Objavy v oblasti atómovej štruktúry sa stali dôležitým krokom vo vývoji fyziky. Rutherfordov model mal veľký význam. Atóm ako systém a častice, ktoré ho tvoria, boli študované presnejšie a podrobnejšie. To viedlo k úspešnému rozvoju takej vedy, ako je jadrová fyzika.
Staroveké predstavy o štruktúre hmoty
Predpoklad, že okolité telesá sú zložené z najmenších častíc, vznikol už v staroveku. Vtedajší myslitelia predstavovali atóm ako najmenšiu a nedeliteľnú časticu akejkoľvek látky. Tvrdili, že vo vesmíre nie je nič menšie ako atóm. Takéto názory zastávali veľkí starogrécki vedci a filozofi - Democritus, Lucretius, Epicurus. Hypotézy týchto mysliteľov sú dnes zjednotené pod názvom "staroveký atomizmus".
Stredoveké predstavenia
Doby staroveku pominuli a v stredoveku boli aj vedci, ktorí robili rôzne domnienky o štruktúre látok. Základom je však prevaha nábožensko-filozofických názorov a moc cirkvi v tomto období dejín.potláčal akékoľvek pokusy a túžby ľudskej mysle k materialistickým vedeckým záverom a objavom. Ako viete, stredoveká inkvizícia sa správala k predstaviteľom vtedajšieho vedeckého sveta veľmi nepriateľsky. Zostáva povedať, že vtedajšie bystré mysle mali predstavu pochádzajúcu zo staroveku o nedeliteľnosti atómu.
Štúdie z 18. až 19. storočia
18. storočie bolo poznačené vážnymi objavmi v oblasti elementárnej štruktúry hmoty. Z veľkej časti vďaka úsiliu takých vedcov ako Antoine Lavoisier, Michail Lomonosov a John D alton. Nezávisle od seba dokázali dokázať, že atómy skutočne existujú. Ale otázka ich vnútornej štruktúry zostala otvorená. Koniec 18. storočia bol vo vedeckom svete poznačený takou významnou udalosťou, akou bol objav periodického systému chemických prvkov D. I. Mendelejevom. Bol to skutočne silný prielom tej doby a nadvihol závoj nad chápaním, že všetky atómy majú jedinú povahu, že sú navzájom prepojené. Neskôr, v 19. storočí, ďalším dôležitým krokom k odhaleniu štruktúry atómu bol dôkaz, že ktorýkoľvek z nich obsahuje elektrón. Práca vedcov tohto obdobia pripravila úrodnú pôdu pre objavy 20. storočia.
Thomsonove experimenty
Anglický fyzik John Thomson v roku 1897 dokázal, že atómy obsahujú elektróny so záporným nábojom. V tomto štádiu boli konečne zničené falošné predstavy, že atóm je hranicou deliteľnosti akejkoľvek látky. AkoThomson bol schopný dokázať existenciu elektrónov? Vo svojich experimentoch vedec umiestnil elektródy do vysoko riedkych plynov a prešiel elektrickým prúdom. Výsledkom boli katódové lúče. Thomson starostlivo študoval ich vlastnosti a zistil, že ide o prúd nabitých častíc, ktoré sa pohybujú veľkou rýchlosťou. Vedec dokázal vypočítať hmotnosť týchto častíc a ich náboj. Zistil tiež, že sa nedajú premeniť na neutrálne častice, keďže základom ich povahy je elektrický náboj. Takto boli objavené elektróny. Thomson je tiež tvorcom prvého modelu štruktúry atómu na svete. Podľa nej je atóm zhluk pozitívne nabitých látok, v ktorých sú negatívne nabité elektróny rovnomerne rozložené. Táto štruktúra vysvetľuje všeobecnú neutralitu atómov, pretože opačné náboje sa navzájom vyrovnávajú. Experimenty Johna Thomsona sa stali neoceniteľnými pre ďalšie štúdium štruktúry atómu. Mnoho otázok však zostalo nezodpovedaných.
Rutherford Research
Thomson objavil existenciu elektrónov, ale nepodarilo sa mu nájsť kladne nabité častice v atóme. Ernest Rutherford napravil toto nedorozumenie v roku 1911. Počas experimentov, pri štúdiu aktivity alfa častíc v plynoch, zistil, že v atóme sú kladne nabité častice. Rutherford videl, že keď lúče prechádzajú cez plyn alebo cez tenkú kovovú platňu, malý počet častíc sa prudko odchyľuje od trajektórie pohybu. Boli doslova hodení späť. Vedec to uhádoltoto správanie sa vysvetľuje zrážkou s kladne nabitými časticami. Takéto experimenty umožnili fyzikovi vytvoriť Rutherfordov model štruktúry atómu.
