange Zeit die Ladung des Kerns nicht bestimmen. Die Wissenschaftler Marsden und Geiger versuchten, die Aussagen von Ernest Rutherford erneut zu überprüfen, und kamen als Ergebnis detaillierter und sorgfältiger Experimente und Berechnungen zu dem Schluss, dass der Kern das wichtigste Merkmal des Atoms mit all seiner Ladung ist ist darin konzentriert. Später wurde bewiesen, dass der Wert der Ladung des Kerns numerisch gleich der Ordnungszahl des Elements im Periodensystem der Elemente von D. I. Mendeleev ist. Interessanterweise traf Niels Bohr Rutherford bald und stimmte seinen Ansichten voll und ganz zu. Anschließend arbeiteten die Wissenschaftler lange Zeit im selben Labor zusammen. Rutherfords Modell, das Atom als System aus geladenen Elementarteilchen - all das hielt Niels Bohr für gerecht und legte sein elektronisches Modell für immer beiseite. Die gemeinsame wissenschaftliche Tätigkeit der Wissenschaftler war sehr erfolgreich und trug Früchte. Jeder von ihnen vertiefte sich in das Studium der Eigenschaften von Elementarteilchen und machte bedeutende Entdeckungen für die Wissenschaft. Rutherford entdeckte und bewies später die Möglichkeit der nuklearen Zersetzung, aber dies ist ein Thema für einen anderen Artikel.
