La radioattività è la capacità degli atomi di alcuni elementi chimici. La radioattività come prova della complessa struttura degli atomi

Obiettivi della lezione:

Educativo:

1. Consolidare la conoscenza della radioattività e dei tipi di radiazioni, sviluppare una visione scientifica del mondo tra gli scolari, far conoscere meglio agli studenti il ​​processo di conoscenza fisica del mondo.
2. Sintesi delle conoscenze acquisite in una lezione di chimica per formarsi un'idea dell'atomo.
3. Gli studenti devono conoscere l'esperimento di Rutherford (installazione, svolgimento dell'esperimento, risultati), il modello planetario dell'atomo e devono essere in grado di spiegare i risultati dell'esperimento di Rutherford.

Sviluppo: continuare a sviluppare il pensiero, la capacità di analizzare, confrontare e trarre conclusioni logiche.

Educativo:

1. sviluppo delle capacità intellettuali lavoro di squadra; educazione ai fondamenti dell'autocoscienza morale (pensiero: la responsabilità di uno scienziato, uno scopritore per i frutti delle sue scoperte);
2. risvegliare l’interesse degli studenti per la letteratura scientifica divulgativa e per lo studio dei prerequisiti per la scoperta di fenomeni specifici.

Tipo di lezione: apprendimento di nuovo materiale.

Forma della lezione: lezione combinata.

Metodi di lezione: verbale, visivo, pratico.

Attrezzatura:

• Personal computer; proiettore multimediale; lavagna interattiva;

Dispensa: tavola “Tavola periodica elementi chimici DI. Mendeleev".

Durante le lezioni

1. Organizzazione del lavoro.

Annuncio dell'argomento e dello scopo della lezione, l'ordine di lavoro nella lezione.

2. Ripetizione di quanto appreso. La fase di preparazione per l'assimilazione attiva e consapevole del materiale (aggiornamento della conoscenza).

Il mondo è complicato -
È pieno di avvenimenti, di dubbi
E infiniti segreti,
E ipotesi audaci.
Come un miracolo della natura
È un genio
E in questo caos
Trova l'ordine.

Chi è questo genio, questo eccentrico che ha fatto la più grande scoperta del secolo scorso? Le persone strane illuminano la vita. Queste sono persone irrequiete, insolitamente curiose e infinitamente curiose, alla ricerca persistente di problemi oscuri. Scoprono, inventano, sperimentano, creano costantemente qualcosa. La vita ci presenta molti problemi. Alcuni di essi sono molto facili da risolvere. Diverse generazioni di scienziati sono alle prese con gli altri. Sembrerebbe che la domanda quasi infantile “Come funziona un atomo?” E la risposta è stata cercata per circa 2500 anni.

Nella lezione precedente abbiamo parlato dell'esistenza di fatti che confermano la complessa struttura dell'atomo.

• Qual è la scoperta fatta da A. Becquerel nel 1896?
• Come chiamavano la capacità degli atomi di alcuni elementi chimici di emettere spontaneamente?
• Raccontaci come è stato condotto l'esperimento sotto la guida di E. Rutherford, il cui diagramma è mostrato nella diapositiva. Cosa è emerso da questa esperienza?
• Quali erano i nomi delle particelle incluse nella composizione? radiazione radioattiva?
• Cosa sono queste particelle?

3. Imparare nuovo materiale.

Insegnante: L'ipotesi di cui sono costituite tutte le sostanze elevato numero atomi, originatisi oltre duemila anni fa. I sostenitori della teoria atomica consideravano l'atomo la particella più piccola e credevano che l'intera diversità del mondo non fosse altro che una combinazione di particelle immutabili: gli atomi.

Insegnante: Idee specifiche sulla struttura dell'atomo si sono sviluppate man mano che la fisica ha accumulato fatti sulle proprietà della materia. Le persone si resero conto che l'atomo è divisibile e che in natura esistono particelle più piccole dell'atomo.

Domanda. Quali particelle conosci che sono più piccole di un atomo?

Studenti: elettrone, protone, neutrone.

Insegnante: Dopo tutte queste scoperte, quando divenne chiaro che l'atomo può avere una struttura complessa, diversi scienziati proposero vari modelli teorici della struttura dell'atomo. Il più popolare di questi fu il modello proposto da J.J.

Insegnante: Joseph John Thomson ha mostrato basato sulla classica teoria elettromagnetica che le dimensioni di un elettrone dovessero essere dell'ordine di 10 – 15 m, inoltre, era noto che le dimensioni degli atomi sono di diversi angstrom (un angstrom è pari a 10 – 10 m).

Su questa base, Thomson nel 1903 propose un modello dell'atomo, secondo il quale gli atomi sono palline omogenee di materia caricata positivamente contenenti elettroni. La carica totale (negativa) degli elettroni è uguale alla carica positiva dell'atomo. Pertanto, l'atomo nel suo insieme è neutro.

