Mokslininkai, tyrė ir nustatė atomo sandara

Graikų ir romėnų filosofai ( Demokritas, Epikūras ) dar prieš mūsų erą iškėlė idėją, kad “tuščioje erdvėje” yra tik atomai. Atomų esąs didelis, bet baigtinis skaičius. Jų forma labai įvairi. Visi daiktai skiriąsi dėl to, kad skirtingas jų atomų skaičius ir tvarka. Vėliau tos idėjos buvo pamirštos.

Atomo sandarą vėl pradėta tirti tik XVII a. Atomai buvo laikomi nedalomomis kietomis dalelėmis. Jų dariniai sudarą įvairius kūnus, o judėjimas sąlygoja visus reiškinius, vykstančius medžiagoje.

Anglų fizikas ir matematikas Izaokas Niutonas ( 1643 – 11727 ), prizme išskaidęs baltos šviesos spindulį į įvairių spalvų spektrą, ir rusų mokslininkas Michailas Lomonosovas ( 1711 – 1765 ), medžiagos savybes aiškinęs dalelių mechaniniu judėjimu, teigė, kad atomai galį jungtis į didesnes ir sudėtingesnes daleles, bet jie nepriskyrė atomui apibrėžtų fizikinių ir cheminių savybių.

Anglų fizikas ir chemikas Džonas Daltonas ( 1766 – 1844 ) – Londono karališkosios draugijos narys. Jis buvo vienas cheminės atomistikos pradininkų. 1803m., remdamasis atomistine medžiagos sandaros hipoteze, suformulavo ir chemine analize pagrindė kartotinių ssantykių dėsnį: jei 2 chem. elementai vienas su kitu sudaro kelis chem. junginius, tai vieno iš tų elementų masės kiekiai šiuose junginiuose santykiauja kaip paprasti skaičiai.

1808m. Dž. Daltonas atomą pradėjo nagrinėti kaip mažiausią cheminio elemento dalelę, kuri skiriasi nuo kitų eelementų savo mase.

1814m. vokiečių fizikas Jozefas fon Fraunhoferis ( 1787 – 1826 ) pastebėjo šviesos spektre tamsias linijas, kurios, kaip buvo nustatyta vėliau, sutampa su elektros išlydžiu sužadinto vandenilio dujų spektro spalvotomis linijomis: šviesos, kurią skleidžia įkaitusios dujos arba kai kurių įkaitusių cheminių elementų garai, spektras susideda iš atskirų linijų ( diskretinis spektras ). Tai emisijos linijos, atsirandančios dėl atomų spinduliavimo. Vėliau Boro teorija susiejo vandenilio spektro linijų bangų ilgius su atomo elektrono energijos lygmenų pokyčiais.

Anglo fizikas Džozefas Džonas Tomsonas (1856 – 1940 ) – Lndono karališkosios draugijos narys, o 1915 – 20 – prezidentas, 1906 m. – nobelio premijos lauretas.

1897 m. jis atrado, kad atomai gali skleisti dar mažesnes neigiamas elektringąsias daleles, vėliau pavadintas elektronais. Paaiškėjo, kad aatomas yra dalomas ir jam būdinga tam tikra vidinė sandara. Tomsono atradimas rodė, jog atomas turi turėti ir teigiamų elektringųjų dalelių.Tirdamas katodinių spindulių (elektronų) nuokrypį elektriniame ir magnetiniame lauke, išmatavo jo krūvio ir masės santykį.

1903 m. sukūrė naują atomo modelį. Pasiūlė atomą laikyti teigiamai elektringa sfera, kurioje įterpti maži (palyginti su pačiu atomu) neigiamai elektringi elektronai, panašiai kaip razinos bandelėje. Elektronai atome laikosi dėl to, kad teigiamai elektringo branduolio traukos jėgos atsveria jų tarpusavio stūmos jėgas.

Tomsono atomo modelis

Vokiečių ffizikas Hansas Geigeris (1882 – 1945 ) 1908m. nustatė elektrono krūvį ( 1,6021917*10-19 C ). Su E. Rezerfordu išrado prietaisą pavienėms elektringosioms dalelėms skaičiuoti. 1928m. su V. Miuleriu patobulino šį prietaisą, Geigerio ir Miulerio skaitiklį, prietaisą alfa ir beta dalelėms, regimosios, ultravioletinės šviesos, rentgeno, gama kvantams, kosminiams bei radioaktyviesiems spinduliams registruoti ir tirti. 1911m. su Dž. Natoliu sudarė empirinę formulę, siejančią alfa skilimo konstantą su alfa dalelių sklidimo spinduliu – Geigerio ir Natolio dėsnį.

