Atommodellek
Készítette: Sellei László
Démokritosz Kr. e. V. sz. Az egyik legnehezebb kérdés, amire már az ókori görög tudomány is megpróbált választ adni: miből áll a világ? A világot homogén szubsztanciájú oszthatatlan részecskék, atomok és a közöttük lévő űr alkotja. (atomosz = oszthatatlan) ● ● ● ● ● ● ●
atomok közt nincs minőségi különbség a tárgyak különbsége atomjaik száma, nagysága, alakja és rendje szerinti különbségtől függ az atomok száma és alakja végtelen nem beszél az atomok közti kölcsönhatásokról
Arisztotelész Kr.e. IV.sz. Nem léteznek atomok, az anyag folyamatosan osztható; „horror vacui” elmélet.
Daniel Sennert
(1572-1637) német orvos párolgás, szublimáció, oldódás magyarázatára nyúl vissza az atomfogalomhoz ● az anyagok szaga is szükségszerűen feltételezi, hogy az igen kicsi részecskék elszabaduljanak belőle ● elsőrendű atomok, a tűz, a levegő, a víz és a földatomok ● másodrend atomok, melyek a négy elemből képzett testek ● a másodrend atomok vegyüléseiből képződhetnek újabb ● összetett testek
Pierre Gassendi a testeken belül is üres terek vannak, amelyekben az atomok mozognak ● ● ●
az atomok egy anyag legkisebb, tovább már nem osztható részecskéi anyagilag azonosak, de nagyságuk, tömegük és alakjuk szerint különbözőek az atomokból kis képződmények jöhetnek létre, amelyeket molekulának nevezett
Elfogadtatta az atomelméletet az egyházzal. Az általa felépített elméletben ugyanis az atomok mozgását nem a véletlen, hanem Isten irányítja és mint más földi dolgok, az atomok sem örökkévalók.
Daniel Bernoulli 1738: a gáz száguldó apró részecskékből áll (azaz a hő az anyag részecskéinek mozgásával magyarázható)
Antoine Lavoisier 1790: az elem fogalma (az elemeket sem fizikai sem kémiai módszerekkel nem lehet tovább bontani)
Joseph Proust 1799: állandó tömegviszonyok törvénye
Claude Louis Berthollet 1808: rájött, hogy két anyag többféle arányban is reagálhat egymással, ezzel megalkotta a többszörös tömegviszonyok törvényét.
Amadeo Avogadro 1811: azonos p, V, t gázokban azonos számú részecske van Avogadro-szám (Loschmidt-szám): 6,022045*1023
Michael Faraday 1833: az elektromos töltés is atomos
Maxwell, William Thomson, Boltzmann 1850: kinetikus gázelmélet
Joseph John Thomson 1897: az elektron felfedezése (katódsugarak vizsgálatával) a katódsugarak tanulmányozása során kimutatta, hogy azok kisméretű, negatív töltésű részecskékből állnak, bármilyen atommal is végezzük el a kísérleteket az elektron minden anyagnak része, minden atomban jelen van.
Az elektron felfedezése nyomán szertefoszlott az atom oszthatatlanságába vetett hit.
Thomson-modell 1904:
felállítja a legelső, kezdetleges atommodellt, a „mazsolás puding” modellt Ő úgy képzelte, hogy az egész atom egy gyenge pozitív töltést hordoz, mint a puding és benne vannak elszólva az elektronok, mint egyes mazsolák
Rutherford-modell
A
Thomson-modell első cáfolata Ernest Rutherford (új-zélandi születésű angol fizikus) szóródási kísérlete 1909ben: Aranyfüstlemezt bombáztak Héliumatommagokkal (alfa-sugárzás). Tapasztalat: Kb. minden tízezredik Hélium-atommag 120-180°-ban kitér. Sugárforrás: rádium Következtetés: az atom nagy része üres, a tömeg egy igen kis helyen, a középpontban összpontosul.
Bohr-modell ●
●
●
●
●
●
1913: Rutherford egyik dán tanítványa, Niels Bohr (1885-1962) módosította a modellt, gyakorlatilag kiküszöbölte a hiányosságokat A lényeg ugyanaz: a pozitívan töltött atommag körül keringenek a negatívan töltött elektronok.