Questo modello è stato chiamato "budino" perché gli elettroni erano intervallati in un ambiente positivo, come l'uvetta in un budino.

La deviazione di un elettrone in un atomo dalla sua posizione di equilibrio dà luogo ad una forza rotante. Pertanto un elettrone, allontanato in qualche modo da una posizione di equilibrio, oscilla e quindi è una sorgente radiazioni elettromagnetiche.

Il modello di Thomson sembrava attraente dal punto di vista che presupponeva la presenza di un elettrone nell'atomo. Tuttavia durò solo fino al 1911.

L'esperienza di Rutherford.

Quindi, il modello dell'atomo è stato costruito. Ora dobbiamo testarlo con un esperimento. Cosa devo controllare? Naturalmente, come è distribuita la carica positiva all'interno dell'atomo e come si trovano gli elettroni al suo interno. Ma per fare questo bisogna entrare dentro l’atomo! È possibile? Per penetrare all'interno di un atomo sono necessarie particelle di dimensioni uguali o inferiori. Tali particelle sono state scoperte durante lo studio del fenomeno della radioattività.

Compito 1. Calcola quante volte la particella è più pesante dell'elettrone.

Studenti: (Risolvere da soli) 7350 volte. Pertanto, è necessario scegliere una particella come proiettile.

Insegnante. Hai ragione. L'esperimento che diede un contributo decisivo alla creazione della moderna teoria della struttura atomica fu l'esperimento condotto nel 1911 da Ernest Rutherford, insieme ai suoi assistenti G. Geiger ed E. Marsden.

Insegnante: Consideriamo in dettaglio lo schema dell'esperimento di Rutherford. Un granello di una sostanza radioattiva, il radio (Rn), fu posto in un contenitore di piombo. Uno stretto fascio di particelle fuoriusciva dal contenitore attraverso un piccolo foro. Di fronte al foro c'era uno schermo rivestito di solfuro di zinco. Quando le particelle lo colpivano, provocavano una scintilla in una piccola parte dello schermo, proprio di fronte al foro di uscita. Quando una sottile lamina d'oro veniva posizionata lungo il percorso, l'area dello schermo in cui venivano osservate le scintillazioni aumentava significativamente. Ciò significava che le particelle cambiavano la loro direzione originale e sperimentavano la dispersione.

Domanda. Cosa pensi che possa aver causato la deviazione: le particelle?

Studenti. Gli elettroni non possono cambiare la direzione del movimento delle particelle, poiché la loro massa è molte volte inferiore alla massa della particella. Significa qualcos'altro.

Compito 2. Considerando che in un solido gli atomi sono strettamente imballati e la distanza tra i loro centri è di circa 2,5 10 -10 m (secondo l'analisi strutturale a raggi X), calcola quanti strati di atomi nello spessore della lamina d'oro di spessore 0 contiene, 4 micron.

Studenti: (decidendo autonomamente) circa 1600 strati.

Insegnante: Quindi: dal fatto che molte particelle volano attraverso migliaia di atomi d'oro senza interagire con essi, ne consegue che l'atomo non è solido. (Il modello atomico di Thomson non è confermato). Se la particella non subisce l'azione della carica positiva dell'atomo, la sua direzione di movimento non cambia. Se esiste un'azione del genere, la direzione del movimento cambia e più forte è l'azione, più devia. Per rilevare tutti i tipi di deviazioni delle particelle, lo schermo è stato reso sferico.

Domanda. Quando si conducono esperimenti, di solito vengono eseguite misurazioni. Quali misurazioni pensi siano state prese negli esperimenti di Rutherford?

Studenti: È stato contato il numero di particelle che non hanno subito interazione con gli atomi d'oro e che hanno deviato a vari angoli.

Insegnante: Il conteggio delle particelle sparse ha dato i seguenti risultati:

Nessuno si aspettava quest'ultimo risultato, poiché a quel tempo tutti aderivano al modello di Thomson, secondo il quale gli atomi erano considerati così "liberi" da non essere in grado di causare deviazioni così significative delle particelle. Molto più tardi, Rutherford raccontò come “un Geiger terribilmente eccitato andò da lui e gli disse: “Siamo riusciti a osservare le particelle che ritornavano indietro”. Questo è stato l'evento più incredibile che abbia mai vissuto. Era quasi incredibile come se avessi sparato un proiettile da 15 pollici contro un pezzo di carta velina e questo tornasse indietro e ti colpisse. Riflettendoci, mi sono reso conto che questa retrodiffusione doveva essere il risultato di un'unica collisione, e quando ho fatto i calcoli, ho visto che era impossibile ottenere un valore dello stesso ordine di grandezza a meno che non si considerasse un sistema in cui la maggior parte dei la massa dell’atomo era concentrata in un piccolo nucleo”.

