Правда или ложь?🧐
Открываем серию постов из пяти самых распространённых заблуждений об атомах.
Сотрудники Центрального проектно-технологического института познакомились с популярными мифами и развенчали общепринятые стереотипы.
Сегодня подвергнем сомнению следующее утверждение:
❓Модель Резерфорда идентична последним представлениям о строении атома.
Отчасти утверждение является верным. Планетарную модель атома в 1911-м предложил Эрнест Резерфорд. Лёгкие электроны вращались вокруг атома будто планеты вокруг Солнца. Исследователи буквально бомбардировали лист жестяной фольги альфа-частицами, что позволило определить: практически все частицы пронизывают образец насквозь. При этом единичные частицы всё же отражались. Незамедлительно последовали объяснения самого Резерфорда. Согласно его мнению, масса распределялась в веществе неравномерно, более того, концентрировалась в «сгустки» или, иначе говоря, атомные ядра, несущие положительный заряд. Он, в свою очередь, и отталкивал положительно заряженные альфа-частицы. Лёгкие отрицательно заряженные частицы избегали своего попадания на ядро и вращались. С уверенностью можно было утверждать, что центробежная сила уравновешивала электростатическое притяжение.
Впоследствии Резерфорд испытал огорчение. Электрон, производя вращение вокруг ядра, создаёт переменное электрическое и магнитное поле. Они распространяются со скоростью света и обладают формой электромагнитной волны. Именно такая волна – носитель энергии.
Получается, электрон, приступивший к вращению вокруг ядра, несомненно потеряет энергетическую ценность и случится его падение на ядро. Тот же самый аргумент нельзя применить в отношении Солнечной системы. Гравитационные волны, если они и есть, значительно слабее электромагнитных, а энергия, таящаяся внутри планет, значительно больше, чем в электронах. Вот и «запас хода» у планет на множество порядков дольше.
Противоречие разрешил молодой теоретик Нильс Бор. Но и его решение стало частичным. Среди орбит электрона присутствуют такие, на которых электрон способен находиться на протяжении долгого времени, не излучая. Он переходит с одной стационарной орбиты на другую. При этом поглощает или излучает квант электромагнитного поля с энергией, которая равна разности энергий двух орбит.
Дальше Бор прибег к начальным принципам квантовой физики. Учёный вычислил параметры стационарных орбит и энергии квантового излучения, которые полностью соответствовали переходам. Данные уже были получены спектроскопами. Удивительно, но теоретические догадки Бора оказались практически идентичными с результатами спектроскопических измерений.
Триумф Бора не внёс ясность в вопрос физики атома. Она оставалась полуэмпирической, то есть теория наличия стационарных орбит никак не объясняла их физические особенности. Достигнуть чёткого понимания получилось через десятки лет. Ситуацию прояснила квантовая механика.
Опираясь на новую теорию, электрон подчиняется принципам неопределённости и описывается вовсе не материальной точкой, а волновой функцией.
Сама волновая функция будто бы размазывается по всей орбите. Каждый момент времени характеризуется суперпозицией состояний, которые соответствуют всем точкам орбиты. Дополнительно плотность распределения массы по пространственным рамкам, которая определяется волновой функцией, не зависит от времени. Переменное электромагнитное поле вокруг электрона не возникает. Отсюда отсутствие потерь энергии.
Получается, модель Резерфорда даёт правильное представление о том, как выглядит атом, но ничуть не объясняет, как именно он устроен.
Совсем скоро мы разрушим ещё более интересный миф, следите за обновлениями и делитесь интересной информацией с друзьям 🤝