Атамная тэорыя

Атамная тэорыя — фізічная тэорыя, якая прадугледжвае, што ўсё на свеце складаецца з драбнюткіх часціц — атамаў, змацаваных паміж сабой ядзернымі і электрычнымі сіламі. У XX стагоддзі на практыцы было даказана, што атам можна падзяліць на яшчэ драбнейшыя — субатамныя — часціцы.

 Гісторыя 

 Атамізм 
У старажытнагрэчаскай філасофіі, а потым у сярэднія вякі, людзі меркавалі, што рэчы вакол іх складаюцца з дзвюх частак: непадзельных атамаў, нейкім чынам сашчэпленых адзін з адным, і з пустаты паміж атамамі. Атамы лічыліся вечнымі і незнішчальнымі карпускуламіAristotle, Metaphysics I, 4, 985b 10—15.Berryman, Sylvia, «Ancient Atomism», The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2008 Edition), Edward N. Zalta (ed.), http://plato.stanford.edu/archives/fall2008/entries/atomism-ancient/. Гэта пазіцыя была адлюстравана ў працах такіх філосафаў, як Дэмакрыт ці Леўкіп, але ніякіх доказаў гэтай тэорыі ў той час не было.

 Першая тэорыя будовы атама 
У канцы XVIII стагоддзя былі адкрыты хімічныя законы захавання:

 Закон захавання масы, адкрыты ў 1789 годзе Антуанам Ларанам Лавуазье, кажа, што маса рэактываў у час хімічнай рэакцыі не змяняеццаWeisstein, Eric W. Lavoisier, Antoine (1743—1794)]. scienceworld.wolfram.com. Проверено 1 августа 2009.;
 Закон пастаянства саставу, адкрыты ў 1799 годзе Жозэфам Луі Прустам, кажа, што кожнае вызначанае хімічнае злучэнне, незалежна ад спосабу яго атрымання, складаецца з адных і тых жа хімічных элементаўProust, Joseph Louis. «Researches on Copper», excerpted from Ann. chim. 32, 26-54 (1799) [as translated and reproduced in Henry M. Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry, 1400—1900 (Cambridge, MA: Harvard, 1952)]. Retrieved on August 29, 2007.;
 Закон кратных адносін, адкрыты ў 1803 годзе Джонам Дальтонам, кажа, што адносіны мас аднаго элемента да іншага будуць цэлым лікамAndrew G. van Melsen. From Atomos to Atom. — Mineola, N.Y. : Dover Publications, 1952. — ISBN 0-486-49584-1..

Гэтыя законы не маглі б выконвацца з такой дакладнасцю, калі б матэрыя не была дыскрэтнай структурай. Але ў той час была не зусім ясная структура таго, што цяпер мы называем «малекулай». У 1811 годзе Амедэа Авагадра правёў серыю доследаў з газам і высветліў, што два літры вадароду рэагуюць толькі з адным літрам кіслароду пры атрыманні вадзяной парыAvogadro, Amedeo (1811.). «Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and the Proportions in Which They Enter into These Compounds».. А з адкрыццём у 1827 годзеEinstein, A. (1905). «Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen». Annalen der Physik. 322 (8): 549. броўнаўскага руху, стала відавочна, што матэрыя складаецца з асобных часціц — атамаў, здольных збірацца ў групы — малекулы, то бок была створана атамная тэорыя будовы рэчыва.

 Адкрыццё субатамных часціц 

Да 1897 года атамы лічыліся непадзельнымі. У 1897 годзе Джозэф Джон Томсан правёў досвед з круксавай трубкай, у якім упершыню назіраўся электрон. На катод падавалася пэўнае напружанне і, як пасля аказалася, у такіх умовах катод выпраменьвае пучкі электронаў. Томсан высветліў, што гэтыя пучкі адхіляюцца пры ўздзеянні на іх электрамагнітным полем. Сам Томсан называў гэтыя часціцы корпускул, але пазней ім далі асобнае імя — электроны.

 Адкрыццё ядра атама 

Мадэль атама Томсана была аспрэчаная ў 1909 годзе вучнем Томсана — Эрнэстам Рэзерфордам. Апошні выявіў, што атам не аднастайны па сваёй структуры: у цэнтры знаходзіцца масіўнае станоўча зараджанае шчыльнае ядро, а вакол яго, як планеты вакол Сонца, лётаюць адмоўна зараджаныя электроны.

Аказалася, калі абстрэльваць альфа-часціцамі тонкі ліст золата, то альфа-часціцы будуць адхіляцца на розныя куты, прычым частка з іх — на кут больш π/2 а такое можа быць толькі калі масіўная станоўчая альфа-часціца сустракае на сваім шляху досыць масіўную станоўчую перашкоду.

 Стварэнне квантавай тэорыі атама 

У планетарнай мадэлі быў шэраг недахопаў, з якіх самым істотным быў недахоп, звязаны з тэарэтычна дакладнай стратай энергіі электрона: так як электрон круціцца вакол атама, то на яго дзейнічае цэнтраімклівае паскарэнне, а па формуле Лармора любая зараджаная часціца, якая рухаецца з паскарэннем, выпраменьвае. Гэта значыць губляе энергію. А калі электрон губляе энергію, то ў рэшце рэшт ён павінен зваліцца на ядро, чаго ў рэальнасці не адбываецца.

