इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान परमाणुओं के द्रव्यमान से कई हजार गुना कम होता है। चूँकि परमाणु संपूर्ण रूप से उदासीन होता है, इसलिए परमाणु का अधिकांश भाग उसके धनावेशित भाग पर पड़ता है।

एक सकारात्मक चार्ज के वितरण के एक प्रयोगात्मक अध्ययन के लिए, और इसलिए परमाणु के अंदर द्रव्यमान, रदरफोर्ड ने 1 9 06 में परमाणु की जांच को लागू करने के लिए प्रस्तावित किया α -कण। ये कण रेडियम और कुछ अन्य तत्वों के क्षय से उत्पन्न होते हैं। उनका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का लगभग 8000 गुना है, और धनात्मक आवेश मापांक में इलेक्ट्रॉन के आवेश के दुगुने के बराबर होता है। ये कुछ और नहीं बल्कि पूरी तरह से आयनित हीलियम परमाणु हैं। रफ़्तार α -कण बहुत बड़े हैं: यह प्रकाश की गति का 1/15 है।

इन कणों के साथ, रदरफोर्ड ने भारी तत्वों के परमाणुओं पर बमबारी की। इलेक्ट्रॉन, अपने छोटे द्रव्यमान के कारण, प्रक्षेपवक्र को विशेष रूप से नहीं बदल सकते हैं α -कण, कार के साथ टक्कर में कई दसियों ग्राम के कंकड़ की तरह, इसकी गति को ध्यान से बदलने में सक्षम नहीं हैं। बिखराव (आंदोलन की दिशा बदलना) α -कण परमाणु के केवल धनात्मक आवेश वाले भाग का कारण बन सकते हैं। इस प्रकार, बिखरने से α -कण परमाणु के अंदर धनात्मक आवेश और द्रव्यमान के वितरण की प्रकृति का निर्धारण कर सकते हैं।

एक रेडियोधर्मी तैयारी, जैसे रेडियम, को सीसा सिलेंडर 1 के अंदर रखा गया था, जिसके साथ एक संकीर्ण चैनल ड्रिल किया गया था। बंडल α -चैनल के कण अध्ययन के तहत सामग्री (सोना, तांबा, आदि) की पतली पन्नी 2 पर गिरे। बिखरने के बाद α -कण जिंक सल्फाइड के साथ लेपित एक पारभासी स्क्रीन 3 पर गिरे। स्क्रीन के साथ प्रत्येक कण के टकराने के साथ-साथ प्रकाश की एक चमक (चमकती) थी, जिसे माइक्रोस्कोप 4 में देखा जा सकता था। पूरे उपकरण को एक बर्तन में रखा गया था जिससे हवा निकाली गई थी।

डिवाइस के अंदर एक अच्छे वैक्यूम के साथ, पन्नी की अनुपस्थिति में, स्क्रीन पर एक चमकीला वृत्त दिखाई देता है, जिसमें एक पतली बीम की वजह से जगमगाहट होती है। α -कण। लेकिन जब पन्नी को बीम के रास्ते में रखा गया था, α -प्रकीर्णन के कारण कणों को एक बड़े क्षेत्र के एक वृत्त में स्क्रीन पर वितरित किया गया। प्रयोगात्मक सेटअप को संशोधित करते हुए, रदरफोर्ड ने विचलन का पता लगाने की कोशिश की α - बड़े कोणों पर कण। काफी अप्रत्याशित रूप से, यह पता चला कि एक छोटी संख्या α -कण (दो हजार में लगभग एक) 90° से अधिक कोणों पर विचलन करते हैं। बाद में, रदरफोर्ड ने स्वीकार किया कि, अपने छात्रों को प्रकीर्णन का निरीक्षण करने के लिए एक प्रयोग की पेशकश की α -कण बड़े कोणों पर, वह स्वयं सकारात्मक परिणाम में विश्वास नहीं करता था। "यह लगभग अविश्वसनीय है," रदरफोर्ड ने कहा, "जैसे कि आपने पतले कागज के एक टुकड़े पर 15 इंच का प्रक्षेप्य दागा, और प्रक्षेप्य आपके पास वापस आया और आपको मारा।" वास्तव में, थॉमसन मॉडल के आधार पर इस परिणाम की भविष्यवाणी करना असंभव था। जब पूरे परमाणु में वितरित किया जाता है, तो एक सकारात्मक चार्ज पर्याप्त रूप से तीव्र विद्युत क्षेत्र नहीं बना सकता है जो एक-कण को ​​वापस फेंकने में सक्षम हो। अधिकतम प्रतिकर्षण बल कूलम्ब के नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है:

