Trošku z histórie

Uplynulo už viac ako 105 rokov odvtedy, čo v roku 1897 uverejnil Joseph John Thomson výsledky experimentov, z ktorých vyplývala existencia veľmi ľahkej častice nesúcej elektrický náboj. V tom čase však už meno pre túto časticu existovalo, pretože v roku 1891 Johnstone Stoney navrhol pre elementárny nosič náboja v elektrickom prúde meno elektrón. J. J. Thomson svoj objav elektrónu uplatnil aj v modeli atómu, ako najmenšej stavebnej častici sveta. Podľa tohto modelu je kladný náboj rovnomerne rozdelený v objeme gule s polomerom rádovo 10^-10 m. Elektróny voľne plávajú v objeme gule ako hrozienka v pudingu tak, aby celkový náboj atómu bol neutrálny. Táto predstava prezentovala „Thomsonov model atómu“, ktorý bol tiež známy pod názvom „pudingový model atómu“. Je zaujímavé, že hoci prvotná myšlienka patrí lordovi Kelvinovi, hovorí sa dodnes o Thomsonovom modeli atómu. Sir Wiliam lord Kelvin of Largs, pôvodným menom Wiliam Thomson, prijal meno Kelvin pri povýšení do šlachtického stavu. Možno pomenovanie modelu atómu je z tohto pôvodného mena.

V období rokov 1906 až 1908 vykonali mladí fyzici Hans Geiger a Ernest Marsden pod vedením Ernsta Rutherforda pokusy s rozptylom a-častíc na tenkej zlatej fólii. Cieľom pokusov bolo experimentálne preveriť Thomsonov model atómu. V rámci predpokladov Thomsonovho modelu, experimentátori očakávali malé rozptylové uhly. Na veľké prekvapenie, napriek tomu, že a-častice sú viac než 7 000- krát ťažšie ako elektrón, mnohé z dopadajúcich a-častíc sa odrážali späť. Podľa výpočtov by sa len jedna z každých 10³⁵⁰⁰ a -častíc mala rozptýliť o uhol väčší ako 90⁰, čo bol rozpor s experimentom. Po rokoch prekvapenie experimentátorov popísal Rutherford na jednej prednáške slovami: "Efekt odrazenia a-častice na atóme na základe Thomsonovho modelu bol asi tak pravdepodobný, ako že sa podarí zachytiť granát vystrelený z 15-palcového (asi 45 centimetrov) lodného dela na tenkom cigaretovom papieriku. Napriek tomu sme ten efekt pozorovali."

Vysvetliť pozorované experimenty sa podarilo Rutherfordov na zlatú nedeľu v roku 1910 . Na základe matematického opisu pohybu alfa častice v poli jadra a z pozorovaní našiel prostriedok na dôkaz existencie atómového jadra a jeho elektrického náboja. Rutherford zobrazil atóm ako útvar zložený z malého jadra, v ktorom je sústredený celý kladný náboj a takmer celková hmotnosť atómu. Jadro má celistvý počet / Z / kladných elementárnych nábojov. Okolo jadra sa nachádza Z elektrónov, takže atóm je elektricky neutrálny. Elektróny okolo jadra obiehajú po dynamicky stabilných dráhach, analogickým dráham planét okolo Slnka. Tento model však, ako sme už v úvode spomenuli, nevedel objasniť ani stabilitu atómu, ktorá bola v rozpore s Maxwellovou teóriou, ani pozorovanú emisiu len vybraných frekvencií elektromagnetického žiarenia atómom, charakteristických pre daný atóm.

Tieto nedostatky odstránil v roku 1913 nový model atómu, známy pod menom svojho tvorcu Nielsa Bohra. O Bohrovom modeli atómu vodíka pojednáme v osobitnom paragrafe, venovanom atómu vodíka.

Základné pojmy

Atómy sú najmenšie častice chemických prvkov, ktoré sú zodpovedné za ich chemické vlastnosti. Atóm sa skladá z kladne nabitého jadra, ktorého kladný náboj určuje počet protónov Z, okolo ktorého sa pohybujú elektróny v elektrostatickom poli jadra.

Elektrón je záporne nabitá elementárna častica s nábojom –e a pokojovou hmotnosťou m_e

e = 1,60217733 .10^-19 C, m_e = 9,1093897 . 10^-31 kg.

Protón je elementárna častica s kladným nábojom e a pokojovou hmotnosťou m_p.

m_p = 1,672623.10^-27 kg, resp. m_p~ 1836 m_e.

Atómy sú elektricky neutrálne. Počet elektrónov v neutrálnom atóme sa rovná počtu protónov v jadre (pozri kapitolu 14).

Polomer atómu r_A rádove je 10^–10 m, kým veľkosť jadra je rádove 10^–15 m. Polomer atómu sa mení v závislosti od atómového čísla Z. Ak atóm prijme, alebo stratí elektrón(y), hovoríme o ióne. Je zaužívané označenie H⁺ - jedenkrát pozitívne ionizovaný ión vodíka, resp. Cl^- záporne ionizovaný ión chlóru.

 

Kontrolné otázky

1. Popíšte zloženie atómu.
2. Ktoré častice hmoty určujú jej chemické vlastnosti?
3. Čo určuje protónové číslo Z?
4. Aký rozmer má atóm?
5. Aký rozmer má jadro?
6. Približne koľkokrát je hmotnosť jadra atómu vodíka väčšia ako hmotnosť elektrónu?
7. Kedy hovoríme o ionizovanom atóme?
8. Koľko elektrónov stratili nasledovné ióny: He⁺, Li²⁺, Be³⁺ ?
9. Aká bola postupnosť vývoja predstáv v zložení základnej stavebnej častici sveta? Aká je to častica?
10. Aká bola základná predstava Thomsonovho modelu atómu?
11. Aké experimenty prispeli k zavrhnutiu Thomsonovho modelu atómu?
12. Aká bola základná predstava Rutherfordovho modelu atómu?