preskoči na sadržaj

Rutherford i cijepanje atoma

Kad je otkrivena pojava nuklearne fisije, naslućen je praktički neiscrpiv izvor energije i sredstvo dotad nezamislive razorne moći. Godine 1854. njemački je izumitelj Heinrich Geissler (1814-1879) napravio prvu – kasnije po njemu nazvanu Geisslerovu cijev.


Bila je to staklena cijev s utaljenim metalnim elektrodama, a Geissler je usto izradio i crpku koja je u cijevi mogla stvoriti vrlo visok vakuum. Kad su te elektrode spojili na priključke visokonaponskog induktora, istraživači su otkrili da staklo nasuprot negativnoj elektrodi (Faraday ju je nazvao katodom) počinje svijetliti zelenim sjajem. Njemački fizičar Eugen Goldstein (1850-1931) na to je iznio tezu da ta svjetlost nastaje djelovanjem zračenja koje emitira katoda, pa je to zračenje nazvao „katodnim zrakama“.

Elektroni

Geisslerovu je cijev potom usavršio engleski znanstvenik William Crookes (1832-1919) te je pokazao da je te zrake moguće skrenuti magnetom. Zatim je drugi Englez, J. J. Thomson, godine 1897. ustvrdio da su te zrake sastavljene od negativno nabijenih čestica, mase otprilike 2000 puta manje od mase vodikova atoma. Te je čestice nazvao elektronima – nazivom koji je nekoliko godina prije toga predložio irski fizičar George Stoney (1826-1911), koji je već na temelju teoretskih razmatranja izračunao njihov naboj.

Tako je postalo jasno da atom nije najmanja nedjeljiva čestica, kako su to pretpostavljali Dalton i njegovi nasljednici. Thomson je iznio misao da su elektroni u atomu nagomilani kao grožđice u kuglofu, ali je uskoro postalo jasno da u izgradnji atoma sudjeluju i druge čestice. S Thomsonom je na istraživanju radioaktivnosti uranija radio i Ernest Rutherford (1871-1937), rođen na Novom Zelandu. On se 1895. godine pridružio Cavendishovu laboratoriju u Cambridgeu. Upravo on je otkrio da radioaktivni elementi emitiraju dvije vrste čestica.

Jednu je od njih nazvao beta-česticom te otkrio da ima masu i naboj elektrona, dok je drugu nazvao alfa-česticom te otkrio da je nabijena pozitivno i da joj je masa četiri puta veća od mase vodikova atoma. Uskoro je otkriveno i gama-zračenje, zapravo jedna vrsta vrlo prodornog rendgenskog zračenja vrlo malene valne duljine.

Protoni

Godine 1886. Goldstein je otkrio još jednu vrstu zračenja, koja se širila u smjeru suprotnom od smjera širenja katodnih zraka. On je te zrake nazvao kanalnim zrakama. Thomson je pak predložio da se nazovu pozitivnim zrakama. Ipak, kad se pokazalo da se nazovu pozitivnim zrakama. Ipak, kad se pokazalo da su to čestice po masi i naboju jednake vodikovu ionu, Rutherford je predložio da se nazovu protonima prema grčkoj riječi koja znači „prvi“. Naime, vodik su smatrali fundamentalnim atomom.

Tako su bile otkrivene tri subatomske čestice: elektron, proton – mase 2000 puta veće od mase elektrona – te napokon alfa-čestica, mase otprilike četiri puta veće od mase protona. Bitno je pitanje glasilo: Kako su oni raspoređeni u atomu?

Godine 1907. Rutherford je dobio mjesto profesora na Sveučilištu Manchester, gdje je izveo čitav niz uspješnih pokusa. Alfa-česticama je bombardirao tanke metalne listiće, želeći otkriti unutarnju građu atoma. Tako je nagađao da se u središtu atoma nalazi sasvim sitna gusta jezgra koja skreće alfa-čestice. Njegov je asistent u to doba bio Danac Niels Bohr (1885-1962). On je 1913. godine posluživši se nedavno razvijenom kvantnom teorijom, razradio tzv. Rutherford-Bohrov model atoma, prema kojem oko malene i masivne jezgre kruže mnogobrojni sićušni elektroni.

Modeli atoma

Prema tom prvobitnom modelu, jezgra je bila sastavljena od masivnih pozitivno nabijenih protona i određenog broja negativno nabijenih elektrona. Ovi elektroni su djelomice poništavali ukupan naboj protona. Ostatak elektrona – potreban za potpuno poništavanje ukupnog naboja protona – kružio je oko jezgre. Prema tom modelu, alfa-čestica je sastavljena od četiri protona i dva elektrona; bila je to, drugim riječima, jezgra helija.

Prošlo je više od desetljeća prije nego što je netko ozbiljnije osporio taj model, a onda je 1930. godine njemački fizičar Walther Bothe (1891-1957) objavio otkriće nove vrste zračenja koje je dobio bombardiranjem berilija alfa-česticama. Njegove je pokuse ponovio engleski fizičar James Chadwick (1891-1974), zaključivši da to zračenje tvore čestice s masom protona, ali bez električnog naboja. Zbog toga su ih i prozvali neutronima; potom je njemački fizičar Werner Heisenberg (1901-1976) iznio tezu da je atomska jezgra sazdana od protona i neutrona, što je bilo mnogo prihvatljivije objašnjenje.