जहां क्यू α - चार्ज α -कण; q परमाणु का धनात्मक आवेश है; r इसकी त्रिज्या है; के - आनुपातिकता का गुणांक। एक समान रूप से आवेशित गेंद की विद्युत क्षेत्र की शक्ति गेंद की सतह पर अधिकतम होती है और केंद्र के पास पहुंचने पर यह घटकर शून्य हो जाती है। इसलिए, त्रिज्या r जितनी छोटी होगी, प्रतिकर्षण बल उतना ही अधिक होगा α -कण।

परमाणु नाभिक के आकार का निर्धारण। रदरफोर्ड ने महसूस किया कि α -कण को ​​वापस तभी फेंका जा सकता है जब परमाणु का धनात्मक आवेश और उसका द्रव्यमान अंतरिक्ष के बहुत छोटे क्षेत्र में केंद्रित हो। इसलिए रदरफोर्ड परमाणु नाभिक के विचार के साथ आए - छोटे आकार का एक पिंड, जिसमें लगभग सभी द्रव्यमान और परमाणु के सभी धनात्मक आवेश केंद्रित होते हैं।

परमाणु का ग्रहीय मॉडल, या रदरफोर्ड मॉडल, - परमाणु की संरचना का ऐतिहासिक मॉडल, जिसे अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने अल्फा कणों के प्रकीर्णन के साथ एक प्रयोग के परिणामस्वरूप प्रस्तावित किया था। इस मॉडल के अनुसार, परमाणु में एक छोटा धनात्मक आवेशित नाभिक होता है, जिसमें परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान केंद्रित होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन घूमते हैं, जैसे ग्रह सूर्य के चारों ओर घूमते हैं। परमाणु का ग्रहीय मॉडल परमाणु की संरचना के बारे में आधुनिक विचारों से मेल खाता है, इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि इलेक्ट्रॉनों की गति क्वांटम प्रकृति की है और शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों द्वारा वर्णित नहीं है। ऐतिहासिक रूप से, रदरफोर्ड के ग्रहीय मॉडल ने जोसेफ जॉन थॉमसन के "प्लम पुडिंग मॉडल" को बदल दिया, जो यह बताता है कि नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों को एक सकारात्मक चार्ज परमाणु के अंदर रखा जाता है।

परिसर के बारे में पहली जानकारी परमाणु की संरचनातरल पदार्थ के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने की प्रक्रियाओं के अध्ययन में प्राप्त किए गए थे। XIX सदी के तीसवें दशक में। उत्कृष्ट भौतिक विज्ञानी एम। फैराडे के प्रयोगों ने सुझाव दिया कि बिजली अलग इकाई शुल्क के रूप में मौजूद है।

कुछ तत्वों के परमाणुओं के स्वतःस्फूर्त क्षय की खोज, जिसे रेडियोधर्मिता कहा जाता है, परमाणु की संरचना की जटिलता का प्रत्यक्ष प्रमाण था। 1902 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक अर्नेस्ट रदरफोर्ड और फ्रेडरिक सोडी ने साबित किया कि रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, एक यूरेनियम परमाणु दो परमाणुओं में बदल जाता है - एक थोरियम परमाणु और एक हीलियम परमाणु। इसका मतलब था कि परमाणु अपरिवर्तनीय, अविनाशी कण नहीं हैं।

परमाणु का रदरफोर्ड मॉडल

पदार्थ की पतली परतों के माध्यम से अल्फा कणों के एक संकीर्ण बीम के पारित होने की जांच करते हुए, रदरफोर्ड ने पाया कि अधिकांश अल्फा कण धातु की पन्नी से गुजरते हैं जिसमें परमाणुओं की कई हजारों परतें होती हैं, मूल दिशा से विचलित हुए बिना, बिखरने का अनुभव किए बिना, जैसे कि थे उनके रास्ते में कोई बाधा नहीं, कोई बाधा नहीं। हालांकि, कुछ कणों को बड़े कोणों पर विक्षेपित किया गया था, बड़ी ताकतों की कार्रवाई का अनुभव किया था।

