Ik hou van dit verhaal. Het is een verhaal over hoe ideeën veranderden over de aard van het atoom. Dit zijn de noten (en diagrammen) die ik gebruik wanneer ik de atomaire aard van materie aan niet-wetenschappelijke majors leer. Het beste aan dit verhaal is dat het een geweldig voorbeeld van wetenschap is. Wetenschap (of wetenschappers) bouwen een model. Als er nieuw bewijs komt, wordt het model veranderd. Er zijn verschillende andere websites die beschrijven al dit spul, Ik zal een lijst van een paar aan het einde van dit bericht.

typisch schoolboekmodel van een atoom

kijk in een leerboek voor niet-wetenschappelijke majors en u zult waarschijnlijk een afbeelding als deze van het atoom zien. Dit model heeft een aantal goede ideeën in het, maar over het algemeen heeft het een aantal problemen. De sleutel (en geen onjuiste punten) van dit model zijn:

• het atoom bestaat uit protonen, neutronen en elektronen
• het grootste deel van de ruimte wordt ingenomen door het gebied waar de elektronen bestaan
• de protonen en neutronen bevinden zich in de kern van het atoom – de nucleus

genoemd

Grieks model van het atoom

Het moet altijd teruggaan naar de Grieken, nietwaar? Ze hebben wel veel gedaan. Ik weet dat ze echt wetenschappers waren, maar het is nog steeds een goede plek om te beginnen. Hier is een foto van de buste van Democritus.

in het echte leven had hij waarschijnlijk kleur. Democritus wordt gecrediteerd met het bedenken van het atoom. De vraag was, wat zou er gebeuren als je steeds maar iets (zoals een boom) neemt en in steeds kleinere stukjes breekt? Zou het altijd een stuk van een boom zijn? Kun je het in steeds kleinere stukken breken? Democritus zei dat als je het blijft afbreken, je een grootte zou krijgen die niet meer gebroken kan worden. Dit zou het ondeelbare stuk zijn. In het Grieks, atomos = ondeelbaar. Dus, het atoom. (Ik weet dat er meer is bij de Grieken, maar ik heb een plaats nodig om te beginnen)

Dalton ‘ s Model

Ik ga niet in op het experimentele bewijs voor Dalton ‘ s model van het atoom, het het is wel goed spul. Laat me even zeggen wat Dalton zei:

• dingen kunnen worden opgesplitst in elementen (de dingen die op het periodiek systeem staan).
• elementen zijn atomen met verschillende massa ‘ s.
• verbindingen zijn een combinatie van elementen. Zoals water, zout of pizza.

In Principe breidde Dalton net uit op het Griekse idee van het atoom. Een atoom is een klein ding, en er zijn verschillende massa ‘ s met verschillende eigenschappen.

J. Jonah Jameson Thomson – (alias J. J.)

Thomson speelde met kathodestralen. Dit zijn gewoon elektronen stralen (maar kathode straal klinkt koeler). Door de bundel te laten interageren met elektrische en magnetische velden, was Thomson in staat om de massa van een elektron te bepalen. Dus hij wist dat het elektron van het atoom kwam, het had een negatieve lading en een kleine massa. Hier is het model dat hij voorstelde.

Thomson nam het idee van het atoom en probeerde het bewijs voor het elektron op te nemen. In dit model zijn de elektronen de kleine dingen en de rest is positieve materie. Dit wordt vaak de plumb pudding model genoemd omdat de elektronen zijn als dingen in positieve pudding.

Rutherford Scattering

Ernest Rutherford zei op een dag: “hey, I think I will shoot some stuff atoms.”Ik weet zeker dat zijn vrouw zei “Oh, Ernie” (ze noemde hem waarschijnlijk Ernie) “als het maakt je blij om te spelen met je kleine natuurkunde spullen, ga je gang. Ik weet hoe graag je het hebt.”Dat deed hij. Hij schoot wat alfadeeltjes (die eigenlijk gewoon de kern van een heliumatoom zijn) op een heel dun goudfolie. Hier is een diagram van zijn experiment.

If you shoot these positive alpha particles at this positieve pudding atoom, ze moeten meestal stuiteren, toch? Dat is niet wat er gebeurd is. Rutherford ontdekte dat de meeste door de folie gingen. Sommigen van hen keerden terug. Hoe zou dat kunnen als het plumb pudding model juist was? Rutherford ‘ s experiment leidde tot een verandering in het atoommodel. Als de positieve alfa deeltjes meestal door de folie gingen, maar sommige terugkwamen. En als ze al wisten dat het elektron klein en negatief was, dan moet het atoom een kleine positieve kern hebben met de elektronen eromheen.