Planetárny model
Teraz boli myšlienky vedca trochu odlišné od predpokladov Johna Thomsona. Ich modely atómov sa tiež zmenili. Rutherfordova skúsenosť mu umožnila vytvoriť úplne novú teóriu v tejto oblasti. Objavy vedca mali rozhodujúci význam pre ďalší rozvoj fyziky. Rutherfordov model opisuje atóm ako jadro umiestnené v strede a okolo neho sa pohybujúce elektróny. Jadro má kladný náboj a elektróny záporný náboj. Rutherfordov model atómu predpokladal rotáciu elektrónov okolo jadra po určitých trajektóriách – obežných dráhach. Objav vedca pomohol vysvetliť dôvod odchýlky častíc alfa a stal sa impulzom pre rozvoj jadrovej teórie atómu. V Rutherfordovom modeli atómu existuje analógia s pohybom planét slnečnej sústavy okolo Slnka. Toto je veľmi presné a názorné porovnanie. Preto sa Rutherfordov model, v ktorom sa atóm pohybuje okolo jadra po obežnej dráhe, nazýval planetárny.
Diela Nielsa Bohra
O dva roky neskôr sa dánsky fyzik Niels Bohr pokúsil spojiť predstavy o štruktúre atómu s kvantovými vlastnosťami svetelného toku. Rutherfordov jadrový model atómu dal vedec ako základ svojej novej teórie. Podľa Bohra sa atómy otáčajú okolo jadra po kruhových dráhach. Takáto dráha pohybu vedie k zrýchleniuelektróny. Okrem toho je Coulombova interakcia týchto častíc so stredom atómu sprevádzaná tvorbou a spotrebou energie na udržanie priestorového elektromagnetického poľa vznikajúceho pohybom elektrónov. Za takýchto podmienok musia záporne nabité častice jedného dňa spadnúť na jadro. Ale to sa nestane, čo naznačuje väčšiu stabilitu atómov ako systémov. Niels Bohr si uvedomil, že zákony klasickej termodynamiky opísané Maxwellovými rovnicami nefungujú vo vnútroatómových podmienkach. Vedec si preto dal za úlohu odvodiť nové vzorce, ktoré by boli platné vo svete elementárnych častíc.
Bohrove postuláty
Najmä vďaka tomu, že Rutherfordov model existoval, atóm a jeho zložky boli dobre preštudované, Niels Bohr mohol pristúpiť k vytvoreniu svojich postulátov. Prvý z nich hovorí, že atóm má stacionárne stavy, v ktorých nemení svoju energiu, pričom elektróny sa pohybujú po dráhach bez toho, aby menili svoju trajektóriu. Podľa druhého postulátu, keď sa elektrón pohybuje z jednej dráhy na druhú, energia sa uvoľňuje alebo absorbuje. Rovná sa rozdielu energií predchádzajúceho a nasledujúceho stavu atómu. V tomto prípade, ak elektrón preskočí na obežnú dráhu bližšie k jadru, potom dôjde k emisii energie (fotónu) a naopak. Napriek skutočnosti, že pohyb elektrónov sa len málo podobá orbitálnej trajektórii umiestnenej striktne v kruhu, Bohrov objav poskytol vynikajúce vysvetlenie pre existenciu riadenéhospektrum atómu vodíka. Približne v rovnakom čase fyzici Hertz a Frank, ktorí žili v Nemecku, potvrdili učenie Nielsa Bohra o existencii stacionárnych, stabilných stavov atómu a možnosti zmeny hodnôt atómovej energie.
Spolupráca dvoch vedcov
Mimochodom, Rutherford dlho nevedel určiť náboj jadra. Vedci Marsden a Geiger sa pokúsili znova skontrolovať tvrdenia Ernesta Rutherforda a na základe podrobných a starostlivých experimentov a výpočtov dospeli k záveru, že jadro je najdôležitejšou charakteristikou atómu a celého jeho náboja. sa v nej koncentruje. Neskôr sa dokázalo, že hodnota náboja jadra sa číselne rovná poradovému číslu prvku v periodickej sústave prvkov D. I. Mendelejeva. Je zaujímavé, že Niels Bohr sa čoskoro stretol s Rutherfordom a plne súhlasil s jeho názormi. Následne vedci dlho spolupracovali v tom istom laboratóriu. Rutherfordov model, atóm ako systém pozostávajúci z elementárnych nabitých častíc – to všetko Niels Bohr považoval za spravodlivé a svoj elektronický model navždy odložil. Spoločná vedecká činnosť vedcov bola veľmi úspešná a priniesla svoje ovocie. Každý z nich sa ponoril do štúdia vlastností elementárnych častíc a urobil pre vedu významné objavy. Rutherford neskôr objavil a dokázal možnosť jadrového rozkladu, ale toto je téma na iný článok.
