Ontdekkingen op het gebied van atomaire structuur zijn een belangrijke stap geworden in de ontwikkeling van de natuurkunde. Het model van Rutherford was van groot belang. Het atoom als systeem en de deeltjes waaruit het bestaat, zijn nauwkeuriger en gedetailleerder bestudeerd. Dit leidde tot de succesvolle ontwikkeling van een wetenschap als kernfysica.
Oude ideeën over de structuur van materie
De veronderstelling dat de omringende lichamen uit de kleinste deeltjes bestaan, werd in de oudheid gemaakt. De denkers van die tijd stelden het atoom voor als het kleinste en ondeelbare deeltje van elke stof. Ze beweerden dat er niets in het universum kleiner is dan een atoom. Dergelijke opvattingen werden gehouden door de grote oude Griekse wetenschappers en filosofen - Democritus, Lucretius, Epicurus. De hypothesen van deze denkers zijn tegenwoordig verenigd onder de naam "oud atomisme".
Middeleeuwse optredens
De tijden van de oudheid zijn voorbij, en in de Middeleeuwen waren er ook wetenschappers die verschillende veronderstellingen maakten over de structuur van stoffen. Het overwicht van religieus-filosofische opvattingen en de macht van de kerk in die periode van de geschiedenis liggen echter aan de basisonderdrukte alle pogingen en aspiraties van de menselijke geest tot materialistische wetenschappelijke conclusies en ontdekkingen. Zoals u weet, gedroeg de middeleeuwse inquisitie zich zeer onvriendelijk tegenover vertegenwoordigers van de wetenschappelijke wereld van die tijd. Het moet nog gezegd worden dat de toen slimme geesten een idee hadden dat uit de oudheid kwam over de ondeelbaarheid van het atoom.
18-19e eeuwse studies
De 18e eeuw werd gekenmerkt door serieuze ontdekkingen op het gebied van de elementaire structuur van materie. Grotendeels dankzij de inspanningen van wetenschappers als Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov en John D alton. Onafhankelijk van elkaar konden ze bewijzen dat atomen echt bestaan. Maar de kwestie van hun interne structuur bleef open. Het einde van de 18e eeuw werd gekenmerkt door zo'n belangrijke gebeurtenis in de wetenschappelijke wereld als de ontdekking van het periodieke systeem van chemische elementen door D. I. Mendeleev. Dit was een werkelijk krachtige doorbraak van die tijd en lichtte de sluier op over het begrip dat alle atomen één enkele natuur hebben, dat ze aan elkaar gerelateerd zijn. Later, in de 19e eeuw, was een andere belangrijke stap in de richting van het ontrafelen van de structuur van het atoom het bewijs dat elk van hen een elektron bevat. Het werk van de wetenschappers van deze periode bereidde een vruchtbare voedingsbodem voor de ontdekkingen van de 20e eeuw.
Thomson's experimenten
De Engelse natuurkundige John Thomson bewees in 1897 dat atomen elektronen bevatten met een negatieve lading. In dit stadium werden de valse ideeën dat het atoom de limiet is van de deelbaarheid van een substantie uiteindelijk vernietigd. HoeThomson het bestaan van elektronen kon bewijzen? In zijn experimenten plaatste de wetenschapper elektroden in zeer ijle gassen en liet een elektrische stroom door. Het resultaat waren kathodestralen. Thomson bestudeerde hun kenmerken zorgvuldig en ontdekte dat ze een stroom geladen deeltjes zijn die met grote snelheid bewegen. De wetenschapper kon de massa van deze deeltjes en hun lading berekenen. Hij ontdekte ook dat ze niet kunnen worden omgezet in neutrale deeltjes, omdat de elektrische lading de basis van hun aard is. Zo werden elektronen ontdekt. Thomson is ook de maker van 's werelds eerste model van de structuur van het atoom. Volgens deze theorie is een atoom een verzameling positief geladen materie, waarin negatief geladen elektronen gelijkmatig zijn verdeeld. Deze structuur verklaart de algemene neutraliteit van atomen, aangezien tegengestelde ladingen elkaar in evenwicht houden. De experimenten van John Thomson werden van onschatbare waarde voor de verdere studie van de structuur van het atoom. Veel vragen bleven echter onbeantwoord.
Rutherford Research
Thomson ontdekte het bestaan van elektronen, maar hij vond geen positief geladen deeltjes in het atoom. Ernest Rutherford corrigeerde dit misverstand in 1911. Tijdens experimenten, waarbij hij de activiteit van alfadeeltjes in gassen bestudeerde, ontdekte hij dat er positief geladen deeltjes in het atoom zitten. Rutherford zag dat wanneer stralen door een gas of door een dunne metalen plaat gaan, een klein aantal deeltjes scherp afwijkt van het bewegingstraject. Ze werden letterlijk teruggeworpen. De wetenschapper vermoedde datdit gedrag wordt verklaard door de botsing met positief geladen deeltjes. Dergelijke experimenten stelden de natuurkundige in staat om Rutherfords model van de structuur van het atoom te creëren.
