Histoire de la structure atomique

Lumière

Histoire de la structure atomique


Je lisais un livre sur l’histoire de la structure atomique ( Chemistry in Context de Graham Jill et John Holman), et je me suis intéressé à quelques points qui ne sont pas expliqués dans le livre.

  1. « Les calculs basés sur les résultats obtenus par Geiger et Marsden ont montré que le nombre de charges positives représentait environ la moitié de sa masse atomique relative. »

Comment l’ont-ils calculé et en sont-ils arrivés à cette conclusion?

2. « Moseley a bombardé divers éléments avec des électrons à grande vitesse et a constaté que la longueur d’onde et la fréquence dépendaient de l’élément qu’il utilisait. » Je pense que les rayons X produits étaient des rayons X caractéristiques. Ai-je raison?

Si c’est le cas, alors si l’électron frappé provenait d’une coquille différente (même s’il provient du même élément), les rayons X produits seront de longueur d’onde et de fréquence différentes. Alors pourquoi le livre a-t-il déclaré que «quelles que soient les conditions, un élément particulier formait toujours des rayons X de même fréquence». (Je lisais sur les séries Lyman et Balmer, où la lumière émise par l’hydrogène a une longueur d’onde différente selon la coquille dans laquelle l’électron était situé, et est venu à cette question.)

  1. L’expérience de Chadwick « Les particules alpha ont frappé les neutrons de la feuille de béryllium et les neutrons émis ont frappé les protons de la cire de paraffine. »

Pourquoi les neutrons du béryllium se sont-ils séparés de son proton et de son électron?

  1. (un peu hors sujet) Le spectromètre de masse calcule le rapport charge / masse. Mais que se passe-t-il s’il y a 2 réactions qui se produisent dans la chambre;

Les atomes d’Ar = 20 s’ionisent en +1 ions Les atomes d’Ar = 40 s’ionisent en +2 ions

Leur rapport charge / masse sera-t-il égal, c’est-à-dire +1 à 20? Si oui, comment les distinguer?

C’est tout ce qui m’intéresse pour l’instant, merci beaucoup. 🙂

bruyère

Ce sont de bonnes questions, mais en ce moment, elles sont trop larges. Je suggérerais de diviser certaines des questions; sinon les réponses seront trop longues.

bruyère

Lorsque vous faites référence à l’expérience de Geiger et Marsden, faites-vous référence à cette expérience ou à une autre?

Lumière

Oui, je suppose que le livre faisait référence à l’expérience de la feuille d’or.

Lumière

Le titre du livre est « Chemistry in Context » par Graham Jill et John Holman. J’ai essayé de poser des questions à Chemistry SE sur ces questions (liées à l’atomique, mais elles ont bloqué (j’ai oublié comment ça s’appelle) et m’a suggéré de la poster ici.

Réponses


 bruyère

Je mettrai à jour ceci pendant que je trouve des réponses à vos autres questions.

Première question

Geiger et Marsden ont en fait fait plusieurs expériences toutes très liées (et toutes expliquées sur ce site ). Celui lié à votre question a été fait en 1913, pour prouver les relations que Rutherford a calculées et publiées dans un article de 1911 (La diffusion des particules α et β par la matière et la structure de l’atome).

Geiger et Marsden ne savaient pas quelle était la charge positive du noyau de leurs métaux (ils venaient tout juste de découvrir le noyau après tout) mais ils supposaient qu’elle était proportionnelle au poids atomique. Ils ont spécifiquement testé s’il était proportionnel au poids atomique au carré. Ils ont donc utilisé l’appareil illustré ci-dessous.

appareil marsden geiger

Ils ont recouvert les trous du disque avec des feuilles d’or, d’étain, de cuivre et d’aluminium et ont mesuré le pouvoir d’arrêt de chaque feuille en l’assimilant à une épaisseur d’air équivalente. Ils ont compté le nombre de scintillations par minute produites par le film sur l’écran. Ils ont ensuite divisé les scintillations par minute par l’équivalent en air de la feuille, puis divisés à nouveau par la racine carrée du poids atomique. Par conséquent, Geiger et Marsden ont obtenu le nombre fixe de scintillations qu’un nombre fixe d’atomes produit pour chaque métal. Ensuite, pour chaque métal, ils ont divisé ce nombre par le carré du poids atomique et ont constaté que les rapports étaient plus ou moins les mêmes. Ils ont donc prouvé que

s Q n 2

(où

Q n

est la charge positive du noyau atomique).

