STAVBA ATOMU Aleš Lacina Přírodovědecká fakulta MU, Brno
„Cesty, po nichž lidský rozum dospěl k pravdě, jsou hodny většího obdivu než dosažený cíl.“
Johannes Kepler
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ
ODKUD TO VÍME? • „Již staří Řekové ...“
• Moderní experimentální techniky ...
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ • ATOMY MAJÍ VNITŘNÍ STRUKTURU
ODKUD TO VÍME? • První tušení
Dmitrij Mendělejev
James C. Maxwell
• Experimentální důkaz RADIOAKTIVITA
Henri Becquerel
Ernest Rutherford Frederick Soddy
(PŘIROZENÁ) RADIOAKTIVITA 1896 Becquerel
1899 Rutherford
1900 Villard
méně pronikavé – a pronikavější – b
objev
nejpronikavější – g
1900 → 1902 Rutherford & Soddy
Rutherford průchod radioaktivního záření mag. (el.) polem
a b g
~ ~ ~
+ – 0
→ → →
He++ e– elm.z.
Při emisi a- a b-záření dochází k chemickým změnám ve vzorku:
• jev má původ v atomu • atomy nejsou neměnné
ELEKTRON • Výboje v plynech 1850 → vzduch;
p » 10 -3 atm, U » 1000 V
Ne, Kr, Ar, ... Heinrich Geissler
• Katodové záření 1858 p » 10 - 5 - 10 - 6 atm,
U
• odklonění magnetickým polem
~
–
Julius Plücker
← 1870 →
William Crookes
• mechanické účinky • tepelné účinky
• světélkování minerálů
• Vývoj názorů na povahu katodového záření 1879 Crookes záporně nabité „molekuly“ zbytkového plynu 1883 Heinrich Hertz neodchylují se v elektrickém poli
1894 Lenard 1895 Perrin
velká pronikavost
1896 Joseph John Thomson
měrný náboj:
æqö ç ÷ èmø
=
D ×v2 lö æ Ε × l ×çL + ÷ 2ø è
r Fmag velikosti:
(
r r q × v ´B
)
r = - Fel
=
r q ×E
Þ
E v = B
měrný náboj korpuskule katodového záření: D ×E æqö ç ÷ = lö æ 2 èmø B × l ×çL + ÷ 2ø è
@
(- ) 1.0 ×1011
C × kg-1
největší do té doby známý měrný náboj: æqö ç ÷ = è m ø H+
qH + mH+
=
9.6 × 10 7 C × kg-1
KORPUSKULE KATODOVÉHO ZÁŘENÍ III
ELEKTRON
[STONEY]
[THOMSON]
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ • ATOMY MAJÍ VNITŘNÍ STRUKTURU • ELEKTRON OBJEVEN JAKO ZÁPORNĚ NABITÝ MIKROOBJEKT S MIMOŘÁDNĚ VELKÝM MĚRNÝM NÁBOJEM (q/m)
æqö ç ÷ è m øe
æqö » 1000 ç ÷ è m ø H+
možnosti:
» qH+ ,
•
qe
§
me » mH+ , qe
v
qe
me
1 » mH+ 1000
» 1000 qH+
¹ qH+ , me ¹ mH+ ,
æqö æqö ç ÷ » 1000 ç ÷ è m øe è m øH+
æqö ç ÷ è m øe
æqö » 1000 ç ÷ è m ø H+
možnosti:
» qH+ ,
•
qe
§
me » mH+ , qe
v
qe
me
1 » mH+ 1000
» 1000 qH+
¹ qH+ , me ¹ mH+ ,
æqö æqö ç ÷ » 1000 ç ÷ è m øe è m øH+
