¿Cómo descubrieron los humanos la existencia de los átomos? ¿Cómo se sabe la estructura atómica?

He dicho muchas veces en vídeos anteriores que es muy difícil para el ser humano determinar la existencia de átomos. Aunque se ha dicho desde la antigua Grecia que la materia está compuesta de átomos, estos átomos son bolas sólidas sin nada. estructura y son indivisibles;

Sin embargo, durante más de 2000 años, los átomos han sido sólo una especulación filosófica sin demostración suficiente, por lo que tienen poca importancia para la ciencia.

En el siglo XIX, había dos grupos con respecto a la existencia de los átomos, un grupo creía en la existencia de los átomos sin ninguna razón y el otro grupo no creía en la existencia de los átomos sin ninguna razón.

El debate entre las dos facciones se conoce comúnmente como discutir, y el propósito es ver quién se cabrea primero. Obviamente, Maxwell y Boltzmann en el siglo XIX creían en la existencia de los átomos. Al asumir la existencia de los átomos, utilizaron la estadística para estudiar el movimiento térmico de las moléculas y explicaron las propiedades macroscópicas de los gases. Por ejemplo, la temperatura y la presión que podemos sentir de forma artificial.

Entre quienes se opusieron a la teoría atómica se encontraban los famosos científicos Mach y Oswald, quienes tenían muy altas calificaciones y prestigio.

Dado que el principal campo de investigación de Maxwell no era la termodinámica y murió temprano, Boltzmann se convirtió en el principal objetivo del ataque. En el debate a largo plazo con otros, Boltzmann se volvió cada vez más popular. Incluso sintió que los demás lo despreciaban. Esta mentalidad a largo plazo le provocó graves problemas mentales, junto con la tortura de la enfermedad, y acabó con su vida en 1906.

Es lógico que cuestiones como la existencia de los átomos y las propiedades químicas de los átomos sean asunto de los químicos. Sin embargo, en este momento, los químicos sólo pueden resumir algunas reglas superficiales a través de reacciones químicas entre elementos. tiene poca importancia práctica para estudiar átomos.

Por lo tanto, los físicos tenemos que tomar medidas para resolver estos problemas. El estudio de si los átomos existen no se determina simplemente directamente mediante un determinado experimento, sino que es un proceso paso a paso.

Esto tiene que comenzar en 1858. En este año, el físico alemán "Julius Plucker" descubrió que al estudiar el experimento de descarga de tubos de vacío de baja presión, la pared de vidrio en el extremo del ánodo de la baja presión tubo de vacío de presión Apareció un brillo verde en él.

La estructura del tubo de descarga de bajo voltaje es muy simple. En su interior hay un gas fino. Un extremo es el cátodo y el otro extremo es el ánodo. Cada uno está conectado a un electrodo de metal. Con un voltaje de varios miles de voltios en ambos extremos, el ánodo puede verse una tenue luz verde en el tubo de vidrio.

Para estudiar más a fondo la fuente de luz verde, el británico Crookes mejoró el tubo de descarga de vacío. El tubo mejorado se llamó tubo de Crookes. Así es como se ve en la imagen.

Cubra el extremo del tubo con fósforo y luego coloque una lámina de metal en el frente. Después de encenderlo, puede ver la sombra de la lámina de metal proyectada en el extremo del tubo de vidrio.

Esto muestra que algo invisible se emite desde el cátodo. Es cierto que su poder de penetración no es muy fuerte. Golpea el fósforo en el extremo, provocando que el fósforo emita un brillo verde brillante.

¿Qué es esta cosa invisible? Nadie lo sabía en ese momento, pero le pusieron un nombre: rayos catódicos. Este fenómeno mágico despertó inmediatamente el interés de la gente y los físicos de los principales laboratorios empezaron a jugar con tubos de rayos catódicos.

