Les découvertes dans le domaine de la structure atomique sont devenues une étape importante dans le développement de la physique. Le modèle de Rutherford était d'une grande importance. L'atome en tant que système et les particules qui le composent ont été étudiés plus précisément et en détail. Cela a conduit au développement réussi d'une science telle que la physique nucléaire.
Idées anciennes sur la structure de la matière
L'hypothèse selon laquelle les corps environnants sont composés des plus petites particules a été faite dans les temps anciens. Les penseurs de cette époque représentaient l'atome comme la particule la plus petite et indivisible de toute substance. Ils ont soutenu qu'il n'y a rien dans l'univers plus petit qu'un atome. De telles opinions étaient partagées par les grands scientifiques et philosophes grecs anciens - Démocrite, Lucrèce, Épicure. Les hypothèses de ces penseurs sont aujourd'hui réunies sous le nom d'« atomisme antique ».
Représentations médiévales
Les temps de l'Antiquité sont passés, et au Moyen Âge, il y avait aussi des scientifiques qui ont fait diverses hypothèses sur la structure des substances. Cependant, la prédominance des opinions philosophiques religieuses et le pouvoir de l'Église à cette période de l'histoire sont à l'originesupprimé toutes les tentatives et aspirations de l'esprit humain à des conclusions et découvertes scientifiques matérialistes. Comme vous le savez, l'Inquisition médiévale s'est comportée de manière très hostile avec les représentants du monde scientifique de l'époque. Il reste à dire que les esprits alors brillants avaient une idée venue de l'antiquité sur l'indivisibilité de l'atome.
Études XVIIIe-XIXe siècle
Le XVIIIe siècle a été marqué par de sérieuses découvertes dans le domaine de la structure élémentaire de la matière. En grande partie grâce aux efforts de scientifiques tels qu'Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov et John D alton. Indépendamment les uns des autres, ils ont pu prouver que les atomes existent réellement. Mais la question de leur structure interne restait ouverte. La fin du XVIIIe siècle a été marquée par un événement aussi important dans le monde scientifique que la découverte du système périodique des éléments chimiques par D. I. Mendeleïev. Ce fut une percée vraiment puissante de cette époque et a levé le voile sur la compréhension que tous les atomes ont une seule nature, qu'ils sont liés les uns aux autres. Plus tard, au 19ème siècle, une autre étape importante vers le démêlage de la structure de l'atome a été la preuve que l'un d'entre eux contient un électron. Les travaux des scientifiques de cette période ont préparé un terrain fertile pour les découvertes du XXe siècle.
Les expériences de Thomson
Le physicien anglais John Thomson a prouvé en 1897 que les atomes contiennent des électrons avec une charge négative. À ce stade, les idées fausses selon lesquelles l'atome est la limite de la divisibilité de toute substance ont finalement été détruites. CommentThomson a pu prouver l'existence des électrons ? Dans ses expériences, le scientifique a placé des électrodes dans des gaz hautement raréfiés et a fait passer un courant électrique. Le résultat était des rayons cathodiques. Thomson a soigneusement étudié leurs caractéristiques et a découvert qu'il s'agissait d'un flux de particules chargées qui se déplaçaient à grande vitesse. Le scientifique a pu calculer la masse de ces particules et leur charge. Il a également découvert qu'ils ne peuvent pas être convertis en particules neutres, car la charge électrique est à la base de leur nature. C'est ainsi que les électrons ont été découverts. Thomson est également le créateur du premier modèle mondial de la structure de l'atome. Selon elle, un atome est un tas de matière chargée positivement, dans laquelle les électrons chargés négativement sont uniformément répartis. Cette structure explique la neutralité générale des atomes, puisque des charges opposées s'équilibrent. Les expériences de John Thomson sont devenues inestimables pour l'étude plus approfondie de la structure de l'atome. Cependant, de nombreuses questions restaient sans réponse.
Rutherford Research
Thomson a découvert l'existence d'électrons, mais il n'a pas réussi à trouver des particules chargées positivement dans l'atome. Ernest Rutherford a corrigé ce malentendu en 1911. Au cours d'expériences, étudiant l'activité des particules alpha dans les gaz, il découvre qu'il existe des particules chargées positivement dans l'atome. Rutherford a vu que lorsque les rayons traversent un gaz ou une fine plaque de métal, un petit nombre de particules s'écartent brusquement de la trajectoire du mouvement. Ils ont été littéralement repoussés. Le scientifique a deviné quece comportement s'explique par la collision avec des particules chargées positivement. De telles expériences ont permis au physicien de créer le modèle de Rutherford de la structure de l'atome.