पदार्थ में अल्फा कणों के प्रकीर्णन का निरीक्षण करने के लिए प्रयोगों के परिणामों के आधार पर रदरफोर्ड ने परमाणु की संरचना का एक ग्रहीय मॉडल प्रस्तावित किया।इस मॉडल के अनुसार परमाणु की संरचना सौर मंडल की संरचना के समान है।प्रत्येक परमाणु के केंद्र में है धनात्मक आवेशित नाभिक 10 -10 मीटर की त्रिज्या के साथ, ग्रहों की तरह, वे परिचालित होते हैं नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन।लगभग सभी द्रव्यमान परमाणु नाभिक में केंद्रित होते हैं। अल्फा कण बिना बिखरे परमाणुओं की हजारों परतों से गुजर सकते हैं, क्योंकि परमाणुओं के अंदर का अधिकांश स्थान खाली होता है, और प्रकाश इलेक्ट्रॉनों के साथ टकराव का भारी अल्फा कण की गति पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। अल्फा कणों का प्रकीर्णन परमाणु नाभिक से टकराने पर होता है।

रदरफोर्ड का परमाणु मॉडल परमाणुओं के सभी गुणों की व्याख्या करने में विफल रहा।

शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के अनुसार, एक परमाणु जिसमें एक धनात्मक आवेशित नाभिक होता है और वृत्ताकार कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चुम्बकीय तरंगों का विकिरण करना चाहिए। विद्युत चुम्बकीय तरंगों के विकिरण से नाभिक-इलेक्ट्रॉन प्रणाली में संभावित ऊर्जा में कमी आनी चाहिए, इलेक्ट्रॉन कक्षा की त्रिज्या में क्रमिक कमी और नाभिक पर इलेक्ट्रॉन का गिरना। हालांकि, परमाणु आमतौर पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन नहीं करते हैं, इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक पर नहीं गिरते हैं, अर्थात परमाणु स्थिर होते हैं।

एन बोहरो के क्वांटम अभिगृहीत

परमाणुओं की स्थिरता की व्याख्या करने के लिए नील्स बोहरोपरमाणुओं के गुणों की व्याख्या करते हुए सामान्य शास्त्रीय विचारों और कानूनों को त्यागने का प्रस्ताव रखा।

परमाणुओं के मूल गुणों को गोद लेने के आधार पर लगातार गुणात्मक स्पष्टीकरण प्राप्त होता है एन. बोहर के क्वांटम अभिगृहीत।

1. इलेक्ट्रॉन केवल कड़ाई से परिभाषित (स्थिर) वृत्ताकार कक्षाओं में ही नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाता है।

2. एक परमाणु प्रणाली केवल कुछ स्थिर या क्वांटम अवस्थाओं में हो सकती है, जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित ऊर्जा E से मेल खाती है। एक परमाणु स्थिर अवस्थाओं में ऊर्जा का विकिरण नहीं करता है।

परमाणु की स्थिर अवस्थाऊर्जा की न्यूनतम मात्रा के साथ कहा जाता है मुख्य राज्य, अन्य सभी राज्यों को कहा जाता है उत्साहित (क्वांटम) राज्य।जमीनी अवस्था में एक परमाणु असीम रूप से लंबा हो सकता है, एक उत्तेजित अवस्था में एक परमाणु का जीवनकाल 10 -9 -10 -7 सेकंड तक रहता है।

3. ऊर्जा का उत्सर्जन या अवशोषण तभी होता है जब कोई परमाणु एक स्थिर अवस्था से दूसरी अवस्था में जाता है। ऊर्जा के साथ एक स्थिर अवस्था से संक्रमण के दौरान विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटम की ऊर्जा ई एमऊर्जा की स्थिति में ई नहींदो क्वांटम अवस्थाओं में परमाणु की ऊर्जाओं के बीच अंतर के बराबर है:

ई = ई एम - ई एन = एचवी,

कहाँ पे वीविकिरण आवृत्ति है, एच\u003d 2ph \u003d 6.62 10 -34 जे ∙ एस।

परमाणु की संरचना का क्वांटम मॉडल

भविष्य में, एन. बोहर के सिद्धांत के कुछ प्रावधानों को पूरक बनाया गया और पुनर्विचार किया गया। सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तन एक इलेक्ट्रॉन बादल की अवधारणा का परिचय था, जिसने एक इलेक्ट्रॉन की अवधारणा को केवल एक कण के रूप में बदल दिया। बाद में, बोहर के सिद्धांत को क्वांटम सिद्धांत द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, जो इलेक्ट्रॉन के तरंग गुणों और परमाणु बनाने वाले अन्य प्राथमिक कणों को ध्यान में रखता है।

