Observando la exactitud de la comprensión de la materia por parte de Hui Shi y Mozi desde la perspectiva de la teoría moderna de la estructura atómicaEl proceso de comprensión humana de la estructura atómica A principios del siglo XIX, el científico británico Dalton J. resumió el momento de combinar varios elementos. Se propuso la relación de proporción de masa y se propuso la teoría atómica. Creía que la materia está compuesta de átomos. Los átomos no pueden crearse ni destruirse durante los cambios químicos, ni tampoco pueden separarse; mantienen sus propiedades sin cambios durante las reacciones químicas. Las masas atómicas, las formas y las propiedades del mismo elemento son exactamente iguales, pero los átomos de diferentes elementos son diferentes. Describió un modelo inicial para los átomos, explicó razonablemente la relación de masa seguida por las reacciones químicas y reveló la esencia de los fenómenos químicos macroscópicos desde la perspectiva microscópica de la estructura material. Desde que Dalton J. creó la teoría atómica, durante mucho tiempo se pensó que el átomo era como una sólida bola de cristal sin más trucos en su interior. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, han surgido muchos fenómenos experimentales nuevos, especialmente el descubrimiento de los electrones, los rayos X y la radiactividad, que ha permitido corregir el concepto de que los átomos son indivisibles y luego explorar los misterios de la composición atómica y su estructura interna. En 1897, Thomson descubrió la existencia de electrones en los átomos mientras estudiaba los rayos catódicos. Esto rompe la idea transmitida por los antiguos griegos de que "los átomos son indivisibles" y muestra claramente a la gente que los átomos pueden seguir dividiéndose y tener su propia estructura interna. Además de los electrones, ¿qué más hay en un átomo? ¿Cómo permanecen los electrones en los átomos? ¿Qué tiene carga positiva en un átomo? ¿Cómo se distribuye la carga positiva? ¿Cómo interactúan los electrones cargados negativamente con los objetos cargados positivamente? Los físicos enfrentan muchas preguntas nuevas. Basándose en las prácticas científicas y las observaciones experimentales de la época, los físicos utilizaron su rica imaginación para proponer varios modelos atómicos. Modelo atómico de estructura planetaria El modelo estructural propuesto por el físico francés Perrin en 1901 creía que el centro del átomo está compuesto por algunas partículas cargadas positivamente y la periferia está compuesta por algunos electrones en órbita. El período del electrón corresponde a la frecuencia de la línea espectral emitida por el átomo, y el electrón más externo es expulsado para emitir rayos catódicos. Modelo del átomo neutro En 1902, el físico alemán Lilnard propuso un submodelo dinámico de partículas neutras. Las primeras observaciones de Learnard mostraron que los rayos catódicos podían pasar a través de una ventana de aluminio en un tubo de vacío y alcanzar el exterior del tubo. Basándose en esta observación, demostró en 1903 mediante experimentos de absorción que los rayos catódicos de alta velocidad podían atravesar miles de átomos. Según los semimaterialistas populares de la época, el volumen de los átomos estaba en su mayor parte vacío, y la materia rígida era sólo de aproximadamente 10-9 (es decir, uno entre cien mil). Learnard imaginó la "materia rígida" como una combinación de un gran número de cargas positivas y negativas dispersas en el espacio interno de los átomos. Kelvin, un famoso físico e inventor británico, originalmente se llamaba Tang Musun. Las investigaciones de Kelvin fueron amplias y realizó aportes en los campos del calor, electromagnetismo, mecánica de fluidos, óptica, geofísica, matemáticas y aplicaciones de ingeniería. Publicó más de 600 artículos a lo largo de su vida y obtuvo 70 patentes de invención. Gozaba de una gran reputación en la comunidad científica de la época. Kelvin propuso el modelo atómico de esfera sólida cargada en 1902, que considera el átomo como una esfera uniformemente cargada positivamente con electrones cargados negativamente enterrados dentro de la esfera, que se encuentra en un estado de equilibrio electrostático en circunstancias normales. Este modelo fue desarrollado más tarde por J.J. Tang Musun y más tarde pasó a ser conocido como el modelo atómico de Tang Musun. Modelo de pastel de pasas Thomson continuó realizando investigaciones más sistemáticas, tratando de describir la estructura atómica. Thomson creía que el átomo contenía una esfera anódica uniforme en la que orbitaban varios electrones negativos. Basándose en los estudios de Meyer sobre el equilibrio de los imanes en levitación, demostró que el bucle formado por estos electrones en viaje sería estable si el número de electrones no excediera