Логин:   Пароль:  

Соцсети






Автор:
Написал: Amro Дата: 25-Мар-2010
В предыдущих параграфах мы познакомились с данными о размерах и массах атомов. Перейдем теперь к вопросу о внутреннем строении   атома.

Изучению строения атома способствовало открытие явлений радиоактивности. Мы подробно остановимся на этих явлениях в гл. XXIII. Пока нам достаточно знать о радиоактивности следующее.

Некоторые элементы, расположенные в конце периодической системы Д. И. Менделеева, обладают способностью испускать быстрые заряженные частицы, называемые альфа-частицами (a-частицами). Опыты показали, что a-частицы представляют собой ионизованные атомы гелия. Они несут положительный электрический заряд, равный 2е, и обладают массой 4 а. е. м. Обнаруживаться a-частицы могут по различным своим действиям, например по действию на люминесцирующие экраны. При ударе даже одной быстрой a-частицы об экран, покрытый люминесцирующим веществом (например, сернистым цинком), возникает кратковременная вспышка света, называемая сцинтилляцией. Сцинтилляции легко замечаются глазом, в особенности при наблюдении в микроскоп с небольшим увеличением, a-частицы вылетают из радиоактивных атомов со скоростью, превышающей 10 000 км/с. Благодаря своей громадной скорости a-частицы при столкновениях с атомами могут проникать внутрь последних. Этим удается воспользоваться, чтобы получить сведения о внутреннем устройстве атома.

Рассмотрим следующий опыт (рис. 355). Перед источником a-частиц 1 помещена диафрагма 2 с небольшим отверстием в центре, a-частицы, попадающие на материал ди-

Рис. 355. Наблюдение сцинтилляций, вызываемых a-частицами: 1 — источник a-частиц, 2 — диафрагма с небольшим отверстием, 3 — люминесцирующий экран, 4 — микроскоп для наблюдения сцинтилляций

афрагмы, задерживаются; a-частицы, попадающие в отверстие, проходят через него в виде узкого пучка. В месте попадания пучка a-частиц на прозрачный люминесцирующий экран 3 образуется светящееся пятно, представляющее собой сцинтилляции, возникающие под ударом каждой отдельной a-частицы. Так как число частиц, попадающих на экран за 1 с, велико, то отдельные сцинтилляции сливаются для наблюдателя в световое пятно.

Поместим перед экраном тонкий слой какого-либо вещества, например золотую фольгу, толщиной примерно 1 мкм. Мы увидим (рис 356), что интенсивность центрального светящегося пятна уменьшится, правда незначительно, В то же время появится некоторое число сцинтилляций

Рис. 356. Рассеяния a-частиц золотой фольгой 5 (остальные обозначения те же, что и на рис. 355)
вне центрального пучка. Эти сцинтилляции вызваны a-частицами, которые при прохождении сквозь золотую фольгу изменили направление полета, или, как говорят, рассеялись. Передвигая микроскоп по экрану от центрального пятна наружу, мы установим, что число рассеянных a-частиц быстро убывает с увеличением угла рассеяния.

В описанном опыте замечательным является следующее. Диаметр атома золота равен 3•10-10 м. Золотая фольга толщиной 1 мкм содержит 10-6:(3•10-10)=3300 атомных слоев. В твердом теле атомы расположены почти вплотную (§ 195). Поэтому при прохождении через фольгу a-частица должна столкнуться примерно с 3000 атомов золота. Тем не менее, как мы видели, подавляющая доля a-частиц проходит фольгу и не испытывает при этом заметного рассеяния. На основании этих опытов мы приходим к заключению, что атом золота ни в коем случае нельзя считать непроницаемым.

С другой стороны, важно отметить, что некоторые a-частицы, проходя через фольгу, рассеиваются на большие   углы. Чтобы отклонить обладающую колоссальной скоростью a-частицу на большой угол, нужны громадные силы. Следовательно, внутри атома на a-частицу могут действовать очень большие силы, но в поле этих сил попадает лишь малая доля пролетающих частиц.