आधार परमाणु की संरचना का आधुनिक सिद्धांतएक ग्रहीय मॉडल है, जो पूरक और बेहतर है। इस सिद्धांत के अनुसार, परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन (धनात्मक आवेशित कण) और न्यूरॉन्स (अनचार्ज कण) होते हैं। और नाभिक के चारों ओर, इलेक्ट्रॉन (नकारात्मक रूप से आवेशित कण) अनिश्चितकालीन प्रक्षेपवक्र के साथ चलते हैं।

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1903 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक थॉमसन ने परमाणु का एक मॉडल प्रस्तावित किया, जिसे मजाक में "किशमिश के साथ रोटी" कहा जाता था। उनके अनुसार परमाणु एक समान धन आवेश वाला गोला होता है, जिसमें ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन किशमिश की तरह प्रतिच्छेदित होते हैं।

हालांकि, परमाणु के आगे के अध्ययनों से पता चला है कि यह सिद्धांत अस्थिर है। और कुछ साल बाद, एक और अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी रदरफोर्ड ने प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की। परिणामों के आधार पर, उन्होंने परमाणु की संरचना के बारे में एक परिकल्पना बनाई, जिसे अभी भी दुनिया भर में मान्यता प्राप्त है।

रदरफोर्ड का अनुभव: परमाणु के उनके मॉडल का प्रस्ताव

अपने प्रयोगों में, रदरफोर्ड ने पतली सोने की पन्नी के माध्यम से अल्फा कणों की एक किरण पारित की। सोने को इसकी प्लास्टिसिटी के लिए चुना गया था, जिससे अणुओं की लगभग एक परत मोटी, बहुत पतली पन्नी बनाना संभव हो गया। पन्नी के पीछे एक विशेष स्क्रीन थी जो उस पर गिरने वाले अल्फा कणों द्वारा बमबारी करते समय प्रकाशित हुई थी। थॉमसन के सिद्धांत के अनुसार, अल्फा कणों को बिना किसी बाधा के पन्नी से गुजरना चाहिए था, जो पक्षों की ओर थोड़ा सा विचलित होता था। हालाँकि, यह पता चला कि कुछ कण इस तरह से व्यवहार करते हैं, और एक बहुत छोटा हिस्सा वापस उछल जाता है, मानो किसी चीज से टकरा रहा हो।

यानी यह पाया गया कि परमाणु के अंदर कुछ ठोस और छोटा होता है, जिससे अल्फा कण उछलते हैं। यह तब था जब रदरफोर्ड ने परमाणु की संरचना का एक ग्रहीय मॉडल प्रस्तावित किया था। रदरफोर्ड के परमाणु के ग्रहीय मॉडल ने उनके और उनके सहयोगियों दोनों के प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या की। आज तक, कोई बेहतर मॉडल प्रस्तावित नहीं किया गया है, हालांकि इस सिद्धांत के कुछ पहलू अभी भी विज्ञान के कुछ बहुत ही संकीर्ण क्षेत्रों में अभ्यास से सहमत नहीं हैं। लेकिन मूल रूप से, परमाणु का ग्रहीय मॉडल सबसे उपयोगी है। यह मॉडल क्या है?

परमाणु की संरचना का ग्रहीय मॉडल

जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है कि एक परमाणु की तुलना किसी ग्रह से की जाती है। इस मामले में, ग्रह एक परमाणु का केंद्रक है। और इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर काफी बड़ी दूरी पर चक्कर लगाते हैं, जैसे उपग्रह ग्रह के चारों ओर घूमते हैं। केवल इलेक्ट्रॉनों के घूमने की गति सबसे तेज उपग्रह के घूमने की गति से सैकड़ों हजारों गुना अधिक है। इसलिए, अपने घूर्णन के दौरान, इलेक्ट्रॉन नाभिक की सतह के ऊपर एक बादल बनाता है, जैसा कि वह था। और इलेक्ट्रॉनों के मौजूदा आवेश अन्य नाभिकों के आसपास अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाए गए समान आवेशों को पीछे हटाते हैं। इसलिए, परमाणु "एक साथ चिपकते नहीं" हैं, लेकिन एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर स्थित हैं।