Como puedes imaginar, este pequeño tubo permitió a los humanos seguir pistas y descubrir la radiactividad y la desintegración de los elementos; también permitió a los humanos descubrir los componentes de los átomos;

¿Qué son exactamente los rayos catódicos? Los británicos y los alemanes se pelearon al principio. Los británicos dijeron que era una partícula cargada y los alemanes dijeron que era una onda electromagnética similar a la luz ultravioleta. En ese momento, llamaron a las ondas electromagnéticas ondas de éter.

La persona que dijo esto en el Reino Unido fue Valli, porque descubrió que los rayos catódicos se desviaban en un campo magnético. La persona en Alemania que dijo esto sobre las ondas de éter fue Hertz, quien descubrió que no es así. desviarse en un campo eléctrico.

Además de Hertz en Alemania, Roentgen de la Universidad de Würzburg también juega con tubos de rayos catódicos en el laboratorio. Cuando se estudian rayos catódicos, normalmente hay que apagar las luces y correr las cortinas. Los resultados experimentales son mejores en una habitación oscura. Un día colocó accidentalmente una pantalla fluorescente al lado del tubo de rayos catódicos. En ese momento, descubrió que además del extremo del tubo de vidrio, también vio destellos verdes en la pantalla fluorescente. más lejos del tubo de rayos.

Para confirmar si se escapaban rayos catódicos, envolvió el tubo de vidrio con papel negro y lo bloqueó con trozos de papel y tablas de madera. Sin embargo, el destello no pudo eliminarse. Sólo entonces desapareció el flash de la pantalla fluorescente.

Roentgen confirmó que no se trataba de un rayo catódico, porque este nuevo rayo invisible tenía una capacidad de penetración muy fuerte. Lo llamó rayos X y la letra X representa lo desconocido.

En cuanto a cómo aparecen los rayos X en los tubos de rayos catódicos, lo mencionaré en un vídeo posterior. Sigamos;

El 28 de diciembre de 1895, Roentgen publicó su descubrimiento en un artículo titulado "Sobre un nuevo rayo".

Los rayos X encendieron instantáneamente el entusiasmo de la comunidad científica y causaron una gran sensación en todo el mundo. Los principales periódicos publicaron titulares locos en las portadas. La razón de esta sensación fue que Roentgen iluminó el primer objeto. Historia de la humanidad. Una fotografía de rayos X del cuerpo humano. Para todos, este descubrimiento es tan mágico como la magia.

La noticia pronto se extendió a Francia. Cuando el francés Becquerel se enteró del descubrimiento de Roentgen, se emocionó más que nadie porque sus antepasados ​​estudiaban sustancias fluorescentes, por ejemplo, algunos minerales de uranio que pueden brillar en la oscuridad. Emite una tenue luz verde, pero es muy oscura y básicamente invisible. Sin embargo, si el mineral de uranio se expone al sol, la fluorescencia se volverá muy fuerte.

Becquerel se preguntó si el mineral de uranio también podía emitir rayos X cuando se exponía al sol. Resultó que mientras fuera una sustancia fluorescente que contuviera uranio, podía emitir radiación invisible sin estar expuesto al sol. , para exponer la película fotográfica.

Esta es la primera radiactividad elemental descubierta por el ser humano, pero la palabra radiactividad fue inventada más tarde por Marie Curie. Después de Becquerel, Marie Curie se convirtió en pionera de la investigación radiactiva en Francia e incluso en el mundo de la época.

En 1896, Rutherford, que trabajaba como asistente de Thomson en el Laboratorio Cavendish en Inglaterra, estaba estudiando los efectos de los rayos X sobre los gases tal y como le exigía su tutor cuando oyó hablar del uranio de Er. rayos.

Decidió estudiar los rayos de uranio desde la perspectiva de su capacidad de penetración. Rutherford descubrió que hay dos tipos de rayos liberados por el uranio. Un tipo tiene un poder de penetración muy débil y puede bloquearse con un trozo de papel. Rayos alfa con nombre.

Un tipo de capacidad de penetración es ligeramente más fuerte y requiere una delgada placa de aluminio para bloquearla. Es similar a la capacidad de penetración de los rayos catódicos y se denomina rayos beta. Más tarde se confirmó que los rayos catódicos son rayos beta. Los rayos son en realidad lo mismo.

