Los descubrimientos en el campo de la estructura atómica se han convertido en un paso importante en el desarrollo de la física. El modelo de Rutherford fue de gran importancia. El átomo como sistema y las partículas que lo componen han sido estudiados con mayor precisión y detalle. Esto condujo al desarrollo exitoso de una ciencia como la física nuclear.
Ideas antiguas sobre la estructura de la materia
La suposición de que los cuerpos circundantes están compuestos de las partículas más pequeñas se hizo en la antigüedad. Los pensadores de esa época representaban al átomo como la partícula más pequeña e indivisible de cualquier sustancia. Argumentaron que no hay nada en el universo más pequeño que un átomo. Estos puntos de vista fueron sostenidos por los grandes científicos y filósofos griegos antiguos: Demócrito, Lucrecio, Epicuro. Las hipótesis de estos pensadores se unen hoy bajo el nombre de "atomismo antiguo".
Actuaciones medievales
Los tiempos de la antigüedad han pasado, y en la Edad Media también hubo científicos que hicieron varias suposiciones sobre la estructura de las sustancias. Sin embargo, el predominio de puntos de vista filosóficos religiosos y el poder de la iglesia en ese período de la historia están en la raíz.suprimió cualquier intento y aspiración de la mente humana a conclusiones y descubrimientos científicos materialistas. Como saben, la Inquisición medieval se comportó de manera muy hostil con los representantes del mundo científico de esa época. Resta decir que las mentes brillantes de entonces tenían una idea que venía de la antigüedad acerca de la indivisibilidad del átomo.
Estudios de los siglos XVIII y XIX
El siglo XVIII estuvo marcado por importantes descubrimientos en el campo de la estructura elemental de la materia. En gran parte gracias a los esfuerzos de científicos como Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov y John D alton. Independientemente unos de otros, pudieron probar que los átomos realmente existen. Pero la cuestión de su estructura interna permaneció abierta. El final del siglo XVIII estuvo marcado por un evento tan significativo en el mundo científico como el descubrimiento del sistema periódico de elementos químicos por D. I. Mendeleev. Este fue un avance verdaderamente poderoso de esa época y levantó el velo sobre el entendimiento de que todos los átomos tienen una sola naturaleza, que están relacionados entre sí. Posteriormente, en el siglo XIX, otro paso importante para desentrañar la estructura del átomo fue la prueba de que cualquiera de ellos contiene un electrón. El trabajo de los científicos de este período preparó un terreno fértil para los descubrimientos del siglo XX.
Los experimentos de Thomson
El físico inglés John Thomson demostró en 1897 que los átomos contienen electrones con carga negativa. En esta etapa, finalmente se destruyeron las falsas ideas de que el átomo es el límite de la divisibilidad de cualquier sustancia. CómoThomson fue capaz de probar la existencia de electrones? En sus experimentos, el científico colocó electrodos en gases altamente enrarecidos y pasó una corriente eléctrica. El resultado fueron los rayos catódicos. Thomson estudió cuidadosamente sus características y descubrió que son una corriente de partículas cargadas que se mueven a gran velocidad. El científico pudo calcular la masa de estas partículas y su carga. También descubrió que no se pueden convertir en partículas neutras, ya que la carga eléctrica es la base de su naturaleza. Así fue como se descubrieron los electrones. Thomson es también el creador del primer modelo del mundo de la estructura del átomo. Según él, un átomo es un montón de materia cargada positivamente, en la que los electrones cargados negativamente se distribuyen uniformemente. Esta estructura explica la neutralidad general de los átomos, ya que las cargas opuestas se equilibran entre sí. Los experimentos de John Thomson se volvieron invaluables para el estudio posterior de la estructura del átomo. Sin embargo, quedaron muchas preguntas sin respuesta.
Investigación de Rutherford
Thomson descubrió la existencia de electrones, pero no pudo encontrar partículas cargadas positivamente en el átomo. Ernest Rutherford corrigió este malentendido en 1911. Durante los experimentos, estudiando la actividad de las partículas alfa en los gases, descubrió que hay partículas cargadas positivamente en el átomo. Rutherford vio que cuando los rayos atraviesan un gas o una placa de metal delgada, una pequeña cantidad de partículas se desvían bruscamente de la trayectoria del movimiento. Fueron literalmente arrojados hacia atrás. El científico supuso queeste comportamiento se explica por la colisión con partículas cargadas positivamente. Tales experimentos permitieron al físico crear el modelo de Rutherford de la estructura del átomo.