Bohr Model

het door Niels Bohr voorgestelde model is het model dat u zult zien in veel inleidende wetenschappelijke teksten. Er zitten veel goede ideeën in dit model, maar het is niet degene die het eens is met alle huidige bewijzen. Het model probeert een verbinding te maken tussen licht en atomen.

stel dat je wat licht neemt en je verschillende kleuren verschillende hoeveelheden laat buigen (denk regenboog). Op deze manier kon je zien welke kleuren er aanwezig zijn voor verschillende lichtbronnen. Hier zijn drie verschillende lichtbronnen.

misschien is het licht van de gloeilamp wat u zou verwachten. Dit zijn de kleuren van de regenboog. Maar stel dat je wat waterstofgas hebt genomen en het hebt opgewekt. Er zouden slechts bepaalde kleuren (slechts bepaalde golflengten) van licht worden geproduceerd. Als je licht schijnt door wat waterstofgas, zullen er donkere lichtbanden zijn bij dezelfde kleuren.

Bohr zei dat deze lichtkleuren in het waterstofgas overeenkomen met verschillende energieniveaus die het elektron in waterstof kan hebben. En dit is de sleutel tot het Bohr – model-elektronen kunnen alleen op bepaalde energieniveaus in het atoom zijn. Dit is gek (in ieder geval was het gek voor zijn tijd). Denk aan een planeet die om de zon draait. Het kan op elk energieniveau. In dit geval is er een gravitatiekracht die de planeet aantrekt en die baanbeweging produceert. Dit werkt overal in het zonnestelsel.

vroege natuurkundige dacht aan het elektron in een atoom veel als een planeet rond de zon. Het belangrijkste verschil is dat het elektron (in het Bohr-model) draait door een elektrische interactie en niet door een zwaartekrachtinteractie. Nou, het andere verschil in het Bohr model is dat het elektron niet kan draaien (als het wel draait, wat het niet doet) op Elke afstand en elke energie. Hier is de essentie van het Bohr-model.

het Bohr-model hangt af van een verband tussen de frequentie van het licht en de energie van de niveauverandering. Als licht van een frequentie die overeenkomt met de energieverandering interageert met het atoom, kan het elektron het licht absorberen en een niveau omhoog springen. Als een opgewekt elektron naar beneden springt, verliest het energie. De energie die het elektron verliest wordt licht met een frequentie die overeenkomt met de verandering in energie.

het Bohr-model kan nogal verwarrend zijn voor inleidende studenten, maar het belangrijke punt is dat dit model overeenkomt met het volgende bewijs.

• elektronen zijn klein en negatief geladen
• protonen zitten in de kern en zijn klein vergeleken met de grootte van het atoom
• voor een bepaald element worden slechts bepaalde frequenties (kleuren) van licht geabsorbeerd of uitgezonden.

Schrodinger en Heisenberg Model

Er is een belangrijk punt over het Bohr-model dat niet langer wordt geaccepteerd in de huidige modellen van het atoom. In het Bohr-model draaien de elektronen nog steeds rond de kern zoals planeten rond de zon draaien. Eigenlijk is dit iets dat we niet kunnen zeggen is waar. Het probleem met atomen en elektronen is dat wij mensen, behalve zij, dezelfde regels moeten volgen als zaken als baseballs en planeten. Eigenlijk zijn de regels hetzelfde, maar honkballen en planeten volgen de regels van de kwantummechanica zonder dat wij mensen het merken.

het blijkt dat we eigenlijk niets kunnen zeggen over de baan of positie van elektronen in een atoom. Wat we kunnen zeggen gaat over waarschijnlijkheden. We kunnen zeggen welke regio ‘ s een elektron waarschijnlijk zal zijn. Hier is een diagram dat zou kunnen helpen. Dit zijn kansverdelingen voor de verschillende energieniveaus in een atoom (uit wikipedia)

samenvatting

wetenschappers bouwen modellen. Wanneer nieuw bewijs wordt verzameld, veranderen de modellen.

Links

• Geschiedenis van de Atom – dit is een oude pagina die heeft een gebroken beelden, maar het is wel goed spul
• de Universiteit van Colorado ‘ s Natuurkunde 2000 – weer, oude, maar goede (zo niet een beetje dom)
• Physlet Bohr model
• Tutorial over atomen
• Wikipedia – Democritus
• Wikipedia – J. J. Thomson
• Wikipedia – Ernest Rutherford
• Wikipedia – Niels Bohr

Update:

ik was totaal vergeten dat ik een video gemaakt lezing voor dezelfde dingen. Als je graag wilt luisteren en kijken in plaats van lezen, kijk dan eens.

materie en atomen van Rhett Allain op Vimeo.

ook is er een groot boek over de geschiedenis van het atoom. Geschiedenis van de natuurkunde door Isaac Asimov. Ik beveel dat boek ten zeerste aan, ook al is het niet meer in druk. Ik vond mijn exemplaar in een tweedehands boekwinkel.