|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
KHÁM PHÁ KHOA HỌC QUAN TRỌNG NHẤT
Mô hình hành tinh của nguyên tử. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học
Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất Trong lý thuyết nguyên tử đầu tiên Dalton người ta cho rằng thế giới bao gồm một số lượng nguyên tử nhất định - những khối xây dựng cơ bản - với những đặc tính đặc trưng, vĩnh cửu và không thay đổi. Những ý tưởng này đã thay đổi một cách dứt khoát sau khi phát hiện ra electron. Mọi nguyên tử đều phải chứa electron. Nhưng các electron nằm trong chúng như thế nào? Các nhà vật lý chỉ có thể triết học dựa trên kiến thức của họ về vật lý cổ điển, và dần dần mọi quan điểm đều hội tụ về một mô hình được đề xuất. J. J. Thomson. Theo mô hình này, một nguyên tử bao gồm một chất tích điện dương với các electron xen kẽ bên trong nó (có lẽ đang chuyển động mạnh), do đó nguyên tử giống như bánh pudding nho khô. Mô hình nguyên tử của Thomson không thể được xác minh trực tiếp, nhưng tất cả các loại phép loại suy đều chứng minh lợi ích của nó. Năm 1903, nhà vật lý người Đức Philipp Lenard đề xuất một mô hình nguyên tử “rỗng”, bên trong đó một số hạt trung hòa chưa được khám phá “bay”, bao gồm các điện tích dương và âm cân bằng lẫn nhau. Lenard thậm chí còn đặt tên cho các hạt không tồn tại của mình - thuốc nổ... Tuy nhiên, người duy nhất có quyền tồn tại đã được chứng minh bằng những thí nghiệm nghiêm ngặt, đơn giản và đẹp đẽ là mô hình Rutherford. Ernest Rutherford (1871–1937) sinh ra gần thành phố Nelson (New Zealand) trong một gia đình nhập cư từ Scotland. Sau khi tốt nghiệp trường ở Havelock, nơi gia đình sinh sống vào thời điểm đó, anh nhận được học bổng để tiếp tục học tại trường Cao đẳng tỉnh Nelson, nơi anh vào học năm 1887. Hai năm sau, Ernest thi đỗ vào trường Cao đẳng Canterbury, một chi nhánh của Đại học New Zealand ở Christchester. Ở trường đại học, Rutherford chịu ảnh hưởng rất lớn từ các giáo viên của mình: giáo viên vật lý và hóa học E.W. Bickerton và nhà toán học J.H.H. Đầu bếp. Sau khi Rutherford được cấp bằng Cử nhân Nghệ thuật vào năm 1892, ông vẫn ở lại trường Cao đẳng Canterbury và tiếp tục việc học nhờ học bổng về toán học. Năm sau, anh trở thành Thạc sĩ Nghệ thuật, vượt qua các kỳ thi toán và vật lý xuất sắc nhất. Năm 1894, tác phẩm in đầu tiên của ông, “Từ hóa sắt bằng phóng điện tần số cao,” xuất hiện trên tờ Tin tức của Viện Triết học New Zealand. Năm 1895, một học bổng giáo dục khoa học bị bỏ trống; ứng cử viên đầu tiên cho học bổng này đã từ chối vì lý do gia đình; ứng cử viên thứ hai là Rutherford. Đến Anh, Rutherford nhận được lời mời từ J. J. Thomson đến làm việc tại Cambridge trong phòng thí nghiệm Cavendish. Năm 1898, Rutherford nhận chức giáo sư tại Đại học McGill ở Montreal, nơi ông bắt đầu một loạt thí nghiệm quan trọng liên quan đến sự phát xạ phóng xạ của nguyên tố uranium. Ở Canada, ông đã có những khám phá cơ bản: ông phát hiện ra sự phát xạ của thorium và làm sáng tỏ bản chất của cái gọi là “sự phóng xạ cảm ứng”; Cùng với Soddy, ông đã khám phá ra sự phân rã phóng xạ và định luật của nó. Tại