îmi place această poveste. Este o poveste despre cum s-au schimbat ideile despre natura atomului. Acestea sunt notele (și diagramele) pe care le folosesc atunci când predau natura atomică a materiei la specializări non-științifice. Cel mai bun lucru despre această poveste este că este un exemplu excelent de știință. Știința (sau oamenii de știință) construiesc un model. Dacă apar noi dovezi, modelul se schimbă. Există mai multe alte site-uri care descriu toate aceste lucruri, voi lista un cuplu la sfârșitul acestui post.

modelul tipic manual al unui atom

Uită-te într-un intro, non-știință majore manual și veți vedea, probabil, o imagine ca aceasta a atomului. Acest model are câteva idei bune în el, dar în general are unele probleme. Cheia (și nu punctele incorecte) ale acestui model sunt:

• atomul este format din protoni, neutroni și electroni
• cea mai mare parte a spațiului este ocupată de zona în care există electronii
• protonii și neutronii se află în nucleul atomului – numit nucleul

modelul grecesc al atomului

întotdeauna trebuie să se întoarcă la greci, nu-i așa? Ei bine, au făcut o mulțime de lucruri. Știu că au fost cu adevărat oameni de știință, dar este încă un loc bun pentru a începe. Iată o imagine a bustului lui Democritus.

în viața reală, probabil că avea culoare. Democrit este creditat că a venit cu atomul. Întrebarea era: ce s-ar întâmpla dacă continuați să luați ceva (ca un copac) și să vă rupeți în bucăți din ce în ce mai mici? Ar fi întotdeauna o bucată de copac? Ai putea să-l spargi în bucăți din ce în ce mai mici? Democrit a spus că, dacă continuați să o descompuneți, veți ajunge la o dimensiune care nu mai poate fi ruptă. Aceasta ar fi piesa indivizibilă. În greacă, atomos = indivizibil. Astfel, atomul. (Știu că există mai mult pentru greci, dar am nevoie de un loc pentru a începe)

modelul lui Dalton

Nu voi intra în dovezile experimentale pentru modelul lui Dalton a atomului, este lucruri bune, deși. Permiteți-mi să precizez ce a spus Dalton:

• lucrurile pot fi împărțite în elemente (lucrurile enumerate în tabelul periodic).
• elementele sunt atomi cu mase diferite.
• compușii sunt o combinație de elemente. Știi, cum ar fi apa, sarea sau pizza.

practic, Dalton tocmai a extins ideea greacă a atomului. Un atom este un lucru mic și există mase diferite cu proprietăți diferite.

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

Thomson a jucat cu raze catodice. Acestea sunt doar fascicule de electroni (dar raza catodică sună mai rece). Prin interacțiunea fasciculului cu câmpurile electrice și magnetice, Thomson a reușit să determine raportul masă / încărcare pentru un electron. Deci, din asta știa că electronul provenea din atom, avea o sarcină negativă și o masă mică. Iată modelul pe care l-a propus.

Thomson a luat ideea atomului și a încercat să încorporeze dovezile pentru electron. În acest model, electronii sunt lucrurile mici, iar restul lucrurilor este o chestiune pozitivă. Acesta este denumit în mod obișnuit modelul de budincă plumb, deoarece electronii sunt ca lucrurile din budinca pozitivă.

Rutherford imprastiere

Ernest Rutherford a spus într-o zi „Hei, cred că voi trage unele lucruri la atomi.”Sunt sigur că soția lui a spus” Oh, Ernie „(probabil că l-a numit Ernie) „dacă te face fericit să te joci cu micile tale lucruri de fizică, dă-i drumul. Știu cât de mult îți place.”Așa a făcut. A împușcat niște particule alfa (care sunt de fapt doar nucleul unui atom de heliu) într-o folie de aur foarte subțire. Iată o diagramă a experimentului său.

dacă trage aceste particule alfa pozitive la acest atom budinca pozitiv, acestea ar trebui să cea mai mare parte sări de pe, nu? Ei bine, asta nu este ceea ce sa întâmplat. Rutherford a descoperit că majoritatea au trecut prin folie. Unii dintre ei au sărit înapoi. Cum ar putea fi asta dacă modelul de budincă plumb ar fi corect? Experimentul lui Rutherford a determinat o schimbare a modelului atomic. Dacă particulele alfa pozitive au trecut în cea mai mare parte prin folie, dar unele au revenit. Și dacă știau deja că electronul era mic și negativ, atunci atomul trebuie să aibă un mic nucleu pozitiv cu electronii din jurul lor.

