ПРИЧА О АТОМУ – “гледање” невидљивог

8. јануар 2011. године 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

1

ПРИЧА О АТОМУ – “гледање” невидљивог

Приповедач: Љубиша Нешић

(Одсек за физикуПриродно-математички факултет у Нишу

и Одељење за ученике са склоностима за физику и

природне науке)


2

“Е баш ћеш ти да Му кажеш шта ће да ради”

“Он не само да се игра коцкицама већ их често баца и на такваместа где не можемо да их видимо”

“Он не баца коцкице”

Божић је био – шта су говорили велики умови о томе чиме се Он

бави

Једна од великих расправа 20. века


3

Било је и старијих Великих Било је и старијих Великих дебатадебата

Да ли материја може да се дели на све мање и мање делове

заувек?

ДА!

НЕ!

http://www.columbia.edu/cu/philosophy/admissions/graphics/aristotle.jpg

http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/Gallery/Democritus.GIF


4

Модели атома: ГрчкиDemocritus (460-370 B.C.)

Дељење материје на ситније делове има крај

• Најмањи део = “атом”(грчки “a”=не “thomos” = “дељив”)

• Није имао начина да сазна како “атом” (хипотетичка недељива честица) изгледа.


5

Gold Go ld

“АТОМ” = недељив

Замислимо да имамо парче злата и да га поделимо на пола…

…и да поделимо те мање делове на пола…

… наставимо да сецкамо добијене парчиће и даље на на половине…


6

…и даље… …и наставимо

даље…

…настављамо даље…

На крају ће нам остати 1 парче злата. Ако га

поделимо на “пола”, оно што добијемо више неће бити злато – добићемо

нешто друго. Најситинији делић који има особине

злата је атом златаатом злата. Атом је најмања честица елемента која има његове особине.

Један атом злата

“АТОМ” = недељив


7

ДемокритИзнео је хипотезу да су атоми:

– Мали & чврсти– различитих облика и

величине– бесконачно много их има

– да се увек крећу– да су способни да се спајају


8

Зашто?• Најутицајнији филозофи антике,

Аристотел и Платон су имали другачију (данас знамо погрешну) теорију – све се састоји од 4 елемента који могу да се до у бесконачност деле.

• Сем тога – Демокрит није имао доказе за своју тврдњу – његове атоме нико никада није видео

• зашто? па превише су ситни• Пролазило је време а ова идеја је

била покопана скоро 2000 година


9

А након тога…

• Знања грчке цивилизације била су заборављена и анатемисана

• 1600-1700: Појављују се експерименти који су подржали Демокритове идеје.

• Златно доба хемије• Роберт Бојл (1627-1691)• Антоан Лавоазије (1743-1794)


10

Далтон (1766-1844)

• Енглески хемичар и наставник

• Извршио пуно експеримената проучавао гасове и формулисао “модерну” атомску теорију


11

Модел атома: Далтон

1. Елементи се састоје од атома; атоме не можемо да уништимо -

разоримо2. Атоми истог елемента су

међусобно једнаки3. Aтоми различитих елемената се

разликују4. Једињења се стварају спајањем 2

атома5. Како изгледа Далтонов атом?


12

1897: J.J. Thomson

• Енглески физичар• Експериментисао са

катодни цевима Cathode-Ray Tubes (CRTs)

• Открио честицу коју данас зовемо електрон


13

Томсон, 1897. • Томсон је проучавао

пролазак електричне струје кроз гасове.

• Приметио је да се јављају мистериозне честице које долазе са катоде

• скреће их магнетно и електрично поље

• врло су мале и негативно су наелектрисане !?

• Атом је неутралан и недељив– одакле сад негативне честице одједном?

Одакле су оне дошле?


14

Томсон је закључио да негативна наелектрисања долазе из атома.

Дакле – ствари мање од атома морају да постоје.

Атом је Атом је дељив!дељив!!!

Томсон је то негативно наелектрисање назвао “корпускула” (најситнија честица) а данас се оно назива електрон.

Како је гас био неутралан, Томсон је закључио да, осим негативног, мора да постоји и позитивно наелектрисање у атому

Проблем - нико га до тада није “видео”.


15

Модел атома: Џеј Џеј Томсон

• Атоми су неутрални… КАКО?• у њему мора да постоје “+”

наелектрисања као равнотежа “-” наелектрисањима

• + и – су сконцентрисани у атому који је Томсон назвао “пудинг са сувим грожђем”

• електрони су уроњени у “море” непрекидно по простору атома распређеног позитивног наелектрисања”


16

*Модел атома: Џеј Џеј Томсон - слајд за дипломиране физичаре -

• центри + и – наелектрисања се поклапају!

• шта ако код водоника “ухватимо” електрон и померимо га мало из равнотежног положаја и пустимо

• почиње хармонијско осциловање • којом фреквенцијом?• = фреквенцијом прве линије

Лајманове серије!!!


17

Радефорд – Томсонов студент, 1911. година

Ко је следећи?


