MODELY ATOMŮ |
Jakmile se ukázalo, že atomy nejsou nejmenšími částicemi látek, dostali fyzikové nový impulz pro svou experimentální i teoretickou práci. Z jakých částic se atomy skládají, jaké jsou vlastnosti těchto částic, jak jsou v atomech uspořádány, jak "rozbít" atomy ...
Thomsonův pudingový model
Jako první se o popis stavby atomu pokusil v roce 1898 objevitel elektronu J. J. Thomson. Představoval si, že atom je kladně nabitá koule (samozřejmě velmi malá!), uvnitř které jsou rovnoměrně rozptýleny záporně nabité elektrony. Počet elektronů je takový, že kladné a záporné náboje se navzájem ruší a atom se chová jako elektricky neutrální. Thomson přirovnával atom k pudingu, do kterého jsou vmíchány rozinky (elektrony) - proto bývá jeho model nazýván pudingový. Později se však ukázalo, že Thomsonova představa vůbec neodpovídá skutečnosti. (Ukázka)Rutherfordův model
Anglický fyzik E. Rutherford navrhl pokus, při kterém jeho asistenti "ostřelovali" jádry hélia (kladnými částicemi alfa) tenoučkou zlatou fólii a zjišťovali, jak jí částice procházejí. Zjistili, že většina částic prošla bez znatelné výchylky, ale u některých došlo k velkým odchylkám z původního směru. Z toho Rutherford usoudil, že atomy jsou z větší části "prázdné" a jejich kladný náboj je soustředěn do malého a těžkého jádra. V roce 1911 zveřejnil svou představu o atomu, který má těžké kladné jádro, kolem něhož obíhají záporné elektrony. Rutherford však vycházel z klasické fyziky, podle které by kroužící elektron neustále vyzařoval energii a postupně by klesal k jádru, až by v něm zanikl. Atomy však ve skutečnosti zůstávají neměnné, ani Rutherfordova teorie se tedy neosvědčila. (Ukázka)
Bohrův model atomu vodíku
Dánský fyzik N. Bohr patřil k prvním zastáncům Einsteinovy teorie relativity a představ o kvantování energie částic. Roku 1913 předložil teorii stavby atomu vodíku, která byla založena na dvou, v té době zcela revolučních postulátech:
Bohrův model poměrně dobře popisoval vlastnosti atomu nejjednoduššího prvku - vodíku. Přesvědčivě například vysvětlil, proč spektrum vodíku obsahuje jen světla některých vlnových délek. I když odpovídal skutečnosti podstatně lépe než modely předchozí, měl řadu nedostatků a proto fyzikové pokračovali v jeho zdokonalování. (Ukázka)
- Elektron se může bez vyzařování energie pohybovat kolem jádra jen po určitých kvantových dráhách, tzv. orbitalech
- Elektron přijímá nebo vyzařuje energii pouze při přechodu z jednoho orbitalu na druhý. Při přechodu na vzdálenější orbital energii přijímá, při návratu na bližší orbital energii vyzařuje
Planetární Sommerfeldův model
Podle tohoto modelu jsou u složitějších atomů dráhy elektronů nejen kruhové, ale i eliptické. Každý elektron je v tomto modelu charakterizován čtyřmi kvantovými čísly: n (hlavní), l (vedlejší), m (magnetické) a s (spin). Každé kvantové číslo vyjadřuje určitou vlastnost elektronu. Čtenář detektivek by mohl přirovnat kvantová čísla určitého elektronu k daktyloskopickému otisku prstů určitého člověka. Elektrony se stejným hlavním kvantovým číslem n mají stejnou energii, ale pohybují se po různých orbitalech, tvořících elektronovou slupku. Slupky se označují písmeny (K, L, M ...).
Kvantové č. Název Možné hodnoty Význam n hlavní 1, 2, 3 ... pořadí elektronové slupky, energetická hladina l vedlejší 0, 1, 2, ... , n - 1 tvar orbitalu (kružnice, elipsa) m magnetické 0, ± 1, ± 2, ... , ± l orientace orbitalu v prostoru s spin ± 1/2 "směr rotace" elektronu
Počet a uspořádání elektronů v jednotlivých slupkách není libovolný, ale řídí se Pauliho vylučovacím principem (1925):
V daném atomu nemohou existovat dva elektrony ve stejném kvantovém stavu, tj. se stejnými kvantovými čísly n, l, m, s. Jinými slovy: v jednom atomu se nemohou vyskytovat dva elektrony, které by měly všechna čtyři kvantová čísla stejná - musí se lišit aspoň jedním z nich.Sommerfeldův model sice není schopen vysvětlit všechny vlastnosti atomu, ale poskytuje i laikovi aspoň přibližnou představu o stavbě atomu. Dokonalejší popis poskytují modely, které využívají velmi složité matematické operace a ty jsou srozumitelné už jen skutečným odborníkům.
Ukažte myší na název modelu a prohlédněte si "vnitřek" atomu
Thomsonův model
Rutherfordův model
Bohrův model
Planetární model
Kvantově mechanický model
Francouzský fyzik L. de Broglie vyslovil představu, že elektrony mají nejenom částicové, ale i vlnové vlastnosti (využívá se toho například v elektronovém mikroskopu). E. Schrödinger tuto teorii v roce 1926 zpracoval matematicky ve formě soustavy složitých rovnic a vznikl zcela nový model atomu. Podle Schrödingera nemůžeme určit nějakou konkrétní dráhu elektronu, ale jenom pravděpodobnost, s jakou se elektrony vyskytují v různých místech.
Základní složení atomu
Elektronový obal elektron objeven J. J. Thomson, 1897 hmotnost 9,1.10-31 kg el. náboj - 1,6.10-19 C Atomové jádro proton objeven E. Rutherford, 1913 hmotnost 1,67.10-27 kg el. náboj + 1,6.10-19 C neutron objeven J. Chadwick, 1932 hmotnost 1,67.10-27 kg el. náboj bez náboje C nukleony společný název pro protony a neutrony, který navrhli Moller a Pais v r. 1941 poznámka náboj elektronu nebo protonu je dále nedělitelný a proto se nazývá elementární náboj e. Ostatní elektrické náboje jsou celočíselným násobkem elementárního náboje, tj. Q = n.e
