Fizika 12 klasė 04-16

Fizika 12 klasė

Planetinis atomo modelis ir jo ribotumas 2021-04-16

Pamokos tikslas: išsiaiškinti kas yra planetinis atomo modelis ir jo ribotumas 

• 1 Uždavinys: Tomsono atomo modelis

• 2 Uždavinys: Rezerfordo atomo modelis

• 3 Uždavinys: planetinis atomo modelis

• 4 Uždavinys: Boro postulatai. 

Pamokos eiga:

• Susipažinsime su įvairiais atomo modeliais

• Išbandysime atomo sandaros vizualizaciją

• Išspręsime keletą uždavinių

• Savireflkesija

Tomsono atomo modelis 

1897 m. anglų fizikas Džozefas Džonas Tomsonas (Joseph John Thomson, 1856-1940), tyrinėdamas elektros išlydį paretintose dujose, atrado pirmąją elementariąją dalelę - elektroną. Vėliau eksperimentiniais tyrimais buvo įrodyta, kad elektronai įeina į kiekvieno elemento atomo sudėtį. Taip prasidėjo atomo sandaros tyrinėjimų era. 1903 m. elektrono atradėjas Tomsonas pasiūlė pirmąjį atomo modelį. Anot Tomsono, teigiamasis atomo krūvis užima visą atomą ir yra pasiskirstęs jame vienodu tankiu, o neigiamieji elektronai tame atome išsidėstę tarsi razinos kekse.

Rezerfordo atomo modelis 

_{1911 m. Tomsono mokinys Ernestas Rezerfordas (Ernest Rutherford, 1871-1937) atliko bandymus, kurie paneigė mokytojo atomo modelį. Buvo įrodyta, kad teigiamasis elektros krūvis pasiskirstęs ne po visą atomą, o tik mažoje jo dalyje. Rezerfordas pasiūlė atomą zonduoti radžio skleidžiama alfa spinduliuote, t. y. alfa dalelėmis.}

Tuo metu jau buvo žinoma, kad alfa dalelės masė apytiksliai 7000 kartų didesnė negu elektrono. Teigiamasis jos krūvis lygus dvigubam elektrono krūvio moduliui (+2e). Šiomis dalelėmis Rezerfordas apšaudė sunkiųjų elementų atomus.

Iš švininės dėžutės išgręžtu kanalu sklindantis siauras pavienių alfa dalelių pluoštas buvo nukreipiamas į tiriamos medžiagos (aukso) foliją. Dauguma alfa dalelių pralėkdavo ją daugiau ar mažiau nukrypdamos nuo pradinės linkmės. Pasiekusios ekraną, padengtą švytalu, jos sukeldavo šviesos žybsnius, kurie ekrane susiliedavo į apskritą šviesią dėmelę. Išėmus aukso foliją, dėmelė sumažėdavo.

Visiškai atsitiktinai buvo pastebėta, kad nedidelis skaičius alfa dalelių (apytiksliai viena iš dešimties tūkstančių) nukrypdavo nuo pradinės linkmės didesniu negu 90° kampu arba netgi atšokdavo atgal.

Iš tikrųjų alfa dalelės susidūrimas su elektronu, kurio masė apytiksliai 7000 kartų mažesnė negu alfa dalelės, negalėjo taip pakeisti jos trajektorijos. Dalelė galėjo būti atblokšta tik tada, kai teigiamasis atomo krūvis ir masė sukoncentruoti mažoje erdvės srityje. 

Išanalizavęs daugybės bandymų rezultatus, Rezerfordas pasiūlė branduolinį atomo modelį. Jo esmę sudaro tai, kad atomas sudarytas iš mažo masyvaus branduolio, kuriame sutelktas visas teigiamasis krūvis, ir elektronų debesies. Kad, veikiami Kulono traukos jėgų, elektronai nenukristų ant branduolio, jie turi skrieti aplink jį. Rezerfordas manė, kad atomo sandara primena Saulės sistemą, todėl toks atomo modelis buvo pavadintas planetiniu. 

Branduolinis atomo modelis gerai paaiškino alfa dalelių sklaidą, tačiau susidūrė su kitais principiniais sunkumais - negalėjo pagrįsti atomo egzistavimo ir pastovumo. Pagal Maksvelo elektrodinamikos dėsnius su pagreičiu judantis elektronas turi skleisti elektromagnetinę spinduliuotę, kurios dažnis lygus elektrono sukimosi apie branduolį dažniui. 

Vadinasi, klasikinės fizikos požiūriu branduolinis atomas yra nepastovus, egzistuoja trumpai, kol išspinduliuoja visą savo energiją. Tačiau iš tikrųjų taip nėra - atomai yra stabilūs ir nesužadinti gali egzistuoti labai ilgai. Ir vėl atsiranda prieštara, kuri dar kartą patvirtina, kad mikropasaulio reiškinių dėsningumų negalima paaiškinti remiantis klasikinės fizikos dėsniais. 

Boro postulatai 

• atominė sistema gali būti tik ypatingų nuostoviųjų, arba kvantinių, būsenų, kurių kiekvieną atitinka tam tikra energija En; nuostoviosios būsenos atomas nespinduliuoja energijos

• pereidamas iš vienos nuostoviosios būsenos į kitą, atomas išspinduliuoja arba sugeria

Atomas skleidžia spinduliuotę, pereidamas iš didesnės energijos E2 būsenos į mažesnės energijos E1 būseną (E2 > E1). Išspinduliuoto fotono energija lygi dviejų nuostoviųjų atomo būsenų energijų skirtumui: 

Jei atomas energiją sugeria, tai jis pereina iš mažesnės energijos būsenos į didesnės energijos būseną. 

Atomo sužadinimo fizikinį procesą suprasime lengviau, jei pasiremsime atomo energinių būsenų diagrama 

Joje kiekvieną nuostoviąją (kvantinę) atomo būseną vaizduoja horizontali linija. Pirmoji linija E1 atitinka pagrindinę, arba mažiausios energijos, atomo būseną, o visos kitos (E2, E3,..., En), esančios virš pirmosios, - sužadintąsias atomo būsenas. 

Atomas virsta sužadintu tik sugėręs tam tikros energijos fotoną. Atomo perėjimas iš vienos energinės būsenos į kitą vaizduojamas vertikaliomis rodyklėmis. Pavyzdžiui, pereidamas iš sužadintosios būsenos E4 į sužadintąją būseną E2

 atomas šviesos kvantą išspinduliuoja, o, pereidamas iš pagrindinės būsenos E1 į sužadintąją būseną E3 - sugeria. 

https://phet.colorado.edu/sims/html/build-an-atom/latest/build-an-atom_en.html

Užduotis

Atidarę nuorodą surinkite cheminį elementą iš 10 protonų, 10 neutronų ir 10 elektronų, ką gausite?

Atsakymnas

Neonas

Dar susipažinkime išsamiau

https://www.youtube.com/watch?v=JW_Tf2cc00M

Užduotis

Kuris variantas teisingas?

Atsakymas:

c)

Užduotis

https://www.liveworksheets.com/mm1654983ul

Savirefleksija

Ką sužinojote? Kaip patiko pamoka?

Gero savaitgalio :)