το πυρθνικό εργοςτάςιο Sandia ςτο Νζο Μεξικό ζνασ επιταχυντισ φορτιςμζνων ςωματιδίων (μθχανι Ζ) παράγει μζςαςε ελάχιςτο χρόνο δζκα φορζσ περιςςότερθ ενζργεια από όλουσ μαηί τουσ ςτακμοφσ θλεκτροπαραγωγισ ςτον κόςμο. Ηενζργεια παράγεται φπο μορφι ακτινϊν Χ. Ηλεκτρικζσ εκκενϊςεισ φωτίηουν τθν επιφάνεια τθσ μθχανισ Ζ. Ηπαραγόμενθ ιςχφσ είναι 210 τριςεκατομμφρια Watt.

Ο Λεφκιπποσ και ο Δθμόκριτοσ υποςτιριηαν ότι θ φλθαποτελείται από πολφ μικρά ςωματίδια, τα οποία δενμποροφν να διαιροφνται απεριόριςτα και γι' αυτόονομάςτθκαν άτομα (δθλαδι άτμθτα).

Τποςτιριξαν ότι θ φλθ αποτελείται από άτομα που διαφζρουν μεταξφ τουσ κατά το ςχιμα καικατά το μζγεκοσ. Σα άτομα δε δθμιουργοφνται οφτε καταςτρζφονται και επομζνωσ είναιάφκαρτα και αιϊνια. Σα άτομα είναι πάρα πολλά και βρίςκονται ςε διαρκι κίνθςθ μζςα ςτοκενό. Σα διάφορα φυςικά φαινόμενα οφείλονται ςτθν κίνθςθ των ατόμων. Ο ςχθματιςμόσ τωνυλικϊν ςωμάτων οφείλεται ςτισ ενϊςεισ των ατόμων με άλλα άτομα, ενϊ αντίκετα θκαταςτροφι των ςωμάτων οφείλεται ςτο διαχωριςμό των ατόμων.

Ο Επίκουροσ επθρεάςτθκε από τθ κεωρία τουΔθμόκριτου. Ζνα μζροσ τθσ κεωρίασ αυτισβρίςκεται ςε ζνα ποίθμα του Ρωμαίου ποιθτιΛουκριτιου, όπου περιγράφεται, με βάςθ τισατομικζσ αντιλιψεισ του Δθμόκριτου, θ πίεςθ πουαςκοφν τα αζρια, θ διάχυςθ των οςμϊν και τοςχιμα των κρυςτάλλων.

Η ατομικι κεωρία του Δθμόκριτου ιταν μία από τισ φιλοςοφικζσ κεωρίεστων αρχαίων Ελλινων. Δεν υπιρχε καμία πειραματικι παρατιρθςθ για τθνυποςτιριξι τθσ. Η κεωρία του Δθμόκριτου καταπολεμικθκε από τονΠλάτωνα, τον Αριςτοτζλθ και τουσ μακθτζσ τουσ και ζπεςε ςε αφάνειαμζχρι το 19ο αιϊνα.

τισ αρχζσ του 19ου αιϊνα ο Dalton (Ντάλτον) επανζφερε τθν ατομικικεωρία, για να εξθγιςει τουσ νόμουσ τθσ Χθμείασ που ανακάλυψε πειραματικά.

θμαντικό ςτακμό ςτθν εξζλιξθ των επιςτθμονικϊν ιδεϊν για το άτομο αποτζλεςεθ ανακάλυψθ του θλεκτρονίου από τον Thomson (Σόμςον) κατά το τζλοσ του19ου αιϊνα.

Η ανακάλυψθ του θλεκτρονίου ωσ ςυςτατικό του ατόμου ζδειξε ότι το άτομοζχει εςωτερικι δομι και επομζνωσ δεν είναι άτμθτο. Επειδι θ φλθ είναιθλεκτρικά ουδζτερθ, κατζλθξε ςτο ςυμπζραςμα ότι και τα άτομα τθσ φλθσ είναιθλεκτρικά ουδζτερα και επομζνωσ το άτομο κα ζχει ίςεσ ποςότθτεσ κετικοφ καιαρνθτικοφ φορτίου.

