Модель атома Резерфорда

Планетарна модель атома або модель Резерфорда — історична модель будови атома, яку запропонував Ернест Резерфордвнаслідок експерименту з розсіянння альфа-частинок. За цією моделлю атом складається із невеликого додатньо зарядженого ядра, в якому зосереджена майже вся маса атома, навколо якого рухаються електрони, подібно до того, як планети рухаються навколоСонця. Планетарна модель атома відповідає сучасним уявленням про будову атома з врахуванням того, що рух електронів маєквантовий характер і не описується законами класичної механіки.

Історично планетарна модель Резерфорда прийшла на заміну «моделі сливового пудинга» Джозефа Джона Томсона, яка постулювала, що від'ємно заряджені електрони поміщені усередину додатньо зарядженого атома.

Нову модель будови атома Резерфорд запропонував 1911 року, як висновок із експеримету з розсіяння альфа-частинок на золотійфользі, проведеного під його керівництвом. При цьому розсіянні несподівано велика кількість альфа-частинок розсіювалася на великі кути, що свідчило про те, що центр розсіяння має невеликі розміри й в ньому зосереджений значний електричний заряд. Розрахунки Резерфорда показали, що розсіювальний центр, заряджений додатньо або від'ємно, повинен бути принаймні у 3000 разів менший від розміру атома, який на той час уже був відомий і оцінювався як, приблизно, 10^-10 м. Оскільки на той час електрони вже були відомі, а їхня маса й заряд визначені, то розсіювальний центр, який пізніше назвали ядром, повинен був мати протилежний до електронів заряд. Резерфорд не пов'язав величину заряду з атомним номером. Цей висновок був зроблений пізніше. А сам Резерфорд припустив, що заряд пропорційний атомній масі.

Недоліком планетарної моделі була її несумісність із законами класичної фізики. Якщо електрони рухаються навколо ядра як планети навколо Сонця, то їхній рухприскорений, і, отже, за законами класичної електродинаміки вони повинні були б випромінювати електромагнітні хвилі, втрачати енергію й падати на ядро. Наступним кроком у розвитку планетарної моделі стала модель Бора, що постулювала інші, відмінні від класичних, закони руху електронів. Повністю протиріччя з електродинамікою змогла розв'язати квантова механіка.

Постулати Бора

Постулати Бора — сформульовані датським фізиком Нільсом Бором основні положення будови атома, що враховують квантований характер енергії, випромінюваної електронами.

Планетарна модель атома Резерфорда, багато пояснила в будові атома, але одразу після її створення виникли труднощі: ядро заряджено позитивно, а електрони - негативно. Між ними існує кулонівська сила притягання. Для того, щоб електрони не впали на ядро, вони мусять рухатись навколо нього з доцентровим прискоренням. З теорії Максвела випливає, що якщо заряд рухається з прискоренням, то при цьому має випромінюватись електромагнітна хвиля, а розрахунки показують, що за час   c електрон, рухаючись по спіралі, мусить припинити свій рух.

Дослідні ж дані показували, що за нормальних умов атом не випромінює енергію і існує як завгодно довго.

Щоб подолати цю суперечність, Нільс Бор запропонував у 1913 році свою модель, яка нині має назву "Атомна модель Бора". Він стверджував, що можливими є лише певно не дуже велика кількість станів, у яких можуть перебувати електрони. Відповідно, енергія, що вивільнюється чи поглинається, є лише результатом переходу електрона з одного стану в інший.

[ред.]Формулювання

1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія  . У стаціонарному стані атоменергію не випромінює.

2. Радіуси   стаціонарних станів задовольняють умову:

,

де   - маса електрона,   - зведена стала Планка.

3. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких   визначають за формулою:

,

де   і   - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо   фотон з частотою   випромінюється, якщо   - поглинається.

Поглинаючи світло, атом переходить із стаціонарного стану з меншою енергією в стаціонарний стан з більшою енергією. Усі стаціонарні стани, крім одного, є умовно стаціонарними. Нескінченно довго кожен атом може знаходитись лише в стаціонарному стані з мінімальним запасом енергії. Цей стан атома називається основним, всі інші - збудженими.