De! Az elektronok csak meghatározott sugarú pályákon tudnak keringeni. Ezeken az állandó (stacionárius) pályákon keringve viszont nem tudnak sugározni. Az ábrán látható, hogy a megnövekedett energia képes 1-1 pályával kijjebb lökni az elektronokat, viszont azok a felesleges energiájukat le is adhatják meghatározott hullámhosszakon. Bohr ezen elmélet alapján teljes egészében tudta értelmezni a hidrogén egyszerű (mindössze egyetlen elektront tartalmazó) színképét. Bár a ma legvalószínűbbnek tartott atomkép már tartalmazza a kvantummechanikai leírás is, azonban a Bohr-modellt egyszerűsége miatt még mindig tanítják.
Hullám-modell •
•
•
•
•
A Bohr-modell nem magyarázta azt, hogy az állandóan ütköző atomok hogyan őrzik meg az alakjukat és energiájukat, illetve az alakjukat sem, nem vette figyelembe a hullámtermészetet. Pontszerűnek tekintett pozitív töltésű proton tartja maga körül fogva elektromos vonzásával a könnyű, negatív töltésű hullámszerű elektront, ez az atomi bezártság. Stabil dinamikus egyensúly Energiaminimum elve: méretét megváltoztató külső hatás megszűnte után ismét felveszi egyensúlyi helyzetét, a legalacsonyabb energiájú alapállapotba jut. Az elektronok az atommag körül térbeli állóhullámot alkotnak a pálya számának megfelelő számú félhullámot tartalmaznak. Ha ütköznek is, addig megőrzik eredeti állapotukat, amíg a gerjesztéshez szükséges energiát el nem érik, ha ezt nem érik el, akkor rugalmas golyókként viselkednek.
Összegzés az atom mérete: 10-10 m nagyságrendű, az atommagé 10-15 m nagyságrendű (ha a mag egy stadion közepén lévő meggy lenne, akkor a körülvevő elektronok a lelátón lennének). ●
A mag Z db protonból és A-z db neutronból áll. A protonok száma a rendszámmal egyezik meg, ez meghatározza, hogy melyik atomról beszélünk, azaz a tulajdonságait szabja meg, tömege egy protonnak 1,67•10 -27 kg, töltése 1,6•10-19 C. A neutronok semlegesek, egy neutron tömege kicsit nagyobb a protonénál. ●
A magot a negatív töltésű elektronok veszik körül, az atom semleges, ha a protonok és elektronok száma megegyezik. ●
A proton és neutron közös neve nukleon, két atom, ha rendszámuk, vegyjelük megegyezik, de tömegszámuk nem, akkor egymás izotópjai. ●
Az atommagot összetartó erő nem lehet a gravitációs erő, mert az túl pici ahhoz, hogy legyőzze az azonos töltésű részecskék között fellépő Coulomb taszítóerőt. Ami összetartja :magerő, más nevén nukleáris erő, vagy erős kölcsönhatás. ●
Az erős kölcsönhatás jellemzői:
●
●
két nagyságrenddel nagyobb, mint a Coulomb-erő
●
rövid hatótávolságú, csak a szomszédos nukleonok között hat
●
mindig vonzó jellegű, függetlenül a töltéstől
Összegzés Az atommagot a külső hatásokkal szemben összetartja a kötése.
●
A kötési energia azt a munkát jelenti, amit be kell fektetnünk ahhoz, hogy az adott atommagot alkotóelemeire bontsuk szét. ●
Ha egyesülnek az alkotórészek, akkor a kötési energiának megfelelő energia szabadul fel. Ez az energia, E=m•c2. ●
Mérésekkel megállapították, hogy az atom tömege kisebb, mint az alkotórészeié külön, ez a tömeghiány, vagy tömegdefektus jelensége, ennek az az oka, hogy amikor az atommag összeáll a részeiből, akkor a felszabadul energia, ami a tömeg egy részét jelenti, azaz a tömeg egy része energiaként távozik. ●
A tömeghiány kiszámítása: ∆m = Z•mproton + (A-Z) • mneutron – mmag, és E= ∆m•c2.
●
Mérések azt mutatják, hogy az atommag kötési energiája közel arányos a magban lévő nukleonok számával, de az egy nukleonra jutó kötési energia vizsgálatánál azt tapasztaljuk, hogy a legnagyobb kötési energia a vas környékén van, az annál nagyobb nehéz atommagok, illetve kisebb könnyűatommagok esetében is kisebb a kötési energia. Az atomok energiaszintje ezzel fordítva mutatkozik meg, a vas van a legmélyebb energiaszinten. ●
Azaz ha könnyű atommagokat egyesítünk, vagy nehezeket szakítunk szét energia szabadul fel. ●
Források ●
Wikipedia
●
Tamás Ferenc – tferi.hu
●
Eötvös Loránd Tudományegyetem – elte.hu
●
http://erettsegizz.com/fizika/az-atommag-szerkezete/