Planetair model
Nu waren de ideeën van de wetenschapper enigszins anders dan de veronderstellingen van John Thomson. Hun modellen van atomen werden ook anders. De ervaring van Rutherford stelde hem in staat een geheel nieuwe theorie op dit gebied te ontwikkelen. De ontdekkingen van de wetenschapper waren van doorslaggevend belang voor de verdere ontwikkeling van de natuurkunde. Het model van Rutherford beschrijft een atoom als een kern die zich in het centrum bevindt en elektronen die eromheen bewegen. De kern heeft een positieve lading en de elektronen hebben een negatieve lading. Rutherfords model van het atoom ging uit van de rotatie van elektronen rond de kern langs bepaalde banen - banen. De ontdekking van de wetenschapper hielp de reden voor de afwijking van alfadeeltjes te verklaren en werd de aanzet voor de ontwikkeling van de nucleaire theorie van het atoom. In Rutherfords model van het atoom is er een analogie met de beweging van de planeten van het zonnestelsel rond de zon. Dit is een zeer nauwkeurige en levendige vergelijking. Daarom werd het Rutherford-model, waarin het atoom in een baan om de kern beweegt, planetair genoemd.
Werken van Niels Bohr
Twee jaar later probeerde de Deense natuurkundige Niels Bohr ideeën over de structuur van het atoom te combineren met de kwantumeigenschappen van de lichtstroom. Rutherfords nucleaire model van het atoom werd door de wetenschapper als de basis van zijn nieuwe theorie gesteld. Volgens Bohr draaien atomen in cirkelvormige banen om de kern. Zo'n bewegingstraject leidt tot versnellingelektronen. Bovendien gaat de Coulomb-interactie van deze deeltjes met het centrum van het atoom gepaard met het creëren en verbruiken van energie om het ruimtelijke elektromagnetische veld dat voortkomt uit de beweging van elektronen in stand te houden. Onder dergelijke omstandigheden moeten negatief geladen deeltjes ooit op de kern vallen. Maar dit gebeurt niet, wat wijst op de grotere stabiliteit van atomen als systemen. Niels Bohr realiseerde zich dat de wetten van de klassieke thermodynamica beschreven door de vergelijkingen van Maxwell niet werken in intra-atomaire omstandigheden. Daarom stelde de wetenschapper zichzelf de taak om nieuwe patronen af te leiden die geldig zouden zijn in de wereld van elementaire deeltjes.
Bohr's postulaten
Grotendeels dankzij het feit dat het model van Rutherford bestond, het atoom en zijn componenten goed werden bestudeerd, was Niels Bohr in staat om de totstandkoming van zijn postulaten te benaderen. De eerste van hen zegt dat het atoom stationaire toestanden heeft, waarin het zijn energie niet verandert, terwijl de elektronen in banen bewegen zonder hun baan te veranderen. Volgens het tweede postulaat komt er energie vrij of geabsorbeerd wanneer een elektron van de ene baan naar de andere gaat. Het is gelijk aan het verschil tussen de energieën van de vorige en volgende toestanden van het atoom. In dit geval, als het elektron naar een baan dichter bij de kern springt, wordt energie (foton) uitgezonden en vice versa. Ondanks het feit dat de beweging van elektronen weinig lijkt op een baan die zich strikt in een cirkel bevindt, vormde de ontdekking van Bohr een uitstekende verklaring voor het bestaan van een geregeerdespectrum van het waterstofatoom. Rond dezelfde tijd bevestigden natuurkundigen Hertz en Frank, die in Duitsland woonden, de leer van Niels Bohr over het bestaan van stationaire, stabiele toestanden van het atoom en de mogelijkheid om de waarden van atoomenergie te veranderen.
Samenwerking van twee wetenschappers
Trouwens, Rutherford kon de lading van de kern lange tijd niet bepalen. Wetenschappers Marsden en Geiger probeerden de uitspraken van Ernest Rutherford opnieuw te controleren en kwamen als resultaat van gedetailleerde en zorgvuldige experimenten en berekeningen tot de conclusie dat de kern het belangrijkste kenmerk van het atoom is, en al zijn lading is daarin geconcentreerd. Later werd bewezen dat de waarde van de lading van de kern numeriek gelijk is aan het rangnummer van het element in het periodiek systeem van elementen van D. I. Mendelejev. Interessant is dat Niels Bohr al snel Rutherford ontmoette en het volledig eens was met zijn opvattingen. Vervolgens werkten wetenschappers lange tijd samen in hetzelfde laboratorium. Het model van Rutherford, het atoom als een systeem bestaande uit elementair geladen deeltjes - dit alles vond Niels Bohr redelijk en zette zijn elektronische model voor altijd opzij. De gezamenlijke wetenschappelijke activiteit van wetenschappers was zeer succesvol en wierp vruchten af. Elk van hen verdiepte zich in de studie van de eigenschappen van elementaire deeltjes en deed belangrijke ontdekkingen voor de wetenschap. Rutherford ontdekte en bewees later de mogelijkheid van nucleaire ontbinding, maar dit is een onderwerp voor een ander artikel.
