Raderfordov atomski model

• Saznanje o atomu-otvara pitanje strukture.

• Faradejevi zakoni elektrolize i Tomsonovi eksperimenti-ukazuju na postojanje e-.

• Neutralni atom – negativ nael. kompenzovano pozitivnim.

• Gubitkom e- neutr atom postaje +jon sa naelektrisanjem koje po svojoj veličini odgovara naelektrisanju e-.celom umnošku tog naelektrisanja.

• Masa elektrona znatno manja od mase atoma-pozitivno naelektrisanje je u vezi sa glavnom masom atoma.

• Poz i negat naelektris nalaze se u sveri radijusa oko 10-10 m.

• Tomsonov statički model atoma-sveru atoma ispunjavalo bi + naelektrisanje u kome bi ravnomerno bili raspoređeni e-.

• Plum puding 1903.

• Oscilacijom e- oko ravnotež položaja-objašnjena kvalitativno emisija EMG zračenja.

• slika

• Statički model napušten-ispitivanja rasipanja e- i radioaktivog α-zračenja.

• Ekperimenti Lenarda-ukazali na neodrživost plum puding modela. Veliki br brzih e- prolazio je kroz tanke metalne listide neskrenut.

• Zaključak:u atomu je puno praznog prostora i masa je skoncentrisana u znatno manjem prostoru nego što je veličina atoma. U jezgru atoma.

• Novim eksperimentima –Raderford postavljeni su temelji savremenog shvatanja nuklearne strukture atoma.

• 1906. god Raderford je ispitivao rasejavanje α-čestica na metalnim listidima;

• 1910. Gajger i Mardsen opazili rasejavanje α-čestica sa uglom skoro 180˚;

• 1911. planetarni model atoma-Raderford:unutar atoma +naelektr jezgro, malih dimenzija, u kome je skoro sva masa atoma, oko jezgra kruže e-.

• 1911-1912 Gajger i Mardsen potvrdili eksperimentalno Raderfordove postavke

• Raderford je koristio fotografsku metodu

• Saradnici su koristili efekat scintilacije koje izaziva α-zračenje na zastoru ZnS.

• Brojedi α-čestice koje su pri prolasku kroz listid bile skrenute za ugao vedi od 90˚, našli su da taj odnos iznosi 1:8000.

• Raderford je pretpostavio da u atomu postoji centar intenzivnog el polja koje izaziva rasipanje čestica pod velikim uglom.

• Takvo polje izaziva pozitivno naelektrisanje koncentrisano u malom centru-jezgru.

• Negativno naelektr je raspoređeno po sferi atoma.

• Efekat rasipanja α-čestica Raderf pripisuje samo el.polju jezgra atoma ne i dejstvu e-.

• Sile između α-čestica i jezgra su el prirode i određene su Kulonovim zakonom.

• Veliki br α-čestica prolazi kroz atome daleko od jezgra i ne skrede sa prvobitnog pravca.

• Samo čestice koje prođu dovoljno blizu jezgra skredu – dejsvo kulonovih sila (Coulombo-vih)

Prolazak α-čestica kroz tanke metal folije -slika

Φ=π-2θ FN=p

Raderfordova interpretacija rasipanja α-čestica

Raderfordova interpretacija rasipanja α-čestica

• Nepomično jezgro nalazi se u žiži hiperbole F

• Ona opisuje putanju α-čestica ;čestica dolazi u pravcu PO, skrede za ugao Φ=π-2θ, odlazi u pravcu OP’.

• FN=p normala od jezgra do početnog pravca kretanja α-čestice.

• Stav o održanju momenta količine kretanja

• Stav o održanju energije

• b-najvede mogude približavanje α-čestice jezgru, p=0 i Φ=180˚

• U tom slučaju celokupna Ekin α-čestice prelazi u Epot

• Zavisnost ugla skretanja α-čestica od odnosa p/b:

• (5.6.)