Anglų fizikas Ernestas Rezerfordas ( 1871 – 1937 ) – Londono karališkosios draugijos narys,1908m. Nobelio premijos lauretas, už nuopelnus mokslui gavęs lordo Nelsono titulą.

Svarbiausi jo darbai yra iš atomo branduolio teorijos ir radioaktyvumo.

Įrodė, jog, skylant radioaktyviosioms medžiagoms, spinduliuojamos alfa dalelės.

1911m., tirdamas alfa dalelių, einančių pro ploną medžiagos sluoksnį, sklaidymą, pastebėjo, kad dalis jų nukrypsta didesniais negu 900 kampais. Šio reiškinio negalėjo paaiškinti Dž. Tomsono atomo modelis; vientiso atomo el. laukas būtų per silpnas, kad galėtų atlenkti greitą ir palyginti masyvią alfa dalelę dideliu kampu. Tais pačiais metais sukūrė planetinį atomo modelį, tapatų Saulės sistemai, ir pavadino jį planetiniu modeliu: atomo centre esąs teigiamai elektringas branduolys, kurio masė beveik lygi viso atomo masei branduolio dalelė, turinti teigiamą krūvį, yra 1836 kartus sunkesnė už elektroną. Šią dalelę jis ppavadino protonu. Protono krūvis lygus elektrono krūviui, tik yra teigiamas. Aplink branduolį judą elektronai, panašiai kap planetos aplink Saulę. Neutralaus atomo elektronų skaičius toks, kad jų bendras neigiamas krūvis kompensuoja teigiamą branduolio krūvį. Elektronai turį judėti apie branduolį, kitaip dėl traukos jėgų ant branduolio nukristų. Arti taškinio branduolio esąs labai stiprus elektrinis laukas. Paprasčiausias atomas – vandenilio – susideda iš vieno protono (branduolio) ir vieno elektrono, orbita judančio aplink jį. 1921m. iškėlė mintį, kad elementų atomų, išskyrus vandenilio, branduoliuose esama ne tik protonų, bet ir kitokių dalelių. Tai – neturinčios krūvio dalelės ( todėl vadinamos neutronais ); šios dalelės masė beveik lygi protono masei.

Vokiečių fizikas Nobelio premijos lauretas,daugelio mokslinių a-jų narys Maksas Bornas ( 1982 – 1970 ) su V. Heizenbergu ir P. Jordanu sukūrė kvantinių procesų matematinę teoriją – kvantinę ( matricų ) mechaniką ir jos statistinį traktavimą. Sukūrė atomo elektroninių sluoksnių skaičiavimo metodą, 1926m. – mikrodalelių susidurimų teorijos artutinį metodą, kuris buvo pavadintas jo vardu. 1927m. su R. Openhaimeriu sukūrė dviatomių molekulių teoriją.

Kvantinės teorijos pagrindus sukūrė Maksas Plankas 1900m., nagrinėdamas įkaitusio kūno šiluminį spinduliavimą. Jis įrodė, kad energija skleidžiama tik tam tikromis porcijomis kurios buvo pavadintos kvantais.

Nilsas Chendrikas Davidas Boras ( 1885 – 1962 ) – ddanų fizikas, vienas iš šiuolaikinių fizikos kūrėjų, kuris padėjo šiuolaikinės atomo teorijos atomo pagrindus.

1908 m. N. Boras baigė Kopenhagos universitetą. 1911 – 1912 m. Dirbo Kembridžo universitete, Dž. Tomsono vadovaujamas, ir Mančesterio universitete, E Rezerfordo vadovaujamas.1914 – 1916 m. dėstė matematinę fiziką Mančesteryje. Nuo 1916 m. N. Boras buvo Kopenhagos universiteto profesorius, o nuo 1920 m. – teorinės fizikos instituto Kopenhagos direktorius. Už planetinio atomo modelio teorijos sukūrimą N.Boras 1922 m. gavo Nobelio premiją. 1943 – 1945 m. Gyveno JAV, buvo vienas atominės bombos kūrėjų.1907 – 1910 tyrė skysčio srovių virpesius. Boras – įvairių pasaulio šalių daugelio Mokslų Akademijų garbės narys. Pagrindiniai Boro darbai skirti kvantinės teorijos raidai, molekulių, atomų ir atomų branduolių sandaros tyrinėjimui. Šios naujos krypties pradžia buvo trys jo straipsniai, paskelbti 1913- 1915m. Remdamasis energijos veikimo kvantų sąvokomis, kurias 1900m. įvedė vokiečių fizikas M. Plankas. Boras iškėlė drąsią hipotezę, kad atomo fizikai negalima taikyti klasikinės elektrodinamikos dėsnių. Boro sukurtoji kvantinė atomo teorija pagrindinius dėsningumus, pagal kuriuos atomai spinduliuoja ir absorbuoja energiją, suvedė į du kvantinius postulatus. Pagal pirmąjį postulatą, atomą charakterizuoja stacionarinės būsenos, kuriose elektronas nespinduliuoja. Antrasis postulatas sieja pradinės ir galinės atomo būsenos energijos vertės su atomo skleidžiamo arba absorbuojamo elektromagnetinio spinduliavimo dažniu. Boro teorija išaiškino

periodinį Mendelejevo dėsnį. 1913m. Boras remdamasis M. Planko idėja apie energijos kvantavimą, sukūrė vandenilio atomo modelį (dabar vadinamą Rezerfordo ir Boro vardu).Tai buvo pirmasis kvantinis atomo modelis.Boro vandenilio teorija tiksliai apibrėžė spektro linijų bangų skaičių ir dažnį, atomo stabilumo sąlygas. 1940 – 50 m. Boras tyrė elementariųjų dalelių su medžiaga sąveiką.

Svarbus žingsnis kvantinės teorijos raidoje buvo Boro suformuluotas fizikinis postulatas, reikalaujantis kvantinės ir klasikinės teorijos sutapimo ribiniais atvejais, kai kvantiniai efektai yra nedideli. Šis postulatas vadinamas atotykio principu. Dideli Boro nnuopelnai, kuriant šiuolaikinę kvantinę mechaniką, ypač aiškinant jos pagrindines sąvokas ir principas.

Boras labai daug prisidėjo prie branduolinės fizikos raidos. Jis sukūrė tarpinio branduolio teoriją, aiškinančią branduolinių reakcijų mechanizmą. Boras – vienas lašelinio branduolio dalijimosi teorijos autorių.

N. Boras sukūrė didelę fizikų mokyklą ir nemažai nuveikė, plėtodamas viso pasaulio fizikų bendradarbiavimą.1920 m. Jis įsteigė institutą Kopenhagoje, kuris tapo vienu svarbiausių mokslo centrų pasaulyje. Šio instituto auklėtiniai fizikai dirba beveik visose pasaulio šalyse. Boras dalyvavo pirmojoje Ženevos konferencijoje dėl taikaus atominės energijos panaudojimo.1957 mm. Jam buvo paskirta pirmoji premija „Atomas taikai“.

Boro ir Rezerfordo atomo modelis

Arnoldas Zomerfeldas 1886 – 1951 , vokiečių fizikas ir matematikas. Nuo 1900 Acheno aukštosios technikos mokyklos, 1906-40 Miuncheno universiteto profesorius.

Svarbiausi darbai iš atomo, metalų teorijos, matematikos ffizikos. Patobulino Boro planetinį atomo modelį (Boro ir Zomerfeldo atomo modelis) ir paaiškino vandeniliškųjų atomų spektrų smulkiąją struktūrą. Plėtojo elektroninė metalų teoriją. Sukūrė matematinę difrakcijos teoriją, elektronų stabdomojo spinduliavimo teoriją.

Šveicarijos fizikas Volfgangas Paulis kartu su M . Zomerfeldas praplėtė Boro atomo modelį ir paaiškino ne tik vandenilio, bet ir kitų cheminių elementų spektrų susidarymą, jų atominę struktūrą mol. spektrų, ryšių tarp atomų molekulėje ir kt. Šiuos nesklandumus vėliau pašalino kiti mokslininkai, remdamiesi kvantine mechanika.

