Atom

Niels Bohr

Besar fisikawan Denmark Niels Bohr, pemenang Hadiah Nobel 1922 untuk Fisika, menulis sebuah artikel di atom untuk edisi 13 Encyclopædia Britannica (1926). Dalam kutipan berikut dari artikel tersebut, Bohr menimbulkan banyak poin yang ia telah menjadi terkenal: bahwa sebagian besar sifat fisik dan kimia biasa dari atom ditentukan oleh elektron, bahwa perilaku elektron dan energi yang dipancarkan oleh mereka tidak dapat cukup dijelaskan oleh model fisika klasik, tetapi bahwa adalah mungkin "untuk mengembangkan teori atom koheren" menggunakan teori kuantum baru. Kutipan diakhiri dengan penjelasan singkat tentang bagaimana atom dapat digambarkan dalam bentuk satu set "menyatakan diam" yang sesuai dengan tingkat energi diskrit dari sebuah konsep-tengah elektron dari apa yang kemudian dikenal sebagai model atom Bohr .

, Unit Struktural. -Melalui penemuan eksperimental paruh kedua abad ke-19 berangsur-angsur menjadi jelas bahwa atom-atom unsur-unsur, jauh dari entitas terpisahkan, harus dianggap sebagai agregat dibangun dari partikel yang terpisah. Jadi dari percobaan pada pelepasan listrik dalam gas rarified dan terutama dari sebuah penelitian lebih dekat yang disebut sinar katoda-jadi, satu dipimpin mengakui keberadaan partikel bermuatan negatif kecil massa yang ditemukan sekitar 2.000 kali lebih kecil sebagai massa atom paling ringan, atom hidrogen. Partikel-partikel kecil, yang mungkin dianggap sebagai atom listrik negatif sekarang, setelah Johnstone Stoney, umumnya disebut elektron. Melalui investigasi JJ Thomson dan meyakinkan orang lain diperoleh bukti bahwa elektron adalah konstituen dari setiap atom. Atas dasar ini sejumlah sifat umum materi, terutama dalam hal interaksi antara materi dan radiasi, menerima penjelasan kemungkinan.

Sebenarnya asumsi bahwa elektron bergetar sekitar posisi keseimbangan yang stabil di dalam atom menawarkan gambar sederhana mengenai asal usul garis spektrum yang memungkinkan fenomena penyerapan selektif dan dispersi diperhitungkan dengan cara alami. Bahkan efek karakteristik medan magnet pada garis spektrum ditemukan oleh Zeeman bisa, seperti yang ditunjukkan oleh Lorentz, secara sederhana dipahami pada asumsi ini. Asal dari kekuatan-kekuatan yang menyimpan elektron dalam posisi mereka tetap tidak diketahui untuk waktu, serta cara di mana listrik positif didistribusikan di dalam atom. Dari percobaan pada bagian melalui masalah kecepatan tinggi partikel diusir dari zat-zat radioaktif, bagaimanapun, Rutherford adalah pada tahun 1911 menyebabkan model nuklir apa yang disebut atom. Menurut listrik positif terkonsentrasi di inti berukuran sangat kecil dibandingkan dengan total ruang yang ditempati oleh atom. nukleus ini juga bertanggung jawab untuk hampir seluruh massa atom.

Benar Sifat Elemen. -Teori atom nuklir telah diberikan sebuah wawasan baru ke dalam asal-usul sifat-sifat elemen. Properti ini dapat dibagi menjadi dua kelas yg tajam. Untuk kelas pertama milik sebagian besar sifat fisik dan kimia biasa. Ini tergantung pada konstitusi putaran nukleus cluster elektron dan cara di mana hal ini dipengaruhi oleh lembaga-lembaga eksternal. Ini, bagaimanapun, akan tergantung pada gaya menarik karena inti yang menjaga cluster bersama-sama. Pada account dari ukuran kecil inti dibandingkan dengan jarak terpisah dari elektron dalam cluster, gaya ini akan menjadi pendekatan yang tinggi ditentukan sepenuhnya oleh muatan listrik total inti. Massa inti dan cara di mana biaya dan massa didistribusikan antara partikel yang membentuk inti itu sendiri hanya akan memiliki pengaruh yang sangat kecil pada perilaku dari cluster elektronik.