Per analisi teorica dati ottenuti, era necessario conoscere la teoria della probabilità. Per colmare le lacune nella conoscenza di questa branca della matematica, Rutherford non esitò a sedersi nuovamente sulla panchina degli studenti, provocando la sorpresa dei suoi stessi studenti, che videro inaspettatamente accanto a loro il loro professore.

Dopo aver analizzato i risultati degli esperimenti, Rutherford giunse alla conclusione:

Che una deviazione così forte delle particelle è possibile solo se all'interno dell'atomo è presente un campo elettrico estremamente forte. Si calcolò che tale campo potesse essere creato da una carica concentrata in un volume molto piccolo (rispetto al volume di un atomo);

Poiché m >m e circa 8000 volte, gli elettroni che compongono l'atomo non potrebbero cambiare la direzione del movimento delle particelle.

Sulla base di queste considerazioni, Rutherford propose un modello nucleare (planetario) della struttura dell'atomo. Atom assomiglia sistema solare, solo che al posto del Sole contiene un nucleo e al posto dei pianeti ci sono gli elettroni.

Il modello nucleare si rivelò molto elegante e molto più semplice del modello dell'atomo di Thomson. Rutherford era contento. Lo farei ancora! Dopotutto, si è rivelato essere la prima persona a cui è stato rivelato il segreto della struttura dell'atomo.

La scala dell’atomo “secondo Rutherford” può essere rappresentata come segue:

Il nucleo è tante volte più piccolo di un atomo quanto un seme di papavero è più piccolo dell'edificio dell'Università di Mosca sulle Colline dei Passeri;

Se ingrandiamo l'atomo di circa 10 15 volte, diventerà grande quanto la città di Mosca;

Se il nucleo di un atomo delle dimensioni di una ciliegia si trova al centro della Piazza Rossa, un elettrone delle dimensioni di un granello di polvere volerà attorno alla circonferenza della tangenziale. Tutto il resto nell'atomo è vuoto

4. Consolidamento di nuove conoscenze.

Insegnante: Ora apri la tavola periodica e guardala attentamente. Consideriamo la struttura atomica degli elementi chimici idrogeno, elio, litio, berillio (H, He, Li, Be). Esempio: L'atomo di idrogeno occupa la prima cella della tavola periodica. La carica elettrica del nucleo di un atomo di idrogeno è positiva e uguale al prodotto della carica elettrica elementare e per il numero atomico Z dell'elemento chimico nella tavola periodica. q=Ze. Ciò significa che la carica del nucleo è 1. Possiamo anche determinare il numero di elettroni in un atomo di idrogeno. Poiché l'atomo è neutro, il numero di elettroni in un atomo di idrogeno sarà 1. L'elettrone ha una carica negativa.

1. Qual è la carica del nucleo di un atomo di He, Li, Be?
2. Quanti elettroni ci sono in un atomo di He, Li, Be?
3. In che modo gli atomi di diversi elementi chimici differiscono tra loro?
4. Questo è caratteristica principale un certo elemento chimico?
5. Qual è l'essenza del modello planetario della struttura atomica?

5. Presentazione del materiale di sviluppo.

Messaggi degli studenti: “Pagine dalla biografia di Ernest Rutherford”.

6. Riassumendo. Agli studenti che rispondono alle domande e pensano in modo indipendente durante la lezione vengono assegnati dei voti. Quando si risponde, viene valutata non solo la correttezza della risposta, ma anche il corso del ragionamento, il numero e la qualità degli errori.

Compiti a casa §56. Disegna un diagramma di un modello di un atomo di litio, azoto, ossigeno, fluoro. Determinare la carica del nucleo di ciascun atomo.

Letteratura

1. Fisica – 9° grado. A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik Mosca: Otarda, 2003.
2. Teoria e metodi di insegnamento della fisica a scuola.
3. Domande private. A cura di S.E. Kamenetsky Mosca: Akademia, 2000
4. Fisica – 11° grado. SV Gromov Mosca: Illuminismo, 1999
5. PS Kudryavtsev Corso di storia della fisica Mosca: Illuminismo, 1974.
6. Primo settembre. Supplemento di fisica n. 10 2004

• Risorse Internet:
• http;//www-college.ru;
• http;//www.tdu.nstu.ru;

http://bibliotekar.ru.

Soggetto. Radioattività

Scopo della lezione: familiarizzare gli studenti con la scoperta del fenomeno della radioattività naturale e delle proprietà delle radiazioni radioattive.

Tipo di lezione: lezione sull'apprendimento di nuovo materiale.

PIANO DELLE LEZIONI		Controllo della conoscenza 1. Energia di legame. 2. Difetto di massa. 4. Reattore nucleare.
Dimostrazioni		Frammenti video del film “La scoperta della radioattività naturale”.
Imparare nuovo materiale		1. Scoperta della radioattività. 2. Tipi di radiazioni radioattive. 3. La radioattività come prova della complessa struttura degli atomi. 4. Decadimento radioattivo.
Rafforzare il materiale appreso		1. Domande qualitative. 2. Imparare a risolvere i problemi.

