Fizika snovi. Odkritja. Poskusi. Izračuni

Fiziko strukture snovi je prvič resno raziskal Joseph J. Rutherford. Thomson. Vendar je pustil veliko neodgovorjenih vprašanj. Čez nekaj časa je E. Rutherfordu je uspelo oblikovati model atoma. V tem članku si bomo ogledali izkušnjo, ki je pripeljala do njegovega odkritja. Т. к. Pri pouku fizike je zgradba snovi ena od najbolj zanimivih tem, zato bomo preučili njene ključne vidike. Ugotovite, iz česa je sestavljen atom, in se naučite, kako ugotoviti število elektronov, protonov in nevtronov v njem. Uvod v pojem izotopov in ionov.

Odkritje elektrona

Leta 1897. Angleški znanstvenik Joseph John Thomson (njegov portret si lahko ogledate spodaj) je preučeval električni tok, tj. е. smerno gibanje nabojev v plinih. V tistem času je fizika že poznala molekularno strukturo snovi. Znano je bilo, da so vsa telesa sestavljena iz snovi, ki je sestavljena iz molekul, te pa iz atomov.

Thomson je odkril, da plinski atomi pod določenimi pogoji oddajajo delce z negativnim nabojem (q_el <0). Ti se imenujejo elektroni. Atom je nevtralen, kar pomeni, da če iz njega lahko uhajajo elektroni, mora vsebovati tudi pozitivne delce. Kateri je del atoma z znakom "+"? Kako sodeluje z negativno nabitim elektronom? Kaj določa maso atoma? Na vsa ta vprašanja je lahko odgovoril drug znanstvenik.

Rutherfordov poskus

Fizik je leta 1911 prvič spoznal strukturo snovi. že ima. Ernest Rutherford je odkril atomsko jedro, ki mu danes pravimo atomsko jedro.

Obstajajo snovi, ki imajo nenavadno lastnost: spontano oddajajo različne delce, kot pozitiven, kot tudi negativne. Takšne snovi so se imenovale radioaktivne. Pozitivno nabiti elementi, ki jih je Rutherford imenoval delci alfa (delci α).

Imajo pristojbino z znakom "+", enak dvema osnovnima (q_α = +2e). Masa elementov je približno štiri mase atoma vodika. Rutherford je vzel radioaktivno zdravilo, ki oddaja alfa delce, in z njihovim tokom bombardiral tanko plast zlata (folijo).

Odkril je, da večina elementov α pri prehodu skozi kovinske atome skoraj ne spremeni smeri. Vendar je zelo majhno število takih, ki se odklanjajo nazaj. Zakaj tako? Če poznamo fiziko snovi, lahko odgovorimo: ker so v atomu zlata, tako kot v vsakem drugem, pozitivni elementi, ki odbijajo delce alfa. Toda zakaj se to zgodi le pri zelo majhnem številu elementov?? Ker je velikost pozitivno nabitega dela atoma veliko manjša od samega atoma. Rutherford je prišel do tega sklepa. Jedro je imenoval pozitivno nabit del atoma.

Struktura atoma

Fizika strukture snovi: molekule so sestavljene iz atomov, ki vsebujejo majhen pozitivno nabit del (jedro), obdan z elektroni. Nevtralnost atoma pojasnjuje dejstvo, da je skupni negativni naboj elektronov enak pozitivnemu naboju jedra. q_jedra + q_el=0. Zakaj elektroni ne padejo na jedro, saj jih navsezadnje privlači? Odgovoriti na to vprašanje je Rutherford predlagal, da se vrtijo kot planeti okoli Sonca in da ne trčijo vanj. Sistem je stabilen zaradi gibanja. Model atoma, ki ga je izumil Rutherford, se je imenoval planetarni.

Če je atom nevtralen in mora biti število elektronov v njem nujno celo število, je naboj jedra enak tej vrednosti z znakom plus. q_jedra= +z * e. z je število elektronov v nevtralnem atomu. V tem primeru je skupni naboj enak nič. Kako ugotoviti število elektroni v atomu? Uporabiti moramo periodni sistem elementov. Dimenzije atoma so reda 10^-10 м. Jedra pa so 100 tisočkrat manjša - 10^-15 м.

Predstavljajmo si, da smo povečali velikost jedra na 1 m. V trdni snovi je razdalja med atomi približno enaka velikosti samih atomov, zato se velikost poveča na 10⁵, in to je 100 kilometrov. To pomeni, da je atom praktično sestavljen iz praznine, zato delci alfa večinoma prehajajo skozi folijo, skoraj brez odklona.

Struktura jedra

Fizika strukture snovi je takšna, da je jedro sestavljeno iz delcev dveh vrst. Nekateri imajo pozitiven naboj. Če upoštevamo atom, ki ima tri elektrone, so v njem trije delci s pozitivnim nabojem. Imenujejo se protoni. Drugi elementi nimajo električnega naboja - nevtroni.

Masi protona in nevtrona sta približno enaki. Oba delca imata veliko večjo maso kot elektron. m_proton ≈ 1837m_el. Enako velja za maso nevtrona. Iz tega sledi, da je teža pozitivna in nevtralna nabiti delci - dejavnik pri določanju mase atoma. Protoni in nevtroni imajo skupno ime, nukleoni. Masa atoma je določena z njegovim številom, ki se imenuje masno število jedra. število elektronov v atomu označimo z z, t. к. je nevtralen, število pozitivni in negativni delcev morajo biti enaki. Zato se z imenuje tudi protonsko ali nabojno število.

Če poznamo maso in število nabojev, lahko ugotovimo tudi število nevtronov N. N = A - z. Kako ugotoviti, koliko nukleonov in protonov je v jedru? Izkazalo se je, da je v Mendelejevi tabeli za vsak element število, ki ga kemiki imenujejo relativna atomska masa.

Če ga zaokrožimo navzgor, dobimo le masno število ali število nukleonov v jedru (A). Serijsko število elementa je število protonov (z). Če poznamo A in z, zlahka ugotovimo število nevtronov N. Če je atom nevtralen, je število elektronov in protonov.

Izotopi

Obstajajo različice jedra, v katerih je število protonov enako, število nevtronov pa se lahko razlikuje (kar pomeni, da gre za isti kemijski element). Imenujejo se izotopi. V naravi se atomi različnih vrst mešajo, zato kemiki merijo povprečno maso. Zato je v Mendelejevi tabeli relativna teža atoma vedno ulomek. Poglejmo, kaj se zgodi z nevtralnim atomom, če mu odvzamemo elektron ali, nasprotno, vanj namestimo dodatnega.

Ioni

Poglejmo nevtralni litijev atom. Jedro, dva elektrona na eni lupini in trije na drugi. Če enega od njih odstranimo, dobimo pozitivno nabito jedro. q_jedro = 3е. Elektroni nadomestijo le dva od treh osnovnih nabojev in dobimo pozitivni ion. Imenuje se Li⁺. Ion je atom, ki ima manj ali več elektronov, kot je protonov v jedru. V prvem primeru je to pozitivni ion. Če dodamo dodaten elektron, dobimo štiri in dobimo negativni ion (Li^-). To je fizika strukture snovi. Nevtralni atom se od iona razlikuje po tem, da elektroni popolnoma nadomestijo naboj jedra.