đây ông đã viết cuốn sách “Phóng xạ”. Trong tác phẩm kinh điển của họ, Rutherford và Soddy đã giải quyết câu hỏi cơ bản về năng lượng của các quá trình biến đổi phóng xạ. Tính năng lượng của các hạt K do radium phát ra, họ đi đến kết luận rằng “năng lượng của sự biến đổi phóng xạ ít nhất là 20 lần, và có lẽ là một triệu lần, lớn hơn năng lượng của bất kỳ sự biến đổi phân tử nào”. Rutherford và Soddy kết luận rằng “năng lượng ẩn chứa trong nguyên tử lớn hơn nhiều lần so với năng lượng giải phóng trong các phản ứng hóa học thông thường”. Theo quan điểm của họ, nguồn năng lượng khổng lồ này cần được tính đến “khi giải thích các hiện tượng của vật lý vũ trụ”. Đặc biệt, sự ổn định của năng lượng mặt trời có thể được giải thích là do “các quá trình biến đổi hạ nguyên tử đang diễn ra trên Mặt trời”. Phạm vi công việc khoa học to lớn của Rutherford ở Montreal - ông đã xuất bản 66 bài báo cả cá nhân và cùng với các nhà khoa học khác, không kể cuốn sách "Phóng xạ" - đã mang lại cho Rutherford danh tiếng của một nhà nghiên cứu hạng nhất. Anh ấy nhận được lời mời ngồi vào ghế ở Manchester. Vào ngày 24 tháng 1907 năm XNUMX, Rutherford trở lại châu Âu. Một giai đoạn mới của cuộc đời anh bắt đầu. Năm 1908, Rutherford được trao giải Nobel Hóa học “vì nghiên cứu về sự phân rã của các nguyên tố trong hóa học của các chất phóng xạ”. Năm sau, Rutherford đề nghị với Ernest Marsden rằng ông nên điều tra xem liệu các hạt alpha có thể bị phản xạ từ lá vàng hay không. Rutherford hoàn toàn bị thuyết phục rằng các hạt alpha có khối lượng lớn chỉ chịu những độ lệch nhỏ khi chúng đi qua lá vàng. Hầu hết chúng thực sự đã xuyên qua giấy bạc, chỉ bị lệch một chút. Nhưng một số hạt alpha – khoảng một phần 20, Marsden lưu ý – bị lệch ở góc lớn hơn 000 độ. Marsden thậm chí còn ngại nói với Rutherford về điều này và trước tiên hãy cẩn thận đảm bảo rằng không có sai sót nào trong các thí nghiệm của mình. Rutherford gần như không tin vào kết quả quan sát này. Nhiều năm sau, Rutherford nhớ lại: "Đó có lẽ là sự kiện khó tin nhất mà tôi từng trải qua trong đời. Nó khó tin như thể bạn bắn một quả đạn pháo 15 inch vào một mảnh giấy lụa và nó quay trở lại". lùi lại và đánh bạn." Nhưng điều không thể tin được thì phải tin, và vào năm 1911, Rutherford đã bị thuyết phục rằng kết quả thí nghiệm về sự tán xạ của hạt alpha bởi lá vàng chỉ có thể được giải thích bằng cách giả sử rằng các hạt alpha truyền đi ở một khoảng cách rất nhỏ so với các hạt tích điện dương khác có kích thước khác nhau. kích thước nguyên tử nhỏ hơn nhiều. Một nguyên tử vàng phải bao gồm một hạt nhân nhỏ tích điện dương và các electron bao quanh nó. Đây là sự ra đời của ý tưởng về hạt nhân nguyên tử và một nhánh vật lý mới - vật lý hạt nhân. Ý tưởng này không hoàn toàn mới vào năm 1911. Trước đây nó đã được đưa ra bởi Johnston Stoney, nhà vật lý người Nhật Nagaoka và một số nhà khoa học khác. Nhưng tất cả những giả thuyết này hoàn toàn mang tính suy đoán, trong khi ý tưởng của Rutherford lại dựa trên thử nghiệm. Nhà khoa học đã trình bày kết quả của các thí nghiệm đưa Rutherford đến ý tưởng về cấu trúc hành tinh của