Σο ερϊτθμα που τζκθκε ςτθ ςυνζχεια ιταν:«πϊσ θ μάηα και το φορτίο κατανζμονται ςτο εςωτερικό του ατόμου;»

Ο Thomson (Σόμςον) πρότεινε ζνα πρότυπο ςφμφωνα με το οποίο το άτομο αποτελείταιαπό μια ςφαίρα κετικοφ φορτίου, ομοιόμορφα κατανεμθμζνου, μζςα ςτο οποίο είναιενςωματωμζνα τα θλεκτρόνια, όπωσ οι ςταφίδεσ μζςα ςε ζνα ςφαιρικό ςταφιδόψωμο

Ο Rutherford (Ράδερφορντ) και οι μακθτζσ του πραγματοποίθςαν τα πρϊτα πειράματα, για ναδιερευνιςουν τθν εςωτερικι δομι του ατόμου, τα αποτελζςματα των οποίων ιλκαν ςεαντίκεςθ με το πρότυπο του Thomson. τα πειράματα αυτά μια δζςμθ κετικά φορτιςμζνωνςωματίων α κατευκφνεται ςε λεπτό μεταλλικό φφλλο χρυςοφ (ςτόχοσ). φμφωνα με τοπρότυπο του Thomson, θ δζςμθ των ςωματίων α δε κα πρζπει να αποκλίνει ςθμαντικά γιατουσ εξισ λόγουσ:

α. Σο ολικό θλεκτρικό φορτίο του ατόμου είναι μθδζν και επομζνωσ δεν αςκείταιθλεκτρικι δφναμθ ςτα ςωμάτια α, όςο αυτά βρίςκονται ςτο εξωτερικό του ατόμου.

β. Επειδι το κετικό θλεκτρικό φορτίο είναι ομοιόμορφα κατανεμθμζνο, δεν μπορεί νααςκεί ςθμαντικι απωςτικι δφναμθ ςτα ςωμάτια α, όςο αυτά βρίςκονται ςτοεςωτερικό του ατόμου.

γ. Η ςφγκρουςθ των ςωματίων α με το θλεκτρόνια δεν επθρεάηει ςθμαντικά τθνκίνθςι τουσ, γιατί τα θλεκτρόνια ζχουν πολφ μικρότερθ μάηα. Με τον ίδιο τρόπο δενεπθρεάηεται ςθμαντικά θ κίνθςθ μιασ βαριάσ πζτρασ μζςα ςτθ βροχι.

Ο Rutherford παρατιρθςε ότι τα περιςςότερα από τα ςωμάτια α διζρχονταιμζςα από το ςτόχο ςχεδόν ανεπθρζαςτα, ςαν να κινοφνται μζςα ςε ςχεδόν κενόχϊρο. Αρκετά αποκλίνουν ςε διάφορεσ γωνίεσ. Λίγα όμωσ αποκλίνουν κατά180°. Αυτό μπορεί να ςυμβεί μόνο, αν το κετικό φορτίο είναι ςυγκεντρωμζνο ςεμικρό χϊρο, ϊςτε να αςκεί ςτα ςωμάτια α μεγάλεσ απωςτικζσ θλεκτρικζσδυνάμεισ.

Σο πρότυπο του Rutherford ονομάηεται και πλανθτικό μοντζλο του ατόμου, γιατί αποτελεί μικρογραφία του θλιακοφπλανθτικοφ ςυςτιματοσ. Αποτελεί ζνα μεγάλο βιμα, που πλθςιάηει ςτθν εικόνα του ατόμου όπωσ τθ γνωρίηουμε ςιμερα.Όμωσ το μοντζλο αυτό, όπωσ κα δοφμε παρακάτω, παρουςιάηει οριςμζνεσ ςθμαντικζσ αδυναμίεσ.

Όταν εφαρμόςουμε οριςμζνθ τάςθ ςε γυάλινο ςωλινα που περιζχει αζριο ςε χαμθλιπίεςθ (όπωσ ςτισ διαφθμιςτικζσ λυχνίεσ νζου), τότε κα παρατθριςουμε ότι το αζριοεκπζμπει φωσ. Αν το φωσ αυτό αναλυκεί, όταν, για παράδειγμα, περάςει μζςα απόζνα πρίςμα, τότε κα παρατθριςουμε μια ςειρά από φωτεινζσ γραμμζσ. Κάκε γραμμιαντιςτοιχεί ςε ζνα διαφορετικό μικοσ κφματοσ ι χρϊμα. Όπωσ γνωρίηουμε, θ ςειράτων γραμμϊν που παρατθροφνται ονομάηεται γραμμικό φάςμα εκπομπισ τουαερίου.

