Номер 6, страница 312 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 51. Строение атома. Вопросы - номер 6, страница 312.

Условие.

6. Опишите планетарную модель атома.

Решение.

Планетарная модель атома, также известная как ядерная модель или модель Резерфорда, была предложена английским физиком Эрнестом Резерфордом в 1911 году. Эта модель была создана на основе результатов знаменитого опыта по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге (опыт Гейгера — Марсдена).

Основные положения планетарной модели:
1. Центральное ядро. В центре атома расположено очень маленькое, но массивное положительно заряженное ядро. Размеры ядра составляют примерно $10^{-15} - 10^{-14}$ м, что в 10-100 тысяч раз меньше размеров самого атома (порядка $10^{-10}$ м).
2. Концентрация массы и заряда. Практически вся масса атома (более 99.9%) и весь его положительный заряд сосредоточены в ядре. Положительный заряд ядра обусловлен входящими в его состав протонами.
3. Орбитальные электроны. Вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца, по замкнутым орбитам вращаются отрицательно заряженные частицы — электроны.
4. Электростатическое взаимодействие. Электроны удерживаются на своих орбитах силами электростатического притяжения со стороны положительно заряженного ядра. Эта сила является центростремительной силой, заставляющей электрон двигаться по орбите.
5. Электронейтральность. Атом в целом электронейтрален, так как суммарный отрицательный заряд электронов равен по модулю положительному заряду ядра. Количество электронов в атоме равно количеству протонов в ядре.
6. Пустота в атоме. Поскольку ядро и электроны занимают очень малую часть общего объёма атома, большая его часть представляет собой пустое пространство.

Аналогия с Солнечной системой:
Название "планетарная" модель получила из-за своей схожести со строением Солнечной системы. В этой аналогии массивное Солнце соответствует тяжелому ядру, а планеты, вращающиеся вокруг него под действием гравитационных сил, соответствуют легким электронам, вращающимся вокруг ядра под действием электростатических (кулоновских) сил.

Недостатки и противоречия модели:
Несмотря на то, что модель Резерфорда была огромным шагом вперед по сравнению с предыдущей моделью "пудинга с изюмом" Томсона, она столкнулась с серьезными противоречиями с точки зрения классической физики:
1. Неустойчивость атома. Согласно классической электродинамике, любой заряженный объект, движущийся с ускорением (а движение по орбите — это движение с центростремительным ускорением), должен непрерывно излучать электромагнитные волны и, следовательно, терять энергию. Теряя энергию, электрон должен был бы двигаться по сужающейся спирали и в конечном итоге упасть на ядро за очень короткое время (около $10^{-8}$ с). Это означало бы, что атомы в представлении Резерфорда нестабильны, что противоречит существованию материи.
2. Противоречие с атомными спектрами. Если бы электрон терял энергию непрерывно, то спектр излучения атома должен был бы быть сплошным (непрерывным). Однако эксперименты показывали, что атомы излучают и поглощают свет только на определенных, дискретных частотах, что приводит к линейчатым спектрам. Планетарная модель не могла объяснить этот факт.

Эти противоречия были разрешены позже в рамках квантовой механики, начиная с модели атома Нильса Бора (1913 г.), которая ввела постулаты о стационарных орбитах и квантовых переходах, и далее в более полной квантово-механической модели Шрёдингера.

Ответ: Планетарная модель атома, предложенная Э. Резерфордом, описывает атом как систему, состоящую из крошечного, плотного, положительно заряженного ядра в центре, в котором сосредоточена почти вся масса атома, и вращающихся вокруг него по орбитам отрицательно заряженных электронов. Электроны удерживаются на орбитах силами электростатического притяжения к ядру. Модель оказалась несостоятельной, так как противоречила законам классической электродинамики (предсказывала нестабильность атома) и не могла объяснить дискретный характер атомных спектров.