Deuxième question

Pour votre deuxième question, à propos de l’expérience de Moseley, oui, il s’agissait de rayons X caractéristiques. Ce site Web donne plus d’informations sur la loi de Moseley et ce site Web donne plus d’informations sur Moseley lui-même et ses autres réalisations (fait amusant: il a prédit l’existence de l’élément 61, qui a fini par s’appeler promethium).

En réponse à la deuxième partie de votre deuxième question, le spectre de lumière émis par les atomes est proportionnel au carré de

Z

, la charge sur leur noyau (dans le modèle de Bohr de l’atome). Moseley a pu confirmer que les spectres de lumière émis étaient en effet proportionnels à

Z

, et il a formulé la loi de Moseley:

F = k 1 ( Z k 2 )

F = k 1 ( Z k 2 )

F

est le principal, ou

K

ligne d’émission de rayons X, et

k 1

et

k 2

sont des constantes selon le type de ligne.

Troisième question

Pour votre troisième question, il a utilisé le béryllium pour créer un rayonnement. Il a ensuite dirigé le rayonnement sur la cire de paraffine, et puisque la cire de paraffine a une teneur élevée en hydrogène et offre donc une cible dense en protons, et que les neutrons ont une masse presque égale, les protons se dispersent facilement lorsque le rayonnement les frappe. Chadwick a examiné la distance de diffusion des protons et l’impact du rayonnement sur les atomes de divers gaz et a conclu que le rayonnement était composé de particules non chargées ayant environ la même masse que le proton – alias le neutron.

Maintenant, pourquoi le béryllium émettait des neutrons. (Voir ce site Web pour plus d’informations; un résumé est donné ici.)

9 B e

libère plus de neutrons qu’il n’en absorbe – cet isotope particulier subit une réaction (n, 2n), qui peut être décrite ci-dessous comme

9 4 B e + n 2 ( 4 2 H e ) + 2 n

9 4 B e + n 2 ( 4 2 H e ) + 2 n

Les neutrons peuvent également être libérés lorsque les noyaux de béryllium sont frappés par des particules alpha énergétiques et lorsque le béryllium est bombardé par des rayons gamma.

Quatrième question

Je ne suis pas sûr de comprendre cette question. Oui, les spectromètres de masse calculent le rapport charge / masse, mais ils sont également détectés par un mécanisme tel qu’un multiplicateur d’électrons et les atomes / ions dans l’échantillon peuvent être corrélés avec des schémas de fragmentation connus. Ce site Web et ce site Web pourraient vous être utiles; en particulier le deuxième lien.

J’espère que cela t’aides!

Lumière

Ah, je vois …. La question 2 est à peu près clarifiée, mais encore une fois, cela conduit à une autre question … Moseley a utilisé k1 et k2, et c’est une paire de constantes de valeur différente, selon les transitions. Comment savait-il si la ligne était K alpha (électron éjecté de la 1ère coquille exactement) ou L alpha (électron éjecté de la 2e coquille)? Merci!

bruyère

J’ai répondu aux première, troisième et quatrième questions maintenant, y a-t-il des questions complémentaires à ce sujet?

Lumière

Merci beaucoup! Permettez-moi de vous dire si j’ai des questions complémentaires. En ce moment, je me demande simplement comment Moseley savait exactement si la ligne était K alpha ou L alpha. Quoi qu’il en soit, il semble que je ne puisse pas ouvrir le lien vers le « Geiger Marsden Apparatus ».

bruyère

Huh … c’est étrange. Le lien fonctionne pour moi. Je ferai des recherches sur votre suivi.

 

#de, #la, atomique?, Histoire, structure

 

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