Урок по теме "Радиоактивность. Модели атомов" 9 класс

Радиоактивность. Модели атомов

9 класс

Учитель: Зарипова И.Д.

МОУ СОШ №51 им. Ф.Д. Воронова

г. Магнитогорск

Открытие радиоактивности

Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческими философами  Левкиппом  и  Демокритом  примерно 2500 лет назад. Частицы эти были названы  атомами , что означает «неделимые».

Атом — это мельчайшая, простейшая, не имеющая составных частей и поэтому неделимая частица.

В 1896 г. Анри Беккерель обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно излучает ранее неизвестные невидимые лучи, которые позже были названы  радиоактивным излучением .

Оказалось, что не только уран, но и некоторые другие химические элементы (например, радий) тоже самопроизвольно испускают радиоактивные лучи.

Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению стали называть радиоактивностью (от лат. radio — излучаю и activus — действенный).

В 1899 г. в результате опыта, проведённого под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т. е. имеет сложный состав.

Опыт Резерфорда

В толстостенный свинцовый сосуд поместили крупицу радия Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия происходит во все стороны, но сквозь толстый слой свинца оно пройти не может). После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно тёмное пятно — как раз в том месте, куда попадал пучок.

Потом опыт изменяли : создавали сильное магнитное поле, действовавшее на пучок. В этом случае на проявленной пластинке возникало три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других — по разные стороны от центрального. Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц. В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом — отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда.

Положительно заряженные частицы назвали  альфа-частицами , отрицательно заряженные —  бета-частицами , а нейтральные —  гамма-частицами  или гамма-квантами.

Через некоторое время, в результате исследования различных физических характеристик и свойств этих частиц удалось установить:

α-частица — полностью ионизированный атом химического элемента гелия  (т. е. атом гелия, потерявший оба электрона)

β-частица представляет собой электрон

γ-излучение представляет собой один из видов, точнее диапазонов, электромагнитного излучения  

Модель атома Томсона

Явление радиоактивности, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав. Поскольку было известно, что атом в целом нейтрален, это явление позволило сделать предположение, что в состав атома входят отрицательно и положительно заряженные частицы.

Опираясь на эти и некоторые другие факты, английский физик  Джозеф Джон Томсон  предложил в 1903 г. одну из первых моделей строения атома. По предположению Томсона, атом представляет собой шар, по всему объёму которого равномерно распределён положительный заряд. Внутри этого шара находятся электроны. Каждый электрон может совершать колебательные движения около своего положения равновесия. Положительный заряд шара равен по модулю суммарному отрицательному заряду электронов, поэтому электрический заряд атома в целом равен нулю.

В 1911 г. Резерфорд совместно со своими сотрудниками провёл ряд опытов по исследованию состава и строения атомов, т.к. модель строения атома, предложенная Томсоном, нуждалась в экспериментальной проверке

В опытах использовался свинцовый сосуд радиоактивным веществом . излучающим α-частицы. Из этого сосуда α-частицы вылетают через узкий канал со скоростью порядка 15 000 км/с.

Для обнаружения α-частиц служит стеклянный экран покрытый тонким слоем специального вещества, благодаря чему в местах попадания в экран α-частиц возникают вспышки, которые наблюдаются с помощью микроскопа . Такой метод регистрации частиц называется методом сцинтилляций (т. е. вспышек).

Вся эта установка помещается в сосуд, из которого откачан воздух

Если на пути α-частиц нет никаких препятствий, то они падают на экран узким, слегка расширяющимся пучком.

Если же на пути α-частиц поместить тонкую фольгу Ф из исследуемого металла то при взаимодействии с веществом α-частицы рассеиваются по всем направлениям на разные углы.

Перемещая экран вместе с микроскопом вокруг фольги, можно обнаружить, что некоторое (очень небольшое) число частиц рассеялось на углы, близкие к 90, а некоторые единичные частицы — на углы порядка 180°, т. е. в результате взаимодействия с фольгой были отброшены назад.

Именно эти случаи рассеяния α-частиц на большие углы дали Резерфорду наиболее важную информацию для понимания того, как устроены атомы веществ. 

Планетарная модель атома

Проанализировав результаты опытов, Резерфорд пришёл к выводу, что  столь сильное отклонение α-частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле. Такое поле могло быть создано зарядом, сконцентрированным в очень малом объёме (по сравнению с объёмом атома).

Эти соображения привели Резерфорда к созданию планетарной модели атома :

- в центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее очень малый объём атома,

-вокруг ядра движутся электроны, масса которых значительно меньше массы ядра.

Атом электрически нейтрален, поскольку заряд ядра равен модулю суммарного заряда электронов.

Резерфорд сумел оценить размеры атомных ядер. Оказалось, что в зависимости от массы атома его ядро имеет диаметр порядка 10 -14 — 10 -15  м, т. е. оно в десятки и даже сотни тысяч раз меньше атома (атом имеет диаметр около 10 -10  м).