Jeśli jesteś właścicielem tej strony, możesz wyłączyć reklamę poniżej zmieniając pakiet na PRO lub VIP w panelu naszego hostingu już od 4zł!

Dodaj nas do zakładek

Galaktyki, Gwiazdy ,Planety

  

Wewnętrzna struktura

Wewnętrzna struktura

W 1897 roku J. J. Thomson, badając promienie katodowe, odkrył elektrony i doszedł do wniosku, że znajdują się one w każdym atomie. Tym samym obalił tezę, że atomy są ostatecznymi, niepodzielnymi elementami materii. Stworzył pierwszy model struktury atomu, w którym ujemnie naładowane elektrony unoszą się w jednorodnej, dodatnio naładowanej kuli. Model ten obalili w 1909 roku Hans Geiger, Ernest Marsden i Ernest Rutherford, gdy bombardując złotą folię cząstkami alfa odkryli, że niewielka część cząstek alfa jest odbijana, co było sprzeczne z przewidywaniami w modelu Thomsona. Na podstawie tych wyników Rutherford stworzył nowy model atomu, w którym dodatni ładunek i większość masy atomu są skupione w niewielkim jądrze w jego centrum, a ujemnie naładowane elektrony krążą wokół jądra.

W 1913 roku Frederick Soddy, badając produkty rozpadu promieniotwórczego, odkrył, że atomy każdego pierwiastka mogą występować w kilku odmianach różniących się nieco masą atomową. Określenie izotop (z gr. isos topos – „w tym samym miejscu”) zasugerowała mu szkocka pisarka i lekarz, Margaret Todd (1859–1918). J. J. Thomson opracował technikę segregowania atomów ze względu na ich stosunek masy do ładunku w zjonizowanych gazach, co umożliwiło odkrycie stabilnych izotopów.
Model Bohra atomu wodoru, pokazujący przeskok elektronu między orbitami i emisję fotonu o określonej energii

Jednocześnie w 1913 roku fizyk Niels Bohr zaproponował wyjaśnienie występowania linii spektralnych w widmach emisyjnych pierwiastków przez wprowadzenie hipotezy istnienia zestawu dopuszczalnych orbit, na których mogą krążyć elektrony wokół jądra atomowego. W jego modelu każdy elektron musiał zaabsorbować lub wyemitować foton o określonej energii, żeby przeskoczyć między orbitami.

Korzystając z tego modelu, Gilbert Newton Lewis zaproponował w 1916 roku wyjaśnienie istoty wiązań chemicznych jako wymianę i współdzielenie elektronów na najwyższych orbitach atomowych. W 1919 roku Irving Langmuir zaproponował wytłumaczenie okresowości właściwości pierwiastków jako efekt grupowania się elektronów na pewnych orbitach tworzących powłoki elektronowe.

W 1922 roku doświadczenie Sterna-Gerlacha pokazało, że kierunek wektora magnetycznego momentu dipolowego atomów jest skwantowany. Specjalnie ukształtowane pole magnetyczne dzieliło strumień przelatujących przez nie atomów srebra na dwie rozdzielone wiązki. Zgodnie z mechaniką klasyczną takie zjawisko nie powinno mieć miejsca, ponieważ moment magnetyczny każdego atomu powinien móc być skierowany w dowolnym kierunku i oddziaływanie z zewnętrznym polem magnetycznym mogło jedynie rozciągnąć strumień atomów w jakimś kierunku. Zamiast tego atomy zostały rozdzielone na dwie grupy, w których wektor momentu magnetycznego skierowany był w górę lub w dół.

W 1924 roku Louis de Broglie zaproponował, że wszystkie cząstki mogą zachowywać się jak fale. W 1926 roku Erwin Schrödinger rozwinął tę ideę, przedstawiając matematyczny model atomu, w którym ruch elektronów został opisany funkcjami fal stojących. Konsekwencją opisywania cząstek jako fali było to, że matematycznie niemożliwe stało się jednoczesne określenie ich położenia i pędu, co zostało sformułowane jako zasada nieoznaczoności przez Wernera Heisenberga w 1926 roku. Zgodnie z nią, zwiększając precyzję pomiaru położenia, zmniejsza się jednocześnie precyzję pomiaru pędu i vice versa. Model Schrödingera umożliwił rozwiązanie problemów, które napotykały wcześniejsze modele przy wyjaśnianiu linii spektralnych atomów cięższych od wodoru. Obecnie przyjmuje się go za obowiązujący.
Schemat działania spektrometru mas

Wynalezienie spektrometru mas umożliwiło dokładne zmierzenie bezwzględnych mas atomowych. Urządzenie to wykorzystuje pole magnetyczne do odchylenia trajektorii jonów, a stopień odchylenia zależy od stosunku ładunku jonu do jego masy. Francis William Aston jako pierwszy udowodnił przy jego użyciu, że izotopy mają różne masy i że różnice w ich masach są wielokrotnościami tej samej masy. W 1932 roku fizyk James Chadwick wyjaśnił te różnice odkrywając neutron – elektrycznie obojętną cząstkę podobną do protonu. Izotopy okazały się atomami o tej samej liczbie protonów, ale różniącymi się liczbą neutronów w jądrze.