IMPARARE NUOVO MATERIALE

Il fenomeno della radioattività è sempre accompagnato dal rilascio di energia. Si è scoperto che 1 g di radio emette 600 J di energia, che include radiazioni -, β e γ.

Studi sperimentali hanno dimostrato che il fenomeno della radioattività non è influenzato da azioni esterne che potrebbero influenzarlo guscio elettronico atomo (riscaldamento, campi elettrici e magnetici, composti chimici, stato di aggregazione eccetera.). Pertanto la radioattività è dovuta solo alla struttura dell'atomo. Si è scoperto che la radioattività ha la proprietà di alcuni nuclei atomici di trasformarsi spontaneamente in altri nuclei con emissione di particelle.

Pertanto, l'emissione spontanea di particelle -, β e γ da parte della materia, insieme ad altri fatti sperimentali, è servita come base per l'ipotesi che gli atomi della materia abbiano una struttura complessa.

DOMANDE AGLI STUDENTI DURANTE LA PRESENTAZIONE DEL NUOVO MATERIALE

Primo livello

1. Elenca i fatti e i fenomeni che confermano la complessa struttura dell'atomo.

2. Come chiamavano la capacità degli atomi di alcuni elementi chimici di emettere spontaneamente?

3. Delle tre radiazioni, β e γ non deviano i campi magnetici ed elettrici?

Domande.

1. Qual è stata la scoperta fatta da Becquerel nel 1896?

Becquerel scoprì nel 1896 che l'elemento chimico uranio U emette spontaneamente raggi invisibili.

2. Come chiamavano la capacità degli atomi di alcuni elementi chimici di emettere spontaneamente?

Questa capacità venne chiamata radioattività.

3. Raccontaci come è stato condotto l'esperimento, il cui diagramma è mostrato nelle Figure 167, a, b. Cosa è emerso da questa esperienza?

Nell'esperimento in Fig. 167 un granello di radio Ra fu posto in un recipiente a pareti spesse. Da esso, attraverso una fenditura, fuoriesce un fascio di radiazioni radioattive che illumina la lastra fotografica. Quindi si è agito sul raggio campo magnetico, a seguito della quale il raggio si divide in tre flussi: caricato positivamente, caricato negativamente e neutro, che è stato registrato dalla formazione di tre punti sulla lastra fotografica.

4. Quali erano i nomi delle particelle che compongono la radiazione radioattiva? Cosa sono queste particelle?

Si è scoperto che la radiazione radioattiva è costituita da tre tipi di particelle: particelle α - atomi di elio ionizzati He, particelle β - elettroni e particelle γ - fotoni.

Il presupposto di cui tutti i corpi sono composti minuscole particelle, fu espresso dagli antichi filosofi greci Leucippo e Democrito circa 2500 anni fa. Queste particelle erano chiamate atomi, che significa “indivisibili”. Un atomo è il più piccolo, il più semplice, inesistente componenti e quindi una particella indivisibile.

Ma da circa la metà del XIX secolo. Cominciarono ad apparire fatti sperimentali che mettevano in dubbio l'idea dell'indivisibilità degli atomi. I risultati di questi esperimenti suggerirono che gli atomi hanno una struttura complessa e che contengono particelle caricate elettricamente.

La prova più evidente della complessa struttura dell'atomo fu la scoperta del fenomeno della radioattività da parte del fisico francese Henri Becquerel nel 1896.

Henri Becquerel (1852-1908)
Fisico francese. Uno degli scopritori della radioattività

Becquerel scoprì che l'elemento chimico uranio spontaneamente (cioè senza influenze esterne) emette raggi invisibili precedentemente sconosciuti, che in seguito furono chiamati radiazioni radioattive.

Poiché la radiazione radioattiva aveva proprietà insolite, molti scienziati iniziarono a studiarla. Si è scoperto che non solo l'uranio, ma anche alcuni altri elementi chimici (ad esempio il radio) emettono spontaneamente raggi radioattivi. La capacità degli atomi di alcuni elementi chimici di emettere spontaneamente cominciò a essere chiamata radioattività (dal latino radio - emetti e activus - efficace).

Ernest Rutherford (1871-1935)
Fisico inglese. Scoprì la complessa composizione della radiazione radioattiva del radio e propose un modello nucleare della struttura dell'atomo. Scoperto il protone

Nel 1899, a seguito di un esperimento condotto sotto la guida del fisico inglese Ernest Rutherford, si scoprì che la radiazione radioattiva del radio non è omogenea, cioè ha una composizione complessa. Vediamo come è stato condotto questo esperimento.

