에 대한 화학 전공

에서 두 개의 이후 수세기 동안 돌턴에 개발 된 자신의 아이디어,과학자는 상당한 진전에서 우리의 이해를 발전의 원자 이론이다., 이것의 대부분은 원자의 내부 구조의 세부 사항을 밝혀낸 몇 가지 정액 실험의 결과에서 나온 것입니다. 우리는 여기서 논의의 일부는 그 중요한 발달에 중점을두고,응용 프로그램의 과학적인 방법뿐만 아니라,어떻게 이해 실험적 증거를 분석하였다. 는 동안 역사적인 사람과 날짜 뒤에 이러한 실험은 매우 흥미로운 일이 될 수는 것이 가장 중요한 개념을 이해하고 그 결과에서 작동합니다.

원자 이론 후기

경우 문제로 구성되었의 원자,무엇이었는 원자로 구성된?, 그들은 가장 작은 입자입니까,아니면 더 작은 것이 있었습니까? 1800 년대 후반에,수의 과학자들에 관심이 이런 질문을 조사한 전기 방전 될 수 있는 생산에서 저압 가스는,가장 중요한 발견에 의해 만들어은 영국의 물리학자 J.J.Thomson 를 사용하여 음극선관. 이 장치로 구성되어 밀폐 유리관에서는 거의 모든 공기를 제거되었고,튜브 포함된 금속 전극이 있습니다. 전극을 가로 질러 고전압이 가해 졌을 때,음극선이라고 불리는 가시 광선이 그들 사이에 나타났습니다., 이 빔 편향으로 긍정적인 위탁에서 부정적 책임,그리고 생산에는 같은 방법으로 동일한 특성 때 다른 금속 사용되었다는 전극. 비슷한 실험에서,광선이 동시에 편향에 의해 적용되는 자기장 측정의 정도의 편향과 자기장 강도 허용되는 톰슨을 계산하는 책임을 질량 비율의 음극선 입자입니다. 이러한 측정의 결과는이 입자들이 원자보다 훨씬 가볍다는 것을 나타냈다(그림 1).,

그림 1. (a)J.J.Thomson 은 음극선 관에서 가시 광선을 생성했습니다. (b)이것은 페르디난트 브라운(Ferdinand Braun)이 1897 년에 발명 한 초기 음극선 관입니다. (c)음극선에서 빔(노란색으로 표시)은 음극에서 나오고 양극을지나 튜브 끝의 형광 스케일쪽으로 가속됩니다. 인가 된 전기장과 자기장에 의한 동시 편향은 톰슨이 음극선을 구성하는 입자의 질량 대 전하 비율을 계산할 수있게했다., (신용:의 수정 작업하여 노벨 재단,신용 b:변의 작업으로는 드레스덴 Nesper;신용 c:의 수정 작업에 의해”Kurzon”/위키미디어)

에 따라 관찰,여기에 무엇이 톰슨을 제안하고 왜:입자가 매력에 의해 양(+)요금 및 거부에 의해 부정적인 부(-)요금,그래서 그들은 해야 합니다 부정적인 요금이 부과(같은 요금을 격퇴하고 달리 요금을 유치); 그들은 더 적은 대규모 이상 원자와 구별할 수 없는 관계없이의 소재,그래서 그들은 해야,기본적 양자는 성분의 모든 원자를 함유하고 있습니다., 논란이 있지만 시간에,톰슨 아이디어가 점차적으로 받아들고,그의 음극선 입자입니다 문제는 우리 전자 부정 청구,아원자 입자와 질량보다 천 배 더 적은 것의 원자입니다. “전자”라는 용어는 1891 년 아일랜드의 물리학 자 조지 스토니(George Stoney)에 의해”전기 이온.”

1909 년 미국의 물리학 자 Robert A 에 의해 전자에 대한 자세한 정보가 발견되었습니다., 그의”오일 드롭”실험을 통해 Millikan. 밀리 만들어 현미경 오일방울이 될 수 있는 전기 부과 마찰에 의해 그 형성하거나 사용하여 X-rays. 이 물방울이 처음에 중력 때문에 떨어졌다,그러나 그들의 아래로 진행 될 수 있을 늦추거나 반대하여 전기장에서 더 낮은 기구입니다. 를 조정하여 전기장 강도 및 측정을 신중하고 적절한 계산,밀리할 수 있었을 결정전에 개별적인 방울다(그림 2).

그림 2., Millikan 의 실험은 개별 오일 방울의 전하를 측정했습니다. 표로 작성된 데이터는 몇 가지 가능한 값의 예입니다.

