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原子的橢圓軌道模型

 紅豆居士 2016-12-11

可能是湯姆遜比較愛吃嵌入葡萄干蛋糕,所以把原子模型以蛋糕作比。但是肯定有這樣的吃貨,他們只吃蛋糕里的葡萄干,那么當原子里最后一個葡萄干被吭完時,剩下的是什么樣子的呢?湯姆遜的一個外國學生給出了更精彩的答案,這個學生叫——歐內(nèi)斯特·盧瑟福。

盧瑟福1871年生于遙遠的新西蘭,父親是一名工人,家庭條件一般,但是不妨礙他個中翹楚,于是優(yōu)秀地度過了小學、中學、大學,又以優(yōu)秀的成績獲得了劍橋大學的獎學金。據(jù)說他收到劍橋大學的錄取通知書時,他還在挖土豆,他高興的對一個土豆說道:“你是我挖的最后一個土豆?!?4歲的盧瑟福成為湯姆遜的學生,畢業(yè)后,在湯姆遜的推薦下,去加拿大任教。9年后,重新返回英國。此后一直在英國工作直至病逝。

1908年,盧瑟福因研究元素的半衰期(Half-Life,也有半條命的意思)獲得的諾貝爾化學獎。當獲獎通知下達的時候,盧瑟福有些蒙圈,他一直以為他在研究物理學。所以他調(diào)侃道:“我竟搖身一變,成為一位化學家了。”并稱“這是我一生中絕妙的一次玩笑”,幸好,諾貝爾每年的獎金都是均分的,要是化學獎的獎金比物理學獎的低,盧瑟福就虧大發(fā)了,不過從以后發(fā)展來看,盧瑟福研究的確實是物理。

1911年,盧瑟福帶領著徒弟們做實驗,這個實驗被稱為“物理學上最美實驗之一”。他用穿透力極強的α粒子轟擊金箔片,發(fā)現(xiàn)一實驗用準直的α射線轟擊厚度為微米的金箔,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的α粒子都照直穿過薄金箔,偏轉(zhuǎn)很小,但有少數(shù)α粒子發(fā)生角度比湯姆遜模型所預言的大得多的偏轉(zhuǎn),這顯然是湯姆遜的蛋糕模型所不能解釋的。

原子的橢圓軌道模型

①一小部分α粒子改變了原來的運動方向,由于同性相斥,α粒子帶正電,原子核也帶正電荷;

②大多數(shù)α粒子能穿透金箔而不改變原來的運動方向,說明沒有碰到質(zhì)量大的物質(zhì),即原子內(nèi)部有很大空間;

③有極少數(shù)α粒子被彈了回來.說明碰到了比它質(zhì)量大得多的物質(zhì),即原子核質(zhì)量很大;

故答案為:

①原子核帶正電,α粒子途經(jīng)金原子核附近時,受到斥力而改變了運動方向.

②原子核很小,原子內(nèi)部有很大空間.

③金原子核質(zhì)量比α粒子大很多,當α粒子碰到金原子核被彈了回來.

于是他提出自己的原子模型:

原子的橢圓軌道模型

原子的內(nèi)部應該像我們的太陽系一樣,有個太陽(原子核),然后有一群繞著太陽轉(zhuǎn)動的行星(電子)。原子核由質(zhì)子組成,且?guī)д?。一個穩(wěn)定的原子,質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)相等,所以對外是顯示不帶電。這種模型被稱為“行星模型”。

除了實驗中一系列眼花繚亂的操作外,得出的結(jié)論也是唯美的。如果上帝創(chuàng)造了宇宙,那么肯定不會厚此薄彼,即便宏大如星系,微小若原子。

這個圖幾乎成為了近代科學的符號,所以經(jīng)常出現(xiàn)在書籍封面中,甚至上世紀90年電視臺的Logo就以此為藍本繪制的。就圖形來說確實好看,但是很不中用。與太陽系模型相比,二者有本質(zhì)上的區(qū)別,那就是地球不帶電。在星系中,太陽對地球的引力可以充當?shù)厍驁A周運動的向心力,雖然原子核對電子的庫侖力(磁引力)也可以充當電子圓周運動的向心力,但是根據(jù)麥克斯韋的電磁理論,速度變化的電子會產(chǎn)生電磁波,要向外輻射能量。當電子的內(nèi)部能量會越來越小,電子會越來越靠近原子核,最終會坍縮到原子核上。實際上,電子坍縮的時間比讀完以上這句話的時間小多了。顯然這個模型也不是成功的,至少還欠缺了點什么。

現(xiàn)在回想一下原子模型,盧瑟福推翻了老師湯姆遜的模型,盧瑟福的模型又被他的學生改進。正是:長江后浪推前浪,前浪死在沙灘上。

但是和藹可親的盧瑟??隙ㄊ遣粫谝獾模依畈谎?,下自成蹊,連同自己帶上學生,他們一共獲得了一打諾貝爾獎(1打=12個),其中就包括對盧瑟福模型改進的尼爾斯·玻爾。而玻爾獲的諾貝爾獎感言中稱盧瑟福是他的第二個父親。

1937年,盧瑟福與世長辭,死后還發(fā)生了兩件大事:

1.盧瑟福與牛頓、法拉第并排安葬大教堂里;

2.1982年,新西蘭開始發(fā)行面值為100元的貨幣,貨幣的正面就是盧瑟福的頭像。

原子的橢圓軌道模型

以科學家作為貨幣的封面有很多,比如愛因斯坦、高斯、居里夫婦等等,這些才是民族的驕傲!

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