La Figura 156a mostra un recipiente di piombo a pareti spesse con un granello di radio sul fondo. Un raggio di radiazione radioattiva proveniente dal radio esce attraverso un foro stretto e colpisce una lastra fotografica (la radiazione del radio avviene in tutte le direzioni, ma non può passare attraverso uno spesso strato di piombo). Dopo aver sviluppato la lastra fotografica, su di essa è stata trovata una cosa punto nero- esattamente nel punto in cui ha colpito il raggio.

Riso. 156. Schema dell’esperimento di Rutherford per determinare la composizione della radiazione radioattiva

Quindi l'esperimento è stato modificato (Fig. 156, b): è stato creato un forte campo magnetico che ha agito sul raggio. In questo caso, sulla lastra sviluppata sono apparse tre macchie: una, quella centrale, era nello stesso posto di prima, e le altre due erano in lati diversi da quello centrale. Se due flussi deviano in un campo magnetico dalla loro direzione precedente, allora sono flussi di particelle cariche. Deviazione nelle diverse direzioni indicate segni diversi cariche elettriche delle particelle. In un flusso c'erano solo particelle caricate positivamente, nell'altro quelle caricate negativamente. E il flusso centrale era una radiazione priva di carica elettrica.

Le particelle caricate positivamente erano chiamate particelle alfa, quelle caricate negativamente erano chiamate particelle beta e quelle neutre erano chiamate particelle gamma o quanti gamma.

Joseph John Thomson (1856-1940)
Fisico inglese. Elettrone scoperto. Proposto uno dei primi modelli di struttura atomica

Qualche tempo dopo, a seguito di ricerche su vari caratteristiche fisiche e le proprietà di queste particelle (carica elettrica, massa, ecc.), è stato possibile stabilire che la particella β è un elettrone e la particella α è un atomo completamente ionizzato dell'elemento chimico elio (cioè un elio atomo che ha perso entrambi gli elettroni). Si è anche scoperto che la radiazione γ è uno dei tipi, o meglio intervalli, della radiazione elettromagnetica (vedi Fig. 136).

Il fenomeno della radioattività, cioè l'emissione spontanea di particelle α, β e α da parte di una sostanza, insieme ad altri fatti sperimentali, è servito come base per supporre che gli atomi di una sostanza abbiano una composizione complessa. Poiché si sapeva che l'atomo nel suo insieme era neutro, questo fenomeno portava a supporre che l'atomo contenesse particelle cariche negativamente e positivamente.

Sulla base di questi e altri fatti, il fisico inglese Joseph John Thomson propose nel 1903 uno dei primi modelli della struttura dell'atomo. Secondo l'ipotesi di Thomson, l'atomo è una sfera, in tutto il cui volume è distribuita uniformemente una carica positiva. Ci sono elettroni all'interno di questa palla. Ogni elettrone può creare movimenti oscillatori vicino alla sua posizione di equilibrio. La carica positiva della pallina è quindi uguale in grandezza alla carica negativa totale degli elettroni carica elettrica dell'atomo nel suo insieme è zero.

Il modello della struttura atomica proposto da Thomson necessitava di verifica sperimentale. In particolare, era importante verificare se la carica positiva fosse effettivamente distribuita in tutto il volume dell'atomo con una densità costante. Pertanto, nel 1911, Rutherford, insieme ai suoi collaboratori, condusse una serie di esperimenti per studiare la composizione e la struttura degli atomi.

Per comprendere come furono condotti questi esperimenti, consideriamo la Figura 157. Gli esperimenti utilizzarono un recipiente di piombo C con sostanza radioattiva P, emettendo particelle α. Da questo recipiente le particelle alfa volano fuori attraverso uno stretto canale ad una velocità di circa 15.000 km/s.

Riso. 157. Schema dell'impianto dell'esperimento di Rutherford sullo studio della struttura dell'atomo

Poiché le particelle α non possono essere viste direttamente, per rilevarle viene utilizzato uno schermo di vetro E. Lo schermo è ricoperto da un sottile strato di una sostanza speciale, a causa della quale si verificano lampi nei punti in cui le particelle α colpiscono lo schermo, che vengono osservati. utilizzando un microscopio M. Questo metodo di registrazione delle particelle è chiamato metodo , scintillazioni (cioè lampi).

L'intera installazione è collocata in un recipiente dal quale è stata evacuata l'aria (per eliminare la dispersione delle particelle α dovuta alla loro collisione con le molecole dell'aria).

Se non ci sono ostacoli nel percorso delle particelle α, cadono sullo schermo in un raggio stretto e leggermente in espansione (Fig. 157, a). In questo caso, tutti i flash visualizzati sullo schermo si fondono in un piccolo punto luminoso.

