Резерфорд тәжірибесі. Атомның құрамы. Атомның моделі.

Сабақтың тақырыбы: Резерфорд тәжірибесі. Атомның құрамы. Атомның моделі.

Сабақтың мақсаты:

1. Білімділік мақсаты: Оқушы білімін, іскерлігін, дағды деңгейін бақылау, бағалау. Резерфорд тәжірибесін және атомның құрамын түсіндіру.

2. Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау.

3. Тәрбиелік мақсаты: Адамгершілікке, ұқыптылыққа, алғырлыққа, отансүйгіштікке, табиғатты аялауға, сыйластық пен әдептілікке баулу.

Сабақтың түрі:жаңа білімді қалыптастыру, жалпылау

Сабақтың әдіс-тәсілдері: Әңгіме, лекция, дискуссия, кітаппен жұмыс.

Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер,

Сабақтың барысы:

І. ДК. Ұйымдастыру кезеңі:

1. Сәлемдесу;

2. Оқушыларды түгендеу;

3. Сынып болмесінің тазалығын тексеру;

4. Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру (жұмыс орны, отырыстары, сыртқы түрлері);

5. Оқушылардың назарын сабаққа аудару.

ІІ. ДК. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.

А) теориялық білімдерін тексеру.

Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру.

Б) есептерін тексеру.

ІІІ.ДК Білімді жан-жақты тексеру./ ІV. ДК. Жаңа материалды қабылдауға әзірлік, мақсат қою.

Бүгінгі негізгі мақсатымыз оқулық бойынша атомдардың сәуле шығару және сәуле жұту спектрлерімен танысамыз.

1. Қандай элементтер радиоактивті элементтер дейді?

2. Радиактивті сәулелену дегеніміз не?

3. Атомның планетааралық моделі қандай тәжірибеге негізделген?

4. Атом ядросының құрамы қандай?

V. ДК.Жаңа материалды меңгерту:

Атомның күрделі құрылысының ашылуы - қазіргі физиканың қалыптасып, онан әрі дамуына түрткі болған аса маңызды кезең болып табылады. Атом құрылысының сандық теориясының туындау процесінде атомдық спектрлерін түсіндірудін нәтижесінде микробөлшектердің қозғалысының жаңа заңдары - кванттық механиканың заңдары ашылды. 

АТОМНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫНЫҢ ҒАЛАМШАРЛЫҚ ҚҰРЫЛЫМЫ

Ағылшын физигі Эрнест Резерфорд a-бөлшектердің заттан шашырауын зерттеді де, 1911 жылы атом ядросы — массивті түзілім, ол өлшемдері жағынан атомнан оңдаған мың есе кіші екенін айтты.

Томсон моделі. Атомның құрылысы туралы дұрыс ұғымға ғалымдар бірден келе қойған жоқ. Атомның алғашқы моделін ұсынған, электронды ашқан - атақты ағылшын физигі Дж. Дж. Томсон болды. Томсонның ойынша, атомның оң заряды атомның көлемін түгел жайлайды және осы көлемде тұрақты тығыздықпен тарайды. Ең қарапайым атом - сутегі атомы, радиусы, 10^-8 см-ге жуық оң зарядталған шар, оның ішінде электрон орналасады. Күрделірек атомдарда оң зарядталған шардың ішінде бірнеше электрондар болады, сөйтіп, атом жүзім салып пісірген нан сияқты, ондағы жүзімдер электрон рөлін атқарады. Бірақ Томсон ұсынған атом моделі атомдағы оң зарядтың таралуын зерттеудегі тәжірибе нәтижелерімен тікелей қайшылыққа келген. Тұңғыш рет ағылшынның ұлы физигі Эрнест Резерфорд жасаған бұл тәжірибелердің атом құрылысын түсіндірудегі рөлі соншалықты зор.

Атом ядросының өлшемдерін анықтау

 Атомның оң заряды мен массасы кеңістіктің өте кішкентай жеріне шоғырланған болса ғана a-бөлшектердің кері тебілуі мүмкін болатынын Резерфорд түсінген еді. Сөйтіп, Резерфорд атомның түгелдей дерлік массасы мен барлық оң заряды шоғырланған кішкентай дене идеясына – атом ядросы идеясына келді.

