Model atomu Thomsona - Polski Serwis Naukowy

Reprezentacja modelu atomu "ciasto z rodzynkami".

Model atomu Thomsona, zwany także modelem "'ciasta z rodzynkami" – model atomu zaproponowany przez brytyjskiego fizyka J. J. Thomsona. W modelu tym Thomson założył, że każdy atom jest zbudowany z jednorodnej kuli naładowanej dodatnio, wewnątrz której znajdują się ujemnie naładowane elektrony. Za pomocą tego modelu, mającego obecnie znaczenie tylko historyczne, próbowano w sposób klasyczny wyjaśnić budowę atomu.

Sir Ernest Rutherford (ur. 30 sierpnia 1871 w Brightwater, zm. 19 października 1937 w Cambridge) – chemik i fizyk z Nowej Zelandii. Rutherford jako pierwszy potwierdził istnienie jądra atomowego.

Czworościan foremny (gr. tetraedr) - czworościan, którego ściany są identycznymi trójkątami równobocznymi. Jeden z pięciu wielościanów foremnych. Posiada 6 krawędzi i 4 wierzchołki. Czworościan foremny jest przykładem trójwymiarowego sympleksu. Czworościan foremny jest dualny do samego siebie. Kanoniczne współrzędne wierzchołków czworościanu to (1, 1, 1), (–1, –1, 1), (–1, 1, –1) i (1, –1, –1).

Praca Thomsona opisująca ów model została opublikowana w 1904 roku, w marcowym wydaniu czołowego wówczas czasopisma naukowego Philosophical Magazine. Według Thomsona:

... atomy składają się z ujemnie naładowanych cząstek otoczonych przestrzenią dodatnio naładowaną ...

Model "ciasta z rodzynkami" został obalony w eksperymencie ze złotą folią, przeprowadzonym przez Ernesta Rutherforda i opisanym w 1911 roku. Wyniki eksperymentu, sprzeczne z modelem atomu Thomsona, Rutherford wyjaśnił przyjmując, że atom zawiera bardzo małe jądro naładowane dodatnio, którego ładunek jest tak duży, że jest w stanie utrzymać wokół siebie nawet kilkadziesiąt elektronów, jak w atomie złota.

Philosophical Magazine jest najstarszym na świecie czasopismem naukowym. Zostało założone w 1798 r. w Londynie przez Richarda Taylora i od tego czasu w sposób nieprzerwany wydawane przez Taylor & Francis. Publikowali w nim swoje artykuły tak wybitni uczeni, jak M. Faraday, J.P. Joule, J.C. Maxwell, J.J. Thomson, J.S. Rayleigh, E. Rutherford, N. Bohr czy L. de Broglie. Rozwój nauki w ciągu ostatnich 200 lat może być w dużym stopniu śledzony przez studiowanie artykułów tam zamieszczonych. Jest to czasopismo recenzowane.

Złoto (Au, łac. aurum) – pierwiastek chemiczny, metal przejściowy, o liczbie atomowej 79. Złoto występuje w skorupie ziemskiej w ilości 1,1·10-3 ppm. Występuje ono w przyrodzie w stanie rodzimym. Jest symbolem bogactwa.

Model Thomsona został zastąpiony modelem Rutherforda.

Opis modelu

Dla uproszczenia opisu rozpatrywany jest atom, w którym znajdują się trzy elektrony. Te trzy elektrony znajdujące się w wewnątrz kuli są w niej rozmieszczone symetrycznie – w każdym z wierzchołków trójkąta równobocznego. W sytuacji gdy elektrony są w spoczynku, siły odpychania między nimi są równoważone przez siły przyciągania przez dodatnio naładowaną kulę. Aby siły te były zrównoważone, odległość spoczywających elektronów od środka kuli powinna wynosić 0,57 promienia kuli. Natomiast gdy elektrony krążą wokół środka kuli, wówczas pojawia się dodatkowo siła odśrodkowa, która odpycha je od środka. W miarę gdy prędkość elektronów wzrasta, ich odległość od kuli zwiększa się, aż w pewnym momencie elektrony opuszczą wnętrze kuli. W przypadku dalszego wzrostu prędkości, elektrony będą krążyć po orbitach wokół kuli, do momentu gdy odległość będzie już tak duża, że elektrony opuszczą kulę i atom ostatecznie ulegnie rozerwaniu.

Teoria atomistyczna Daltona – opublikowany w 1808 roku przez angielskiego uczonego Johna Daltona model budowy materii. Dalton przyjął że jest ona zbudowana z atomów, będących niepodzielnymi, sprężystymi kulami (tzw. „model kuli bilardowej”).

Model budowy atomu Bohra – model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu".

Problem pojawiał się, gdy rozpatrywano atomy z coraz większą liczbą elektronów. Ujemnie naładowane elektrony musiały być rozłożone w kuli w sposób symetryczny względem środka, czyli tak, aby była zapewniona równowaga sił elektrostatycznych między nimi a dodatnio naładowaną kulą. Przy czterech elektronach ułożeniem takim będzie rozmieszczenie elektronów w wierzchołkach czworościanu foremnego. Jednak układ ten zapewnia równowagę tylko wówczas, gdy liczba elektronów jest niewielka. Aby rozwiązać ten problem Thomson przyjął, że gdy elektronów w atomie jest dostatecznie dużo, dzielą się one na grupy, które układają się na płaszczyznach współśrodkowych z dodatnio naładowaną kulą. Mimo tych założeń, po przekroczeniu pewnej liczby elektronów, zagadnienie stawało się zbyt skomplikowane matematycznie, aby można było przeprowadzić dokładne obliczenia.

Jądro atomowe – centralna część atomu zbudowana z jednego lub więcej protonów i neutronów, zwanych nukleonami. Jądro stanowi niewielką część objętości całego atomu, jednak to w jądrze skupiona jest prawie cała masa. Przemiany jądrowe mogą prowadzić do powstawania ogromnych ilości energii. Niewłaściwe ich wykorzystanie może stanowić zagrożenie dla środowiska.

Siła odśrodkowa w fizyce – jedna z sił bezwładności występująca w obracających się układach odniesienia. Układy takie zalicza się do układów nieinercjalnych.

Zobacz też

teoria atomistyczna Daltona

model atomu Rutherforda

model atomu Bohra

Przypisy

J.J. Thomson. On the Structure of the Atom: an Investigation of the Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to the Theory of Atomic Structure. „Philosophical Magazine Series 6”. 7 (39) (ang.).
Joseph A. Angelo. „Nuclear Technology”, 2004. Greenwood Publishing (ang.).

Linki zewnętrzne

Model Kelvina-Thomsona – ciasto z rodzynkami