Modèle planétaire
Maintenant, les idées du scientifique étaient quelque peu différentes des hypothèses faites par John Thomson. Leurs modèles d'atomes sont également devenus différents. L'expérience de Rutherford lui a permis de créer une théorie complètement nouvelle dans ce domaine. Les découvertes du scientifique ont été d'une importance décisive pour le développement ultérieur de la physique. Le modèle de Rutherford décrit un atome comme un noyau situé au centre et des électrons se déplaçant autour de lui. Le noyau a une charge positive et les électrons ont une charge négative. Le modèle de l'atome de Rutherford supposait la rotation des électrons autour du noyau le long de certaines trajectoires - les orbites. La découverte du scientifique a contribué à expliquer la raison de la déviation des particules alpha et a donné l'impulsion au développement de la théorie nucléaire de l'atome. Dans le modèle atomique de Rutherford, il y a une analogie avec le mouvement des planètes du système solaire autour du soleil. C'est une comparaison très précise et vivante. Par conséquent, le modèle de Rutherford, dans lequel l'atome se déplace autour du noyau sur une orbite, a été appelé planétaire.
Œuvres de Niels Bohr
Deux ans plus tard, le physicien danois Niels Bohr a tenté de combiner les idées sur la structure de l'atome avec les propriétés quantiques du flux lumineux. Le modèle nucléaire de l'atome de Rutherford a été mis par le scientifique comme base de sa nouvelle théorie. Selon Bohr, les atomes tournent autour du noyau sur des orbites circulaires. Une telle trajectoire de mouvement conduit à une accélérationélectrons. De plus, l'interaction coulombienne de ces particules avec le centre de l'atome s'accompagne de la création et de la consommation d'énergie pour entretenir le champ électromagnétique spatial issu du mouvement des électrons. Dans de telles conditions, des particules chargées négativement doivent tomber un jour sur le noyau. Mais cela ne se produit pas, ce qui indique la plus grande stabilité des atomes en tant que systèmes. Niels Bohr s'est rendu compte que les lois de la thermodynamique classique décrites par les équations de Maxwell ne fonctionnent pas dans des conditions intraatomiques. Par conséquent, le scientifique s'est donné pour tâche de dériver de nouveaux modèles qui seraient valables dans le monde des particules élémentaires.
Postulats de Bohr
En grande partie grâce au fait que le modèle de Rutherford existait, l'atome et ses composants étaient bien étudiés, Niels Bohr a pu aborder la création de ses postulats. Le premier d'entre eux dit que l'atome a des états stationnaires, dans lesquels il ne change pas d'énergie, tandis que les électrons se déplacent sur des orbites sans changer leur trajectoire. Selon le deuxième postulat, lorsqu'un électron passe d'une orbite à une autre, de l'énergie est libérée ou absorbée. Elle est égale à la différence entre les énergies des états précédents et suivants de l'atome. Dans ce cas, si l'électron saute sur une orbite plus proche du noyau, alors de l'énergie (photon) est émise, et vice versa. Malgré le fait que le mouvement des électrons ressemble peu à une trajectoire orbitale située strictement dans un cercle, la découverte de Bohr a fourni une excellente explication de l'existence d'unspectre de l'atome d'hydrogène. À peu près à la même époque, les physiciens Hertz et Frank, qui vivaient en Allemagne, ont confirmé les enseignements de Niels Bohr sur l'existence d'états stationnaires et stables de l'atome et la possibilité de modifier les valeurs de l'énergie atomique.
Coopération de deux scientifiques
Au fait, Rutherford n'a pas pu déterminer la charge du noyau pendant longtemps. Les scientifiques Marsden et Geiger ont essayé de revérifier les déclarations d'Ernest Rutherford et, à la suite d'expériences et de calculs détaillés et minutieux, sont arrivés à la conclusion que c'est le noyau qui est la caractéristique la plus importante de l'atome, et toute sa charge y est concentré. Plus tard, il a été prouvé que la valeur de la charge du noyau est numériquement égale au nombre ordinal de l'élément dans le système périodique des éléments de D. I. Mendeleev. Fait intéressant, Niels Bohr a rapidement rencontré Rutherford et était entièrement d'accord avec ses vues. Par la suite, les scientifiques ont longtemps travaillé ensemble dans le même laboratoire. Le modèle de Rutherford, l'atome en tant que système constitué de particules élémentaires chargées, tout cela que Niels Bohr considérait comme juste et écartait à jamais son modèle électronique. L'activité scientifique conjointe des scientifiques a été très fructueuse et a porté ses fruits. Chacun d'eux s'est plongé dans l'étude des propriétés des particules élémentaires et a fait des découvertes importantes pour la science. Rutherford a découvert et prouvé plus tard la possibilité d'une décomposition nucléaire, mais c'est un sujet pour un autre article.
