Περιγράψτε την πειραματική βάση για να πιστέψετε ότι ο πυρήνας καταλαμβάνει ένα πολύ μικρό κλάσμα του ατόμου όγκου;
1. Το πείραμα χρυσού αλουμινίου του Rutherford (1911)
* Ρύθμιση: Τα σωματίδια άλφα (θετικά φορτισμένα πυρήνα ηλίου) πυροδοτήθηκαν σε ένα λεπτό φύλλο χρυσού φύλλου.
* Παρατηρήσεις:
* Τα περισσότερα σωματίδια άλφα πέρασαν κατευθείαν μέσα από το φύλλο, υποδεικνύοντας ότι τα άτομα ήταν ως επί το πλείστον κενό χώρο.
* Ένα μικρό ποσοστό σωματιδίων άλφα εκτρέπεται σε μεγάλες γωνίες, μερικοί ακόμη και αναπηδούν προς την κατεύθυνση από την οποία προέρχονταν. Αυτό πρότεινε μια συγκεντρωμένη, θετικά φορτισμένη περιοχή μέσα στο άτομο.
* Συμπεράσματα: Αυτό το πείραμα οδήγησε τον Rutherford να προτείνει το πυρηνικό μοντέλο του ατόμου, όπου κατοικεί σε ένα μικροσκοπικό, πυκνό, θετικά φορτισμένο πυρήνα στο κέντρο, που περιβάλλεται από ένα πολύ μεγαλύτερο σύννεφο αρνητικών φορτισμένων ηλεκτρονίων.
2. Διάθλαση ηλεκτρονίων
* Ρύθμιση: Τα δοκάρια των ηλεκτρονίων κατευθύνονται σε λεπτές μεμβράνες υλικού, όπως γραφίτη.
* Παρατηρήσεις: Τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν συμπεριφορά που μοιάζει με κύματα και παράγει πρότυπα παρεμβολής σε μια οθόνη πίσω από την ταινία. Τα μοτίβα δείχνουν ότι τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με την ατομική δομή, αποκαλύπτοντας το μέγεθος και το σχήμα των ατόμων και τη διάταξη των ηλεκτρονίων τους.
* Συμπεράσματα: Τα πρότυπα περίθλασης επιβεβαιώνουν ότι τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο καταλαμβάνουν πολύ μεγαλύτερο όγκο από τον πυρήνα.
3. Ατομικά φάσματα
* Ρύθμιση: Τα άτομα είναι ενθουσιασμένα (θερμαινόμενα ή ενεργοποιημένα) και εκπέμπουν φως. Αυτό το φως περνά στη συνέχεια μέσω ενός πρίσματος ή ενός πλέγματος περίθλασης για να το χωρίσει στα συστατικά του μήκη κύματος.
* Παρατηρήσεις: Το εκπεμπόμενο φως αποτελείται από συγκεκριμένα, διακριτά μήκη κύματος, σχηματίζοντας ένα φάσμα γραμμής. Κάθε στοιχείο έχει ένα μοναδικό φάσμα γραμμής.
* Συμπεράσματα: Η διακριτή φύση των εκπεμπόμενων μηκών κύματος υποδεικνύει ότι τα ηλεκτρόνια στα άτομα μπορούν να υπάρχουν μόνο σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας. Αυτό υποστηρίζει την ιδέα ότι τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται περιστασιακά τον πυρήνα σε κβαντισμένα επίπεδα ενέργειας, ενισχύοντας περαιτέρω την ιδέα ενός μικρού πυρήνα που περιβάλλεται από ένα μεγαλύτερο σύννεφο ηλεκτρονίων.
4. Πυρηνική πυκνότητα
* Υπολογισμοί: Η πυκνότητα του πυρήνα μπορεί να υπολογιστεί διαιρώντας τη μάζα του πυρήνα με τον όγκο του.
* Αποτελέσματα: Η πυρηνική πυκνότητα είναι απίστευτα υψηλή, της τάξης των 10^17 kg/m^3, σε σύγκριση με την πυκνότητα της συνηθισμένης ύλης (π.χ., το νερό είναι περίπου 10^3 kg/m^3). Αυτή η ακραία πυκνότητα επιβεβαιώνει ότι ο πυρήνας είναι απίστευτα συμπαγής.
5. Πυρηνικές αντιδράσεις
* Παρατηρήσεις: Οι πυρηνικές αντιδράσεις (σχάση και σύντηξη) περιλαμβάνουν την απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας. Αυτή η ενέργεια προκύπτει από την ισχυρή πυρηνική δύναμη που δεσμεύει τα πρωτόνια και τα νετρόνια μέσα στον πυρήνα.
* Συμπεράσματα: Η τεράστια ενέργεια που απελευθερώνεται σε πυρηνικές αντιδράσεις καταδεικνύει τις τεράστιες δυνάμεις που παίζουν μέσα στον πυρήνα, υπογραμμίζοντας περαιτέρω τη συμπαγή και πυκνή φύση της.
ουσιαστικά, αυτά τα πειράματα, οι παρατηρήσεις και οι υπολογισμοί συγκλίνουν για να υποστηρίξουν το συμπέρασμα ότι ο πυρήνας καταλαμβάνει ένα μικροσκοπικό κλάσμα του όγκου του ατόμου, ενώ τα ηλεκτρόνια, εξαπλώθηκαν σε μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή, συμβάλλουν σημαντικά στο συνολικό μέγεθος του ατόμου.
