Πείραμα σκέδασης ακτίνων Άλφα

Πολλοί φυσικοί προσπάθησαν να εξηγήσουν τη δομή ενός ατόμου. J.J. Ο Thomson πρότεινε για πρώτη φορά το μοντέλο για τη δομή ενός ατόμου. Αυτό το μοντέλο θεωρούσε τη δομή ενός ατόμου παρόμοια με μια πουτίγκα δαμάσκηνου. Αλλά το μοντέλο του απέτυχε να εξηγήσει ορισμένα σημαντικά στοιχεία σε ένα άτομο. Ο Έρνεστ Ράδερφορντ ήταν ένας διάσημος Βρετανός φυσικός. Πρότεινε ένα μοντέλο που έρχεται σε αντίθεση με το μοντέλο Thomson. Ο Ράδερφορντ πραγματοποίησε το κλασικό πείραμα σκέδασης ακτίνων άλφα για να κατανοήσει τη δομή ενός ατόμου. Οι παρακάτω ενότητες σχετικά με τις σημειώσεις πειράματος σκέδασης ακτίνων άλφα θα σας δώσουν μια πλήρη κατανόηση του θέματος.

Η διάκριση μεταξύ πουτίγκας δαμάσκηνου και του πλανητικού μοντέλου ενός ατόμου

ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΗΣ THOMSON	ΜΟΝΤΕΛΟ RUTHERFORD
Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο είναι ακίνητα.	Τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο βρίσκονται σε συνεχή κατάσταση κίνησης σε σταθερές τροχιές.
Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα ηλεκτρόνια υπάρχουν μέσα στον θετικό πυρήνα.	Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα σε σταθερές κυκλικές διαδρομές.
Τα αποτελέσματα δόθηκαν θεωρητικά.	Τα αποτελέσματα δόθηκαν πρακτικά με πειράματα.
Αυτό το μοντέλο δεν έδωσε συγκεκριμένες πληροφορίες σχετικά με τον πυρήνα ενός ατόμου.	Αυτό το μοντέλο έδωσε πολλές πληροφορίες για τον θετικά φορτισμένο πυρήνα του ατόμου.
Παρατήρησε μια σφαιρική δομή ενός ατόμου.	Παρατήρησε μια πιο περίπλοκη δομή ενός ατόμου.
Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το μεγαλύτερο μέρος του ατόμου είναι γεμάτο με θετικό φορτίο.	Σύμφωνα με αυτό, ένα κενό άτομο αποτελείται από χώρο.

Το μοντέλο του ατόμου του Rutherford

Ο Ράδερφορντ έδωσε τα ακόλουθα συμπεράσματα σχετικά με τη δομή ενός ατόμου. Αυτό έγινε αφού πραγματοποίησε το κλασικό του πείραμα.

Σύμφωνα με το μοντέλο του ατόμου του Ernest Rutherford:

1. Έχει έναν μικρό, συγκεντρωμένο, θετικά φορτισμένο πυρήνα

2. Όλη η μάζα είναι συγκεντρωμένη

3. Τα ηλεκτρόνια είναι ελαφριά και αρνητικά φορτισμένα

4. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από αυτό με πολύ υψηλές ταχύτητες

5. Η διαδρομή των ηλεκτρονίων αναφέρεται ως τροχιά

6. Ονομάζεται επίσης πλανητικό μοντέλο

7. Το Atom έχει κυρίως χώρο

8. Η διαδρομή των ηλεκτρονίων μπορεί να προβλεφθεί

9. Τα ηλεκτρόνια και ο πυρήνας σφίγγονται μεταξύ τους από μια ισχυρή δύναμη

10. Το άτομο ως σύνολο είναι ουδέτερο ηλεκτρικά

11.  Ονομάζεται επίσης πυρηνικό μοντέλο ενός ατόμου

Πείραμα σκέδασης ακτίνων Άλφα του Έρνεστ Ράδερφορντ

Χρησιμοποιήθηκε ένα λεπτό φύλλο χρυσού πάχους 100 nm. Επιλέχθηκε επειδή χρειαζόταν ένα πολύ λεπτό στρώμα. Μια ακτίνα υψηλής ενέργειας σωματιδίων 𝛂 βομβαρδίστηκε πάνω του. 𝛂 Τα σωματίδια είναι ιόντα ηλίου που είναι διπλά φορτισμένα. Η μάζα αυτών των σωματιδίων είναι περίπου 4μ. Έχουν μια σημαντική ποσότητα ενέργειας. Παρέχονταν από μια ραδιενεργή πηγή. Ένα κόσκινο θειούχου ψευδαργύρου χρησιμοποιήθηκε γύρω από το φύλλο. Έγινε για να παρατηρηθεί η εκτροπή των σωματιδίων 𝛂. Ο Ράδερφορντ ήθελε να μάθει τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο. Μελέτησε την πορεία των σωματιδίων μετά την αλληλεπίδρασή τους με το φύλλο χρυσού.