Se una sottile lamina Ф del metallo in studio viene posizionata sul percorso delle particelle α (Fig. 157, b), quindi quando interagiscono con la materia, le particelle α vengono disperse in tutte le direzioni con diversi angoli φ (solo tre angoli sono mostrati in figura: φ1, φ2 e φ3).

Quando lo schermo è nella posizione 1, numero maggiore i flash si trovano al centro dello schermo. Ciò significa che la maggior parte di tutte le particelle α sono passate attraverso il foglio, quasi senza cambiare la loro direzione originale (disperse a piccoli angoli). Il numero di lampeggi diminuisce man mano che ci si allontana dal centro dello schermo. Di conseguenza, all’aumentare dell’angolo di diffusione φ, il numero di particelle disperse a questi angoli diminuisce drasticamente.

Muovendo lo schermo insieme al microscopio attorno al foglio, puoi scoprire che un certo numero (molto piccolo) di particelle sono disperse ad angoli prossimi a 90° (questa posizione dello schermo è indicata con il numero 2), e alcune singole particelle sono disperse ad angoli dell'ordine di 180°, cioè a seguito dell'interazione con la lamina venivano respinti (posizione 3).

Furono questi casi di diffusione delle particelle α ad angoli ampi che diedero di più a Rutherford Informazioni importanti comprendere come sono strutturati gli atomi delle sostanze. Dopo aver analizzato i risultati sperimentali, Rutherford giunse alla conclusione che una deviazione così forte delle particelle α è possibile solo se all'interno dell'atomo è presente un campo elettrico estremamente forte. Un tale campo potrebbe essere creato da una carica concentrata in un volume molto piccolo (rispetto al volume di un atomo).

Un esempio di rappresentazione schematica del modello nucleare di un atomo proposto da E. Rutherford

Riso. 158. Traiettorie di volo delle particelle α quando attraversano gli atomi della materia

Poiché la massa di un elettrone è circa 8000 volte inferiore alla massa di una particella α, gli elettroni che compongono l'atomo non potrebbero modificare in modo significativo la direzione del movimento delle particelle α. Pertanto, in questo caso possiamo parlare solo delle forze di repulsione elettrica tra le particelle α e la parte caricata positivamente dell'atomo, la cui massa è significativamente maggiore della massa della particella α.

Queste considerazioni hanno portato Rutherford a creare il modello nucleare (planetario) dell'atomo (di cui hai già un'idea dal corso di fisica di terza media). Ricordiamo che, secondo questo modello, al centro dell'atomo si trova un nucleo carico positivamente che occupa un volume molto piccolo dell'atomo. Gli elettroni si muovono attorno al nucleo, la cui massa è molto inferiore alla massa del nucleo. Un atomo è elettricamente neutro a causa della carica sul nucleo uguale al modulo carica totale degli elettroni.

Rutherford riuscì a stimare la dimensione dei nuclei atomici. Si è scoperto che, a seconda della massa dell'atomo, il suo nucleo ha un diametro dell'ordine di 10 -14 - 10 -15 m, cioè è decine e persino centinaia di migliaia di volte più piccolo di un atomo (un atomo ha un diametro di circa 10 -10 m).

La Figura 158 illustra il processo delle particelle alfa che passano attraverso gli atomi della materia dal punto di vista del modello nucleare. Questa figura mostra come cambia la traiettoria di volo delle particelle alfa a seconda della distanza dal nucleo a cui volano. La tensione creata dal nucleo campo elettrico, il che significa che la forza d'azione sulla particella α diminuisce abbastanza rapidamente con l'aumentare della distanza dal nucleo. Pertanto la direzione di volo di una particella cambia notevolmente solo se passa molto vicino al nucleo.

Poiché il diametro del nucleo è molto più piccolo del diametro dell'atomo, soprattutto le particelle α attraversano l'atomo a distanze tali dal nucleo dove la forza repulsiva del campo che crea è troppo piccola per cambiare significativamente la direzione del movimento delle particelle α. E solo pochissime particelle volano vicino al nucleo, cioè nella zona di un campo intenso, e vengono deviate ad angoli ampi. Questi sono i risultati ottenuti nell'esperimento di Rutherford.

Pertanto, a seguito di esperimenti sulla dispersione delle particelle α, è stata dimostrata l'incoerenza del modello dell'atomo di Thomson, è stato proposto un modello nucleare della struttura dell'atomo e sono stati stimati i diametri dei nuclei atomici.

Domande

1. Qual è stata la scoperta fatta da Becquerel nel 1896?
2. Raccontaci come è stato condotto l'esperimento, il cui diagramma è mostrato in Figura 156. Cosa è emerso come risultato di questo esperimento?
3. Cosa indicava il fenomeno della radioattività?
4. Cos'era un atomo secondo il modello proposto da Thomson?
5. Utilizzando la Figura 157, spiega come è stato condotto l'esperimento di diffusione delle particelle α.
6. Quale conclusione è stata fatta da Rutherford sulla base del fatto che alcune particelle alfa, quando interagiscono con la lamina, erano disperse ad angoli grandi?
7. Cos'è un atomo secondo il modello nucleare di Rutherford?