Modelul Bohr

modelul propus de Niels Bohr este cel pe care îl veți vedea într-o mulțime de texte științifice introductive. Există o mulțime de idei bune în acest model, dar nu este cel care este de acord cu toate dovezile actuale. Modelul încearcă să facă o legătură între lumină și atomi.

Să presupunem că luați puțină lumină și lăsați diferite culori să îndoaie cantități diferite (gândiți-vă la curcubeu). În acest fel, puteți vedea ce culori sunt prezente pentru diferite surse de lumină. Iată trei surse de lumină diferite.

poate că lumina de la bec este ceea ce v-ați aștepta. Acestea sunt culorile curcubeului. Cu toate acestea, să presupunem că ați luat niște hidrogen gazos și l-ați excitat. Ar exista doar anumite culori (numai anumite lungimi de undă) ale luminii produse. Dacă străluciți lumina prin niște hidrogen gazos, vor exista benzi întunecate de lumină la aceleași culori.

deci, Bohr a spus că aceste culori de lumină din hidrogenul gazos corespund diferitelor niveluri de energie pe care le poate avea electronul din hidrogen. Și aceasta este cheia modelului Bohr – electronii pot fi doar la anumite niveluri de energie din atom. Acest lucru este nebun (cel puțin a fost nebun pentru timpul său). Gândiți-vă la o planetă care orbitează Soarele. Poate fi la orice nivel de energie. În acest caz, există o forță gravitațională care atrage planeta care produce mișcare orbitală. Acest lucru va funcționa oriunde în sistemul solar.

fizicianul timpuriu s-a gândit la electronul dintr-un atom ca la o planetă care orbitează în jurul Soarelui. Diferența cheie este că electronul (în modelul Bohr) orbitează datorită unei interacțiuni electrice și nu a unei interacțiuni gravitaționale. Ei bine, cealaltă diferență în modelul Bohr este că electronul nu poate orbita (dacă orbitează, ceea ce nu) la nici o distanță și nici o energie. Iată esența modelului Bohr.

Modelul Bohr depinde de o conexiune între frecvența luminii și energia schimbării nivelului. Dacă lumina de o frecvență corespunzătoare schimbării energiei interacționează cu atomul, electronul poate absorbi lumina și poate sări la un nivel. Dacă un electron excitat sare pe un nivel, pierde energie. Energia pe care o pierde electronul devine lumină cu o frecvență corespunzătoare unei schimbări de energie.

Modelul Bohr poate fi destul de confuz pentru elevii introductivi, dar important este că acest model este de acord cu următoarele dovezi.

• electronii sunt mici și încărcați negativ
• protonii sunt în nucleu cu este mic în comparație cu dimensiunea atomului
• pentru un anumit element, numai anumite frecvențe (culori) de lumină sunt absorbite sau emise.

Modelul Schrodinger și Heisenberg

există un punct cheie despre modelul Bohr care nu mai este acceptat în modelele actuale ale atomului. În modelul Bohr, se crede că electronii orbitează nucleul la fel cum planetele orbitează Soarele. De fapt, acest lucru este ceva ce nu putem spune este adevărat. Problema cu atomii și electronii este că noi, oamenii, cu excepția lor, ne supunem acelorași reguli ca lucrurile precum mingile de baseball și planetele. De fapt, regulile sunt aceleași, dar mingile de baseball și planetele respectă regulile mecanicii cuantice fără ca noi oamenii să observăm.se pare că nu putem spune nimic despre traiectoria sau poziția electronilor într-un atom. Ceea ce putem spune este totul despre probabilități. Putem spune ce regiuni este probabil să fie un electron. Iată o diagramă care ar putea ajuta. Acestea sunt distribuții de probabilitate pentru diferitele niveluri de energie dintr-un atom (de pe wikipedia)

rezumat

oamenii de știință construiesc modele. Când se colectează noi dovezi, modelele se schimbă.

link – uri

• istoria atomului – aceasta este o pagină veche, care are unele imagini rupte, dar este încă lucruri bune
• Universitatea din Colorado fizica 2000 – din nou, vechi, dar bun (dacă nu un pic prostie)
• Physlet Bohr model
• Tutorial pe atomi
• Wikipedia – Democrit
• Wikipedia – J. J. Thomson
• Wikipedia – Ernest Rutherford
• Wikipedia-Niels Bohr

actualizare:

am uitat complet că am făcut o prelegere video pentru aceleași lucruri. Dacă vă place să ascultați și să urmăriți în loc să citiți, verificați acest lucru.

materie și atomi de la Rhett Allain pe Vimeo.

De asemenea, există o mare carte despre istoria atomului. Istoria fizicii de Isaac Asimov. Recomand această carte, chiar dacă nu mai este tipărită. Mi-am găsit copia la un magazin de cărți folosit.