Παρατηρήσεις από το πείραμα

Σημαντικές παρατηρήσεις από το πείραμα σκέδασης ακτίνων άλφα του Ράδερφορντ ήταν:

1. Τα περισσότερα από τα σωματίδια 𝛂 πέρασαν από το φύλλο χρυσού χωρίς να εκτρέπονται.

Συμπέρασμα:

• Υπάρχει πολύς χώρος σε ένα κενό άτομο.

2. Λίγα σωματίδια 𝛂 εκτρέπονται από το φύλλο χρυσού σε πολύ μικρές γωνίες.

Συμπέρασμα:

• Το θετικό φορτίο σε ένα άτομο συμπυκνώνεται.

• Δεν κατανέμεται ομοιόμορφα στο άτομο.

3. Πολύ λίγα σωματίδια παρέκκλιναν σε μεγάλες γωνίες ή αναπήδησαν.

Συμπέρασμα:

• Το θετικό φορτίο καταλαμβάνει πολύ μικρό όγκο σε ένα άτομο.

Περιορισμοί του πειράματος

• Το μοντέλο του Rutherford εξήγησε ότι τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε σταθερές τροχιές. Τα επιταχυνόμενα φορτισμένα σωματίδια εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, σύμφωνα με τον Maxwell. Επομένως, τα ηλεκτρόνια στο μοντέλο του ατόμου του Rutherford θα ακτινοβολούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Τα ηλεκτρόνια θα παρέχουν την ενέργεια στην ακτινοβολία. Αυτό θα κοστίσει συρρίκνωση τροχιάς. Ως εκ τούτου, τα ηλεκτρόνια θα καταρρεύσουν στον πυρήνα. Θα χρειαστούν περίπου 10-8 δευτερόλεπτα.

συμπέρασμα:

Δεν μπορούσε να εξηγήσει τη σταθερότητα ενός ατόμου.

• Δεν παρατηρήθηκε τίποτα συγκεκριμένο σχετικά με τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο.

Συμπέρασμα:

Η θεωρία του Ράδερφορντ ήταν ελλιπής.

Σημαντικοί τύποι για πείραμα σκέδασης ακτίνων άλφα

1. Ο αριθμός των διάσπαρτων σωματιδίων άλφα δίνεται από

N ∝ 1 sin4(𝜃/2)

2. N/t =σταθερά, όπου

N =αριθμός σωματιδίων άλφα διασκορπισμένα σε μια κατεύθυνση

t =πάχος φύλλου

3. Η πλησιέστερη απόσταση από τον πυρήνα μέχρι την οποία μπορούσαν να φτάσουν τα σωματίδια άλφα δόθηκε από το r0. Αυτό ονομάζεται η απόσταση της πλησιέστερης προσέγγισης. Επίσης, η πρώιμη κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε δυναμική ενέργεια. Η σχέση μεταξύ της πλησιέστερης απόστασης προσέγγισης και της κινητικής ενέργειας δίνεται από το,

r0 =4kZe2/mv2

Συμπέρασμα

Στο πείραμα σκέδασης άλφα του Ράδερφορντ, ανακάλυψε μια πολύ μικρή πυκνή περιοχή που αποτελείται από θετικά φορτισμένα σωματίδια και ως εκ τούτου ονόμασε αυτό το τμήμα πυρήνας. Μετά τη διασπορά των σωματιδίων άλφα πάνω από το φύλλο χρυσού, παρατηρήθηκε ότι τα περισσότερα από τα σωματίδια πέρασαν κατευθείαν μέσα από το φύλλο χρυσού και δεν υπήρχε παραμόρφωση. Από αυτό, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι οι περισσότεροι από τους χώρους στα άτομα είναι κενοί. Τα ηλεκτρόνια Maxwell απελευθερώνουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αλλά αν εξετάσουμε το ατομικό μοντέλο του Rutherford, εάν τα ηλεκτρόνια απελευθερώσουν ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες τότε θα καταρρεύσουν και σταδιακά θα συρρικνωθούν. Επομένως τα ηλεκτρόνια θα χάνουν ενέργεια συνεχώς λόγω των επιταχυνόμενων φορτισμένων ηλεκτρονίων. Αυτό είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα του ατομικού μοντέλου του Rutherford.