1

Historia poznania struktury materii

Historia poznania struktury materii

• Filozofowie greccy

Demokryt z Abdery (460-370 p.n.e

.,

żył współcześnie z Sokratesem) – ogłosił

teorię

o atomistycznej budowie świata. Uważał,

że istnieją odwieczne, niezmienne i

niepodzielne „atomy” poruszające się w

przestrzeni. Łączą się one ze sobą za pomocą

zaczepów tworząc coraz to nowe przejściowe

związki postrzegane jako zjawiska i rzeczy.

Według Demokryta istnieje nieskończenie

wiele atomów i mają one różne kształty. Nie

zakładał on przy tym istnienia żadnej „siły ”

– czy „ ducha ” – która by ingerowała

w procesy zachodzące w przyrodzie. Uważał,

że jedyne, co istnieje, to atomy i próżnia.

• Słowo atom oznacza „ niepodzielny ” ( a – przedrostek zaprzeczenia i tomeo – dzielę ).

2

Historia poznania struktury materii

• Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-

1794) –

jako pierwszy sformułował prawo

zachowania materii. Przeprowadzając
reakcje chemiczne zaobserwował, że mimo
przemian materii masa substancji po reakcji
jest taka sama jak składników reakcji.

(m.in. wykazał, że tlen w połączeniu z wodorem tworzy

wodę,
udowodnił również, że tlen odgrywa podstawową rolę
w oddychaniu zwierząt i roślin)

• John Dalton (1766-1844) –

sformułował

prawo stosunków wielokrotnych i prawo
ciśnień cząstkowych. W roku 1803 ogłosił
swoją atomistyczną teorię budowy materii
zakładającą, że pierwiastki chemiczne
zbudowane są z takich samych, właściwych
dla danego pierwiastka i niepodzielnych
atomów. Uważał, że atomy pierwiastków
łączą się tworząc cząsteczki.

3

Historia poznania struktury materii

Zjawiska, które w końcu XIX wieku nie zostały rozwiązanie na

gruncie ówczesnej (klasycznej) fizyki:

pasmowa struktura widm emitowanych przez wzbudzone

atomy

promieniowanie ciała doskonale czarnego

zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne

św

ia

tł

o

wodór

neon

H

Ne

n

a

tę

że

n

ie

długość fali

4

Historia poznania struktury materii



Max Planck (1858-1947)

– autor prac z

zakresu termodynamiki, promieniowania
elektro-magnetycznego, optyki, teorii
kwantów i teorii względności. Prace z teorii
promieniowania doskonale czarnego
zapoczątkowały teorię kwantów – wyjaśnił
rozkład natężenia promieniowania w widmie
ciała doskonale czarnego zakładając, że
promieniowanie jest emitowane i
absorbowane w postaci kwantów o energii E
= h. W roku 1918 otrzymał Nagrodę Nobla.

teoria klasyczna

 długość fali promieniowania

I

(

)

i

n

te

n

sy

w

n

o

ść

gorące

zimn
e

T - temperatura

 - częstotliwość
K - stałą Boltzmanna
c - prędkość światła
h - stała Plancka

5

Historia poznania struktury materii



Joseph John Thomson (1856-1940) -

badania nad promieniowaniem kanalikowym

doprowadziły go do odkrycia elektronu

w roku 1897, za co otrzymał Nagrodę

Nobla (1906 r.).



Ernest Rutherford (1871-1937)

–

uczeń

Thompsona. Przeprowadził doświadczenie

nad rozproszeniem cząstek  na cienkiej

folii złota, co pozwoliło mu stwierdzić, że

niemal cała masa atomu jest skupiona w

niewielkim obszarze dodatnio

naładowanego jądra (1910 r.).

W roku 1908 otrzymał Nagrodę Nobla

z chemii za badania nad

pierwiastkami

radioaktywnymi. Wykazał, że cząstki



 są jądrami helu, wykrył

promieniowanie .

Model atomu Thomsona

Model atomu Rutherforda

6

Historia poznania struktury materii

– mechanika kwantowa



Niels Bohr (1885-1962)

–

w oparciu o

model atomu Rutherforda, zaproponował w
roku 1913, pierwszy kwantowy model atomu
(atomu wodoru). Wprowadził postulat o
kwantyzacji orbitalnego momentu pędu
elektronu w atomie i wbrew klasycznej
elektrodynamice przyjął, że poruszający się
po orbicie elektron nie traci energii.
Sformułował tzn. zasadę korespondencji
przedstawiającą prawa fizyki klasycznej jako
graniczne przybliżenia kwantowych praw
przyrody. Za swe odkrycia otrzymał w roku
1922 Nagrodę Nobla.
Jest uważany za jednego z twórców
mechaniki kwantowej.

widmo

długość fali

Model atomu wodoru

7

Historia poznania struktury materii



Albert Einstein (1879-1955) –

jeden z

największych fizyków teoretyków. Twórca teorii
szczególnej i ogólnej względności, współtwórca
kwantowej teorii światła.

W roku 1905 wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne
zewnętrzne przyjmując, że monochromatyczna
wiązka światła składa się z jednakowych kwantów
promienio-wania (fotonów) o energii h każdy.

Energia fotonu jest przekazywana elektronowi w
całości, co sprawia, że może być emitowany z
powierzchni metalu tylko, gdy energia fotonu
przewyższa pracę wyjścia elektronu W (energię
wiązania elektronu przewodnictwa w metalu).

Za wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego

Einstein otrzymał Nagrodę Nobla w roku 1921.

kin

E

W

h







8

Twórcy mechaniki kwantowej

Twórcy mechaniki kwantowej



Niels Bohr –

planetarny kwantowy model atomu wodoru

(1913 r.).



Luis de Broglie

– w roku 1924 zapostulował istnienie

falowych własności materii (tzn. fale de Broglie’a).



Arnold Sommerfeld –

do opisu atomu wprowadził orbity

eliptyczne (orbitalna liczba kwantowa) i poprawki
relatywistyczne (1914 r.).



Wolfgang Pauli

– uwzględnił spin elektronu w modelu

atomu
i sformułował tzn. zakaz Pauliego dotyczący obsadzenia
poziomów elektronowych (1924 r.).



Werner Heisenberg

– wprowadził macierzowy opis

układów kwantowych – tzn. mechanika macierzowa (1925 r.).



Erwin Schrödinger

– w 1926 r. sformułował falowe ujęcie

nierelatywistycznej mechaniki kwantowej, sprowadzając
poszukiwanie poziomów energetycznych układu kwantowego
do rozwiązania zagadnienia własnego (poszukiwanie wartości
i funkcji własnych tzn. równania Schrödingera). W roku 1933
wraz z Dirakiem otrzymał Nagrodę Nobla.



Paul Dirac

– wprowadził relatywistyczny opis atomu,

z uwzględnieniem spinu elektronu – tzn. równania Diraca
(1928 r.).

A. Sommerfeld

W. Heisenberg

E. Schrödinger

P. Dirac

W. Pauli

L. de Broglie