ARGOMENTO DELLA LEZIONE: “Scoperta della radioattività.

Radiazioni alfa, beta e gamma."

Obiettivi della lezione.

Educativo – ampliare la comprensione degli studenti del quadro fisico del mondo utilizzando l’esempio del fenomeno della radioattività; modelli di studio

Sviluppo – proseguire la formazione delle competenze: metodo di ricerca teorica processi fisici; confrontare, generalizzare; stabilire connessioni tra i fatti studiati; avanzare ipotesi e giustificarle.

Educare – utilizzando l'esempio della vita e dell'opera di Marie e Pierre Curie, mostrare il ruolo degli scienziati nello sviluppo della scienza; mostrare la non casualità delle scoperte casuali; (pensiero: la responsabilità di uno scienziato, di uno scopritore per i frutti delle sue scoperte), continuare la formazione interessi cognitivi, competenze collettive, combinate con il lavoro indipendente.

Corso e contenuto della lezione

. Organizzare il tempo

Comunicare l’argomento e lo scopo della lezione

2.Fase di preparazione allo studio nuovo argomento

Aggiornamento delle conoscenze esistenti degli studenti sotto forma di verifica compiti a casa e fuggitivo sondaggio frontale studenti.

3. Fase di acquisizione di nuove conoscenze (25 min)

La radioattività è apparsa sulla terra sin dalla sua formazione e l'uomo nel corso della storia dello sviluppo della sua civiltà è stato sotto l'influenza di fonti naturali di radiazioni. La Terra è esposta alla radiazione di fondo, le cui sorgenti sono le radiazioni del Sole, radiazione cosmica, radiazione proveniente da elementi radioattivi che si trovano sulla Terra.

Cos'è la radiazione? Come si presenta? Quali tipi di radiazioni esistono? E come proteggersi da esso?

La parola "radiazione" deriva dal latino raggio e denota un raggio. In linea di principio, le radiazioni sono tutti i tipi di radiazioni esistenti in natura: onde radio, luce visibile, ultravioletti e così via. Ma esistono diversi tipi di radiazioni, alcune sono utili, altre dannose. Nella vita ordinaria siamo abituati a usare la parola radiazione per riferirci alle radiazioni nocive derivanti dalla radioattività di alcuni tipi di sostanze. Diamo un'occhiata a come viene spiegato il fenomeno della radioattività nelle lezioni di fisica

La scoperta della radioattività è stata un colpo di fortuna. Becquerel per molto tempo ha studiato il bagliore delle sostanze precedentemente irradiate dalla luce solare. Avvolse la lastra fotografica in una spessa carta nera, vi pose sopra dei granelli di sale di uranio e la espose a una luce brillante luce del sole. Dopo lo sviluppo, la lastra fotografica diventava nera nelle zone dove si trovava il sale. Becquerel pensava che la radiazione dell'uranio si formasse sotto l'influenza i raggi del sole. Ma un giorno, nel febbraio 1896, non poté condurre un altro esperimento a causa del tempo nuvoloso. Becquerel ripose il disco in un cassetto, appoggiandoci sopra una croce di rame ricoperta di sale di uranio. Dopo aver sviluppato la lastra per ogni evenienza, due giorni dopo, scoprì un annerimento su di essa sotto forma di un'ombra distinta di una croce. Ciò significava che i sali di uranio salivano spontaneamente, senza alcuna traccia influenze esterne creare una sorta di radiazione. È iniziata una ricerca intensiva. Ben presto si affermò Becquerel fatto importante: l'intensità della radiazione è determinata solo dalla quantità di uranio presente nel preparato e non dipende dai composti in cui è incluso. Di conseguenza, la radiazione non è inerente ai composti, ma all'elemento chimico uranio. Poi una qualità simile fu scoperta nel torio.

Becquerel Antoine Henri fisico francese. Si è laureato al Politecnico di Parigi. I lavori principali sono dedicati alla radioattività e all'ottica. Nel 1896 scoprì il fenomeno della radioattività. Nel 1901 scoprì gli effetti fisiologici delle radiazioni radioattive. Nel 1903 Becquerel ricevette il Premio Nobel per la scoperta della radioattività naturale dell'uranio. (1903, insieme a P. Curie e M. Skłodowska-Curie).

Scoperta del radio e del polonio.