Ατομικά φάςματα

Ατομικά φάςματα

Σα μικθ κφματοσ που περιζχει το γραμμικό φάςμα εκπομπισ είναι χαρακτθριςτικάτου ςτοιχείου που εκπζμπει το φωσ. Δεν υπάρχουν δφο διαφορετικά ςτοιχεία που ναζχουν το ίδιο φάςμα εκπομπισ. Σο δεδομζνο αυτό μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τονπροςδιοριςμό των ςτοιχείων που περιζχονται ςε μια ουςία. Δθλαδι το γραμμικόφάςμα παίηει το ρόλο των δακτυλικϊν αποτυπωμάτων. Όπωσ από τα δακτυλικάαποτυπϊματα μποροφμε να βροφμε τον άνκρωπο ςτον οποίο ανικουν, ζτςι και απότο γραμμικό φάςμα μποροφμε να βροφμε το ςτοιχείο ςτο οποίο ανικει.

Αν φωτίςουμε με πθγι που εκπζμπειλευκό φωσ ζνα πρίςμα, πίςω από τοοποίο ζχει τοποκετθκεί πζταςμα, τότεκα παρατθριςουμε πάνω ςτοπζταςμα μια ςυνεχι χρωματιςτιταινία. Η ταινία αυτι τωνχρωμάτων, όπωσγνωρίηουμε, ονομάηεται ςυνεχζσφάςμα του λευκοφ φωτόσ.

Ατομικά φάςματα

α. Το φάςμα εκπομπήσ ή απορρόφηςησ ενόσ αερίου αποτελείταιαπό οριςμζνεσ φαςματικζσ γραμμζσ που είναι χαρακτηριςτικζσ τουαερίου. Κάβε γραμμή αντιςτοιχεί ςε οριςμζνη ςυχνότητα (ή μήκοσκφματοσ).

β. Κάθε γραμμή τον φάςματοσ απορρόφηςησ του αερίου ςυμπίπτειμε μια γραμμή τον φάςματοσ εκπομπήσ του. Δηλαδή κάθε αζριοαπορροφά μόνο εκείνεσ τισ ακτινοβολίεσ τισ οποίεσ μπορεί ναεκπζμπει.

Ατομικά φάςματα

Σα γραμμικά φάςματα των αερίων αποτζλεςαντο κλειδί για τθν ζρευνα τθσ δομισ του ατόμου.Κάκε κεωρία για τθ δομι του ατόμου πρζπει ναεξθγεί γιατί τα άτομα εκπζμπουν ι απορροφοφνμόνο οριςμζνεσ ακτινοβολίεσ και γιατίαπορροφοφν μόνο εκείνεσ τισ ακτινοβολίεσ πουμποροφν να εκπζμπουν.

Σο μοντζλο του Rutherford αδυνατοφςε ναεξθγιςει τα γραμμικά φάςματα των αερίων γιατουσ παρακάτω λόγουσ:

φμφωνα με αυτό το μοντζλο, το θλεκτρόνιο εκπζμπει ακτινοβολία, δθλαδιακτινοβολεί ενζργεια. Η ενζργεια του θλεκτρονίου κα πρζπει να μειϊνεται ςυνεχϊσμζχρι να πζςει ςτον πυρινα.

Η ςυχνότθτα τθσ εκπεμπόμενθσ ακτινοβολίασ κα πρζπει να είναι ίςθ με τθ ςυχνότθταπεριφοράσ του θλεκτρονίου, θ οποία μεταβάλλεται ςυνεχϊσ.

Άρα, ςφμφωνα με το μοντζλο του Rutherford, τα άτομα κα ζπρεπε να εκπζμπουνςυνεχζσ φάςμα και όχι γραμμικό, όπωσ παρατθρείται ςτθν πράξθ.

Σο πρότυπα του Bohr για το υδρογόνο

Για να απαντιςει ςτα παραπάνω ερωτιματα, ο Δανόσφυςικόσ Bohr (Μπορ) πρότεινε ζνα πρότυπο για το άτομο τουυδρογόνου, που ςτθρίηεται ςτισ παρακάτω παραδοχζσ:

α. Σο θλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου περιφζρεταιγφρω από το κετικά φορτιςμζνο πυρινα με τθν επίδραςθτθσ δφναμθσ Coulomb που δζχεται από αυτόν.

β. Σο θλεκτρόνιο μπορεί να κινείται μόνο ςε οριςμζνεστροχιζσ, οι οποίεσ ονομάηονται επιτρεπόμενεσ τροχιζσ. Οιεπιτρεπόμενεσ τροχιζσ είναι εκείνεσ για τισ οποίεσ ιςχφειότι θ ςτροφορμι του θλεκτρονίου είναι κβαντωμζνθ καιίςθ με ακζραιο πολλαπλάςιο τθσ ποςότθτασ ħ = h/2π, όπουh είναι θ ςτακερά του Plank. Σο μζτρο τθσ ςτροφορμισ τουθλεκτρονίου δίνεται από τθν εξίςωςθ:

