Учитель. Модель атома Томсона была умозрительной. Её можно было подтвердить или опровергнуть только с эксперимента. Экспериментом, который внёс решающий вклад в создание современной теории строения атома, стал опыт, проведённый в 1911 г. Э.Резерфордом совместно со своими ассистентами – Г.Гейгером и Э.Марсденом. Основные работы Резерфорда относятся к физике атома и ядра. Он первым обнаружил (в 1899 г.), что излучение радиоактивных элементов имеет сложный состав; двум компонентам этого излучения он дал названия – -лучи и -лучи. Позднее он установил природу -лучей, отождествив их с дважды ионизированным атомом гелия: (Рассказ учителя об опыте Резерфорда. Демонстрация компьютерной модели опыта.)
Задание 1. Учитывая, что в твёрдом теле атомы упакованы плотно, а расстояние между их центрами составляет величину порядка 2,5 . 10–10 м (по данным рентгено-структурного анализа), рассчитайте, сколько слоёв атомов по толщине содержит золотая фольга толщиной 0,4 мкм.
Учащиеся (решив задачу самостоятельно). Примерно 1600 слоёв.
Задание 2. Рассчитайте, во сколько раз -частица тяжелее электрона.
Учащиеся (решив самостоятельно). В 7350 раз.
Результаты опыта Резерфорда
Учитель (останавливает компьютерную модель и строит на экране монитора график распределения рассеянных -частиц по углам отклонения, после чего проводит фронтальную беседу). Каковы результаты эксперимента? Каких результатов ожидал Резерфорд? Какой вывод можно сделать о состоятельности модели атома Томсона? Результаты эксперимента оказались неожиданными: подавляющая часть -частиц проходила сквозь фольгу практически без отклонения или с отклонением на малые углы по отношению к направлению своего первоначального полёта, но небольшая часть -частиц отклонялась на значительные углы, достигающие почти 180°. Применив методы теории вероятностей, Резерфорд показал, что такие отклонения не могут быть следствием многократных столкновений -частиц с атомами, поэтому объяснить этот результат на основе модели атома Томсона невозможно.
Объяснение результатов опыта
Учитель. Резерфорд пришёл к выводу, что полученное в эксперименте распределение -частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, связанным с большой массой и сконцентрированным в очень малом объёме. И он решил, что атом устроен наподобие планетной системы: малое по размерам положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, и отрицательные электроны, обращающиеся вокруг ядра по замкнутым орбитам. Заряд, отклоняющий -частицы на большой угол, не может принадлежать электрону, т.к. масса электрона мала по сравнению с массой -частицы. Очевидно, что -частица даже не почувствует электрон-«дробинку». Следовательно, электрон не изменит направление движения -частицы. Это также позволяет сделать вывод, что с положительным зарядом, вызывающим отклонение -частиц, связана значительная масса.
Учащиеся (записывают в тетрадь). 1. Атом имеет положительно заряженное ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома. 2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома. 3. Отрицательный заряд всех электронов распределён по всему объёму атома.
Учитель (запускает компьютерную модель рассеивания a-частиц ядром). Попробуем оценить размеры атомного ядра. Энергия -частиц в опыте Резерфорда была равна 5 МэВ, порядковый номер золота Z = 79. Предположим, что -частица налетает на атом «в лоб». Она будет сближаться с положительным зарядом до тех пор, пока вся её кинетическая энергия не превратится в потенциальную энергию взаимодействия зарядов: Ек=Еп=где r – наименьшее расстояние, на которое -частица приближается к положительному заряду атома.
Добрый день! Окислителями называют атомы, которые в ходе реакции забирают у других атомов электроны. В данных примерах это будут: а) сероводород (а конкретно - атомы водорода в нём, восстанавливающиеся до простого вещества) б) оксид кремния (здесь кремний забирает электроны и восстанавливается до простого вещества) в) серная кислота (атом серы в ней - один из сильнейших окислителей в химии, так как в серной кислоте он находится в высшей степени окисления, то есть совсем без внешних электронов, которые он так хочет поскорее приобрести) Успехов!