un cierto límite. Si el número de electrones excede este límite, habrá dos anillos, y así sucesivamente. De esta manera, el aumento de electrones conduce a similitudes periódicas en la estructura, y también se puede explicar la repetición repetida de propiedades físicas y químicas en la tabla periódica de Mendeleev. En el modelo de Thomson, los electrones se distribuyen alrededor de una esfera, algo así como las pasas en un pastel. Mucha gente llama al modelo atómico de Thomson el "modelo de pastel de pasas". No sólo puede explicar por qué los átomos son eléctricamente neutros y cómo se distribuyen los electrones en los átomos, sino también explicar el fenómeno de los rayos catódicos y el fenómeno de que los metales pueden emitir electrones bajo irradiación ultravioleta. Y según este modelo, se puede estimar que el tamaño de un átomo es de unos 10-8 cm, lo cual es algo sorprendente. Debido a que el modelo de Thomson podía explicar muchos hechos experimentales en ese momento, muchos físicos lo aceptaron fácilmente. El modelo de Saturno fue presentado oralmente por el físico japonés Hantaro Oka en la Sociedad de Física Matemática de Tokio el 5 de febrero de 2003, y el artículo "Electrones en átomos" se publicó en revistas japonesas, británicas y alemanas el 5 de febrero de 2004. y Espectroscopía de Bandas y Radiactividad”. Criticó el modelo de Thomson, creyendo que las cargas positivas y negativas no podían penetrarse entre sí y propuso una estructura que llamó "modelo de Saturno", un modelo atómico en el que los electrones giran alrededor de un núcleo cargado positivamente. Una bola masiva cargada positivamente está rodeada por un anillo de electrones equiespaciados que se mueven en círculo con la misma velocidad angular. Las vibraciones radiales de los electrones emiten un espectro lineal y las vibraciones perpendiculares al toro emiten un espectro de bandas. Los electrones del anillo salen volando como rayos beta, y las partículas cargadas positivamente en la esfera central salen volando como rayos alfa. Este modelo de Saturno tuvo una gran influencia en su modelo posterior de nucleación atómica. En 1905, analizó resultados experimentales como la medición de la relación carga-masa de partículas alfa y descubrió que las partículas alfa eran iones de helio. En 1908, el científico suizo Ritz propuso el modelo del átomo magnético.

Su modelo podía explicar algunos hechos experimentales en ese momento hasta cierto punto, pero no podía explicar muchos resultados experimentales nuevos, por lo que no se desarrolló más. Unos años más tarde, el "modelo de pastel de pasas" de Thomson fue anulado por su alumno Rutherford. Modelo del sistema solar - modelo del núcleo atómico El físico británico Ernest Rutherford llegó al Laboratorio Cavendish en el Reino Unido en 1895 para estudiar con Thomson y se convirtió en el primer estudiante de posgrado extranjero. Rutherford fue diligente y estudioso. Bajo la dirección de Thomson, Rutherford descubrió los rayos alfa mientras realizaba su primer experimento, el experimento de absorción radiactiva. Rutherford ideó un ingenioso experimento. Colocó uranio, radio y otros elementos radiactivos en contenedores de plomo, dejando sólo un pequeño agujero en el contenedor de plomo. Debido a que el plomo bloquea la radiación, sólo una pequeña porción de la radiación sale del agujero, creando un haz estrecho de radiación. Rutherford colocó un imán potente cerca del haz de radiación y descubrió que un rayo no se veía afectado por el imán y seguía moviéndose en línea recta. El segundo rayo es afectado por el imán y se desvía hacia un lado, pero no demasiado. El tercer rayo está muy desviado. Rutherford colocó materiales de distintos espesores en la dirección de la radiación y observó la absorción de la radiación. El primer tipo de radiación no se ve afectada por los campos magnéticos, lo que significa que no tiene carga y tiene un fuerte poder de penetración. El papel común, las virutas de madera y otros materiales no pueden bloquear el avance de la radiación. Sólo las gruesas placas de plomo pueden bloquearla por completo. Se trata de los llamados rayos gamma. El segundo rayo se verá afectado por el campo magnético y desviado hacia un lado. Por la dirección del campo magnético se puede juzgar que este rayo tiene carga positiva. El poder de penetración de este rayo es muy débil y puede bloquearse completamente con un trozo de papel. Estos fueron los rayos alfa descubiertos por Rutherford. El tercer tipo de rayo tiene carga negativa según la dirección de desviación y tiene las mismas propiedades que los electrones que se mueven rápidamente, por eso se llama rayo beta. Rutherford estaba particularmente interesado en los rayos alfa, que él mismo había descubierto. Después de una investigación profunda y detallada, señaló