📜  卢瑟福的原子模型

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:54:17.867000             🧑  作者: Mango

卢瑟福的原子模型

由于 JJ Thomson 的原子模型存在缺陷并且存在重大缺陷,因此 Ernest Rutherford 提出了一个更新的模型,作为以下原子模型的基础。为了寻找有关原子内电子排列的答案,卢瑟福进行了一项实验,在该实验中,快速移动的 α 粒子撞击了薄金箔。

卢瑟福的 Alpha (α) 粒子散射实验

为了确定电子在原子中的排列方式,卢瑟福组织了 Alpha (α) 粒子散射实验。快速移动的 α 粒子被引导轰击薄薄的金片。

  • 选择金箔以获得极薄的层。金箔的厚度约为 1000 个原子。
  • 双电荷氦离子被称为α粒子。快速移动的 α 粒子拥有大量能量,因为它们的质量约为 4 amu。

假设是 α 粒子会被金原子中的亚原子粒子偏转。卢瑟福没想到会出现明显的偏转,因为 α 粒子比质子重得多。然而,该实验产生了完全出乎意料的结果。

观察

卢瑟福从他的 α 粒子散射实验中观察到以下内容:

  1. 大多数快速移动的α粒子直接穿过金箔。
  2. 箔片以相当小的角度偏转了一些α粒子。
  3. 只有少数 α 粒子完全偏转回来(180 度)。

图 1. 卢瑟福的 Alpha 粒子散射实验(上图)

结论

卢瑟福从他的观察中得出以下结论:

  1. 因为大部分指向金片的α粒子没有任何偏转穿过它,所以原子中的大部分空间是空的。
  2. 只有少数 α 粒子偏离了它们的路线,这表明原子的正电荷占据的空间相对较小。
  3. 由于极小百分比的α粒子完全反弹,这意味着原子的质量和正电荷集中在一个小体积中,并且分布不均匀。

卢瑟福的原子模型

卢瑟福原子模型的特点:

卢瑟福根据上述观察和结论假设了元素的原子结构。卢瑟福原子模型指出:

  1. 带正电的粒子和原子的大部分质量都集中在一个非常小的体积中。他把这部分原子称为原子核。与整个原子的大小相比,这个原子核的大小非常小。
  2. 根据卢瑟福的说法,带负电的电子环绕着原子核。他相信环绕原子核的电子以高速绕着原子核运动。他将这些圆形路线称为明确定义的轨道。

原子核和电子通过静电引力结合在一起。

图 2. 卢瑟福的原子模型(上图)

卢瑟福原子模型的缺点

  1. 卢瑟福模型预测电子将围绕带正电的原子核运行,预计该原子核不会稳定。带电粒子沿圆形路线快速运动,会不断失去能量并最终坍缩到原子核中。这导致原子不稳定,而我们知道原子非常稳定。
  2. 因为它只是假设原子核中存在质子,所以卢瑟福模型无法解决原子质量问题。

图 3. 卢瑟福原子模型的缺点

示例问题

问题 1:为什么 JJ Thomson 的原子模型存在缺陷?

回答:

问题2:简要解释卢瑟福的散射实验。

回答:

问题3:卢瑟福通过阿尔法(α)粒子散射实验发现了哪个亚原子粒子?

回答:

问题 4:为什么在 Alpha (α) 粒子散射实验中使用金箔?

回答:

问题 5:卢瑟福的原子模型的主要缺点是什么?

回答:

问题6:散射实验中α粒子偏转了哪些角度?

回答:

问题 7:卢瑟福是如何定义轨道的?

回答: