Tag Archives: atom

Ako su atomi uglavnom prazan prostor, zašto predmeti izgledaju čvrsti?

Hemičar Džon Dalton predložio je teoriju da su sva materija i predmeti sastavljeni od čestica zvanih atomima, a ovo je i dalje prihvaćeno od strane naučne zajednice, skoro dva vijeka kasnije. Svaki od ovih atoma je sastavljen od neverovatno male jezgre, pa čak i manjih elektrona, koji se kreću prilično daleko od centra.

Ako zamislite stol koji je milijarde puta veći, njegovi atomi bi bili veličine lubenice. Ali i pored toga, jezgro u centru bi i dalje bilo premalo da bi se vidjelo, a elektroni bi i dalje plesali oko njega. Pa zašto naši prsti jednostavno ne prolaze kroz atome, i zašto svjetlost ne prolazi kroz praznine?

Da objasnim zašto bi trebali pogledati elektrone. Nažalost, mnogo toga što smo učili u školi je pojednostavljeno – elektroni ne kruže oko centra atoma kao planete oko Sunca, kao što ste mogli i naučiti. Umesto toga, mislite na elektrone poput roda pčela ili ptica, gdje su pojedinačni pokreti suviše brzi za praćenje, ali i dalje vidite oblik ukupnog rojka.

Elektronski ‘ples’

U stvari, elektronski ples – ne postoji bolji izraz za to. Ali to nije slučajan ples – to je više kao ples, gdje se kreću u setu obrazaca, sljedeći korake koje propisuje matematička formulacija nazvana po jednadžbi od Erwina Schrödingera.

Slika: Elektroni su kao jato ptica

Ti šabloni mogu varirati – neki su spori i nježni, kao valcer, neki su brzi i energični, poput Charlestona. Svaki elektron drži isti obrazac, ali jednom za neko vrijeme može se promjeniti na drugi, sve dok nijedan drugi elektron ne radi više taj obrazac. Nema dva elektrona u atomu istog koraka: ovo pravilo se zove Princip isključenja.

Iako se elektroni nikad ne umaraju, doći do bržeg koraka, uzima energiju. A kada se elektron spušta u sporiji uzorak gubi energiju. Dakle, kada energija u obliku svjetlosti padne na elektron, može apsorbovati neku energiju i pomjeriti se na viši, brži “plesni” uzorak. Svjetlosna zraka neće proći kroz naš sto, pošto su elektroni u svim atomima željni da privuku neku energiju iz svjetlosti.

Poslije veoma kratkog vremenskog perioda oni bi izgubili ovu energiju, možda ponovo kao svjetlost. Promjene u obrascima apsorbcije i emitovanja svjetlosti daje refleksiju i boje – tako da vidimo sto kao čvrst.

Otpor kada se dodirne

Slika: Otpor stola je jak

Ako dodirnete sto, onda se elektroni iz atoma u prstima približavaju elektronima u atomima stola. Pošto se elektroni u jednom atomu približavaju jezgru drugog, promjene u njihovim plesovima se mijenjaju. Ovo je zbog toga što elektron u niskom energetskom nivou oko jedne jezgre ne može učiniti isto oko druge – taj prorez već uzima jedan od sopstvenih elektrona. Novajlija mora stupiti u nenaseljenu, energetskiju ulogu. Ta energija mora biti isporučena, a ne od svjetla ovog puta, već od sile koju dobije od vaših prstiju.


Tako gurati dva atoma blizu jedan drugom uzima energiju, jer svi njihovi elektroni treba da idu u prazno visoko energetsko stanje. Pokušavati da gurate sve atome stola i atome prstiju zajedno zahtijeva jako puno energije – više nego što mogu isporučiti mišićeđi. Osjećate to kao otpor na vašim prstima, zbog čega se i stolica osjeća čvrstom na vaš dodir.

Izvor: www.theconversation.com

Zašto svi elektroni jednostavno ne padnu u jezgro kad ih pozitivno naelektrisano jezgro privlači?

Slika elektrona koji “kruže oko” jezgre poput planeta oko sunca ostaje trajna, ne samo u popularnim slikama atoma, već i u umovima mnogih koji znaju bolje. Prijedlog, prvi put napravljen 1913., da centrifugalna sila rotirajućeg elektrona točno balansira atraktivnu silu jezgre (analogno centrifugalnoj sili mjeseca u svojoj orbiti koja se točno protivi privlačenju Zemljine gravitacije) lijepa je zamisao, ali je jednostavno neodrživa.

Slika 1.1: Najpopularnije znanstvene slike atoma pokazuju elektrone koji se kreću oko jezgre poput planeta oko sunca. Ove su slike prilično jednostavno pogrešne. Dolaze iz stare ideje o strukturi atoma i traju, djelomično od navike, a dijelom zbog toga što je suvremeni pogled na raspored elektrona u atomu previše težak da bi napravili neku jednostavnu sliku.

Jedno od podrijetla ove hipoteze koja sugerira ovu perspektivu je vjerojatna je sličnost gravitacije i Coulombske interakcije. Izraz za silu gravitacije između dvije mase (Newtonov zakon gravitacije) jest:

gdje
m1 i m2 predstavljaju mase objekta 1 i 2, odnosno r predstavlja razmak između centara objekata.
Izraz za Coulombovu snagu između dva naelektrisanja jest:

q1 i q2 predstavljaju naboj objekta 1 i 2, odnosno r predstavlja razmak između centara objekata.

Međutim, elektron, za razliku od planeta ili satelita, električno je napunjen, a od sredine 19. stoljeća poznato je da električni naboj koji se podvrgava ubrzanju (mijenja brzinu i smjer) emitira elektromagnetsko zračenje, gubi energiju u procesu. Rotirajući elektron pretvorio bi atom u minijaturnu radijsku postaju, čija će energija biti po cijeni potencijalne energije elektrona; prema klasičnoj mehanici, elektron bi jednostavno otišao poput spirale u jezgro i atom bi se srušio.

Slika 1.2: Klasična spirala smrti jednog elektrona oko jezgre.

Kvantna teorija u spašavanju!

Do 1920-ih, postalo je jasno da maleni objekt kao što je elektron ne može se tretirati kao klasična čestica koja ima određenu poziciju i brzinu. Najbolje što možemo učiniti je odrediti vjerojatnost njegovog manifestiranja u bilo kojem trenutku u prostoru. Ako biste imali čarobnu kameru koja bi mogla uzeti niz slika elektrona u orbitali atoma vodika i mogla kombinirati dobivene točkice na jednoj slici, vidjet ćete nešto ovako. Jasno, vjerojatnije je da će se elektron naći što bliže se kretamo prema jezgri.

To potvrđuje ova slika koja pokazuje količinu elektronskog naboja po jedinici volumena prostora na različitim udaljenostima od jezgre. To je poznato kao ploha gustoće vjerojatnosti. Jedinica volumena prostornog dijela je ovdje vrlo važna; budući da se radi o radijusu bliže jezgri, ti volumeni postaju vrlo mali, pa se broj elektrona po jedinici volumena povećava vrlo brzo. U ovom pogledu, čini se kao da elektron pada u jezgru!

Prema klasičnoj mehanici, elektron bi jednostavno otišao spiralno u jezgru i atom bi se srušio. Kvantna mehanika je drugačija priča.

Bitka beskonačnosti spašava elektron iz njegove spirale smrti

Kao što znate, potencijalna energija elektrona postaje negativnija jer se kreće prema atraktivnom polju jezgre; u stvari, približava se negativnoj beskonačnosti. Međutim, budući da ukupna energija ostaje konstantna (atom vodika koji mirno sjedi sam neće izgubiti ni nabaviti energiju), gubitak potencijalne energije nadoknađuje povećanje kinetičke energije elektrona (ponekad se u ovom kontekstu naziva Energija “ograničenja”) koja određuje svoj zamah i njegovu efektivnu brzinu.

Kako se elektron približava malenom volumenu prostora kojeg zauzima jezgra, njegova potencijalna energija uroni se prema minus-beskonačnosti, a njegova kinetička energija (zamah i brzina) puca prema pozitivnoj-beskonačnosti. Ta “bitka beskonačnosti” ne može biti osvojena ni s jedne strane, pa se postiže kompromis u kojemu teorija kaže da pad potencijalne energije je samo dvostruko viši od kinetičke energije, a elektrona pleše po prosječnoj udaljenosti koja odgovara Bohrovom radijusu.

Još jedna stvar nije u redu s ovom slikom; Prema principu Heisenberga neizvjesnosti (bolji izraz bi bio “neodređenost”), čestica sitna kao elektron ne može se smatrati kao da ima određenu lokaciju ili zamah. Princip Heisenberga kaže da se bilo mjesto ili zamah kvantne čestice kao što je elektron može točno poznavati, ali kako je jedna od tih količina preciznije navedena, vrijednost druge postaje sve neodređenija. Važno je shvatiti da ovo nije samo pitanje poteškoća promatranja, već temeljno svojstvo prirode.

Ono što to znači jest da unutar malih granica atoma, elektron se ne može smatrati “česticom” koja ima određenu energiju i mjesto, tako da je pomalo pogrešno govoriti o elektronskom “padu” u jezgru.

Arthur Eddington, poznati fizičar jednom je sugerirao, a ne sasvim u šali, da bi bolji opis elektrona bio “wavicle”!

Gustoća vjerojatnosti nasuprot vjerojatnosti zračenja

Možemo, međutim, govoriti o tome gdje elektron ima najveću vjerojatnost manifestiranja – to jest, gdje će se naći maksimalni negativni naboj.

Ovo je samo krivulja označena kao “gustoća vjerojatnosti”; njezin strmi uspon dok se približavamo jezgri nedvosmisleno pokazuje da se elektron najvjerojatnije može naći u sićušnom volumenu elementa u jezgri. Ali čekaj! Nismo li samo rekli da se to ne događa? Ono što ovdje zaboravljamo jest da dok se mi iseljavamo iz jezgre, broj ovih malih volumenskih elemenata smještenih duž bilo kojeg radijusa vrlo brzo raste s r, što povećava faktor 4πr*r. Dakle, vjerojatnost pronalaženja elektrona negdje na određenom krugu radijusa nađena je množenjem gustoće vjerojatnosti pomoću 4πr*r. To daje krivulju koju ste vjerojatno vidjeli negdje drugdje, poznatu kao radijalna vjerojatnost, koja je prikazana na desnoj strani gornjeg dijagrama. Vrh radijalne vjerojatnosti za glavni kvantni broj n = 1 odgovara Bohrovom radijusu.

Ukratko, gustoća vjerojatnosti i radijalne vjerojatnosti prikazuju dvije različite stvari: prva pokazuje gustoću elektrona na bilo kojoj točki u atomu, dok druga, koja nam je općenito koristna, govori o relativnoj gustoći elektrona zbrajano iznad svih točaka na krugu danog radijusa.

Izvor: https://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Quantum_Mechanics/09._The_Hydrogen_Atom/Atomic_Theory/Why_atoms_do_not_Collapse

Šta je to Rutherfordov pokus sa alfa – česticama i zlatnim listićem i šta se s njim otkrilo?

“Pokus s alfa-česticama i zlatnim listićem je bio jedan od najznačajnih pokusa u nuklearnoj fizici, jer je to bio prvi dokaz da u atomu postoji atomska jezgra. Ernest Rutherford okuplja plodan tim istraživača, među kojima su Hans Geiger, Ernest Marsden, George Hevesy, Henry Moseley, a nekoliko je godina dio tima bio i Niels Bohr.

Ključni se pokus za to otkriće dogodio 1909. kada su znanstvenici vrlo tanki zlatni listić izložili djelovanju alfa-čestica. Thompsonov model atoma je predviđao da će alfa-čestice proći kroz tanki metalni film i raspršiti se pod određenim malim kutovima. No, na veliko je iznenađenje istraživačkoga tima ustanovljeno raspršenje i pod velikim kutovima, a neke su se helijeve jezgre od metalne folije odbile potpuno unatrag. Rutherford je to usporedio s vjerojatnošću da list papira odbije topovsku kuglu. Rezultat je pokusa vodio prema novom modelu atoma, koji je Rutherford predložio 1911.: atom se sastoji od središnjega električnog naboja okruženoga sferičnom raspodjelom naboja suprotnoga predznaka.

Ernest Rutherford je pokusima izmjerio da 1 gram kemijskog elementa radija, u ravnoteži sa svojim izotopima, zrači svake sekunde oko 3,7 1010 alfa-čestica. Osim toga, Rutherford je točno izmjerio električni naboj i masu alfa-čestice. Kasnije je zapazio još jednu važnu pojavu, da se alfa-čestice pri prolasku kroz neki materijal raspršuju. Kada bi uski snop alfa-čestica, poslije prolaza kroz tanki listić (folija) metala, pao na fotografsku ploču, onda bi se zapazili tragovi da su alfa-čestice skretale od pravca snopa. Ove pokuse je Rutherford započeo u Kanadi, a kasnije je nastavio u Ujedinjenom Kraljevstvu s Geigerom i Marsdenom.

Oni su ispitivali raspršenje alfa-čestica na taj način što su kroz mali otvor na olovnoj ploči, propuštali njihov uski snop, koji je padao na tanki zlatni listić, debljine 0,01 mm. Iza zlatnog listića je bio postavljen fluorescentni zastor od cinkovog sulfata (ZnS), koji ima svojstva scintilacije. Promatranjem kroz mikroskop, Rutherford i njegovi suradnici su zapazili, da je veličina površine na fluorescentnom zastoru, na kojoj su se zapazile scintilacije ili bljeskovi alfa-čestica, veće kad one prolaze kroz zlatni listić, nego bez njega.

Kasnije su Rutherford i njegovi suradnici zamijenili fluorescentni zastor s fotografskom pločom, a zlatni listić su znali mijenjati s aluminijskim listićem, ili su fotografirali bez njega. Uspoređivanjem dobivenih fotografija, zapazili su da su površine na fotografskoj ploči, koje su ostavljale alfa-čestice, najveće kad bi postavili zlatni listić, a najmanje kad alfa-čestice prolaze samo kroz zrak. Osim toga, tragovi alfa-čestice su sve nejasniji prema rubovima fotografske ploče. Primijetili su uz to da se jedan dio alfa-čestica odbio od zlatnog listića.

Objašnjenje rezultata pokusa

Na osnovu rezultata mnogobrojnih pokusa, s više različitih metalnih listića, Rutherford i njegovi suradnici su zaključili da pri prolazu kroz metalne listiće nastaje raspršenje ili skretanje alfa-čestica. Ovu pojavu su objašnjavali međusobnim djelovanjem alfa-čestica i jezgre atoma metala, kroz koje su one prolazile. Najveće raspršenje su dobili kod prolaza alfa-čestica kroz dva zlatna listića, ali se malo raspršenje dogadalo i kod prolaza kroz zrak. Tragovi kretanja alfa-čestica su se mogli dobiti kod prolaza kroz oblačnu komoru (Wilsonova komora).

Pošto je Rutherford znao masu, brzinu i električni naboj alfa-čestica, na osnovu dobijenih rezultata iz mnogobrojnih pokusa i matematičkih izračuna, zaključio je da ta skretanja mogu izazvati samo neke jake odbojne sile, koje se nalaze u atomima metala, kroz koji su alfa-čestice prolazile. Kako su skretanja alfa-čestica pod velikim kutevima bila jako rijetka, na primjer pri prolazu kroz listić platine na svakih 8000 jedna alfa-čestica bi skrenula pod kutem većim od 90º, Rutherford je smatrao da na njih djeluju neke jake odbojne sile. Te sile su mogle poticati samo od jakih električnih polja pozitivnog elektrižnog naboja, koji je sabijen u pojedinim sitnim mjestima u unutrašnjosti atoma, a nikako od električnog naboja, koji je bio raspoređen u cijelom atomu, kako bi proizlazilo iz Thompsonovog modela atoma.

Na osnovu toga što su alfa-čestice lako prodirale u dubinu atoma, uz malo skretanje od svog upadnog pravca, a vrlo rijetko pod većim kutevima, Rutherford je pretpostavio da je glavna masa atoma skoncentrirana u njegovom centru, čije su mjere vrlo male u usporedbi s promjerom atoma i da je pozitivan elektricitet svojstven za tu masu u centru. 1912. Rutherford je centar atoma nazvao atomskom jezgrom. Raspršenje alfa-čestica pri prolazu kroz metalne listiće, odnosno bilo koju kemijsku tvar, može se objasniti međusobnim djelovanjem (interakcijom) između pozitivno nabijenih alfa-čestica i pozitivno nabijenog atomskog jezgra, što se naziva Rutherfordovo raspršenje.”, (1)

Izvor: Wiki

Kako su fizičari otkrili koliko koji atom ima elektrona, protona i neutrona?

S obzirom da znamo da svaki atom da bi bio stabilan mora biti električki neutralan (kako to znamo ti je drugo pitanje), broj elektrona mora biti jednak broju protona.

Dakle, pitanje je stvarno kako znamo koliko protona i koliko elektrona koji atom ima. To je zapravo vrlo zanimljivo pitanje koje datira iz ranih dana (pa čak i ranije) nuklearne fizike i kemije.

Danas se to može učiniti prilično lako sa ionskim (ioni su naelektrisane čestice) akceleratorom (ubrzivaćem čestica) i magnetom(magnetom jer magnet može da pomjera naelektrisane čestice ili one njega mogu da pomjeraju ako se kreću). Sa pravom postavkom, može se dobiti snop mono-energetskih iona iz akceleratora pa ih poslati putem odvajaća za uklanjanje elektrona (tako da ostane samo jezgro atoma), a zatim ih poslati kroz magnet za odvajanje komponenti prema brzinama (koja ovisi o odnosu mase iona i  energije odnosno brzine, jer u zavisnosti od brzine kretanja i njihove mase, naelektrisane čestice se više ili manje odklanjaju u magnetskom polju). Iz magnetskog odklona može se dobiti odnos naboja i mase, a iz tog se može dobiti tačan broj protona u sastavu (količina naboja se očita) i broj neutrona (od broja protona i mase). Ovo je srce masene spektrometrije (iako se može koristiti vrijeme-leta tehnika ili magnetska separacija).

Animacija: Na ovoj animaciji vidimo kako se naelektrisane čestice protoni ili elektroni šalju kroz detektor njihovih brzina i detektor vrste naboja, gdje se pozitivno naelektrisane čestice odklanjaju na jednu stranu, a negativne na drugu). U zavisnosti od brzine kretanja i mase, naelektrisane čestice koje se puštaju s lijeva će se više ili manje odkloniti, a na osnovu tog odklona, možemo odrediti odnos mase i brzine kretanja, a na osnovu tog odnosa možemo odrediti broj protona odnosno elektrona. Izvor:

Dakle, to znači da samo znamo odnos između elemenata, ali ne baš broj od elektrona / protona. Naučnici u cijelom svijetu su se složili da atom vodika (H) ima 1 pozitivnu i 1 negativnu česticu i na osnovu odnosa možemo reći da i drugi  elementi kao što su Na (natrij), imaju X puta više mase nego H i tako bi trebalo da ima x puta više elektrona / protona. U osnovi je to tako, međutim malo je ipak komplikovanije od toga – svaki odnos daje cijeli broj protona. Dakle, proton može biti kompozitna čestica, što u biti jest na dovoljno visokim energijama (brzinama). Ali bez obzira na to koliko podijelite  atom, možete uvijek dobiti cijeli broj jedinica +1 naboja elektrona, što je jedinična količina naboja.

Da rezimiram: Prvo se odredi broj protona na osnovu njihovog nalektrisanja i odnosa mase i brzine koji se dobije na osnovu odklona snopa u magnetskom polju. Na osnovu toga se dobije i broj elektrona, jer je broj elektrona jednak broju protona. Iz broja  protona može se dobiti i broj neutrona. 

Kako su fizičari otkrili koliko koji atom ima elektrona, protona i neutrona?

S obzirom da znamo da svaki atom da bi bio stabilan mora biti električki neutralan (kako to znamo ti je drugo pitanje), broj elektrona mora biti jednak broju protona.

Dakle, pitanje je stvarno kako znamo koliko protona i koliko elektrona koji atom ima. To je zapravo vrlo zanimljivo pitanje koje datira iz ranih dana (pa čak i ranije) nuklearne fizike i kemije.

Danas se to može učiniti prilično lako sa ionskim (ioni su naelektrisane čestice) akceleratorom (ubrzivaćem čestica) i magnetom(magnetom jer magnet može da pomjera naelektrisane čestice ili one njega mogu da pomjeraju ako se kreću). Sa pravom postavkom, može se dobiti snop mono-energetskih iona iz akceleratora pa ih poslati putem odvajaća za uklanjanje elektrona (tako da ostane samo jezgro atoma), a zatim ih poslati kroz magnet za odvajanje komponenti prema brzinama (koja ovisi o odnosu mase iona i  energije odnosno brzine, jer u zavisnosti od brzine kretanja i njihove mase, naelektrisane čestice se više ili manje odklanjaju u magnetskom polju). Iz magnetskog odklona može se dobiti odnos naboja i mase, a iz tog se može dobiti tačan broj protona u sastavu (količina naboja se očita) i broj neutrona (od broja protona i mase). Ovo je srce masene spektrometrije (iako se može koristiti vrijeme-leta tehnika ili magnetska separacija).

Animacija: Na ovoj animaciji vidimo kako se naelektrisane čestice protoni ili elektroni šalju kroz detektor njihovih brzina i detektor vrste naboja, gdje se pozitivno naelektrisane čestice odklanjaju na jednu stranu, a negativne na drugu). U zavisnosti od brzine kretanja i mase, naelektrisane čestice koje se puštaju s lijeva će se više ili manje odkloniti, a na osnovu tog odklona, možemo odrediti odnos mase i brzine kretanja, a na osnovu tog odnosa možemo odrediti broj protona odnosno elektrona. Izvor:

Dakle, to znači da samo znamo odnos između elemenata, ali ne baš broj od elektrona / protona. Naučnici u cijelom svijetu su se složili da atom vodika (H) ima 1 pozitivnu i 1 negativnu česticu i na osnovu odnosa možemo reći da i drugi  elementi kao što su Na (natrij), imaju X puta više mase nego H i tako bi trebalo da ima x puta više elektrona / protona. U osnovi je to tako, međutim malo je ipak komplikovanije od toga – svaki odnos daje cijeli broj protona. Dakle, proton može biti kompozitna čestica, što u biti jest na dovoljno visokim energijama (brzinama). Ali bez obzira na to koliko podijelite  atom, možete uvijek dobiti cijeli broj jedinica +1 naboja elektrona, što je jedinična količina naboja.

Da rezimiram: Prvo se odredi broj protona na osnovu njihovog nalektrisanja i odnosa mase i brzine koji se dobije na osnovu odklona snopa u magnetskom polju. Na osnovu toga se dobije i broj elektrona, jer je broj elektrona jednak broju protona. Iz broja  protona može se dobiti i broj neutrona. 

Šta je to atomska fizika?

Atomska fizika

Atomska fizika ili fizika atoma je grana fizike, koja se bavi izučavanjem strukture atoma i elektronskog omotača, energetskim nivoima, spektrima, kao izračunavanjem fizičkih veličina i osobina, koje se zatim koriste u srodnim naukama.

Atomska fizika je nekad sinonim za Nuklearnu fiziku, međutim ove termine ne treba mešati, jer se atomska fizika ne bavi osnovnim procesima u okviru jezgra, odnosno ne bavi se proučavanjem nuklearne fizike samog jezgra, mada ponekad karakteristike strukture jezgra imaj uticaj na svojstva atoma.

Istorija

Ideja o postojanju atoma nije nova. Još su Stari Grci koristili reč atom da bi opisali najmanje čestice materije Saznanja o prirodi atoma razvijala su se vrlo sporo sve do početka 20. veka, a do kraja 20. veka postavljeni su različiti modeli strukture atoma.

Jedan od začetnika atomske fizike bio je Džozef Džon Tomson, koji je 1879. godine otkrio elektron i pretpostavio da se atom sastoji od jednakog broja pozitivnih i negativnih naelektrisanja. Ispitivao je slabe pozitivno naelektrisane zrake i dokazao da se ovi sastoje od pozitivnih čestica čija masa daleko prevazilazi masu elektrona. On je pravilno zaključio da te čestice predstavljaju ostatak atoma posle izlaska elektrona iz njega. Pre Tomsona atom je zamišljan kao mala bilijarska kugla. Tomson nije samo odredio apsolutnu masu te kugle, već je ustanovio da male, negativno naelektrisane čestice mogu da se odvoje od nje, ostavljajući joj pozitivno naelektrisanje. Na osnovu toga Tomson je zaključio da je materija građena od smeše međusobno vrlo blizu nanizanih atoma. Po njemu je atom pozitivno nabijena kuglica u kojoj su vrlo sitni elektroni ravnomerno raspoređeni. Predložio je model u kome su atomi predstavljani kao ovalni puding ili kolač sa suvim šljivama u omotaču (engl. plum puding). Bez obzira na brojne nedostatke, Tomsonov model atoma bio je značajan, jer je prvi put u istoriji ukazano na postojanje unutrašnje strukture atoma.

Druga značajna grupa istraživača se bavila pojavom prirodne radioaktivnosti koju je otkrio 1896. godine Anri Bekerel. Ključnu ulogu u ovoj grupi odigrao su i Raderford, Pjer i Marija, koji su u velikoj meri zaslužni za ra razvoj metoda za ekstrahovanje i koncentrovanje prirodno radioaktivnog materijala. Bekerel i Marija i Pjer Kiri su 1903. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziku. Sama Marija Kiri je kasnije, 1911. dobila još jednu Nobelovu nagradu iz oblasti hemije. Inače, radioaktivnost predstavlja raspad atoma, pri čemu se emituju tri vrste zračenja: alfa, beta i gama. Raderford je prvi utvrdio razliku između njih i ispitao njihove osobine. Pokazao je da alfa zrake sačinjava mlaz pozitivno naelektrisanih čestica, čijim je rasejavanjem na tankim zlatnim folijama postavio nuklearni model atoma, 1911. godine.

Konačno, treća grupa fizičara u kojoj je vodeću ulogu imao Maks Plank ispitivala je zakone zračenja crnog tela. Najvažnije otkriće te grupe ovde je da se emisija zračenja odvija u kvantima, tj. isprekidano, a ne neprekidno kao što je to predviđala klasična teorijska fizika.

Nils Bor je 1913. godine objedinivši rezultate sva tri navedena pravca istraživanja, predložio poznati model atoma, kojim je postavio temelje današnjeg shvatanja strukture atoma. Od prve grupe koja se odnosi atomsku fiziku on je usvojio postojanje i osobine elektrona, od druge grupe nuklearnom strukturu atoma , a od treće činjenice da atom emituje svetlost u kvantima.

Postojanje pozitivno naelektrisanih čestica u jezgru atoma, dokazao je Ernest Raderford 1919. godine. Naelektrisanje protona jednako je ali suprotno naelektrisanju elektrona. Broj protona u jezgru određuje karakteristike elementa. Utvrđeno je da je masa protona iznosi 1,67 x 10−27 kilograma.

Poznati atomski fizičari

Poznata imena atomske fizike uključuju:

Pre kvantne mehanike

  • Džon Dalton
  • Joseph von Fraunhofer
  • Johanes Ridberg
  • Džozef Džon Tomson

Posle kvantne mehanike

  • Alexander Dalgarno
  • David Bates
  • Nils Bor
  • Max Born
  • Clinton Josip Davisson
  • Enrico Fermi
  • Charlotte Froese Fischer
  • Vladimir Fock
  • Douglas Hartree
  • Ernest M. Henley
  • Ratko Janev
  • Harrie S. Massey
  • Nevill Mott
  • Mike Seaton
  • John C. Slater
  • Džordž Padžet Tomson

Reference

  1.  Fizički fakultet u Beogradu: Fizika atoma, pristup 9. mart 2013
  2.  Oksford, školska enciklopedija: Atom, tom 1. ISBN 978-86-7712-190-7. pp. 65
  3. Atomic archive: „Introduction to Atomic Physics“, pristup 9. mart 2013
  4.  Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera Osijek: „Uvod u atomsku fiziku“, dr. Branko Vuković, pristup 9. mart 2013
  5.  Kabinet fizike Tehničke škole Tesla: Uvod u kvantnu i atomsku fiziku, Prof. Negovec, pristup 9. mart 2013
  6. Atomic archive: „Atomic Structure“, pristup 9. mart 2013

Šta je to nuklearna fizika?

Nuklearna fizika

Eksplozija atomske bombe

Nuklearna fizika grana je fizike koja proučava strukturu atomske jezgre, procese u atomskoj jezgri (npr. radioaktivnost) i međudjelovanje atomskih jezgri (npr. nuklearnu fuziju i fisiju).

Povijest

Spontano (ničim izazvano) zračenje uranijevih soli otkrio je francuski znanstvenik Henri Becquerel 1896., dok je radio na fosforoscentnim materijalima.

Isprva se činilo da je to zračenje slično ranije otkrivenim rendgenskim zrakama. Kasnija istraživanja Pierrea Curie-a, Marie Curie, Ernesta Rutherforda i drugih otkrila su tri vrste radioaktivnog zračenja: alfa, beta i gama zračenje.

Štetno djelovanje radioaktivnog zračenja nije odmah otkriveno a prve terapije su bile pogrešne.

Neposredno pred početak Drugog svjetskog rata Lise Meitner, Otto Hahn i drugi dolaze na ideju da bi se energija razvijena fisijom mogla koristiti kao oružje za masovno uništenje. I sile osovine i savezničke snage započele su projekte u cilju razvoja ovakvog oružja; Projekt Manhattan u SAD-u je na kraju doveo do bacanja bombi na japanske gradove Hirošimu i Nagasaki i ogromnih civilnih žrtava.

Za vrijeme Drugog svjetskog rata i u ranom hladnom ratu nastavljen je razvoj nuklearne tehnologije, a u početku se nedovoljno pazilo na dugoročne opasnosti radioaktivne kontaminacije. Nuklearni otpad nastao u korištenjem uranija skladišten je u velike spremnike s rokom trajnosti od samo par desetljeća. Mnoga nuklearna oružja testirana su u atmosferi Zemlje. Sporazum o ograničenim probama prekinuo ove probe u SAD-u i SSSR-u (mada su podzemne probe nastavljene u mnogim zemljama, a Francuska i Kina nastavile su atmosferske probe još dugo vremena).

Razvijeni su nuklearni reaktori koji su se mogli koristiti kao izvori energije u podmornicama, brodovima, proizvodnju električne struje. Od 1960.-ih istražuju se zdravstveni problema nastali kao posljedice dugoročnoga izlaganja niskim razinama zračenja.

Javna zabrinutost je znatno porasla uslijed nuklearnih nezgoda posebno onih u Three Mile Islandu i Černobilu.

Nuklearna tehnologija je danas u širokoj upotrebi: nuklearna energija koja se fisijom oslobađa iz jezgri atoma koristi za zagrijavanje vode i pokretanje električnih generatora u nuklearnim elektranama, npr. Hrvatska dobiva 50% električne energije proizvedene u Nuklearnoj elektrani Krško, u medicinskoj dijagnostici primjenjuje se nuklearna magnetska rezonancija, akceleratori u bolnicama se koriste mijenjanje odabranih jezgri atoma prilikom dobivanja radioaktivnih farmaceutskih pripravaka i td.

Šta je to nuklearna fizika?

Nuklearna fizika

Eksplozija atomske bombe

Nuklearna fizika grana je fizike koja proučava strukturu atomske jezgre, procese u atomskoj jezgri (npr. radioaktivnost) i međudjelovanje atomskih jezgri (npr. nuklearnu fuziju i fisiju).

Povijest

Spontano (ničim izazvano) zračenje uranijevih soli otkrio je francuski znanstvenik Henri Becquerel 1896., dok je radio na fosforoscentnim materijalima.

Isprva se činilo da je to zračenje slično ranije otkrivenim rendgenskim zrakama. Kasnija istraživanja Pierrea Curie-a, Marie Curie, Ernesta Rutherforda i drugih otkrila su tri vrste radioaktivnog zračenja: alfa, beta i gama zračenje.

Štetno djelovanje radioaktivnog zračenja nije odmah otkriveno a prve terapije su bile pogrešne.

Neposredno pred početak Drugog svjetskog rata Lise Meitner, Otto Hahn i drugi dolaze na ideju da bi se energija razvijena fisijom mogla koristiti kao oružje za masovno uništenje. I sile osovine i savezničke snage započele su projekte u cilju razvoja ovakvog oružja; Projekt Manhattan u SAD-u je na kraju doveo do bacanja bombi na japanske gradove Hirošimu i Nagasaki i ogromnih civilnih žrtava.

Za vrijeme Drugog svjetskog rata i u ranom hladnom ratu nastavljen je razvoj nuklearne tehnologije, a u početku se nedovoljno pazilo na dugoročne opasnosti radioaktivne kontaminacije. Nuklearni otpad nastao u korištenjem uranija skladišten je u velike spremnike s rokom trajnosti od samo par desetljeća. Mnoga nuklearna oružja testirana su u atmosferi Zemlje. Sporazum o ograničenim probama prekinuo ove probe u SAD-u i SSSR-u (mada su podzemne probe nastavljene u mnogim zemljama, a Francuska i Kina nastavile su atmosferske probe još dugo vremena).

Razvijeni su nuklearni reaktori koji su se mogli koristiti kao izvori energije u podmornicama, brodovima, proizvodnju električne struje. Od 1960.-ih istražuju se zdravstveni problema nastali kao posljedice dugoročnoga izlaganja niskim razinama zračenja.

Javna zabrinutost je znatno porasla uslijed nuklearnih nezgoda posebno onih u Three Mile Islandu i Černobilu.

Nuklearna tehnologija je danas u širokoj upotrebi: nuklearna energija koja se fisijom oslobađa iz jezgri atoma koristi za zagrijavanje vode i pokretanje električnih generatora u nuklearnim elektranama, npr. Hrvatska dobiva 50% električne energije proizvedene u Nuklearnoj elektrani Krško, u medicinskoj dijagnostici primjenjuje se nuklearna magnetska rezonancija, akceleratori u bolnicama se koriste mijenjanje odabranih jezgri atoma prilikom dobivanja radioaktivnih farmaceutskih pripravaka i td.

Šta je to atomska fizika?

Atomska fizika

Atomska fizika ili fizika atoma je grana fizike, koja se bavi izučavanjem strukture atoma i elektronskog omotača, energetskim nivoima, spektrima, kao izračunavanjem fizičkih veličina i osobina, koje se zatim koriste u srodnim naukama.

Atomska fizika je nekad sinonim za Nuklearnu fiziku, međutim ove termine ne treba mešati, jer se atomska fizika ne bavi osnovnim procesima u okviru jezgra, odnosno ne bavi se proučavanjem nuklearne fizike samog jezgra, mada ponekad karakteristike strukture jezgra imaj uticaj na svojstva atoma.

Istorija

Ideja o postojanju atoma nije nova. Još su Stari Grci koristili reč atom da bi opisali najmanje čestice materije Saznanja o prirodi atoma razvijala su se vrlo sporo sve do početka 20. veka, a do kraja 20. veka postavljeni su različiti modeli strukture atoma.

Jedan od začetnika atomske fizike bio je Džozef Džon Tomson, koji je 1879. godine otkrio elektron i pretpostavio da se atom sastoji od jednakog broja pozitivnih i negativnih naelektrisanja. Ispitivao je slabe pozitivno naelektrisane zrake i dokazao da se ovi sastoje od pozitivnih čestica čija masa daleko prevazilazi masu elektrona. On je pravilno zaključio da te čestice predstavljaju ostatak atoma posle izlaska elektrona iz njega. Pre Tomsona atom je zamišljan kao mala bilijarska kugla. Tomson nije samo odredio apsolutnu masu te kugle, već je ustanovio da male, negativno naelektrisane čestice mogu da se odvoje od nje, ostavljajući joj pozitivno naelektrisanje. Na osnovu toga Tomson je zaključio da je materija građena od smeše međusobno vrlo blizu nanizanih atoma. Po njemu je atom pozitivno nabijena kuglica u kojoj su vrlo sitni elektroni ravnomerno raspoređeni. Predložio je model u kome su atomi predstavljani kao ovalni puding ili kolač sa suvim šljivama u omotaču (engl. plum puding). Bez obzira na brojne nedostatke, Tomsonov model atoma bio je značajan, jer je prvi put u istoriji ukazano na postojanje unutrašnje strukture atoma.

Druga značajna grupa istraživača se bavila pojavom prirodne radioaktivnosti koju je otkrio 1896. godine Anri Bekerel. Ključnu ulogu u ovoj grupi odigrao su i Raderford, Pjer i Marija, koji su u velikoj meri zaslužni za ra razvoj metoda za ekstrahovanje i koncentrovanje prirodno radioaktivnog materijala. Bekerel i Marija i Pjer Kiri su 1903. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziku. Sama Marija Kiri je kasnije, 1911. dobila još jednu Nobelovu nagradu iz oblasti hemije. Inače, radioaktivnost predstavlja raspad atoma, pri čemu se emituju tri vrste zračenja: alfa, beta i gama. Raderford je prvi utvrdio razliku između njih i ispitao njihove osobine. Pokazao je da alfa zrake sačinjava mlaz pozitivno naelektrisanih čestica, čijim je rasejavanjem na tankim zlatnim folijama postavio nuklearni model atoma, 1911. godine.

Konačno, treća grupa fizičara u kojoj je vodeću ulogu imao Maks Plank ispitivala je zakone zračenja crnog tela. Najvažnije otkriće te grupe ovde je da se emisija zračenja odvija u kvantima, tj. isprekidano, a ne neprekidno kao što je to predviđala klasična teorijska fizika.

Nils Bor je 1913. godine objedinivši rezultate sva tri navedena pravca istraživanja, predložio poznati model atoma, kojim je postavio temelje današnjeg shvatanja strukture atoma. Od prve grupe koja se odnosi atomsku fiziku on je usvojio postojanje i osobine elektrona, od druge grupe nuklearnom strukturu atoma , a od treće činjenice da atom emituje svetlost u kvantima.

Postojanje pozitivno naelektrisanih čestica u jezgru atoma, dokazao je Ernest Raderford 1919. godine. Naelektrisanje protona jednako je ali suprotno naelektrisanju elektrona. Broj protona u jezgru određuje karakteristike elementa. Utvrđeno je da je masa protona iznosi 1,67 x 10−27 kilograma.

Poznati atomski fizičari

Poznata imena atomske fizike uključuju:

Pre kvantne mehanike

  • Džon Dalton
  • Joseph von Fraunhofer
  • Johanes Ridberg
  • Džozef Džon Tomson

Posle kvantne mehanike

  • Alexander Dalgarno
  • David Bates
  • Nils Bor
  • Max Born
  • Clinton Josip Davisson
  • Enrico Fermi
  • Charlotte Froese Fischer
  • Vladimir Fock
  • Douglas Hartree
  • Ernest M. Henley
  • Ratko Janev
  • Harrie S. Massey
  • Nevill Mott
  • Mike Seaton
  • John C. Slater
  • Džordž Padžet Tomson

Reference

  1.  Fizički fakultet u Beogradu: Fizika atoma, pristup 9. mart 2013
  2.  Oksford, školska enciklopedija: Atom, tom 1. ISBN 978-86-7712-190-7. pp. 65
  3. Atomic archive: „Introduction to Atomic Physics“, pristup 9. mart 2013
  4.  Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera Osijek: „Uvod u atomsku fiziku“, dr. Branko Vuković, pristup 9. mart 2013
  5.  Kabinet fizike Tehničke škole Tesla: Uvod u kvantnu i atomsku fiziku, Prof. Negovec, pristup 9. mart 2013
  6. Atomic archive: „Atomic Structure“, pristup 9. mart 2013