Untuk kelas kedua milik properti seperti radioaktivitas zat. Ini ditentukan oleh struktur internal sebenarnya inti. Dalam proses radioaktif kita saksikan, pada kenyataannya, ledakan inti di mana partikel positif atau negatif, yang disebut a dan b partikel, yang diusir dengan kecepatan yang sangat besar. Independensi lengkap dari dua kelas sifat yang paling mencolok ditunjukkan oleh adanya zat yang bisa dibedakan dari satu sama lain oleh salah satu tes fisik dan kimia biasa, tetapi yang berat atom tidak sama, dan yang radioaktif properti yang sama sekali berbeda. Setiap kelompok dari dua atau lebih zat tersebut disebut isotop, karena mereka menempati posisi yang sama dalam klasifikasi unsur menurut sifat fisik dan kimia biasa. Bukti pertama keberadaan mereka ditemukan dalam karya Soddy dan peneliti lainnya pada sifat-sifat kimia unsur-unsur radioaktif. Telah menunjukkan bahwa isotop ditemukan tidak hanya di kalangan unsur radioaktif, tetapi banyak elemen yang stabil normal terdiri dari isotop, untuk sejumlah besar terakhir yang sebelumnya seharusnya terdiri dari atom semua sama telah ditunjukkan oleh's investigasi Aston menjadi campuran isotop dengan berat atom yang berbeda. Apalagi bobot atom isotop ini adalah bilangan bulat, dan itu karena apa yang disebut murni zat kimia yang benar-benar campuran isotop, bahwa berat atom tidak bilangan bulat.

Struktur batin. -Struktur dalam dari inti masih tapi sedikit dipahami, walaupun metode serangan yang diberikan oleh Teman-eksperimen Rutherford pada disintegrasi inti atom oleh penembakan dengan partikel. Memang, eksperimen ini dapat dikatakan telah dimulai suatu zaman baru dalam filsafat alam yang untuk pertama kalinya transformasi buatan dari satu unsur menjadi unsur lain telah dicapai. Dalam apa yang berikut ini, bagaimanapun, kita akan membatasi diri kepada memperhatikan sifat fisik dan kimia biasa dari unsur-unsur dan upaya yang telah dilakukan untuk menjelaskannya atas dasar konsep-konsep baru saja diuraikan.

Hubungan antara UNSUR

Periodisitas Elemen. -Hal ini diakui oleh Mendelejeff bahwa ketika unsur-unsur disusun dalam urutan yang praktis yang berat atom mereka, kimia dan sifat fisik menunjukkan periodisitas diucapkan. Sebuah representasi diagram ini disebut tabel-periodik sehingga diberikan dalam, yang mewakili dalam bentuk yang sedikit diubah pengaturan pertama kali diajukan oleh Julius Thomsen. Dalam tabel unsur-unsur kimia yang biasa dinotasikan dengan simbol mereka, dan kolom vertikal yang berbeda menunjukkan yang disebut periode begitu. Unsur-unsur dalam kolom yang berurutan yang memiliki sifat kimia dan fisik homolog dihubungkan dengan garis. Arti dari kurung siku sekitar seri tertentu elemen pada periode kemudian, sifat-sifat khas yang menunjukkan penyimpangan dari periodisitas sederhana pada periode pertama, akan disebutkan di bawah ini.

Radiasi. -Penemuan hubungan antara unsur-unsur ini terutama didasarkan pada studi sifat kimia mereka. Kemudian diakui bahwa hubungan ini muncul juga sangat jelas dalam konstitusi dari unsur-unsur radiasi yang memancarkan atau menyerap dalam keadaan yang sesuai. Pada 1883 Balmer menunjukkan bahwa spektrum hidrogen, elemen pertama dalam tabel, dapat dinyatakan oleh hukum matematika yang sangat sederhana. Ini disebut Balmer menyatakan demikian rumus bahwa frekuensi v garis dalam spektrum diberikan kepada pendekatan dekat

dimana R adalah konstanta, dan di mana n dan n adalah bilangan bulat. Jika n dimasukkan sama dengan 2 dan n berturut-turut diberi nilai 3, 4,. . . rumus memberikan frekuensi dari rangkaian garis di bagian terlihat dari spektrum hidrogen. Jika n dimasukkan sama dengan I dan n sama dengan 2 3,, 4,. . .serangkaian garis ultra-violet diperoleh yang ditemukan oleh Lyman pada tahun 1914. Untuk n = 3, 4,. . . sesuai rangkaian hidrogen garis merah-infra yang juga telah diamati.