L = mυr

όπου m είναι θ μάηα του θλεκτρονίου, υ είναι το μζτρο τθσταχφτθτάσ του και r θ ακτίνα τθσ κυκλικισ τροχιάσ του.Εφαρμόηοντασ τθ ςυνκικθ ςφμφωνα με τθν οποία θςτροφορμι του θλεκτρονίου είναι κβαντωμζνθ, ζχουμε:

mυr = nh2π = nħ, n = 1, 2, 3, …, ∞

Σο πρότυπα του Bohr για το υδρογόνο

γ. Όταν το θλεκτρόνιο κινείται ςε οριςμζνθεπιτρεπόμενθ τροχιά, δεν εκπζμπειακτινοβολία. Η παραδοχι αυτι ζρχεται ςεαντίκεςθ με τθν θλεκτρομαγνθτικι κεωρίαςφμφωνα με τθν οποία το θλεκτρόνιο καζπρεπε να ακτινοβολεί ςυνεχϊσ ενζργεια, ναδιαγράφει ςπειροειδι τροχιά με διαρκϊσμειοφμενθ ακτίνα και τελικά να πζφτει ςτονπυρινα.

δ. Όταν το θλεκτρόνιο μεταπθδιςει από μία επιτρεπόμενθ τροχιά ςε άλλθμικρότερθσ ενζργειασ, τότε εκπζμπεται ζνα φωτόνιο με ενζργεια ίςθ με τθδιαφορά μεταξφ τθσ αρχικισ και τθσ τελικισ του ενζργειασ. Αν Εα είναι θενζργεια του ατόμου πριν από τθ μετάβαςθ, Ετ θ ενζργεια μετά τθ μετάβαςθκαι hf θ ενζργεια του εκπεμπόμενου φωτονίου, τότε ιςχφει:

Eτ - Eα = hf

Σο πρότυπα του Bohr για το υδρογόνο

Ο Νιλσ Μπορ (Niels Henrik David Bohr 7 Οκτωβρίου1885 - 18 Νοεμβρίου 1962) ιταν Δανόσ φυςικόσ.ποφδαςε ςτο Πανεπιςτιμιο τθσ Κοπεγχάγθσ καιείχε κεμελιϊδεισ ςυνειςφορζσ ςτθν κατανόθςθ τθσατομικισ δομισ και τθσ κβαντικισ μθχανικισ.Σο 1911 δοφλεψε με τον Έρνεςτ Ράδερφορντ και το1913 ςκζφκθκε να ςυνδυάςει το μοντζλο τουτελευταίου με τθ Κβαντικι Θεωρία του Μαξ Πλανκκαι για τθ κεωρθτικι του αυτι εργαςία τιμικθκε μετο Βραβείο Νόμπελ Φυςικισ το 1922.Διάςθμεσ ςτο χϊρο τθσ φυςικισ είναι οιαντιπαρακζςεισ του με τον Άλμπερτ Αϊνςτάινςχετικά με τθν τότε νζα κβαντικι μθχανικι. Ήτανεπίςθσ μζλοσ τθσ ομάδασ των φυςικϊν πουεργάηονταν ςτο πρόγραμμα Μανχάτταν για τθνκαταςκευι τθσ πρϊτθσ ατομικισ βόμβασ.

Είχε πάκοσ με το ποδόςφαιρο και είχε παίξειμερικά παιχνίδια με τθν ΑκαντζμιςκΜπόλντκλουμπ.Ο γιοσ του, Άαγκε (Aage Bohr 1922-2009), ιτανεπίςθσ φυςικόσ και τιμικθκε με Νόμπελ το 1975 γιατισ ζρευνζσ του ςχετικά με τθ δομι του πυρινα τωνατόμων

Ολικι ενζργεια θλεκτρονίου φμφωνα με το δεφτερο νόμο του Νεφτωνα, θθλεκτρικι ελκτικι δφναμθ F = ke2/r2, που αςκεί οπυρινασ ςτο θλεκτρόνιο, πρζπει να είναι ίςθ με F =mακ, όπου ακ = υ2/r είναι θ κεντρομόλοσ επιτάχυνςθτου θλεκτρονίου:

Όταν αναφερόμαςτε ςτθν ολικι ενζργεια του θλεκτρονίου ςτο άτομο του υδρογόνου, εννοοφμε τθνενζργεια του ςυςτιματοσ που αποτελείται από το θλεκτρόνιο και τον ακίνθτο πυρινα του ατόμου. Ηενζργεια αυτι οφείλεται ςτθν αλλθλεπίδραςθ μεταξφ του θλεκτρονίου και του πυρινα.