Чтобы объяснить эти опыты, английский физик Эрнест Резерфорд (1871�
1e9b
��1937) предложил (в 1911 г.) ядерную модель строения атома. Согласно ядерной модели почти вся масса атома сосредоточена в положительно заряженном ядре, занимающем лишь ничтожную часть

Рис. 357. Соударение тяжелого шара с легким. Сплошными стрелками показаны скорости шаров а) до удара; б) после удара; движение тяжелого шара изменяется в результате соударения незначительно (штриховые стрелки — скорости шаров до удара)


Рис. 358. Траектории a-частиц, пролетающих на разных расстояниях от атомного ядра
объема атома. Положительное ядро окружено отрицательными электронами. Электронная оболочка занимает практически весь объем атома, но масса ее ввиду легкости электрона незначительна.

Рассмотрим с точки зрения такой ядерной модели процесс прохождения a-частицы через атом. На a-частицу, проникающую в атом, действуют электрические силы со стороны ядра и электронов. Масса электрона почти в 8000 раз меньше массы a-частицы. Поэтому взаимодействие a-частицы с электроном протекает аналогично упругому соударению быстро движущегося тяжелого шара с легким. При таком соударении направление движения легкого шара может резко измениться, тогда как скорость тяжелого шара изменяется незначительно (рис. 357). Таким образом, взаимодействие с электронами не приводит к заметному отклонению a-частицы. Что касается взаимодействия a-частицы с ядром, то оно может заметно изменить движение a-частицы. В самом деле, в случае золота роль тяжелого шара играет ядро атома золота, а роль легкого — a-частица (масса атома золота равна 197 а. е. м., масса a-частицы — 4 а. е. м.).

Отклонение a-частицы пропорционально действующей на нее силе, которая тем больше, чем ближе к ядру подходит a-частица.

То обстоятельство, что некоторые a-частицы испытывают весьма значительные отклонения, доказывает, что иногда a-частица и ядро могут сблизиться до очень небольшого расстояния, т. е. что размеры и a-частицы и ядра очень малы. Но такие a-частицы, которые пролетают близко от ядра, встречаются редко. Большинство a-частиц пролетает на сравнительно большом расстоянии от ядра и поэтому отклоняется слабо (рис. 358).

Используя закон Кулона и законы динамики Ньютона, Резерфорд рассчитал зависимость числа рассеянных a-частиц от угла рассеяния. Результаты расчета прекрасно согласуются сданными измерений, проведенных с фольгами из различных материалов. Это согласие доказывает правильность ядерной модели атома. Оно же доказывает правильность допущения, что электрические силы, действующие внутри атома, подчиняются закону Кулона (~1/r2). Но мы знаем, что закон Кулона справедлив в том случае, когда размеры взаимодействующих зарядов малы по сравнению с расстояниями между ними. То обстоятельство, что закон этот соблюдается даже при очень значительном сближении центров взаимодействующих ядра и a-частицы, показывает, что размеры ядер должны быть очень малы. Теоретический расчет и сравнение его с данными опытов позволяют сделать количественные заключения о размерах ядра и его заряде.

Оказывается, что диаметры ядер разных атомов несколько различны (диаметр ядра тем больше, чем больше масса атома) и составляют около 10-12 см. Размер ядра, таким образом, примерно в 10 000 раз меньше размера атома. Вообразим на минуту, что мы проникли глазом внутрь плотной среды — жидкости или твердого тела. Мы увидим «туман» легких электронов, заполняющий весь объем вещества. В этом «тумане» редко-редко расположены крошечные, но тяжелые атомные ядра, отстоящие друг от друга на расстояниях, в десять тысяч раз превышающих размеры самих ядер.

Заряд ядра равен +Ze, где е — элементарный заряд, а Z — порядковый номер элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Так как атом в целом нейтрален, то число электронов в атоме равно Z. Таким образом, порядковый номер элемента в таблице Менделеева имеет глубокий физический смысл: порядковый номер элемента есть заряд атомного ядра в элементарных единицах заряда и в то же время число электронов в атоме.






Похожие страницы :

Комментарии: (0) Рейтинг:
Пока комментариев нет
2006-2015г. © Научно-Образовательный портал "Вся Физика"
Копирование материалов с данного сайта разрешено, при условии наличия ссылки на ресурс "Вся Физика"
Страница создана за 0.037 секунды
  • Продажа квартир

    Система поиска квартир. База данных по аренде квартир. Стоимость квартир

    domofond-nn.ru

  • Истринский район откачка

    Срочная откачка септиков, круглосуточно, оперативная подача спецтехники

    откачкаистра.рф