Опыт Резерфорда
Учитель. Модель атома Томсона была умозрительной. Её можно было подтвердить или опровергнуть только с эксперимента. Экспериментом, который внёс решающий вклад в создание современной теории строения атома, стал опыт, проведённый в 1911 г. Э.Резерфордом совместно со своими ассистентами – Г.Гейгером и Э.Марсденом. Основные работы Резерфорда относятся к физике атома и ядра. Он первым обнаружил (в 1899 г.), что излучение радиоактивных элементов имеет сложный состав; двум компонентам этого излучения он дал названия – -лучи и -лучи. Позднее он установил природу -лучей, отождествив их с дважды ионизированным атомом гелия: (Рассказ учителя об опыте Резерфорда. Демонстрация компьютерной модели опыта.)
Задание 1. Учитывая, что в твёрдом теле атомы упакованы плотно, а расстояние между их центрами составляет величину порядка 2,5 . 10–10 м (по данным рентгено-структурного анализа), рассчитайте, сколько слоёв атомов по толщине содержит золотая фольга толщиной 0,4 мкм.
Учащиеся (решив задачу самостоятельно). Примерно 1600 слоёв.
Задание 2. Рассчитайте, во сколько раз -частица тяжелее электрона.
Учащиеся (решив самостоятельно). В 7350 раз.
Результаты опыта Резерфорда
Учитель (останавливает компьютерную модель и строит на экране монитора график распределения рассеянных -частиц по углам отклонения, после чего проводит фронтальную беседу). Каковы результаты эксперимента? Каких результатов ожидал Резерфорд? Какой вывод можно сделать о состоятельности модели атома Томсона? Результаты эксперимента оказались неожиданными: подавляющая часть -частиц проходила сквозь фольгу практически без отклонения или с отклонением на малые углы по отношению к направлению своего первоначального полёта, но небольшая часть -частиц отклонялась на значительные углы, достигающие почти 180°. Применив методы теории вероятностей, Резерфорд показал, что такие отклонения не могут быть следствием многократных столкновений -частиц с атомами, поэтому объяснить этот результат на основе модели атома Томсона невозможно.
Объяснение результатов опыта
Учитель. Резерфорд пришёл к выводу, что полученное в эксперименте распределение -частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, связанным с большой массой и сконцентрированным в очень малом объёме. И он решил, что атом устроен наподобие планетной системы: малое по размерам положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, и отрицательные электроны, обращающиеся вокруг ядра по замкнутым орбитам. Заряд, отклоняющий -частицы на большой угол, не может принадлежать электрону, т.к. масса электрона мала по сравнению с массой -частицы. Очевидно, что -частица даже не почувствует электрон-«дробинку». Следовательно, электрон не изменит направление движения -частицы. Это также позволяет сделать вывод, что с положительным зарядом, вызывающим отклонение -частиц, связана значительная масса.
Учащиеся (записывают в тетрадь). 1. Атом имеет положительно заряженное ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома. 2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома. 3. Отрицательный заряд всех электронов распределён по всему объёму атома.
Учитель (запускает компьютерную модель рассеивания a-частиц ядром). Попробуем оценить размеры атомного ядра. Энергия -частиц в опыте Резерфорда была равна 5 МэВ, порядковый номер золота Z = 79. Предположим, что -частица налетает на атом «в лоб». Она будет сближаться с положительным зарядом до тех пор, пока вся её кинетическая энергия не превратится в потенциальную энергию взаимодействия зарядов: Ек=Еп=где r – наименьшее расстояние, на которое -частица приближается к положительному заряду атома.
Задание 3. Определите расстояние r.
Учащиеся (решив самостоятельно). 4,6.10–14 м.
Окислителями называют атомы, которые в ходе реакции забирают у других атомов электроны. В данных примерах это будут:
а) сероводород (а конкретно - атомы водорода в нём, восстанавливающиеся до простого вещества)
б) оксид кремния (здесь кремний забирает электроны и восстанавливается до простого вещества)
в) серная кислота (атом серы в ней - один из сильнейших окислителей в химии, так как в серной кислоте он находится в высшей степени окисления, то есть совсем без внешних электронов, которые он так хочет поскорее приобрести)
Успехов!