2-суретте ядродан әртүрлі қашықтыққа ұшып өтетін a -бөлшектердің траекториясы көрсетілген.

Түрліше бұрыштарға шашыраған a-бөлшектердің санын есептей отырьш, Резерфорд ядроның өлшемдерін де бағалады. Ядроның диаметрлері 10^-12 – 10^-13 см (әртүрлі ядролардың диаметрлері түрліше болады) шамасында екен. Ал атомның өзінің өлшемі 10^-8 см, яғни ядроның өлшемдерінен 10—100 мың есе үлкен. Соңынан ядроның зарядын да анықтау мүмкін болды. Электронның зарядын бірлік өлшем етіп алатын болсақ, онда ядроның заряды осы химиялық элементтің Д.И.Менделеев кестесіндегі реттік нөміріне дәлме-дәл тең екен.

 Атомның планетарлық моделі

Резерфордтың тәжірибелерінен тікелей атомның планетарлық моделі келіп шығады. Центрінде массасы түгелдей дерлік жинақталған оң зарядталған атом ядросы орналасқан. Бүтіндей алғанда атом нейтрал. Сондықтан атом ішіндегі электрондардың саны да, ядроның заряды сияқты, периодты жүйедегі элементтің реттік нөміріне тең. Атом ішіндегі электрондардың тыныш тұруы мүмкін еместігі өзінен-өзі айқын болмаса да, олар ядроға құлап түсер еді. Олар Күнді айнала қозғалатын ғаламшарлар тәрізді, ядроны айнала белгілі орбиталармен қозғалып жүреді. Электрондардың бұл сипаттас қозғалысы ядро тарапынан пайда болатын кулондық күштің әсерінен туады. Сутегі атомының ядросын айнала тек бір ғана электрон қозғалады. Сутегі атомы ядросының модулі бойынша электронның зарядына тең оң заряды бар, ал массасы электронның массасынан шамамен 1836,1 есе көп. Бұл ядро протон деген атақ алып, элементар бөлшек ретінде қарастырыла бастады. Атомның өлшемі - бұл оның электронының орбитасының радиусы (3-сурет). Атомның қарапайым және көрнекі планетарлық моделінің тікелей эксперименттік дәлелдемесі бар. a- бөлшектердің шашырау тәжірибесін дәлелдеу үшін ол сөзсіз керек сияқты. Бірақ бұл модель атомның бар болу (өмір сүру) фактісінің өзін, оның орнықтылығын түсіндіре алмады. Электрондар орбита бойымен едәуір үдеумен қозғалады. Максвеллдің электродинамикалық заңдары бойынша, үдей қозғалатын заряд жиілігі бір секундтағы ядроны айналу санына тең болатын электромагниттік толқын шығаруы тиіс. Сәуле шығаруда энергия шығыны болады. Атмосфераның жоғарғы қабаттарында тежелген кезде Жер серігінің Жерге жақындайтыны сияқты, энергиясын жоғалта отырып, электрондар да ядроға жақындауы тиіс. Ньютон механикасы мен Максвелл электродинамикасына негізделген мұқият есептеулер көрсеткендей, болмашы аз уақытта (10^-8 с шамасында) электрон ядроға құлап түсуі керек. Атом өзінің өмір сүруін тоқтатуы тиіс.

Резерфорд атомның планеталық моделін жасады: электрондар, ғаламшарлардың Күнді айнала қозғалатыны сияқты, ядроны айнала қозғалады. Бұл модель қарапайым эксперимент жүзінде негізделген, бірақ атомдардың орнықтылығын түсіндіре алмайды.

Радиоактивтік кұбылысты зерттеу атом ядроларының табиғатына қатысты маңызды жаңалықтардың ашылуына себепші болды.