Modelo planetario
Ahora bien, las ideas del científico eran algo diferentes de las suposiciones hechas por John Thomson. Sus modelos de átomos también se volvieron diferentes. La experiencia de Rutherford le permitió crear una teoría completamente nueva en esta área. Los descubrimientos del científico fueron de importancia decisiva para el desarrollo posterior de la física. El modelo de Rutherford describe un átomo como un núcleo ubicado en el centro y los electrones se mueven a su alrededor. El núcleo tiene carga positiva y los electrones tienen carga negativa. El modelo del átomo de Rutherford asumía la rotación de los electrones alrededor del núcleo a lo largo de ciertas trayectorias: órbitas. El descubrimiento del científico ayudó a explicar la razón de la desviación de las partículas alfa y se convirtió en el impulso para el desarrollo de la teoría nuclear del átomo. En el modelo del átomo de Rutherford, hay una analogía con el movimiento de los planetas del sistema solar alrededor del sol. Esta es una comparación muy precisa y vívida. Por lo tanto, el modelo de Rutherford, en el que el átomo se mueve alrededor del núcleo en una órbita, se denominó planetario.
Obras de Niels Bohr
Dos años después, el físico danés Niels Bohr intentó combinar ideas sobre la estructura del átomo con las propiedades cuánticas del flujo de luz. El científico puso el modelo nuclear del átomo de Rutherford como base de su nueva teoría. Según Bohr, los átomos giran alrededor del núcleo en órbitas circulares. Tal trayectoria de movimiento conduce a la aceleraciónelectrones Además, la interacción de Coulomb de estas partículas con el centro del átomo va acompañada de la creación y consumo de energía para mantener el campo electromagnético espacial que surge del movimiento de los electrones. Bajo tales condiciones, las partículas cargadas negativamente deben caer algún día sobre el núcleo. Pero esto no sucede, lo que indica la mayor estabilidad de los átomos como sistemas. Niels Bohr se dio cuenta de que las leyes de la termodinámica clásica descritas por las ecuaciones de Maxwell no funcionan en condiciones intraatómicas. Por lo tanto, el científico se dio a la tarea de derivar nuevos patrones que fueran válidos en el mundo de las partículas elementales.
Postulados de Bohr
En gran parte debido al hecho de que existía el modelo de Rutherford, el átomo y sus componentes estaban bien estudiados, Niels Bohr pudo abordar la creación de sus postulados. El primero de ellos dice que el átomo tiene estados estacionarios, en los que no cambia su energía, mientras que los electrones se mueven en órbitas sin cambiar su trayectoria. De acuerdo con el segundo postulado, cuando un electrón se mueve de una órbita a otra, se libera o absorbe energía. Es igual a la diferencia entre las energías de los estados anterior y posterior del átomo. En este caso, si el electrón s alta a una órbita más cercana al núcleo, entonces se emite energía (fotón), y viceversa. A pesar de que el movimiento de los electrones guarda poca semejanza con una trayectoria orbital ubicada estrictamente en un círculo, el descubrimiento de Bohr proporcionó una excelente explicación de la existencia de una regla.espectro del átomo de hidrógeno. Casi al mismo tiempo, los físicos Hertz y Frank, que vivían en Alemania, confirmaron las enseñanzas de Niels Bohr sobre la existencia de estados estacionarios y estables del átomo y la posibilidad de cambiar los valores de la energía atómica.
Cooperación de dos científicos
Por cierto, Rutherford no pudo determinar la carga del núcleo durante mucho tiempo. Los científicos Marsden y Geiger intentaron volver a verificar las afirmaciones de Ernest Rutherford y, como resultado de experimentos y cálculos detallados y cuidadosos, llegaron a la conclusión de que la característica más importante del átomo es el núcleo, y toda su carga. se concentra en ella. Más tarde se demostró que el valor de la carga del núcleo es numéricamente igual al número ordinal del elemento en el sistema periódico de elementos de D. I. Mendeleev. Curiosamente, Niels Bohr pronto conoció a Rutherford y estuvo totalmente de acuerdo con sus puntos de vista. Posteriormente, los científicos trabajaron juntos durante mucho tiempo en el mismo laboratorio. El modelo de Rutherford, el átomo como sistema formado por partículas elementales cargadas - todo esto Niels Bohr consideró justo y dejó de lado para siempre su modelo electrónico. La actividad científica conjunta de los científicos fue muy exitosa y dio sus frutos. Cada uno de ellos profundizó en el estudio de las propiedades de las partículas elementales y realizó importantes descubrimientos para la ciencia. Más tarde, Rutherford descubrió y probó la posibilidad de la descomposición nuclear, pero este es un tema para otro artículo.