1925m. Paulis paskelbė, kad kiekvienoje kvantinėje būsenoje gali būti tik 1 eltktronas; jei turima būsena jau užimta, tai kitas atomo elektronas turi užimti kitą būseną ( Paulio principas ). Remiantis Paulio principu, buvo paaiškinta periodinės elementų sistemos struktūra.

1944m. jam buvo skirta Nobelio premija.

Austrų fizikas EErvinas Šriodingeris ( 1887 – 1961 ) – banginės mechanikos kūrėjas. 1926m. sudarė pagrindinę nereliatyvistinės kvantinės mechanikos lygtį, nusakančią banginės funkcijos laikinį kitimą. Sukūrė bendrąjį tos lygties taikymo perturbacijų teorijoje metodą. Šis mokslininkas nustatė banginės mechanikos ir Heizenbergo mechanikos ( kvantinės teorijos ) sąryšį ir jų fizikinį tapatumą. Sukūrė ir išplėtojo kvantinės mechanikos matematinį aparatą. 1933m. E. Šriodingeris gavo Nobelio premiją.

Pasak prancūzų fiziko Luji de Broilio ( 1892 – 1987 ), 1924m. iškelto bangos-dalelės dualizmo principo, kuriuo pagrįsta ddabartinė kvantinė mechanika, subatomines dalales galima nagrinėti ir kaip bangas, ir kaip daleles. Elektronų srautas, pavyzdžiui, nagrinėjant katodinius spindulius, suvokiamas kaip dalelės, o elektroniniame mikroskope naudojamos elektronų srauto banginės savybės. (Tačiau chemijoje vyrauja atomo kaip mažiausios dalelės, kuri dalyvauja cheminėse reakcijose, sąvoka.)

Broilis taip pat tyrė atomo branduolį ir elektromagnetinių bangų sklidimą bangolaidžiuose.

1929m. jam skirta Nobelio premija.

Anglų fizikas teoretikas, vienas kvantinės mechanikos kūrėjų Polis Adrienas Morisas Dirakas ( 1902 – 1984 ) – Londono karališkosios draugijos narys, į atomistikos istoriją įėjo 1928m. sukurdamas elektrono judėjimo reliatyvistinę teoriją. Jis pasiūlė banginę lygtį, nusakančią elektrono judėjimą ir tenkinančią reliatyvistinio invarientiškumo principą. Dirakas numatė elektrono antidalelę – pozitroną, elektrono ir pozitrono anihiliaciją. 1926m. atskirai nuo E. Fermi sukūrė pusinio sukinio dalelių statistiką.

1933m. kartu su E. Šriodingeriu gavo Nobelio premiją.

Verneris Heizenbergas – vokiečių fizikas, vienas kvantinės mechanikos kūrėjų. Daugelio šalių mokslų akademijų narys. 1927 – 1941 m. Leipcigo ir Berlyno, nuo 1956m. Miuncheno universitetų profesorius, nuo 1941 m. Planko fizikos ir astrofizikos instituto direktorius. 1925 m. (su kitais) sukūrė matricų mechaniką – pirmąjį kvantinės mechanikos variantą, pagal kurį buvo galima apskaičiuoti paprastos kvantinės sistemos (tiesinio osciliatoriaus) spinduliuojamo spektro linijų intensyvumą. 1927m. nustatė mikrodalelės impulso ir koordinatės sąryšį. 1932m. nepriklausomai nuo D. Ivanenkos pareiškė, kkad atomo branduolys susideda iš protonų ir neutronų. Heizenbergas sukūrė feromagnetikų įmagnetinimo teoriją. 1932m. jam buvo paskirta Nobelio premija.

Šiandien žinoma, kad atomas yra beveik tuščia erdvė, kurios centre – mažytis branduolys,susidedantis iš teigiamai elektringų protonų ir neutralių neutronų. Branduolys dešimtis tūkstančių kartų mažesnis už atomą. Patys atomai taip pat labai maži: dešimt milijonų atomų, sudėtų vienas greta kito, tesudarytų 1 mm ilgio grandinėlę.

Šaltiniai: M. Beazley “ Mokslas ir visata “;

“ Lietuviškoji tarybinė enciklopedija “;

B. Spaskis ” Fizikos chrestomatijos “