У 1913 годзе Нільс Бор выказаў здагадку, што электрон круціцца не цалкам хаатычна, а на строга вызначаных арбітах, не змяняючы сваёй энергіі праз доўгі час. Пераход з арбіты на арбіту патрабуе пэўнай энергіі — кванта.

 Адкрыццё ізатопаў 

У 1907 годзе радыёхімікам Фрэдэрыкам Содзі было выяўлена, што існуюць рэчывы з аднолькавымі хімічнымі ўласцівасцямі, але адрозныя колькасцю нейтронаў.

 Адкрыццё ядзерных часціц 

У 1917 годзе Эрнэст Рэзерфорд бамбардзіраваў азотны газ з альфа-часціцамі і назіраў, як ядры вадароду выкідваюцца з газу (Рэзерфорд прызнаў іх, таму што раней ён атрымліваў іх праз бамбаванне вадароду альфа-часціцамі і назіранне за ядрамі вадароду ў прадуктах). Рэзерфорд прыйшоў да высновы, што ядры вадароду ўзнікаюць з ядраў саміх атамаў азоту (па сутнасці, ён расшчапіў азот).

З яго ўласнай працы і працы сваіх вучняў Нільса Бора і , Рэзерфорд ведаў, што станоўчы зарад любога атама заўсёды можа прыраўноўвацца да цэлай колькасці вадародных ядраў. Гэта ў спалучэнні з атамнай масай многіх элементаў прыблізна эквівалентна цэламу ліку атамаў вадароду — якія тады лічыліся самымі лёгкімі часціцамі — прыводзяць яго да высновы, што ядры вадароду з’яўляюцца адзінкавымі часціцамі і асноўным складнікам усіх атамных ядраў. Ён назваў такія часціцы пратонамі. Далейшыя эксперыменты Рэзерфорда выявілі, што ядзерная маса большасці атамаў перавышала масу пратонаў, якімі ён валодаў; ён выказаў здагадку, што гэтая лішняя маса складалася з невядомых раней нейтральна зараджаных часціц, якія папярэдне называлі «нейтронамі».

У 1928 г. Уолтэр Бот заўважыў, што пры бамбаванні альфа-часціцамі берылій выпускае моцна пранікальнае электрычна нейтральнае выпраменьванне. Пазней было выяўлена, што гэта выпраменьванне можа выбіць атамы вадароду з парафінавага воску. Першапачаткова гэта лічылася высокаэнергетычным гама-выпраменьваннем, паколькі гама-выпраменьванне мела падобны эфект на электроны ў металах, але Джэймс Чэдвік палічыў, што эфект іанізацыі быў занадта моцным, каб ён быў абумоўлены электрамагнітным выпраменьваннем, калі энергія і імпульс былі захаваны ва ўзаемадзеянні. У 1932 годзе Чадвік падвергнуў розныя элементы, такія як вадарод і азот, таямнічаму «выпраменьванню берылію», і, вымяраючы энергіі аддаленых зараджаных часціц, ён вывеў, што выпраменьванне насамрэч складалася з электрычна нейтральных часціц, якія не маглі быць бязлітаснымі, як гама-прамень, але замест гэтага трэба было мець масу, падобную да пратона. Цяпер Чадвік заявіў пра гэтыя часціцы як нейтроны Рэзерфорда. За адкрыццё нейтрона Чадвік атрымаў Нобелеўскую прэмію ў 1935 годзе.

 Адкрыццё дзялімасці ядра 

У 1930 годзе было выяўлена, што калі высокаэнергетычныя альфа-часціцы трапляюць на некаторыя лёгкія элементы, то апошнія выпраменьваюць прамяні з незвычайна вялікай пранікальнай здольнасцю. Гэта выпраменьванне валодае значна большай пранікальнай здольнасцю, чым усе вядомыя астатнія прамяні. У 1932 годзе Ірэн і Фрэдэрык Жаліё-Кюры паказалі, што калі гэта невядомае выпраменьванне трапляе на парафін, то ўтвараюцца пратоны высокіх энергій, што не сыходзілася з тэарэтычнымі разлікамі. Джэймс Чэдвік выказаў здагадку, што гэта выпраменьванне складаецца з незараджаных часціц з масай, блізкай да масы пратона, і правёў серыю эксперыментаў [якіх?], якія пацвердзілі гэтую гіпотэзу. Гэтыя незараджаныя часціцы былі названы нейтронамі.

 Літаратура 
 Aristotle, Metaphysics I, 4, 985b 10—15.
 Berryman, Sylvia, «Ancient Atomism», The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2008 Edition), Edward N. Zalta (ed.).
 Proust, Joseph Louis. «Researches on Copper», excerpted from Ann. chim. 32, 26-54 (1799) [as translated and reproduced in Henry M. Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry, 1400—1900 (Cambridge, MA: Harvard, 1952)]. Retrieved on August 29, 2007.
 Andrew G. van Melsen. From Atomos to Atom. — Mineola, N.Y.: Dover Publications, 1952. — ISBN 0-486-49584-1.
 Avogadro, Amedeo (1811.). «Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and the Proportions in Which They Enter into These Compounds». Journal de Physique 73: 58-76.

Катэгорыя:Атамная фізіка