nguyên tử trong một bài báo lớn, “Sự tán xạ của các hạt Alpha và Beta trong Vật chất và Cấu trúc của Nguyên tử,” xuất bản vào tháng 1911 năm XNUMX trên Tạp chí Triết học Anh. Các nhà vật lý trên khắp thế giới giờ đây có thể đánh giá một mô hình khác, lần này đã được xác nhận một cách thuyết phục bằng thực nghiệm, về cấu trúc của nguyên tử... Rutherford không mệt mỏi. Và ông ngay lập tức thực hiện một nghiên cứu mới: ông bắt đầu xác định số lượng hạt alpha bị lệch bởi lá kim loại ở các góc khác nhau tùy thuộc vào điện tích của hạt nhân nguyên tử của chất mà lá kim loại được tạo ra. Sự kiên nhẫn của các nhà nghiên cứu đã được khen thưởng. Phân tích kết quả của những thí nghiệm này, Rutherford đã rút ra một công thức nối số lượng hạt alpha bị lệch một góc nhất định với điện tích của hạt nhân của chất lá mục tiêu. Giờ đây người ta có thể xác định bản chất của vật liệu mục tiêu từ các thí nghiệm về sự tán xạ của hạt alpha. Phương pháp phân tích hóa học hạt nhân đầu tiên đã xuất hiện trong tay các nhà nghiên cứu! Các nhà khoa học đã so sánh hành vi của các mục tiêu được làm từ các vật liệu khác nhau và nhận thấy rằng điện tích hạt nhân càng lớn thì các hạt alpha càng lệch khỏi đường thẳng. Và ở đây, lần đầu tiên, các thí nghiệm vật lý đã vén bức màn bí mật về định luật tuần hoàn của các nguyên tố. Từ thí nghiệm của Rutherford suy ra rằng nếu Mendeleev sắp xếp các nguyên tố thành một hàng khi điện tích hạt nhân của chúng tăng lên thì không cần phải sắp xếp lại! Các nhà vật lý đã làm rõ công thức của định luật tuần hoàn; tính chất hóa học của các nguyên tố tuần hoàn không phụ thuộc vào khối lượng nguyên tử của các nguyên tố đó mà phụ thuộc vào điện tích của hạt nhân chúng. Phù hợp với độ lớn điện tích của hạt nhân mà các nguyên tố được sắp xếp theo thứ tự Mendeleev sắp xếp chúng, dựa vào kiến thức bách khoa của ông về tính chất hóa học của các nguyên tố... Điều gì giữ cho một electron không rơi vào một hạt nhân nặng? Tất nhiên là quay nhanh xung quanh nó. Nhưng trong quá trình quay với gia tốc trong trường hạt nhân, electron phải tỏa một phần năng lượng của nó theo mọi hướng và giảm tốc dần dần vẫn rơi vào hạt nhân. Ý nghĩ này đã ám ảnh các tác giả của mô hình hành tinh nguyên tử. Trở ngại tiếp theo trên con đường của mô hình vật lý mới dường như được định sẵn để phá hủy toàn bộ bức tranh về cấu trúc nguyên tử đã được xây dựng và chứng minh một cách công phu bằng các thí nghiệm rõ ràng... Rutherford tin tưởng rằng sẽ tìm ra giải pháp, nhưng anh không thể tưởng tượng được rằng nó lại xảy ra sớm đến vậy. Khiếm khuyết trong mô hình hành tinh của nguyên tử sẽ được sửa chữa bởi nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr. Gần như cùng thời điểm các nhà khoa học thế giới nhận được số Tạp chí Triết học có bài viết về cấu trúc nguyên tử của Rutherford, Niels Bohr, 25 tuổi, đã bảo vệ thành công luận án về lý thuyết điện tử của kim loại tại Đại học Copenhagen. . Nhà vật lý người Đan Mạch Niels Henrik David Bohr (1885–1962) sinh ra ở Copenhagen, là con thứ hai trong số ba người con của Christian Bohr và Ellen (nee Adler) Bohr. Cha ông là giáo sư sinh lý