Презентація "Будова атома"

Сучасна модель атома. Протонно-нейтронна модель ядра. Ядерні сили. Ізотопи

Ідея дискретної будови речовини належить давньогрецькому філософу Демокріту, який жив близько 470 року до н.е. Демокріт вперше ввів поняття атом, що означало в перекладі з грецької – неподільний. ДЕМОКРІТ: «У природі існують тільки атоми і пустота»

Democrites meditating on the seat of the soul, by Léon-Alexandre Delhomme, 1868 Coordinates: 45°46′0.7″N 4°50′1.2″E / 45.766861°N 4.833667°E / 45.766861; 4.833667

А відомий філософ Арістотель дотримувався іншої точки зору. У ІV ст. до н.е. він підтримав ідею, що матерія складається з різноманітних поєднань чотирьох стихій – землі, повітря, води і вогню.

У науці термін «атом» вперше після грецьких філософів використав англійський хімік Джон Дальтон. У 1807 році Дальтон висунув свою атомну будову речовини. Атомами він назвав маленькі частинки, з яких, на його думку, складалась речовина. Атоми не змінюються під час хімічних реакцій, а сама хімічна реакція - це процес з'єднання або роз'єднання атомів.

Але у другій половині ХІХ сторіччя стали з'являтись експериментальні факти, які ставили під сумнів неподільність атомів. Результати цих експериментів наводили на думку про те, що атоми мають складну будову, і що до їх складу входять електрично заряджені частинки. та явища радіоактивності французьким фізиком Анрі Беккерелем 1 березня 1896 року. Х – променів у грудні 1895 року німецьким фізиком В. Рентгеном Найяскравішим прикладом складної будови атома стали відкриття

У 1897 році англійський фізик Джозеф Томсон відкрив першу елементарну частинку – електрон

Він підписувся Дж. Дж. Томсон, саме тому колеги називали його Джі –Джі. Фізику Джі-Джі випало жити на межі століть. На схилі літ він так описує початок свого шляху: «Я народився в Четемі, передмісті Манчестера, 18 грудня 1856 року.  І час , і місце були досить вдалими, бо це був один із найцікавіших періодів світової історії. Монархіїї падали одна за одною, їх змінювали республіки, а іншим разом - диктатури. Відкриття і винаходи призводили до великих змін в житті суспільства.     Коли я був маленьким хлопчиком, в нашому місті не було ні велосипедів, ні автомобілів, ні аеропланів, ні електричного освітлення, ні телефонів, ні радіо, ні грамофонів, ні електротехніки, ні рентгенівських знімків, ні кіно, ні мікробів – в крайньому разі , лікарі їх не знаходили…»Джозеф Джон Томсон

З'ясувавши, що електрони є складовими частинками усіх атомів речовин, Дж. Томсон у 1903 році запропонував першу електромагнітну модель атома, названу «пудинговою» моделлю. Згідно цієї моделі негативно заряджені електрони неначе «плавають» всередині позитивно зарядженої сфери.

Ця модель залишилась в історії фізики під кулінарною назвою “кекс з ізюмом”. Так Томсон “обізвав “ атом за побажанням свого п'ятирічного сина Джорджа, який з великим задоволенням поїдав ці ласощі. До того ж перша модель дійсно нагадувала малесенький кексик з ізюмом. У 1906 році Дж. Дж. Томсон був удостоєний Нобелівської премії з фізики «на знак його видатних досягнень в галузі теоретичних та експериментальних досліджень електричної провідності газів». Вченому, що відчинив двері в нову фізику нескінченної подільності речовини, у 1908 році було дароване дворянство і він став «сером Томсоном». У 1915 році він був обраний президентом Королівської академії наук.

Але вище всіх премій , медалей і титулів Джі-Джі цінив подарунок, який піднесла йому доля - свого сина Джорджа Паджета Томсона, якого щоб відрізняти від батька колеги звали Джі-Пі. А колеги у батька і сина були спільні – фізики. Джі-Пі став видатним теоретиком. У 1937 році він одержав Нобелівську премію з фізики «за відкриття дифракції електронів в кристалах». За іронією долі син вивчав хвильові властивості електронів, тоді як батько наділяв ці частинки корпускулярними властивостями. Так найграндіозніше протиріччя у фізиці ХХ сторіччя відбилось у долях двох великих фізиків: батька і сина!

Відкриття електрона і радіоактивності наштовхнуло професора Токійського університету, видатного фізика  Хантаро Нагаока у 1904 році висунути модель атома, побудовану по аналогії з планетою Сатурн. У цій моделі навколо позитивного ядра по орбітах обертались електрони, об'єднані в кільця.

