La physique de la structure de la matière a d'abord été sérieusement étudiée par Joseph J. Thomson. Cependant, de nombreuses questions restaient sans réponse. Quelque temps plus tard, E. Rutherford a pu formuler un modèle de la structure de l'atome. Dans l'article, nous examinerons l'expérience qui l'a conduit à la découverte. Étant donné que la structure de la matière est l'un des sujets les plus intéressants des cours de physique, nous analyserons ses aspects clés. Nous apprenons en quoi consiste un atome, apprenons à trouver le nombre d'électrons, de protons, de neutrons qu'il contient. Familiarisons-nous avec le concept d'isotopes et d'ions.
Découverte de l'électron
En 1897, le scientifique anglais Joseph John Thomson (son portrait peut être vu ci-dessous) a étudié le courant électrique, c'est-à-dire le mouvement dirigé des charges dans les gaz. A cette époque, la physique connaissait déjà la structure moléculaire de la matière. On savait que tous les corps sont faits de matière, qui est faite de molécules, et ces dernières sont faites d'atomes.
Thomson a découvert que, dans certaines conditions, les atomes de gaz émettent des particules de charge négative (qel <0). Ils sont appelés électrons. L'atome est neutre, ce qui signifie que si des électrons s'envolent, des particules positives doivent également y être contenues. Quelle est la partie de l'atome avec le signe "+" ? Comment interagit-il avec un électron chargé négativement ? Qu'est-ce qui détermine la masse d'un atome ? Un autre scientifique pourrait répondre à toutes ces questions.
L'expérience de Rutherford
En 1911, la physique possédait déjà les premières informations sur la structure de la matière. Ernest Rutherford a découvert ce que nous appelons aujourd'hui le noyau atomique.
Il y a des matières qui ont une propriété étrange: elles émettent spontanément diverses particules, à la fois positives et négatives. Ces substances sont dites radioactives. Éléments chargés positivement Rutherford appelés particules alpha (particules α).
Ils ont une charge "+" égale à deux charges élémentaires (qα=+2e). Le poids des éléments est approximativement égal à quatre masses d'un atome d'hydrogène. Rutherford a pris une préparation radioactive qui émet des particules alpha et a bombardé un mince film d'or (feuille) avec leur flux.
Il a découvert que la plupart des éléments α changent à peine de direction lorsqu'ils traversent des atomes métalliques. Mais il y en a très peu qui dévient en arrière. Pourquoi cela arrive-t-il? Connaissant la physique de la structure de la matière, on peut répondre: parce qu'à l'intérieuratomes d'or, comme tout autre, il existe des éléments positifs qui repoussent les particules alpha. Mais pourquoi cela n'arrive-t-il qu'avec très peu d'éléments ? Parce que la taille de la partie chargée positivement de l'atome est beaucoup plus petite qu'elle-même. Rutherford est arrivé à cette conclusion. Il a appelé la partie chargée positivement de l'atome le noyau.
Le dispositif de l'atome
Physique de la structure de la matière: les molécules sont constituées d'atomes, qui contiennent une minuscule partie chargée positivement (noyau) entourée d'électrons. La neutralité de l'atome s'explique par le fait que la charge négative totale des électrons est égale au positif - le noyau. qcore + qel=0. Pourquoi les électrons ne tombent-ils pas sur le noyau, car ils sont attirés ? Pour répondre à cette question, Rutherford a suggéré qu'ils tournent comme les planètes tournent autour du soleil et n'entrent pas en collision avec lui. C'est le mouvement qui permet à ce système d'être stable. Le modèle atomique de Rutherford est appelé planétaire.
Si l'atome est neutre et que le nombre d'électrons qu'il contient doit être entier, alors la charge du noyau est égale à cette valeur avec un signe plus. qcœurs=+ze. z est le nombre d'électrons dans un atome neutre. Dans ce cas, la charge totale est nulle. Comment trouver le nombre d'électrons dans un atome ? Vous devez utiliser le tableau périodique des éléments. Les dimensions d'un atome sont de l'ordre de 10-10 m. Et les noyaux sont 100 mille fois plus petits - 10-15 m.
Imaginons que nous ayons augmenté la taille du noyau à 1 mètre. Dans un solide, la distance entre les atomes est approximativement égale à la taille d'eux-mêmes, ce qui signifie que les dimensionspassera à 105, soit 100 km. C'est-à-dire que l'atome est pratiquement vide, c'est pourquoi les particules alpha volent principalement à travers la feuille avec presque aucune déviation.
Structure du noyau
La physique de la structure de la matière est telle que le noyau se compose de deux types de particules. Certains d'entre eux sont chargés positivement. Si nous considérons un atome qui a trois électrons, alors à l'intérieur il y a trois particules avec une charge positive. Ils sont appelés protons. D'autres éléments n'ont pas de charge électrique - les neutrons.
Les masses du proton et du neutron sont approximativement égales. Les deux particules ont un poids bien supérieur à celui d'un électron. mproton ≈ 1837mel. Il en va de même pour la masse du neutron. La conclusion en découle: le poids des particules chargées positivement et neutre est un facteur qui détermine la masse d'un atome. Les protons et les neutrons ont un nom commun - les nucléons. Le poids d'un atome est déterminé par son nombre, appelé nombre de masse du noyau. Nous avons désigné le nombre d'électrons dans un atome par la lettre z, mais comme il est neutre, le nombre de particules positives et négatives doit correspondre. Par conséquent, z est également appelé le nombre de protons ou de charge.
Si nous connaissons le nombre de masse et de charge, alors nous pouvons trouver le nombre de neutrons N. N=A - z. Comment savoir combien il y a de nucléons et de protons dans le noyau ? Il s'avère que dans le tableau périodique, à côté de chaque élément, il y a un nombre que les chimistes appellent la masse atomique relative.
Si nous arrondissons, nous n'obtenons rien de plus quenombre de masse ou nombre de nucléons dans le noyau (A). Le numéro atomique d'un élément est le nombre de protons (z). Connaissant A et z, il est facile de trouver N - le nombre de neutrons. Si l'atome est neutre, alors le nombre d'électrons et de protons est égal.
Isotopes
Il existe des variétés de noyau dans lesquelles le nombre de protons est le même, mais le nombre de neutrons peut différer (c'est-à-dire le même élément chimique). Ils sont appelés isotopes. Dans la nature, des atomes de différents types sont mélangés, les chimistes mesurent donc la masse moyenne. C'est pourquoi, dans le tableau périodique, le poids relatif d'un atome est toujours un nombre fractionnaire. Voyons ce qui arrive à un atome neutre si un électron lui est retiré ou, au contraire, si un électron supplémentaire est placé.
Ions
Considérons un atome de lithium neutre. Il y a un noyau, deux électrons sont situés sur une coquille et trois sur l'autre. Si nous retirons l'un d'eux, nous obtenons un noyau chargé positivement. qnoyaux =3ème. Les électrons ne compensent que deux des trois charges élémentaires, et nous obtenons un ion positif. Il est désigné comme suit: Li+. Un ion est un atome dont le nombre d'électrons est inférieur ou supérieur au nombre de protons du noyau. Dans le premier cas, c'est un ion positif. Si nous ajoutons un électron supplémentaire, il y en aura quatre et nous obtiendrons un ion négatif (Li-). Telle est la physique de la structure de la matière. Ainsi, un atome neutre diffère d'un ion en ce que les électrons qu'il contient compensent complètement la charge du noyau.