que los rayos alfa son corrientes de partículas cargadas positivamente. Estas partículas son iones de átomos de helio, es decir, átomos de helio a los que les faltan dos electrones. El "tubo de conteo" fue inventado por el estudiante alemán Hans Geiger y puede usarse para medir partículas cargadas invisibles a simple vista. Con la ayuda del contador Geiger se desarrolló rápidamente la investigación sobre las propiedades de las partículas alfa en el laboratorio de Manchester dirigido por Rutherford. En 1910, Marsden llegó a la Universidad de Manchester. Rutherford le pidió que bombardeara una lámina de oro con partículas alfa, que hiciera experimentos prácticos y usara una pantalla fluorescente para registrar las partículas alfa que pasaban a través de la lámina de oro. Rutherford y Geiger han realizado este experimento muchas veces y sus observaciones concuerdan bastante con el modelo de pastel de pasas de Thomson. Marsden y Geiger repitieron este experimento, que ya se había hecho muchas veces, ¡y ocurrió un milagro! Observaron no sólo partículas alfa dispersas, sino también partículas alfa reflejadas en la lámina de oro. Después de realizar muchos experimentos, cálculos teóricos y una cuidadosa consideración, propuso audazmente el modelo atómico del núcleo atómico, anulando el modelo atómico de bola sólida cargada de su maestro Thomson. A través de una serie de reacciones nucleares, Rutherford descubrió que los protones, o iones de hidrógeno, son componentes de todos los núcleos atómicos, y predijo los neutrones, que luego fueron descubiertos por su alumno Chadwick, quien finalmente estableció un modelo de estructura nuclear basado en protones y neutrones. El modelo atómico de Thomson no puede explicar la dispersión de las partículas alfa. Después de cuidadosos cálculos y comparaciones, Rutherford descubrió que sólo cuando las cargas positivas se concentran en un área pequeña y las partículas alfa pasan a través de un solo átomo, puede ocurrir una dispersión de ángulo grande. En otras palabras, la carga positiva del átomo debe concentrarse en un pequeño núcleo en el centro del átomo. Sobre la base de esta suposición, Rutherford calculó además algunas leyes de la dispersión alfa e hizo algunas inferencias. Estas inferencias pronto fueron confirmadas por una serie de hermosos experimentos realizados por Geiger y Marsden. El modelo atómico de Rutherford se parecía a un sistema solar, con núcleos cargados positivamente como el Sol y electrones cargados negativamente como los planetas que orbitan alrededor del Sol. En este "sistema solar" la fuerza entre ellos es la interacción electromagnética. Explicó que la materia cargada positivamente en el átomo se concentra en un núcleo pequeño, y la mayor parte de la masa atómica también se concentra en este núcleo pequeño. Cuando las partículas alfa se disparan directamente al núcleo, pueden rebotar. Esto explica satisfactoriamente la dispersión de gran ángulo de las partículas alfa. Rutherford publicó el famoso artículo "Dispersión de partículas α y β por la materia y su principio y estructura". La teoría de Rutherford abrió nuevas formas de estudiar la estructura atómica y realizó contribuciones inmortales al desarrollo de la ciencia atómica. Sin embargo, durante mucho tiempo, los físicos ignoraron la teoría de Rutherford. La debilidad fatal del modelo atómico de Rutherford es que la fuerza del campo eléctrico entre cargas positivas y negativas no puede cumplir con los requisitos de estabilidad, es decir, no puede explicar cómo los electrones pueden permanecer estables fuera del núcleo. El modelo de Bohr La teoría de Rutherford atrajo a un joven de Dinamarca, su nombre era Ni Bohr. Basándose en el modelo de Rutherford, propuso la órbita cuantificada de los electrones fuera del núcleo atómico, resolvió el problema de la estabilidad de la estructura atómica y describió una teoría completa y convincente de la estructura atómica. Bohr nació en una familia de profesores en Copenhague y se doctoró en la Universidad de Copenhague en 1911. Estudió en el laboratorio de Rutherford de marzo a julio de 1912, tiempo durante el cual nació su teoría atómica. Bohr primero extendió la hipótesis cuántica de Planck a la energía dentro de los átomos para resolver las dificultades en la estabilidad del modelo atómico de Rutherford. Se supone que los átomos solo pueden cambiar de energía a través de fotones de energía discreta, es decir, los átomos solo pueden estar en estados estables discretos, y el estado estable más bajo es el estado normal del átomo. Luego, inspirado por su amigo Hansen, derivó el concepto de transición en estado estacionario a partir de la ley de combinación de líneas espectrales. Publicó tres partes de su extenso artículo "Sobre la estructura atómica y molecular" en julio y septiembre de 1913 y 11.