học nổi tiếng tại Đại học Copenhagen. Ông theo học trường ngữ pháp Gammelholm ở Copenhagen và tốt nghiệp năm 1903. Bohr và anh trai Harald, người đã trở thành một nhà toán học nổi tiếng, là những cầu thủ bóng đá đam mê trong những năm đi học. Sau đó, Niels bắt đầu thích trượt tuyết và chèo thuyền. Nếu ở trường của Niels Bohr, người ta thường coi anh là một sinh viên có năng lực bình thường thì tại Đại học Copenhagen, tài năng của anh đã sớm khiến mọi người bàn tán. Niels được công nhận là một nhà nghiên cứu có năng lực phi thường. Dự án luận án của ông, trong đó ông xác định được sức căng bề mặt của nước do sự rung động của tia nước, đã mang về cho ông huy chương vàng của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Đan Mạch. Năm 1907, ông trở thành cử nhân. Ông nhận bằng thạc sĩ tại Đại học Copenhagen vào năm 1909. Luận án tiến sĩ của ông về lý thuyết electron trong kim loại được coi là một nghiên cứu lý thuyết bậc thầy. Năm 1911, Bohr quyết định tới Cambridge để làm việc vài tháng trong phòng thí nghiệm của J. J. Thomson, người phát hiện ra electron. Mẹ của Nils và anh trai Harald tán thành ý tưởng này. Có lẽ vị hôn thê Margaret của anh không mấy vui vẻ nhưng cô cũng đồng ý. Sau đó, Bohr trăn trở về mô hình của Rutherford và tìm kiếm những lời giải thích thuyết phục cho những gì hiển nhiên xảy ra trong tự nhiên, bất chấp mọi nghi ngờ: các electron, không rơi vào hạt nhân hay bay ra khỏi nó, liên tục quay quanh hạt nhân của chúng. Đây là những gì K. Manolov và V. Tyutyunnik viết trong cuốn sách “Tiểu sử của nguyên tử”: “Nếu hydro chỉ có một electron, làm sao chúng ta có thể giải thích việc nó phát ra nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau?” - Bohr nghĩ. Ông lại quay trở lại với lý thuyết của Nicholson. Sự phù hợp tuyệt vời giữa các giá trị tính toán và quan sát được của tỷ lệ bước sóng quang phổ là một lập luận mạnh mẽ ủng hộ lý thuyết này. Tuy nhiên, Nicholson xác định tần số bức xạ bằng tần số dao động của một hệ cơ học. Nhưng các hệ thống trong đó tần số là hàm của năng lượng không thể phát ra một lượng bức xạ đồng nhất hữu hạn, vì tần số của chúng sẽ thay đổi trong quá trình phát xạ. Ngoài ra, các hệ thống do Nicholson tính toán sẽ không ổn định dưới một số chế độ dao động. Và cuối cùng, lý thuyết của Nicholson không thể giải thích được các định luật nối tiếp Balmer và Rydberg. - Hansen, tôi thấy dường như đã có câu trả lời! - Bohr nói. - Sử dụng điều kiện I suy ra về sự ổn định của quỹ đạo electron trong nguyên tử, người ta có thể tính được vận tốc của electron trên quỹ đạo, bán kính của nó và tổng năng lượng của electron trên quỹ đạo bất kỳ. Hơn nữa, tất cả các công thức đều chứa cùng một thừa số, gọi là số lượng tử, lấy cùng các giá trị nguyên 1, 2, 3, 4, v.v. Mỗi số này tương ứng với một bán kính quỹ đạo nhất định... - Bohr đã im lặng một chút rồi nói tiếp. - Tất nhiên, bây giờ mọi chuyện đã rõ ràng. Một nguyên tử có thể tồn tại mà không phát ra năng lượng chỉ ở một số trạng thái dừng nhất định, mỗi trạng thái đó được đặc trưng bởi giá trị năng lượng riêng của nó. Nếu một electron chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác, nguyên tử sẽ phát ra hoặc hấp thụ năng lượng dưới dạng các phần đặc biệt - lượng tử!.. - Vậy ra đó là bí mật! - Hansen kêu lên. - Điều này có nghĩa là quang phổ của một nguyên tử phản ánh cấu trúc của nó! - Bây giờ mọi việc đã đâu vào đấy. Rõ ràng là tại sao nguyên tử hydro phát ra một số loại tia. Nếu chúng ta đánh số các quỹ đạo bắt đầu từ quỹ đạo gần hạt nhân nhất, thì chúng ta có thể nói rằng electron nhảy từ quỹ đạo thứ tư sang quỹ đạo thứ nhất, từ quỹ đạo thứ ba lên quỹ đạo thứ nhất, từ quỹ đạo thứ ba lên quỹ đạo thứ hai, v.v. Mỗi bước nhảy đều đi kèm theo bằng sự phát ra ánh sáng có bước sóng tương ứng. Tôi thực sự hy vọng rằng tôi sẽ có thể tìm thấy một mối quan hệ định lượng... Năm 1913, Niels Bohr công bố kết quả của những suy nghĩ và tính toán dài dòng, quan trọng nhất trong số đó được gọi là định đề Bohr: trong một nguyên tử luôn có một số lượng lớn các quỹ đạo ổn định và được xác định chặt chẽ mà electron có thể lao đi vô thời hạn, vì mọi lực tác dụng lên nó đều cân bằng; Một electron chỉ có thể di chuyển trong nguyên tử từ quỹ đạo ổn định này sang quỹ đạo ổn định khác, ổn định như nhau. Nếu trong quá trình chuyển đổi như vậy, electron di chuyển ra khỏi hạt nhân thì cần phải truyền cho nó từ bên ngoài một lượng năng lượng nhất định bằng với chênh lệch về mức dự trữ năng lượng của electron ở quỹ đạo trên và quỹ đạo dưới. Nếu một electron đến gần hạt nhân, nó sẽ “tống” năng lượng dư thừa dưới dạng bức xạ… Có lẽ, các định đề của Bohr sẽ chiếm một vị trí khiêm tốn trong số những lời giải thích thú vị về các sự kiện vật lý mới mà Rutherford thu được, nếu không phải vì một tình huống quan trọng. Bohr, bằng cách sử dụng các mối quan hệ mà ông tìm thấy, đã có thể tính được bán kính của các quỹ đạo “cho phép” đối với một electron trong nguyên tử hydro. Biết được sự khác biệt giữa năng lượng của các electron trong các quỹ đạo này, người ta có thể xây dựng một đường cong mô tả phổ phát xạ của hydro ở các trạng thái kích thích khác nhau và xác định bước sóng nào mà nguyên tử hydro sẽ đặc biệt dễ dàng phát ra nếu năng lượng dư thừa được cung cấp cho nó từ bên ngoài, ví dụ, sử dụng đèn thủy ngân sáng. Đường cong lý thuyết này hoàn toàn trùng khớp với phổ phát xạ của các nguyên tử hydro bị kích thích được nhà khoa học Thụy Sĩ J. Balmer đo vào năm 1885! Mô hình hành tinh nguyên tử nhận được sự củng cố mạnh mẽ, với Rutherford và Bohr ngày càng có được nhiều người ủng hộ. Tác giả: Samin D.K.
▪ Các nguyên tắc cơ bản của phôi học
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Mean Well's Ngân sách mỏng Nguồn cung cấp điện DIN Rail ▪ Bảo vệ hệ thống bảo vệ máy tính dựa trên chỉ số tin cậy của người dùng ▪ Nuôi một con chó cũng giống như nuôi một đứa trẻ. ▪ Trợ lý Google nhận dạng bài hát tốt hơn
▪ phần trang web Bộ khuếch đại công suất. Lựa chọn các bài viết ▪ bài trừ nguyên nhân thì bệnh cũng khỏi. biểu hiện phổ biến ▪ bài Chúa Giê-su làm phép lạ gì khi còn trong bụng mẹ? đáp án chi tiết ▪ Điều Hồ Chad. thiên nhiên kỳ diệu ▪ bài viết Thần số. bí mật tập trung
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này