Rydberg dalam investigasi terkenal spektrum garis lebih dari 30 tahun lalu mampu menganalisis dengan spektrum cara yang sama banyak elemen lainnya.Sama seperti dalam kasus hidrogen ia menemukan bahwa frekuensi spektrum-line (seperti natrium) dapat diwakili oleh suatu formula jenis

dimana T, T dapat kira-kira diwakili oleh

suatu k adalah konstanta untuk setiap seri satu, tetapi mengambil nilai yang berbeda yang ₁ , yang ₂ . . . untuk seri yang berbeda, sementara n mengambil satu set nilai integral berturut-turut. R adalah konstan sepanjang untuk spektra semua, dan sama konstan seperti yang muncul dalam (I), yang umumnya disebut "nomor Rydberg." Dalam spektrum banyak hal kebanyakan seri beberapa, yaitu, istilah yang kami anggap sebagai membentuk serangkaian lakukan sebenarnya membentuk dua, tiga atau lebih seri berhubungan dengan dua, tiga atau lebih sedikit nilai yang berbeda dari sebuah k. Rydberg juga menemukan bahwa Spektrum elemen menempati posisi homolog dalam tabel periodik yang sangat mirip satu sama lain, kesamaan yang sangat jelas mengenai multiplisitas istilah.

Penemuan Moseley. -Kajian spektrum sinar X dimungkinkan oleh karya Laue dan Bragg membawa keluar hubungan dari jenis yang sederhana masih antara unsur-unsur yang berbeda. Dengan demikian pada tahun 1913 Moseley membuat penemuan fundamental bahwa spektrum sinar-X dari seluruh elemen menunjukkan kemiripan yang menyolok pada struktur mereka, dan bahwa frekuensi garis yang sesuai tergantung pada cara yang sangat sederhana pada jumlah elemen ordinal dalam kisah periodik. Selain itu struktur spektrum ini sangat seperti itu dari spektrum hidrogen. Frekuensi dari salah satu garis X-ray terkuat untuk berbagai elemen bisa misalnya diberikan kira-kira oleh

dan bahwa dari baris lain oleh

dimana R adalah konstanta Rydberg lagi dan N jumlah ordinal elemen dalam tabel periodik. Kesederhanaan ekstrim formula ini memungkinkan Moseley untuk menyelesaikan ketidakpastian sebelumnya untuk urutan unsur-unsur dalam tabel periodik, dan juga untuk negara pasti tempat-tempat kosong dalam tabel untuk diisi oleh unsur-unsur yang belum ditemukan.

Bilangan atom. -Dalam model nuklir atom, jumlah ordinal suatu unsur dalam tabel periodik menerima interpretasi sederhana yang luar biasa. Bahkan, jika nilai numerik dari muatan elektron diambil sebagai kesatuan, ini nomor urut, yang sering disebut "nomor atom," hanya dapat diidentifikasi dengan besarnya muatan nuklir. Hukum ini yang membayangi oleh JJ Thomson investigasi dari jumlah elektron dalam atom serta oleh asli estimasi's Rutherford dari muatan pada inti atom, pertama kali diusulkan oleh van den Broek. Sejak saat itu telah didirikan oleh pengukuran halus muatan nuklir, dan telah membuktikan diri panduan yang tepat dalam studi hubungan antara sifat fisik dan kimia unsur. Hukum ini juga menawarkan penjelasan langsung dari aturan sederhana yang mengatur perubahan sifat kimia unsur-unsur radioaktif setelah pengusiran atau b partikel.