और जब हम कणों की टक्कर के बारे में बात करते हैं, तो हमारा मतलब है कि वे एक दूसरे के पास पर्याप्त दूरी पर पहुंचते हैं और उनके आरोपों के क्षेत्र से पीछे हट जाते हैं। कोई सीधा संपर्क नहीं है। पदार्थ के कण आम तौर पर बहुत दूर होते हैं। यदि किसी भी तरह से किसी भी पिंड के कणों को एक साथ फंसाना संभव होता, तो यह एक अरब गुना कम हो जाता। पृथ्वी एक सेब से भी छोटी हो जाएगी। तो किसी भी पदार्थ का मुख्य आयतन, जो अजीब लग सकता है, एक शून्य द्वारा कब्जा कर लिया जाता है जिसमें आवेशित कण स्थित होते हैं, जो बातचीत के इलेक्ट्रॉनिक बलों द्वारा दूरी पर होते हैं।

वे भौतिकी के विकास में एक महत्वपूर्ण कदम बन गए। रदरफोर्ड के मॉडल का बहुत महत्व था। एक प्रणाली के रूप में परमाणु और इसे बनाने वाले कणों का अधिक सटीक और विस्तार से अध्ययन किया गया है। इससे परमाणु भौतिकी जैसे विज्ञान का सफल विकास हुआ।

पदार्थ की संरचना के बारे में प्राचीन विचार

यह धारणा कि आसपास के पिंड सबसे छोटे कणों से बने हैं, प्राचीन काल में बनाई गई थी। उस समय के विचारकों ने किसी भी पदार्थ के सबसे छोटे और अविभाज्य कण के रूप में परमाणु का प्रतिनिधित्व किया। उन्होंने तर्क दिया कि ब्रह्मांड में परमाणु से छोटा कुछ भी नहीं है। इस तरह के विचार महान प्राचीन यूनानी वैज्ञानिकों और दार्शनिकों - डेमोक्रिटस, ल्यूक्रेटियस, एपिकुरस द्वारा रखे गए थे। इन विचारकों की परिकल्पना आज "प्राचीन परमाणुवाद" के नाम से एकजुट है।

मध्यकालीन प्रदर्शन

पुरातनता का समय बीत चुका है, और मध्य युग में ऐसे वैज्ञानिक भी थे जिन्होंने पदार्थों की संरचना के बारे में विभिन्न धारणाएँ बनाईं। हालांकि, इतिहास के उस दौर में धार्मिक दार्शनिक विचारों की प्रधानता और चर्च की शक्ति ने भौतिकवादी वैज्ञानिक निष्कर्षों और खोजों के लिए मानव मन के किसी भी प्रयास और आकांक्षाओं को जन्म दिया। जैसा कि आप जानते हैं, मध्ययुगीन जिज्ञासु ने उस समय के वैज्ञानिक जगत के प्रतिनिधियों के साथ बहुत ही अमित्र व्यवहार किया। यह कहा जाना बाकी है कि तत्कालीन उज्ज्वल दिमागों के पास एक विचार था जो प्राचीन काल से परमाणु की अविभाज्यता के बारे में आया था।

18वीं और 19वीं शताब्दी में अनुसंधान

अठारहवीं शताब्दी को पदार्थ की प्राथमिक संरचना के क्षेत्र में गंभीर खोजों द्वारा चिह्नित किया गया था। एंटोनी लावोज़ियर, मिखाइल लोमोनोसोव और एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से वैज्ञानिकों के प्रयासों के लिए धन्यवाद, वे यह साबित करने में सक्षम थे कि परमाणु वास्तव में मौजूद हैं। लेकिन उनकी आंतरिक संरचना का सवाल खुला रहा। 18 वीं शताब्दी के अंत को वैज्ञानिक दुनिया में इतनी महत्वपूर्ण घटना के रूप में चिह्नित किया गया था कि डी। आई। मेंडेलीव द्वारा रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली की खोज की गई थी। यह उस समय की वास्तव में एक शक्तिशाली सफलता थी और इसने इस समझ पर से पर्दा हटा दिया कि सभी परमाणुओं की एक ही प्रकृति होती है, कि वे एक-दूसरे से संबंधित होते हैं। बाद में, 19वीं शताब्दी में, परमाणु की संरचना को जानने की दिशा में एक और महत्वपूर्ण कदम इस बात का प्रमाण था कि उनमें से किसी में भी एक इलेक्ट्रॉन होता है। इस काल के वैज्ञानिकों के कार्य ने 20वीं शताब्दी की खोजों के लिए उपजाऊ जमीन तैयार की।