Nel 1898 altri francesi scienziati Maria Sklodowska-Curie e Pierre Curie isolarono dal minerale uranio due nuove sostanze, molto più radioattive In misura maggiore rispetto all'uranio e al torio. Così furono scoperti due elementi radioattivi precedentemente sconosciuti: polonio e radio. Fu un lavoro estenuante, per quattro lunghi anni la coppia lasciò a malapena la loro stalla umida e fredda. Il polonio (Po -84) prende il nome dalla terra natale di Maria, la Polonia. Il radio (Ra -88) è radiante, il termine radioattività è stato proposto da Maria Sklodowska. Tutti gli elementi con numeri seriali più di 83, cioè situato nella tavola periodica dopo il bismuto. Tra 10 anni collaborazione hanno fatto molto per studiare il fenomeno della radioattività. Si trattava di un lavoro disinteressato in nome della scienza: in un laboratorio scarsamente attrezzato e in assenza dei fondi necessari, i ricercatori ricevettero nel 1902 il preparato di radio nella quantità di 0,1 g. Per fare ciò sono stati necessari 45 mesi di intenso lavoro e più di 10.000 operazioni di liberazione e cristallizzazione chimica.

premio Nobel nella fisica.

La RADIOATTIVITÀ è la capacità di alcuni nuclei atomici di trasformarsi spontaneamente in altri nuclei, emettendo varie particelle: qualsiasi decadimento radioattivo esotermico, cioè cede calore.

Il corpo di Marie Skłodowska-Curie, racchiuso in una bara di piombo, emette ancora radioattività con un'intensità di 360 becquerel/M3, con un valore normale di circa 13 bq/M3... Fu sepolta con suo marito...

La complessa composizione delle radiazioni radioattive

Nel 1899, sotto la guida dello scienziato inglese E. Rutherford, fu condotto un esperimento che permise di rilevare la complessa composizione delle radiazioni radioattive.

Come risultato di un esperimento condotto sotto la guida di un fisico inglese , Si è scoperto che la radiazione radioattiva del radio non è uniforme, cioè ha una composizione complessa.

Rutherford Ernst (1871-1937), fisico inglese, uno dei fondatori della dottrina della radioattività e della struttura dell'atomo, fondatore di una scuola scientifica, membro corrispondente estero dell'Accademia russa delle scienze (1922) e membro onorario dell'Accademia Accademia delle scienze dell'URSS (1925). Direttore del Laboratorio Cavendish (dal 1919). Scoperto (1899) i raggi alfa e beta e stabilito la loro natura. Creato (1903, insieme a F. Soddy) la teoria della radioattività. Proposto (1911) un modello planetario dell'atomo. Realizzato (1919) il primo artificiale reazione nucleare. Predisse (1921) l'esistenza del neutrone. Premio Nobel (1908).

Un esperimento classico che ha permesso di rilevare la complessa composizione delle radiazioni radioattive.

Il preparato di radio veniva posto in un contenitore di piombo forato. Di fronte al foro è stata posizionata una lastra fotografica. La radiazione è stata influenzata da un forte campo magnetico.

Quasi il 90% dei nuclei conosciuti sono instabili. I nuclei radioattivi possono emettere particelle di tre tipi: caricate positivamente (particelle α - nuclei di elio), caricate negativamente (particelle β - elettroni) e neutre (particelle γ - quanti di radiazione elettromagnetica a onde corte). Un campo magnetico consente la separazione di queste particelle.

4) Potere di penetrazione α .β. radiazione γ

I raggi α hanno la capacità meno penetrante. Per loro uno strato di carta spesso 0,1 mm è già opaco.

. I raggi β vengono completamente bloccati da una piastra di alluminio spessa diversi mm.

I raggi gamma, quando attraversano uno strato di piombo di 1 cm, riducono la loro intensità di 2 volte.

5) Natura fisicaα.β. radiazione γ

Onde elettromagnetiche con radiazione γ 10 -10 -10 -13 m

La radiazione gamma è costituita da fotoni, cioè Onda elettromagnetica, trasportando energia. Nell'aria può percorrere lunghe distanze, perdendo gradualmente energia a causa delle collisioni con gli atomi del mezzo. Le intense radiazioni gamma, se non protette, possono danneggiare non solo la pelle, ma anche i tessuti interni. Materiali densi e pesanti come ferro e piombo sono eccellenti barriere alle radiazioni gamma.

I raggi β sono un flusso di elettroni che si muovono a velocità prossime a quella della luce.

α – raggi – nuclei dell’atomo di elio

La fase di consolidamento di nuove conoscenze.

1. Qual è stata la scoperta fatta da Becquerel nel 1896?

2. Come chiamavano la capacità degli atomi di alcuni elementi chimici di emettere spontaneamente?

3. Raccontaci come è stato condotto l'esperimento, il cui diagramma è mostrato in figura. Cosa è emerso da questa esperienza?

4. Quali erano i nomi delle particelle che compongono la radiazione radioattiva?

5. Cosa rappresentano queste particelle?

6. Cosa indicava il fenomeno della radioattività?

5. Fase di riepilogo, informazioni sui compiti a casa.

Compiti a casa §§ 99,100