TEORI KUANTUM

Penemuan elektron dan inti didasarkan pada eksperimen, penafsiran yang beristirahat pada aplikasi dari hukum klasik elektrodinamika. Begitu, bagaimanapun, sebagai upaya dibuat untuk menerapkan hukum-hukum interaksi partikel dalam atom, dalam rangka untuk menjelaskan sifat fisik dan kimia dari unsur-unsur, kita dihadapkan dengan kesulitan serius. Pertimbangkan kasus atom yang mengandung satu elektron: terbukti bahwa sistem electrodynamical yang terdiri dari inti positif dan elektron tunggal tidak akan menunjukkan stabilitas aneh atom yang sebenarnya. Bahkan jika elektron dapat diasumsikan untuk menjelaskan orbit elips dengan inti di salah satu fokus itu, akan ada apa-apa untuk memperbaiki dimensi orbit, sehingga besarnya atom akan menjadi jumlah yang belum ditentukan. Selain itu, menurut teori klasik elektron bergulir terus menerus memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dari perubahan frekuensi dan akhirnya elektron akan jatuh ke inti. Singkatnya, semua hasil menjanjikan dari teori elektronik klasik materi akan tampak pada pandangan pertama yang telah menjadi ilusi. Hal ini demikian mungkin untuk mengembangkan teori atom koheren didasarkan pada gambar atom oleh pengenalan konsep-konsep yang membentuk dasar dari teori terkenal suhu radiasi yang dikembangkan oleh Planck pada tahun 1900.

Teori ini menandai berangkat dari ide-ide yang sampai sekarang diterapkan untuk menjelaskan fenomena alam, dalam hal itu dianggap berasal dari proses atom unsur tertentu diskontinuitas dari jenis yang cukup asing bagi hukum fisika klasik. Salah satu fitur yang beredar adalah penampilan dalam perumusan hukum-hukum fisika konstanta universal baru, Planck disebut konstanta, yang memiliki dimensi energi dikalikan dengan waktu, dan yang sering disebut "kuantum dasar tindakan." Kami tidak akan masuk pada bentuk yang teori kuantum dipamerkan dalam penyelidikan asli Planck, atau pada teori penting yang dikembangkan oleh Einstein pada tahun 1905, di mana kesuburan ide Planck dalam menjelaskan berbagai fenomena fisik ditunjukkan dengan cara yang cerdik. Kami akan melanjutkan sekaligus untuk menjelaskan bentuk yang telah dimungkinkan untuk menerapkan teori kuantum untuk masalah konstitusi atom. Hal ini bersandar pada dua postulat berikut: -

I. Sebuah sistem atom stabil pada set tertentu dari negara, "menyatakan stasioner," yang pada umumnya sesuai dengan urutan diskrit nilai energi dari atom.Setiap perubahan energi ini dikaitkan dengan "transisi" lengkap dari atom dari satu keadaan stasioner yang lain.

2. Kekuatan atom untuk menyerap dan memancarkan radiasi diatur oleh hukum bahwa radiasi yang berkaitan dengan transisi harus monokromatik dan frekuensi v sehingga

di mana h adalah konstanta Planck dan E ₁ dan E ₂ adalah energi di dua negara bagian stasioner yang bersangkutan.

Yang pertama dari dua dalil tersebut bertujuan definisi stabilitas yang melekat struktur atom, diwujudkan begitu jelas dalam jumlah besar dan fisik fenomena kimia. Dalil kedua, yang berkaitan erat dengan hukum Einstein's efek fotolistrik, menawarkan landasan bagi interpretasi spektrum garis, melainkan langsung menjelaskan hukum fundamental spektral dinyatakan oleh hubungan (2). Kita lihat dalam kenyataan bahwa istilah spektral muncul dalam relasi ini dapat diidentifikasi dengan nilai-nilai energi dari negara-negara stasioner dibagi oleh h . Pandangan tentang asal-usul spektrum telah ditemukan untuk setuju dengan hasil eksperimen diperoleh pada eksitasi radiasi. Hal ini ditunjukkan terutama dalam penemuan Franck dan Hertz yang terkait dengan dampak antara elektron bebas dan atom. Mereka menemukan bahwa transfer energi dari elektron ke atom dapat terjadi hanya dalam jumlah yang sesuai dengan perbedaan energi dari negara-negara stasioner yang dihitung dari istilah spektral.

