Физика атома Радиоактивность. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Постулаты Бора

Английский физик Резерфорд заложил основы учения о радиоактивности и строении атома.

Радиоактивностью называется явление непрерывного излучения ураном без каких-либо внешних воздействий.

Резерфорд поместил радиоактивное излучение в магнитное поле, в результате чего излучение разделилось на 3 части (рисунок 35). Резерфорд установил, что две части излучения являются корпускулярными и назвал их α и β-лучами. β-лучи являются потоком быстро летящих электронов, а α-лучи – поток положительно заряженных частиц, представляющих собой дважды ионизированные атомы гелия.

γ-лучи не отклоняются в магнитном поле и представляют собой очень короткие электромагнитные волны.

Радиоактивное излучение возникает при распаде ядер атомов радиоактивных элементов.

П

Рисунок 35. Опыт Резерфорда

ри распаде ядер радиоактивного изотопа какого-либо элемента образуются ядра изотопов других элементов.

Изотопы – это разновидности одного химического элемента, занимающие одно место в таблице Менделеева, но отличающиеся массами атомов за счет различного числа нейтронов. Так для Не (гелия) число нейтронов может колебаться от 1 до 6.

Для того, чтобы атом одного химического элемента превратился в атом другого элемента должен измениться заряд Z ядра атома. При испускании α-частицы заряд становится (Z-2) (например, из ядер атома радия образуются ядра атомов радона). При испускании β-частицы заряд становится (Z+1).

Правило смещения: При испускании α-частицы химический элемент перемещается в таблице Менделеева на 2 места влево, а при испускании β-частицы – на 1 место вправо.

После испускания α или β-частиц атомное ядро часто оказывается в возбужденном состоянии и, переходя на более низкий энергетический уровень (в нормальное состояние), излучает γ-квант.

Изучая рассеяние α-частиц при прохождении их через вещество, Резерфорд пришел к выводу, что в центре атома существует массивное положительно заряженное ядро. В 1911 году он предложил планетарную модель атома, представляющую собой подобие Солнечной системы: в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Заряд ядра равен числу электронов, находящихся на орбитах.

Модель атома Резерфорда не объясняла существование спектральных линий, т.е. строго определенных длин волн излучения и поглощения атомов. Нельзя было также на ее основе объяснить и устойчивость самого атома.

Датский ученый Нильс Бор развил модель атома Резерфорда, введя идеи квантовой теории в виде 3 постулатов:

1. Электроны могут двигаться вокруг ядра атома только по строго определенным орбитам, соответствующим одному из энергетических уровней атома.

2. Когда электрон движется по одной из разрешенных орбит, атом находится в устойчивом состоянии, т.е. не излучает и не поглощает энергию.

3. Когда электрон перескакивает с одной из дозволенных орбит на другую, более близкую к ядру, атом испускает квант энергии (фотон) в виде излучения, частота которого определяется формулой Планка.

Из постулатов Бора следует, что величина кванта, испускаемого атомом при переходе из одного устойчивого состояния в другое, равна разности энергии атома в этих двух состояниях. Теория Бора с большой точностью объяснила спектр атома водорода и объяснила природу атомных спектров. Впоследствии была создана квантовая механика, включающая в себя теорию Бора как частный случай.