보고서 담당하는 데이터 밀리,수집할 수 있는 인식의 기름 물방울은 항상 여러 개의 특정 요금 1.6×10-19C. 밀리 결론을 내렸는 이 값을 해야 합니다 따라서 근본적인 책임은 책임의 한 전자의 측정되는 요금으로 인해 초과의 전자 전(1 시간 1.6×10-19C),두 개의 전자(2 번 1.6×10-19C), 세 개의 전자 전(3 시간 1.,주어진 기름 방울에 6×10-19C)등이있다. 때문에 담당하는 전자는 이제 알려져 있으로 인해 밀리 연구,그리고 책임을 질량 비율은 이미 알려져 있으로 인해 톰슨의 연구(1.759×1011C/kg),만 필요한 간단한 계산을 결정하는 대량의 전자 뿐만 아니라.

\text{전자의 질량}=1.602\times{10}^{-19}\text{C}\times\frac{1\text{kg}}{1.759\times{10}^{11}\text{C}}=9.,107\회{10}^{-31}\text{kg}

에 과학자들은 지금이 설립되는 원자었는지를 나눌 수 없으로 돌턴 생각했고,작업으로 인해 톰슨,밀리,그리고 다른 사람,책임 및 대량의 부정적인,아원자 입자는 전자—이 알려졌다. 그러나 원자의 양전하를 띤 부분은 아직 잘 이해되지 않았다. 1904 년에,톰슨 제안”푸딩 매”모델의 원자들을 설명하는 긍정적으로 부과 대량으로 같은 양의 부정적인 요금을 양식에서의 전자에 포함된 이후,그것의 모든 원자를 전기적으로 중성이다., 경쟁 모델을 제안했 1903 년에 의해 Hantaro 나가오카,사람 postulated 토성과 같은 원자로 구성,적극적으로 청구 구로 둘러싸여 있 헤일로 전자의(그림 3).

그림 3. (a)톰슨은 원자가 건포도(“자두”)가 내장 된 촉촉한 케이크로 구성된 영어 디저트 인 매실 푸딩과 닮았다 고 제안했다. (b)나가오카(Nagaoka)는 원자가 긍정적 인”행성을 둘러싼 전자의 고리와 함께 행성 토성과 닮았다 고 제안했다.,”(신용:의 수정 작업에”사람이 vyi”/허;신용 b:변의 작동에 의해”NASA”/위키미디어)

다음 주요 개발을 이해에 원자에서 온 어니스트 러더퍼드,물리학자 뉴질랜드에서 누가 크게 보냈다 과학적인 경력에서 캐나다 및 영국., 그가 수행되는 일련의 실험을 사용하여 광선의 고 속도로,긍정적으로 부과 알파 입자(α 입자)가 생산되었으로 방사성 붕괴의 라돈;α 입자를 구성하는 두 가지 양자와 두 개의 중성자(당신이 더 많은 것을 배우에 대한 방사성 붕괴에서 모듈에서 핵화학)., 러더퍼드 및 그의 동료는 한스 Geiger(나중에 고명에 대한 가이거 계수기)및 어니스트 Marsden 목적의 광선 α 입자,소의 내장에서 지도를 흡수하는 블록 대부분의 방사선에서 매우 얇은 조각의 금박하고 검사 결과 뿌리의 α 입자를 사용하여 발광 화면 빛났습니다 간단하게 어디서에 의해 α 입자.

그들은 무엇을 발견 했습니까? 대부분의 입자는 전혀 편향되지 않고 호일을 통해 바로 통과했습니다., 그러나 일부는 약간 전환되었고,아주 적은 수는 근원쪽으로 거의 똑바로 뒤로 편향되었습니다(그림 4). 러더퍼드는 이러한 결과를 발견 설명:”그것은 지금까지 내 인생에서 나에게 일어난 아주 가장 놀라운 사건이었다. 티슈 페이퍼 조각에 15 인치 껍질을 발사 한 것처럼 거의 믿을 수 없었고 다시 돌아와서 당신을 때렸습니다.”

그림 4., Geiger 와 Rutherford 는 금박 조각에 α 입자를 발사하여 실험의이 개략도와 같이 그 입자가 어디로 갔는지 감지했습니다. 입자의 대부분은 호일을 통해 똑바로 통과했지만,몇 개는 약간 편향되었고 아주 적은 수는 크게 편향되었습니다.

