從道爾頓的原子論,
一直到19世紀末的電子,
X射線和放射性這三大重要發現得出現,
人們逐漸對原子的結構有了清晰的認識。
本文主要講盧瑟福的核式結構。
一、湯姆遜原子模型
1897年, 英國劍橋大學卡文迪許實驗室的JJ湯姆孫, 通過陰極射線管中電子荷質比的測量, 確定了電子的存在。
電子的發現這項研究在1906年被授予諾貝爾物理學獎。
湯姆孫
1898年湯姆遜發現電子以後, 就提出了 “葡萄乾麵包”式原子模型或稱為“西瓜”模型
他認為:原子中帶正電部分均勻分佈在原子體內,電子鑲嵌在其中。
西瓜模型
西瓜
該模型解釋了原子電中性和原子發光現象。
湯姆孫對原子發光現象的解釋:電子在其平衡位置作簡諧振動, 原子所發出的光的頻率就相當於這些振動的頻率。
二、長岡半太郎的土星模型
土星
日本的長岡半太郎(Hantaro Nagaoka)於1904年提出原子的土星模型, 認為原子內的正電荷集中於中心, 電子均勻地分佈在繞正電球旋轉的圓環上。
三、α粒子散射實驗 — 盧瑟福模型的提出
英國物理學家歐尼斯特·盧瑟福(E.Rutherford), 是本世紀最偉大的實驗物理學家之一, 劍橋大學JJ湯姆孫的高徒之一。
對盧瑟福的介紹可以參看前文:挖土豆的窮孩子到原子物理學之父。
盧瑟福
盧瑟福放射性和原子結構等方面,
都做出了重大的貢獻,
因為放射性元素和射線的研究獲得了諾獎的化學獎。
1909年盧瑟福指導他的德國學生蓋革(H.Geiger)和馬斯頓(E.Marsden)做α粒子轟擊金箔的散射實驗。
實驗目的——檢驗老師湯姆孫提出的西瓜模型的正確性
實驗意義——否定了湯姆孫模型, 導致了原子核的發現。
α粒子轟擊金箔的散射實驗
α粒子轟擊金箔的散射實驗結果:大多數散射角很小, 平均只有2°~ 3°的偏轉;約1/8000散射大於90°;極個別的散射角等於180°。
實驗發現, α粒子在轟擊原子時有大約八千分之一的幾率被反射回來了,
顯然, 湯姆遜的西瓜模型無法解釋 粒子散射實驗中的大角度散射。
盧瑟福經過思考, 認為大角散射是單次散射的結果, 正電荷只能集中在一個很小的核心。
據此, 1911年盧瑟福提出了他的原子結構模型, 通過庫侖散射公式和盧瑟福公式進行了數學結算分析, 1913年經過精心設計的α粒子散射實驗, 驗證了核式結構的成立。
四、盧瑟福核式結構模型 “行星”模型
盧瑟福原子模型
太陽系
盧瑟福提出:
原子中心有一個極小的原子核,它集中了全部正電荷和幾乎所有的品質,所有電子都分佈在它的周圍。
這種情況類似於“行星”,所以這種模型也稱為”行星”模型。
理論和實驗研究都表明,原子核半徑數量級在0.1nm左右,而原子半徑數量級是 原子的萬分之一,所以原子核在原子中是很小的。
五、盧瑟福原子模型的意義
盧瑟福提出了原子的核式結構,即提出了以核為中心的概念 ,從而將原子分為核外與核內兩個部分(我們在日常生活中主要只接觸到核外這一部分),並且大膽地承認了高密度的原子核的存在。對物質結構的認識前進了一大步。
原子模型
當然,人類對物質世界的認識是突飛猛進的,
很快盧瑟福模型就被原子的穩定性,統一性和再生性幾個問題所困擾。
而他的學生玻爾將橫空出世,利用量子理論來解決這些問題,下節繼續講哦。
您對原子模型的理解有什麼真知灼見,請在評論裡一起來討論吧。
盧瑟福原子模型
太陽系
盧瑟福提出:
原子中心有一個極小的原子核,它集中了全部正電荷和幾乎所有的品質,所有電子都分佈在它的周圍。
這種情況類似於“行星”,所以這種模型也稱為”行星”模型。
理論和實驗研究都表明,原子核半徑數量級在0.1nm左右,而原子半徑數量級是 原子的萬分之一,所以原子核在原子中是很小的。
五、盧瑟福原子模型的意義
盧瑟福提出了原子的核式結構,即提出了以核為中心的概念 ,從而將原子分為核外與核內兩個部分(我們在日常生活中主要只接觸到核外這一部分),並且大膽地承認了高密度的原子核的存在。對物質結構的認識前進了一大步。
原子模型
當然,人類對物質世界的認識是突飛猛進的,
很快盧瑟福模型就被原子的穩定性,統一性和再生性幾個問題所困擾。
而他的學生玻爾將橫空出世,利用量子理論來解決這些問題,下節繼續講哦。
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