Primjena neutrona

Fizičari u mnogim dijelovima svijeta odmah su shvatili da je neutron idealan projektil – teška čestica, a bez naboja – za prodor u nabijenu jezgru atoma. Od 1934. do 1936. je Enrico Fermi (1901-1954) u Italiji uspio neutronskim bombardiranjem dobiti radioaktivne izotope 37 različitih elemenata. Atomska bi jezgra upila neutron, i potom izlučila energiju u obliku gama-zraka. Fermi je bombardirao uranij u nadi da će tako dobiti element kojem je dao ime uranij X.

Sličnim su se poslom u Berlinu bavili Nijemac Otto Hahn (1879-1968) i Austrijanka Lise Meitner (1878-1968). Godine 1938. Meitnerova je pred nacistima pobjegla u Stockholmu, pa je Hahn nastavio rad s Fritzom Strassmanom (1902-1980). Nekoliko su mjeseci potom, na svoje veliko iznenađenje, otkrili da su bombardiranjem uranija dobili radioaktivni barij. Zatim je Meitnerova predložila objašnjenje: atom uranija raspao se na dva dijela. Iz elementa 92 nastao je element 56 (barij) i novi element 43, koji će dobiti naziv tehnecij.

Nuklearna fisija

Tako je otkrivena nuklearna fisija. Pritom je postalo jasno da uranij prilikom cijepanja ispušta dva do tri neutrona. Fizičari su uskoro shvatili da svaki od tih neutrona može izazvati fisiju još jednog atoma uranija te da se tako pokreće „lančana reakcija“ u kojoj se oslobađaju goleme količine energije. Znanstvenici su otkrili da fisija samo jednog grama uranija oslobađa jednaku količinu energije kao eksplozija 20 tona TNT-a.

Godine 1939. nad svijet se već bila nadvila opasnost od Drugog svjetskog rata. Zato su tri mađarska fizičara u Sjedinjenim Američkim Državama nagovorila Alberta Einsteina da napiše pismo predsjedniku Rooseveltu, potakne ga da uloži sva raspoloživa sredstva u ovladavanje tom energijom i tako pretekne naciste. Na fisiji je u SAD-u, na Sveučilištu Columbia, već radio Enrico Fermi, bjegunac iz fašističke Italije. U prosincu 1941. godine Japanci su napali Pearl Harbor i tako Sjedinjene Američke Države uvukli u rat, koji će završiti tek nakon što one na Japan bace dvije atomske bombe.

Članak je izvorno objavljen u 29. broju časopisa Drvo znanja i nije ga dopušteno prenositi.

| 10. 9. 2009. u 00:00 sati | RSS | print | pošalji link |


Edu.hr portal CMS za škole CARNetova korisnička konferencija Elektronički identitet Edu.hr portal Forum CARNetovog Portala za škole namijenjen učenicima, nastavnicima i zaposlenicima hrvatskih škola Nacionalni portal za učenje na daljinu Moodle

Učenički radovi

Salzburg

Donosimo vam prezentaciju Petre Maravić, učenice 7. razreda Osnovne škole Ivana Brlić-Mažuranić, PŠ Drežnica o austrijskom gradu Salzburgu. Prezentacija je napravljena na satu...

Nastavni materijali

Veliko i malo slovo DŽ dž

OŠ HJ A.1.1. Učenik razgovara i govori u skladu s jezičnim razvojem izražavajući svoje potrebe, misli i osjećaje. OŠ HJ A.1.3. Učenik čita tekstove primjerene početnomu opismenjavanju i jezičnome razvoju....

Audio&video

Divni novi svijet

Emisija o prirodnim znanostima koja će vam, između ostaloga,  otkriti  u kakvoj su vezi slapovi, vulkani, potresi, avioni... i disco-club, što se pod utjecajem...

1716. – umro Gottfried Leibniz, njemački filozof, matematičar,...

Copyright © 2010 CARNET. Sva prava pridržana | Uvjeti korištenja | Impressum

A A A  |  

Mail to portal@CARNET.hr




preskoči na navigaciju
admin@raspored-sati.hr www-root@raspored-sati.hr ivan@raspored-sati.hr ivana.tolj@raspored-sati.hr marko.horvatovic@raspored-sati.hr www-root@donja-dubrava.hr analiza@donja-dubrava.hr pretinac@donja-dubrava.hr pajo.pajic@donja-dubrava.hr coran.goric@donja-dubrava.hr ivana@donja-dubrava.hr marijana@marijana-tkalec1.from.hr marijana.tkalec@marijana-tkalec1.from.hr mt@marijana-tkalec1.from.hr http://marijana-tkalec1.from.hr http://web.marijana-tkalec1.from.hr http://www.marijana-tkalec1.from.hr