Көптеген радиоактивтік түрленулерді бақылау нәтижесінде радиоактивтік қасиеттері мүлдем әртүрлі (яғни түрліше тәсілдермен ыдырайтын), бірақ өздерінің химиялық қасиеттері жөнінен барабар заттар бар екені анықталды. Белгілі химиялық тәсілдердің бәрімен де оларды ажырату ешбір мүмкін болмады. Осының негізінде 1911 ж. Содди химиялық қасиеттері бірдей, басқа жағынан, мәселен өзінің радиоактивтігімен ұқсамайтын элементтер бар екені жөнінде болжам айтты. Мұндай элементтерді Менделеевтің периодтық жүйесінің бір тор кезіне орналастыру керек. Сондықтан Содди оларды изотоптар (яғни периодтық жүйеде бірдей орын алатындар) деп атады.

Бір жылдан соң Дж.Томсон электр және магнит өрісіндегі ауытқу тәсілімен неон индарының массасына дәл өлшеулер жүргізген кезде Соддидің болжамы ойдағыдай дәлелденіп, оған терең түсініктеме берілді. Томсон неон атомдардың екі түрінің қоспасы екенін байқады. Олардың басым көпшілігінің салыстырмалы атомдық массасы 20-ға тең. Бірақ салыстырмалы атомдық массасы 22-ге тең аздаған атомдар қоспасы да бар. Осының нәтижесінде қоспаның салыстырмалы атомдық массасы, 20,2-ге тең. Бірдей химиялық қасиеттері бар атомдардың массаларында айырмашылық байқалды. Неонның екі түрінің де Менделеев кестесінде бірдей орын алатындығы анық, ендеше, олар изотоптар болып табылады. Сонымен, изотоптардың тек өздерінің радиоактивтік қасиеттері жағынан ғана емес, массасы жағынан да айырмашылығы болады екен. Сонымен бірге соңғы жағдай басымырақ рөл атқарады. Изотоптарда атом ядроларының зарядтары бірдей болады. Сондықтан атом қабықшаларындағы электрондар саны, демек, изотоптардың химиялық қасиеттері бірдей. Бірақ ядроның массалары әртүрлі. Сонымен қатар, ядролар радиоактивті де, тұрақты да бола алады. Радиоактивті изотоптар қасиеттерінің түрліше болуы олардың ядроларының массалары әр түрлі болуына байланысты. Қазіргі уақытта химиялық элементтердің бәрінің изотоптары бар екендігі анықталған. Кейбір элементтердің изотоптары тұрақты болмайды (яғни радиоактивті). Изотоптар табиғаттағы ең ауыр элемент — уранда (салыстырмалы атомдық массасы 238, 235 т. б.) және ең жеңіл — сутегінде де (салыстырмалы атомдық массасы 1, 2, 3) бар.

Әсіресе сутегінің изотоптары ерекше, себебі массасы жағынан екі немесе үш есе айырмашылығы бар. Салыстырмалы атомдық массасы 2 болатын изотоп дейтерий деп аталады. Ол стабильді (яғни радиоактивті емес) және әдеттегі сутегіне аздаған қоспа (1:4500) түрінде енеді. Дейтерий оттегімен қосылғанда ауыр су пайда болады. Оның физикалық қасиеттері кәдімгі судың қасиетінен анағұрлым бөлек. Қалыпты атмосфералық қысымда ол 101,2° С-та қайнайды да, 3,8°С-та қатады. Салыстырмалы атомдық массасы 3 болатын изотоп тритий деп аталады. Ол -радиоактивті, жартылай ыдырау периоды 12 жылға жуық. Изотоптардың болуы, атом ядросының заряды атомдардың барлық қасиеттерін анықтамай, тек химиялық қасиеттері мен электрон қабықшасының маңына байланысты физикалық қасиеттерін, мысалы, өлшемдерін анықтайтындығын дәлелдейді. Атомның массасы мен радиоактивтік қасиеттері оның Менделеев кестесіндегі реттік нөмірімен анықталмайды. Изотоптардың салыстырмалы атомдық массаларын дәл өлшегенде олардың бүтін саңдарға өте жақын болатындығының елеулі маңызы бар.

VІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.

§53-54, дайындық сұрақтарын талдау.

VІІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту немесе дағдыландыру жұмыстарын жүргізу.

Есептер шығару.

VIІI.ДК. Бағалау. Үй тапсырмасын беру: §53-54, дайындық сұрақтары.