MODEL ATOMU KELVINA-THOMSONA - CIASTO Z
RODZYNKAMI
Po udowodnieniu
powszechnego wystêpowania w przyrodzie cz±steczek
bardziej podstawowych ni¿ atomy - elektronów i
zaobserwowaniu zjawiska promieniotwórczo¶ci, postulat
Daltona zgodnie, z którym
atom mia³ byæ niepodzielny, upad³. Na podstawie
badañ nad polonem i radem lord Kelvin opracowa³ model
budowy tych dwu pierwiastków. Za³o¿y³ on,
¿e ka¿dy pierwiastek jest promieniotwórczy w
wiêkszym lub mniejszym stopniu, a rad i
polon ró¿ni± siê od
innych zwi±zków tym, ¿e proces
promieniotwórczo¶ci zachodzi u nich bardzo szybko.
Schemat atomu polonu wed³ug Kelvina przedstawiony jest na
rysunku:
Cz±stka taka
sk³ada³a siê z czterech elementarnych
³adunków ujemnych (-4*e) po³±czonych z
innymi czterema ujemnymi ³adunkami za pomoc± jednego
³adunku dodatniego. £adunek ten znajdowa³ siê
w po³owie drogi miêdzy zgrupowaniami
³adunków ujemnych. U³o¿enie takie
wed³ug Kelvina zapewnia³o trwa³o¶æ
cz±stki - si³y kulomba dzia³aj±ce na
ka¿d± z cz±steczek by³y
równowa¿one. Ca³kowita ilo¶æ ujemnych
³adunków w tym uk³adzie wynosi³a -8*e, a
³adunków dodatnich zaledwie 1*e. Aby wiêc
uk³ad ten by³ obojêtny, w uk³adzie musi
znajdowaæ siê jeszcze siedem dodatnich
³adunków (rozprzestrzenionych w ca³ej
objêto¶ci cz±steczki). To w³a¶nie one
s± wyrzucane w czasie rozpadu
promieniotwórczego.
Thomson rozwin±³ ideê Kelvina.
Uwa¿a³ on, ¿e ka¿dy atom jest zbudowany z
jednorodnej kuli elektryczno¶ci dodatniej. Wewn±trz tej
kuli znajduj± siê ujemne elektrony poruszaj±ce
siê dooko³a ¶rodka kuli po orbitach. Ca³kowita
ilo¶æ ³adunków ujemnych zgromadzonych na
elektronach jest równa ilo¶ci dodatnich
³adunków zgromadzonych na kuli.
Aby dok³adniej
wyja¶niæ jak wygl±daj± atomy Thomsona rozpatrzmy taki atom, w
którym znajduj± siê trzy elektrony. Te trzy
elektrony znajduj±ce siê w wewn±trz kuli,
musz± byæ w niej rozmieszczone symetrycznie - w
wierzcho³kach trójk±ta równobocznego. Gdy
elektrony s± w spoczynku, si³y odpychania miêdzy
nimi musz± byæ równowa¿one przez
przyci±ganie przez dodatnio na³adowan±
kulê. Odleg³o¶æ spoczywaj±cych
elektronów od ¶rodka kuli, aby si³y te
równowa¿y³y siê wynosi 0,57 promienia
kuli. Je¿eli jednak elektrony obiegaj± ¶rodek
kuli, to pojawia siê dodatkowo si³a od¶rodkowa,
która odsuwa je dalej od ¶rodka. W miarê wzrostu
prêdko¶ci odleg³o¶æ ta zwiêksza
siê, a¿ w pewnym momencie elektrony opuszcz±
wnêtrze kuli. Przy dalszym wzro¶cie prêdko¶ci
bêd± one kr±¿yæ po orbitach
dooko³a kuli, a¿ w pewnym momencie odlec± od
niej - atom ulegnie rozerwaniu. Po dostarczeniu do atomu
odpowiedniej energii, która zostanie zamieniona na
energiê kinetyczn± elektronów atom zostanie
rozerwany.
Thomson rozpatrywa³ nastêpnie atomy z
coraz wiêksz± liczb± elektronów.
Musia³y one byæ tak roz³o¿one, aby by³a
zapewniona równowaga. Dla czterech takich cz±steczek
u³o¿eniem równowagi bêd±
wierzcho³ki czworo¶cianu foremnego. Tak wiêc
elektrony bêd± uk³adaæ siê na
powierzchni kuli wspó³¶rodkowej z kul±
elektryczno¶ci dodatniej. Jednak uk³ad taki zapewnia
równowagê tylko wówczas, gdy liczba
elektronów jest niedu¿a (do siedmiu lub o¶miu).
Je¿eli cz±steczek ujemnych jest wiêcej to
dziel± siê one na dwie grupy, które
uk³adaj± siê na powierzchniach dwóch
wspó³¶rodkowych z dodatni± kul±
cia³. Przy dalszym zwiêkszaniu liczby elektronów
w atomie, cz±steczki podziel± siê na trzy grupy
i tak dalej. Thomson
stwierdzi³, ¿e w pewnym momencie problem staje
siê zbyt z³o¿ony do obliczeñ.
Model ten zosta³
nazwany przez naukowców modelem "ciasta z
rodzynkami".