여기에 무엇 러더포드 추론:문의 대부분은 빠르게 움직이는 α 입자를 통과 금은 원자 undeflected,그들은 여행을 통해 기본적으로 빈 공간 내부에 원자입니다., 알파 입자는 양전하를 띠기 때문에 다른 양전하를 만났을 때 편향이 발생했습니다(전하가 서로 격퇴하는 것처럼). 이 같은 요금을 격퇴하는 한,다른 몇 가지 적극적으로 청구 α 입자가 변경된 경로 갑자기 있어야 합 치,또는 밀접하게 접근,또 다른 신체는 또한 고도의 집중,긍정적인 책임이 있다. 편향은 시간의 작은 부분을 발생했기 때문에,이 전하는 금박에있는 공간의 작은 양만을 차지했습니다., 분석 같은 일련의 실험에서 세부사항,러더포드 그린 두 가지의 결론:

1. 볼륨에 의해 점유되는 원자로 구성되어야 합량의 빈 공간이다.
2. 작고 비교적 무겁고 양전하를 띤 몸체 인 핵은 각 원자의 중심에 있어야합니다.

이 분석 led 러더퍼드를 모델을 제안하는 원자로 구성되어 있는 아주 작고,긍정적으로 부과 핵의 대부분에서 대량의 아날로그 전자기구,디지털 전자기 집중에 의해 둘러싸여 부정적인 요금이 부과 전자,그래서는 아날로그 전자기구,디지털 전자 전기적으로 중립니다(그림 5). 후에 더 많은 실험,러더퍼드도 발견되는 핵의 다른 요소를 포함할 수소 핵로”블록”그리고 그는 이름이 더 근본적인 입자를 양성자,긍정적으로 부,아원자 입자에서 찾을 핵., 다음에 배울 하나의 추가로,1 세기 전에 제안 된이 원자의 핵 모델은 오늘날에도 여전히 사용됩니다.

그림 5. Α 입자는 훨씬 더 무겁고 양전하를 띤 금 핵과 충돌하거나 가까이 지나갈 때만 편향됩니다. 핵은 원자의 크기에 비해 매우 작기 때문에 매우 적은 α 입자가 편향됩니다. 대부분은 전자가 차지하는 비교적 큰 영역을 통과하며,이는 너무 가벼워서 빠르게 움직이는 입자를 편향시킵니다.,

또 다른 중요한 발견은 동위 원소의 발견이었다. 1900 년대 초 과학자들은 새로운 원소로 보이는 몇 가지 물질을 확인하여 방사성 광석에서 분리했습니다. 예를 들어,토륨의 방사성 붕괴에 의해 생성 된”새로운 원소”는 초기에 메소 토륨이라는 이름을 부여 받았다., 그러나,보다 상세한 분석 mesothorium 었 화학적으로 동일하듐(다른 부패 product),에도 불구하고 다른 원자량. 이 결과 함께 비슷한 연구 결과는 다른 요소에 대한,led 영어 화학자 프레드릭 소니는 것을 깨닫게 요소가 있을 수 있었 형태의 원자는 다른 대중들을 화학적으로 구분할 수 없습니다. 이러한 다른 유형을 질량이 다른 동일한 원소의 원자 인 동위 원소라고합니다. Soddy 는이 발견으로 1921 년 노벨 화학상을 수상했습니다.,

하나의 퍼즐 남아 있었:핵었다 포함하고 있는 것으로 알려져 있는 거의 모든 질량의 원자와 숫자의 양자만 제공하거나 미만의 질량. 핵에 중성 입자의 존재를 포함하여 나머지 질량을 구성하는 것을 설명하기 위해 다른 제안이 이루어졌습니다. 당신이 예상하는 것,감지 전하를 띠지 않은 입자들은 매우 도전적이,그리고 그것 1932 년까지는 제임스는 과정에 증거를 발견의 중성자,전하를 띠지 않은,양자 입자의 질량과 거의 동일한으로는 양성자., 의 존재 중성자 설명도동위원소 다른 질량에서 때문에 그들은 다른 번호로 중성자,그러나 그들은 화학적으로 동일하기 때문에 그들은 같은 수의 양자. 이것은 나중에 더 자세히 설명 될 것입니다.

용어

alpha particle(α 입자):긍정적으로 부과 입자의 양자와 두 개의 중성자

전자:부정적인 영향을 청구,아원자 입자는 상대적으로 낮은 대량 외부에 위치한 핵

동위원소 원자를 포함하는 같은 수의 양성자이지만 다른 번호로 중성자

중성자: 전하를 띠지 않은,아원자 입자에 위치한 핵

핵:대규모,긍정적으로 부터 원자의 양성자 및 중성자

양성자:긍정적으로 청구,아원자 입자에 위치한 핵