Ернест Резерфорд: «усі науки про природу діляться на фізику і колекціонування марок»

1. Атом має в центрі ядро , розміри якого в багато разів менші за розміри самого атома. Отже, атом в цілому пустий. 2. Навколо  ядра по орбітах рухаються електрони. 3. Майже вся маса атома сконцентрована в його ядрі. 4. Сумарний негативний заряд усіх електронів рівний сумарному позитивному заряду ядра атома і компенсує його. Резерфорд йшов до свого відкриття цілих 5 років. П'ять довгих років проводив він досліди по встановленню будови атома і у 1913 році висунув планетарну модель атома:

Рух електронів у атомі мало схожий на рух планет по орбітах. Точніше, електрон на орбіті можна назвати електронною хмарою, що має різну густину. Орбітою електрона в атомі називається геометричне місце точок, в яких з найбільшою ймовірністю можна виявити електрон. Потрібно пам'ятати!

Будова атомного ядра Експериментальні факти: 1. При радіоактивних перетвореннях утворюються нові елементи 2. Маси хімічних елементів перевищують масу атома водню в ціле число разів. Гіпотеза: у 1913 р.  Е. Резерфорд  висуває гіпотезу, що однією із частинок , які входять до складу ядра атома будь-якого хімічного елемента, має бути ядро атома водню У 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азот, виявив в ньому певну кількість атомів гідрогену. Це була перша штучно викликана ядерна реакція. 

Умовне позначення протона За сучасними вимірюваннями маса протона   у 1836 разів перевищує масу електрона і становить mp = 1,67262·10–27 кг. У ядерній фізиці масу протона приймають за 1 а.о.м. 3. Заряд протона позитивний і дорівнює по модулю заряду електрона.q = 1.6 10-19 Кл. На сьогодні рівність зарядів протона і електрона перевірена з точністю до 10–22 . Таке співпадання зарядів таких не схожих одна на одну частинок викликає подив і залишається однією з фундаментальних загадок сучасної фізики! 4 . Протон є стабільною частинкою 5. Фізичне уявлення: нагадує хмарку з розмитою межею, яка складається з частинок , що народжуються та анігілюють.6. Протон складається з двох верхніх (qu = + 23 e) і одного нижнього кварка (qd = - 13 e)  Протон

У 1920 році Е. Резерфорд висловив здогадку, що повинна існувати частинка з масою рівною масі протона, але така, що не має заряду. Але виявити таку частинку йому не вдалось. Учень Резерфорда англійський фізик Джеймс Чедвік у 1932 році експериментально досліджував випромінювання, яке виникало внаслідок бомбардирування берилію альфа-частинками, і виявив, що це випромінювання являє собою потік нейтральних частинок з масою приблизно рівною масі протонів. У 1935 році – Нобелівська премія з фізики за відкриття нейтрона. Відкриття нейтрона

Нейтрон 1. Умовне позначення 𝟎 𝟏𝒏 2. Маса нейтрона приблизно дорівнює масі протона  mp=1 3. Стабільна частинка у складі ядра.4. Електрична нейтральність нейтрона зумовлюється тим, що заряд u-кварка, який входить до складу нейтрона, компенсується зарядами двох d-кварків. 5. Нейтрон - англійське слово, яке походить від латинського "neuter", що означає "ні той, ні інший ". Завдяки нейтрону отримала свою назву  нейтронна бомба - та, що "великодушно відноситься «до неживого(будівель, мостів, тощо), тобто не руйнує їх.

У 1932г. після відкриття   протона і нейтрона вченими Д. Д. Іваненком (СРСР) та В. Гейзенбергом (Німеччина) була висунута  протонно-нейтронна модель ядра атома.

Зарядове число Z 1. Число протонів у ядрі атома і є зарядовим числом.2. Ставиться внизу перед позначенням елемента3. Зарядове число = порядковому номеру хімічного елемента в таблиці Мендєлєєва𝑍𝐴Х 1. НУКЛОНИ – спільна назва протонів і нейтронів ядра2. Масове число А – загальна кількість нуклонів у ядрі (кількість протонів + кількість нейтронів)3. Ставиться вгорі перед позначенням елемента4. Масове число А дорівнює масі ядра в а.о.м., зокругленої до цілого. Масове число А

Протони і нейтрони у ядрі «склеюються» сильною ядерною взаємодією. Основні властивості ядерних сил:Є тільки силами притягання;«велетні з короткими руками» - у сотні разів сильніші, ніж електромагнітні взаємодії; є близькодіючими (радіус дії дорівнює розмірам нуклона 10 -15 м );на однаковій відстані діють однаково між двома протонами, між двом нейтронами, між протоном і нейтроном.мають властивість насичення: нуклон здатен взаємодіяти одночасно лише з невеликою кількістю сусідніх нуклонів.

Скільки протонів, нейтронів та електронів містить атом Аргону 𝟏𝟖𝟒𝟎𝐀𝐫  Z=18 A=40 Отже, кількість протонів дорівнює порядковому номеру елемента і зарядовому числу: р=18 Стільки ж атом містить і електронів е=18 Щоб визначити кількість нейтронів від масового числа А віднімаємо кількість протонів Z: n = A – Z n = 40 – 18 =22

Ізотопи – різновиди хімічного елемента, атоми яких містять однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів.Ізотопи одного хімічного елементамають однакові хімічні властивостіі не можуть бути відділені одинвід одного хімічними методами. Але фізичні властивості ізотопів –різні.