18

Радефордов експеримент


19

Ернест Радефорд

• Закључци из 1911. године– Атом је углавном празан, тј. +

налектрисање се не налази свуда по атому!

– “веома, веома мала, масивна, јако + наелектрисана честица ... окружена танком негативно наелектрисаном љуском

– малу, масивну и веома наелектрисану честицу је назвао језгро – нуклеус (нуклеарни модел)


20

Радефордов – нуклеарни -модел

Електрони

Језгро+ наелектрисано

Празан простор


21

“Нуклеарни модел”

• 1911 – 1913• Ернест Радефорд• Атом је углавном празан• Има веома мали, али веома густ, нуклеус (језгро) у

центру (+ наелектрисан)• Електрони (- наелектрисани) орбитирају око језгра

као планете око Сунца


22

• “Само то” што није стабилан: Привлачење негативних електрона и позитивног језгра – електрон на крају пада на њега.

• Има још: Зрачење које се при томе јавља мора да буде континуално.

• Проблем је што није континуално у пракси – зраче се одређене боје!!!!

+

- -

--

-

Шта не ваља код Радефордовог модела?


23

Нилс Бор

• Радефордов пријатељ• Анализирао спектралне

линије водоника• Приметио да нуклеарни

модел не може да их објасни• Електрони се окрећу око

језгра• Класична физика:

– губе енергију зрачењем континуално и

– падају на језгро• У реалности се не дешава

ни једно ни друго!!!


24

Борове идеје-Боров планетарни модел

• Електрони се крећу око језгра по стабилним орбитама и при том не емитују зрачење.

• Електрон на таквој (стабилној) орбити има одређену енергију.

• Енергија се зрачи када електрони прелазе са више орбиту на нижу.


25


26


27

• Енергија се емитује као фотон енергије која је тачно једнака енергијској разлици нивоа

initial finalhf E E

+

--


28

Шема енергијских нивои

• Могуће енергије које електрон може да има у атому могу да се представе дијаграмом енергијских нивоа .

1E

2E

3E4E


29

и његов “отисак прста”

Водоник


30

Боров модел - проблеми

• добро објашњава атом водоника и њему сличне

• не објашњава енергијске нивое него их постулира – не знамо зашто су баш толике енергије,

• ...


31

Луј-Виктор де Брољи (Louis-Victor de Broglie)

• Честице имају карактеристике таласа• Тачасно-честична дуалност у природи• Применљиво на све таласе и на све честице• Што је честица масивнија слабије је изражена њена

таласна природа. • Електрони – веома мале масе, испољавају значајна

таласна својства. • Електрони се крећу толико брзо да је немогуће

одредити њихову тренутну позицију


32

Таласни модел - почеци


33

Ирвин Шредингер(Erwin Schrödinger)

• 1926

• Шредингерова (таласна) једначина– даје вероватноће да се електрони нађу на

неким местима око језгра – имају максимум тачно на Боровим орбитама


34

Електронски “облаци”


35

Електронски облаци – квантно-механички модел

• Електрони се не крећу око језгра атома по тачно одређеним путањама (као што то чине планете око Сунца)


36

* * Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама које представљају почетна слова речи за линије у које представљају почетна слова речи за линије у спектралним серијамаспектралним серијама

l = 0l = 0 s s ( sharp – оштра )

l = 1l = 1 p p ( principal - главна)

l= 2l= 2 d d ( diffuse -дифузна)

l = 3l = 3 f f ( fundamental-основна)


37

* * Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама које представљају почетна слова речи за линије у које представљају почетна слова речи за линије у спектралним серијамаспектралним серијама

l = 0l = 0 s s ( sharp – оштра )

l = 1l = 1 p p ( principal - главна)

l= 2l= 2 d d ( diffuse -дифузна)


38

Где смо данас?• Модел електронских облака (облаци

вероватноће)• И тај модел има недостатке• Тешко га је прихватити јер се крећемо у

свету великих и спорих тела а атоми и њихови саставни делови су мали и брзо се крећу

• Борове речи:– “Онај ко није шокиран када се упозна са

квантном механиком вероватно је није ни разумео."


39

Да ли су сви сагласни са том теоријом?

• Нису


40

“Е баш ћеш ти да Му кажеш шта ће да ради”

“Он не само да се игра коцкицама већ их често баца и на такваместа где не можемо да их видимо”

“Он не баца коцкице”

Божић је био – шта су говорили велики умови о томе чиме се Он

бави

Једна од великих расправа 20. века


41

“Неће Ајнштајн да говори Богу шта ће да ради”

“Бог не само да се игра коцкицама већ их често баца и на такваместа где не можемо да их видимо”

“Бог не баца коцкице”

Једна од великих расправа 20. века –

на тему електронских облака


42

• Нека вам рад на кампу буде забаван и

• надмашите своје учитеље


43


44


45


46


47

Структура материјеДемокрит: добро наоштримо “нож” и почнемо да рецкамо материју – шта ћемо “видети”?

Documents

ПРИЧА О АТОМУ – “гледање” невидљивог