Spektrum Hidrogen. -Dari rumus Balmer (I) dan teori kuantum postulat, berarti atom hidrogen memiliki urutan tunggal negara stasioner, nilai numerik energi dalam n ^ke negara sedang R h / n ² . Menerapkan hasil ini ke model nuklir dari atom hidrogen, kita dapat mengasumsikan bahwa ungkapan ini merupakan pekerjaan yang diperlukan untuk menghilangkan elektron dari n negara th ke jarak tak terbatas dari inti. Jika interaksi partikel atom harus dijelaskan pada hukum mekanika klasik, elektron dalam salah satu dari negara stasioner harus bergerak dalam orbit elips tentang inti sebagai fokus, dengan sumbu utama yang panjangnya sebanding dengan n ² . Negara yang n sama dengan aku dapat dianggap sebagai keadaan normal dari atom, energi yang kemudian menjadi minimum. Untuk kondisi ini sumbu utama adalah ditemukan sekitar 10-8 cm . Hal ini memuaskan bahwa ini adalah urutan yang sama besarnya dengan dimensi atom berasal dari berbagai jenis percobaan. Hal ini jelas, namun, dari sifat postulat, yang seperti gambar mekanik dari negara stasioner hanya dapat memiliki karakter simbolis. Hal ini, mungkin paling jelas dimanifestasikan oleh fakta bahwa frekuensi revolusi orbital dalam gambar ini tidak memiliki hubungan langsung dengan frekuensi dari radiasi yang dipancarkan oleh atom. Namun demikian, upaya memvisualisasikan menyatakan stasioner dengan gambar mekanik harus dibawa ke cahaya-mencapai analogi jauh antara teori kuantum dan teori klasik. Analogi ini ditelusuri dengan memeriksa radiasi proses dalam batas di mana negara-negara stasioner relatif sedikit berbeda berturut-turut satu sama lain. Di sini ditemukan bahwa frekuensi yang berkaitan dengan transisi dari negara manapun ke berikutnya satu cenderung bertepatan dengan frekuensi revolusi di negara-negara, jika konstanta Rydberg muncul dalam rumus Balmer (I) diberikan oleh ekspresi berikut:

dimana e dan m adalah muatan dan massa elektron dan h adalah konstanta Planck. Hubungan ini sebenarnya ditemukan harus dipenuhi dalam batas-batas kesalahan eksperimental terlibat dalam pengukuran e, m dan h, dan dapat dipertimbangkan untuk membentuk hubungan yang pasti antara spektrum dan model atom hidrogen.

Prinsip korespondensi. -Pertimbangan hanya disebutkan merupakan sebuah contoh dari penerapan prinsip korespondensi "yang disebut-" yang telah memainkan peran penting dalam pengembangan teori. Prinsip ini memberikan ekspresi untuk berusaha, dalam hukum atom, untuk melacak analogi dengan elektrodinamika klasik sejauh karakter khusus dari teori kuantum dalil-dalil izin. Pada baris ini banyak pekerjaan yang telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir, dan baru-baru ini di tangan Heisenberg telah menghasilkan perumusan kinematika mekanika kuantum dan rasional. Dalam teori ini konsep-konsep teori klasik yang sejak awal dituangkan dalam cara yang sesuai dengan keprihatinan dasar dan setiap referensi langsung ke gambar mekanik dibuang.Teman-teori Heisenberg merupakan keberangkatan berani dari cara klasik menggambarkan fenomena alam tetapi mungkin dihitung sebagai suatu kebaikan yang hanya menangani jumlah terbuka untuk observasi langsung. Teori ini telah menimbulkan hasil yang menarik dan penting berbagai, dan telah secara khusus diijinkan rumus Balmer yang akan diperoleh tanpa asumsi sewenang-wenang karena dengan sifat negara stasioner. Namun, metode mekanika kuantum belum diterapkan pada masalah konstitusi atom yang mengandung beberapa elektron, dan dalam apa yang berikut kita berkurang menjadi diskusi tentang hasil yang telah diperoleh dengan menggunakan gambar mekanik dari negara stasioner. Meskipun cara ini pengobatan kuantitatif yang ketat tidak mungkin diperoleh itu telah demikian mungkin, dengan bimbingan prinsip korespondensi, untuk mendapatkan wawasan yang umum menjadi masalah konstitusi atom.