Posteriormente, los físicos alemanes descubrieron que el torio y sus compuestos también pueden emitir radiación. Rutherford descubrió que uno de los rayos de la radiación del torio era significativamente más penetrante que los dos primeros rayos y lo nombró en orden alfabético. rayos.

En 1901, Rutherford descubrió por primera vez la vida media de la radiactividad, que es el tiempo que tarda la intensidad radiactiva de un elemento en disminuir a la mitad. Posteriormente, él y el químico británico Soddy descubrieron el fenómeno de transmutación de elementos, es decir, un elemento se transforma en otro elemento después de experimentar radiación radiactiva.

Este descubrimiento cumplió el sueño del químico de convertir la piedra en oro. Si Newton supiera esto, probablemente lloraría de emoción. Esta era su carrera favorita.

A estas alturas, la radiactividad de los elementos y la transmutación de elementos se han convertido en una de las evidencias de la existencia de los átomos.

No olvides que el problema de los rayos catódicos aún no se ha resuelto. El problema en ese momento era que algunas personas descubrieron que se desviaría en un campo magnético y otras descubrieron que no se desviaría en un campo eléctrico. ¿No es esto contradictorio?

Thomson, director del Laboratorio Cavendish, decidió volver a estudiar los rayos catódicos en 1897. Descubrió que la razón por la que Hertz no podía desviar los rayos catódicos bajo un campo eléctrico era porque había residuos en el vacío. Tubo de interferencia de gas, después de que se bombea el gas, los rayos catódicos pueden desviarse bajo el campo eléctrico, lo que también demuestra que son partículas cargadas negativamente.

Thomson luego aplicó un campo eléctrico y un campo magnético a los rayos catódicos en la misma dirección al mismo tiempo. Al ajustar la intensidad de los dos, los rayos catódicos inciden en la pantalla de detección exactamente a lo largo de una línea recta. , y se calculó la carga de las partículas.

No importa a qué material metálico se cambie el cátodo, la relación carga-masa de las partículas no cambiará. Thomson supuso que esta partícula es una parte única de todos los elementos y la llamó electrones.

Dado que los elementos tienen electrones cargados negativamente, deben tener partículas cargadas positivamente. Debido a que la materia es eléctricamente neutra, el descubrimiento de los electrones también se ha convertido en una evidencia de la existencia de los átomos y también muestra que los átomos pueden regenerarse puntualmente. . Este tema se ha debatido durante miles de años y ha enfurecido a muchas personas.

En 1903, Rutherford también propuso un conocido modelo atómico basado en sus investigaciones sobre la estructura atómica. Mencionaremos este problema en el siguiente vídeo.

El último descubrimiento que concluyó la existencia de los átomos fue un artículo publicado por Einstein en 1905 sobre la explicación del fenómeno del movimiento browniano, que confirmaba la autenticidad de la existencia de los átomos de una manera puramente teórica.

El movimiento browniano se descubrió relativamente temprano, alrededor de 1827. Se dice que el botánico Brown observó que el polen que caía al agua realizaba movimientos aleatorios e irregulares.

Durante 80 años nadie supo qué estaba pasando. Sólo Einstein explicó el movimiento irregular del polen a través de la teoría del movimiento térmico molecular.

De lo contrario, a menudo digo que las matemáticas de Einstein no pueden afectar su grandeza, porque su intuición física es incomparable.

En resumen, las evidencias de la existencia de los átomos incluyen: el descubrimiento de la radiactividad, la transmutación de elementos; el descubrimiento de los electrones y la explicación del movimiento browniano;

Después de 1905, básicamente nadie dudaba de la autenticidad de la existencia de los átomos. Entonces, el siguiente paso es que, dado que los átomos existen y se pueden subdividir, ¿cuál es la estructura de los átomos?

Esto es lo que vamos a decir en el siguiente vídeo.