• Tabela

Zamenom b u jednačini 5.6.:

(5.7)

p/b 10 5 2 1 0,5 0,25 0,125

step(°) 5,7 11,4 28 53 90 127 152

• Tabela kvalitativna analiza jednačine (5.7.)

Ako je onda je

cotg φ/2 a ugao skretanja φ

p-rastojanje od prvobitne putanje

čestice do jezgra manje

manji vedi

E-naelektr čestice vede manji

vedi

Ze-naelektrisanje jezgra vede

manji

vedi

MV2/2-kin energ čestice manja

manji

vedi

• Raderford dalje posmatra verovatnodu skretanja čestica pod uglom φ.slika predavanja42

• Snop α-čestica pada normalno na tanku metal foliju debljine t, ima n atoma/jed zapremine.

• α-čestice u vedini slučajeva prolaze neometano kroz foliju.

• Verovatnoda q da de α-čestica predi na rastojanju p od jezgra, zaviside od preseka p2π,gustina atoma u foliji n i debljine folije t:

q=π·p2n·t

slika

• Formula za rasipanje α-čestica

(5.11)

• broj α-čestica N’ koji dolazi na jedinicu površine ekrana, koji se nalazi na rastojanju r i pod uglom Φ u odnosu na primarni pravac α-čestice bide srazmeran:- debljini listida t i gustini atoma u listidu n, kvadratu naelektrisanja jezgra atoma listida (Ze)2 i kvadratu naelektrisanja α-čestica (E)2, obrnuto srazmeran:sin4Φ/2 i kvadratu energije α-čestice (MV2)2 .

• Provera Raderfordove formule Gajger i Mardsen

• Slika aparature

• Metalni cilindar B

• Izvor radioaktivnih zraka

• Dijafragma D

• Folija F.

• Scintilacije koje nastaju usled dolaskaα-čestica na ZnS-ekran S prate se mikroskopom M.

• Cilindar je fiksiran na ploči A-pomera se po krugu.

• Pomeraju se ekran i mikroskop, a fiksirani su folija F i radioaktivni izvor.

• Ne menjajudi ostale uslove ogleda mogla se proveriti formula 5.11 u odnosu na angularnu distribuciju.

• Ako se menja samo φ iz formule 5.11 sledi

proizvod je constantan.

U tabeli 5.2.-Vukanovic (67 str) su dati rezultati što ukazuje na potvrdu Raderfodove formule.

U tabeli su dati rezultati što ukazuje na potvrdu Raderfodove formule.

• U tabeli su dati rezultati što ukazuje na

potvrdu Raderfordove formule.

• Važno je uočiti domen važenja Rad formule, s obzirom na rastojanje do koga se α čestica približava jezgru.

• Postoji gornja granica-čestica prolazi toliko daleko da nema uticaja Kulonovih sila između nje i jezgra.

• Varira granica, ali leži na rastojanju od oko 10-9 cm od jezgra.

• Postoji i donja granica važenja Rad formule.

Slika zavisnosti angularne distribucije od

debljine folije

• Na osnovu ispitivanja rasipanja čestica pod velikim uglovima Rad je dobio informacije o dimenzijama jezgra.

• Primer:rasipanje čestica na Au-nađeno da do rastojanja od 3,2·10-12 cm važi Kulonov zakon.

• Po Rad formuli može se exper odrediti naelektrisanje jezgra Ze.

• Opisana ispitivanja su omogudila postavljanje dinamičkog modela atoma.

• Jezgro je oko 104 puta manje od dimenzija atoma.

• Masa jezgra predstavlja gotovo svu masu atoma.

• poz+ naelektr jezgra po veličini je isto sa negativ – naelektris koje imaju e- koji kruže oko jezgra.

• Kulonova privlačna sila između e- i jezgra izjednačuje se sa centrifugalnom silom, dobija se dinamička stabilnost.