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ • ATOMY MAJÍ VNITŘNÍ STRUKTURU • ELEKTRON OBJEVEN JAKO ZÁPORNĚ NABITÝ MIKROOBJEKT S MIMOŘÁDNĚ VELKÝM MĚRNÝM NÁBOJEM (q/m) • ELEKTRON JE MIKROOBJEKT S RELATIVNĚ MALOU HMOTNOSTÍ NESOUCÍ NÁBOJ BĚŽNÉ VELIKOSTI
ELEKTRON ≡ MIKROOBJEKT:
æqö 11 -1 ç ÷ = - 1.0 × 10 C × kg è m øe = - 1.76 ×1011 C × kg-1
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ • ATOMY MAJÍ VNITŘNÍ STRUKTURU • ELEKTRON OBJEVEN JAKO ZÁPORNĚ NABITÝ MIKROOBJEKT S MIMOŘÁDNĚ VELKÝM MĚRNÝM NÁBOJEM (q/m) • ELEKTRON JE MIKROOBJEKT S RELATIVNĚ MALOU HMOTNOSTÍ NESOUCÍ NÁBOJ BĚŽNÉ VELIKOSTI • VŠECHNY LÁTKY OBSAHUJÍ ELEKTRONY
LÁTKA
ATOMY
+
+
ELEKTRONY
NEUTRÁLNÍ ATOMY
–
OBSAHUJÍCÍ ELEKTRONY
–
LÁTKA
ATOMY
+
+
ELEKTRONY
NEUTRÁLNÍ ATOMY
–
OBSAHUJÍCÍ ELEKTRONY
–
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ • ATOMY MAJÍ VNITŘNÍ STRUKTURU • ELEKTRON OBJEVEN JAKO ZÁPORNĚ NABITÝ MIKROOBJEKT S MIMOŘÁDNĚ VELKÝM MĚRNÝM NÁBOJEM (q/m) • ELEKTRON JE MIKROOBJEKT S RELATIVNĚ MALOU HMOTNOSTÍ NESOUCÍ NÁBOJ BĚŽNÉ VELIKOSTI • VŠECHNY LÁTKY OBSAHUJÍ ELEKTRONY • ATOMY JSOU ELEKTRICKY NEUTRÁLNÍ
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ • ATOMY MAJÍ VNITŘNÍ STRUKTURU • ELEKTRON OBJEVEN JAKO ZÁPORNĚ NABITÝ MIKROOBJEKT S MIMOŘÁDNĚ VELKÝM MĚRNÝM NÁBOJEM (q/m) • ELEKTRON JE MIKROOBJEKT S RELATIVNĚ MALOU HMOTNOSTÍ NESOUCÍ NÁBOJ BĚŽNÉ VELIKOSTI • VŠECHNY LÁTKY OBSAHUJÍ ELEKTRONY • ATOMY JSOU ELEKTRICKY NEUTRÁLNÍ • ELEKTRONY JSOU SOUČÁSTÍ ATOMŮ
ATOM MA
TISÍCE ELEKTRONŮ
1 M- = MA 2
+
STEJNÝ POČET OBDOBNÝCH KLADNĚ NABITÝCH ČÁSTIC 1 M+ = MA 2
NEVELKÝ POČET ELEKTRONŮ
M - << M A
+ "KLADNÉ ZÁVAŽÍ" MAJÍCÍ STEJNĚ VELKÝ KLADNÝ NÁBOJ M+ @ MA
ATOM MA
TISÍCE ELEKTRONŮ
1 M- = MA 2
+
STEJNÝ POČET OBDOBNÝCH KLADNĚ NABITÝCH ČÁSTIC 1 M+ = MA 2
NEVELKÝ POČET ELEKTRONŮ
M - << M A
+ "KLADNÉ ZÁVAŽÍ" MAJÍCÍ STEJNĚ VELKÝ KLADNÝ NÁBOJ M+ @ MA
• LÁTKY SE SKLÁDAJÍ Z ATOMŮ • ATOMY MAJÍ VNITŘNÍ STRUKTURU • ELEKTRON OBJEVEN JAKO ZÁPORNĚ NABITÝ MIKROOBJEKT S MIMOŘÁDNĚ VELKÝM MĚRNÝM NÁBOJEM (q/m) • ELEKTRON JE MIKROOBJEKT S RELATIVNĚ MALOU HMOTNOSTÍ NESOUCÍ NÁBOJ BĚŽNÉ VELIKOSTI • VŠECHNY LÁTKY OBSAHUJÍ ELEKTRONY • ATOMY JSOU ELEKTRICKY NEUTRÁLNÍ • ELEKTRONY JSOU SOUČÁSTÍ ATOMŮ • ATOM OBSAHUJE NEVELKÝ POČET ELEKTRONŮ A "KLADNÉ ZÁVAŽÍ" přesně kompenzující náboj elektronů a rozhodujícím způsobem ovlivňující hmotnost atomu