थॉमसन प्रयोग

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जॉन थॉमसन ने 1897 में साबित किया कि परमाणुओं की संरचना में एक नकारात्मक चार्ज वाले इलेक्ट्रॉन शामिल हैं। इस स्तर पर, यह गलत विचार कि परमाणु किसी भी पदार्थ की विभाज्यता की सीमा है, अंततः नष्ट हो गए। थॉमसन ने इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व को साबित करने का प्रबंधन कैसे किया? अपने प्रयोगों में, वैज्ञानिक ने अत्यधिक दुर्लभ गैसों में इलेक्ट्रोड रखे और एक विद्युत प्रवाह पारित किया। परिणाम कैथोड किरणें थीं। थॉमसन ने उनकी विशेषताओं का ध्यानपूर्वक अध्ययन किया और पाया कि वे आवेशित कणों की एक धारा हैं जो बहुत तेज गति से चलते हैं। वैज्ञानिक इन कणों के द्रव्यमान और उनके आवेश की गणना करने में सक्षम थे। उन्होंने यह भी पाया कि उन्हें तटस्थ कणों में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि विद्युत आवेश उनकी प्रकृति का आधार है। तो थॉमसन और परमाणु की संरचना के दुनिया के पहले मॉडल के निर्माता थे। उनके अनुसार परमाणु धनावेशित पदार्थ का एक गुच्छा है, जिसमें ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन समान रूप से वितरित होते हैं। यह संरचना परमाणुओं की सामान्य तटस्थता की व्याख्या करती है, क्योंकि विपरीत आवेश एक दूसरे को संतुलित करते हैं। जॉन थॉमसन के प्रयोग परमाणु की संरचना के आगे के अध्ययन के लिए अमूल्य हो गए। हालांकि, कई सवाल अनुत्तरित रहे।

रदरफोर्ड का शोध

थॉमसन ने इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की खोज की, लेकिन वह परमाणु में धनात्मक आवेशित कणों को खोजने में विफल रहे। 1911 में इस गलतफहमी को दूर किया। प्रयोगों के दौरान, गैसों में अल्फा कणों की गतिविधि का अध्ययन करते हुए, उन्होंने पाया कि परमाणु में धनात्मक आवेशित कण होते हैं। रदरफोर्ड ने देखा कि जब किरणें किसी गैस या धातु की पतली प्लेट से होकर गुजरती हैं, तो कुछ कण गति के प्रक्षेपवक्र से तेजी से विचलित हो जाते हैं। उन्हें सचमुच वापस फेंक दिया गया था। वैज्ञानिक ने अनुमान लगाया कि यह व्यवहार धनावेशित कणों से टकराने के कारण है। इस तरह के प्रयोगों ने भौतिक विज्ञानी को परमाणु की संरचना का रदरफोर्ड मॉडल बनाने की अनुमति दी।

ग्रह मॉडल

अब वैज्ञानिक के विचार जॉन थॉमसन द्वारा की गई धारणाओं से कुछ भिन्न थे। उनके परमाणुओं के मॉडल भी भिन्न हो गए। उन्हें इस क्षेत्र में एक पूरी तरह से नया सिद्धांत बनाने की अनुमति दी। भौतिकी के आगे विकास के लिए वैज्ञानिक की खोजों का निर्णायक महत्व था। रदरफोर्ड का मॉडल एक परमाणु को केंद्र में स्थित एक नाभिक और उसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के रूप में वर्णित करता है। नाभिक में धनात्मक आवेश होता है, और इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश होता है। परमाणु के रदरफोर्ड के मॉडल ने कुछ प्रक्षेप पथों - कक्षाओं के साथ नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के घूर्णन को ग्रहण किया। वैज्ञानिक की खोज ने अल्फा कणों के विचलन का कारण समझाने में मदद की और परमाणु के परमाणु सिद्धांत के विकास के लिए प्रेरणा बन गई। रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल में, सूर्य के चारों ओर सौर मंडल के ग्रहों की गति के साथ समानता है। यह एक बहुत ही सटीक और ज्वलंत तुलना है। इसलिए, रदरफोर्ड मॉडल, जिसमें परमाणु एक कक्षा में नाभिक के चारों ओर घूमता है, ग्रहीय कहलाता है।

नील्स बोहरो द्वारा काम करता है

दो साल बाद, डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोहर ने परमाणु की संरचना के बारे में विचारों को प्रकाश प्रवाह के क्वांटम गुणों के साथ संयोजित करने का प्रयास किया। रदरफोर्ड के परमाणु के परमाणु मॉडल को वैज्ञानिक ने अपने नए सिद्धांत के आधार के रूप में रखा था। बोहर के अनुसार परमाणु नाभिक के चारों ओर वृत्ताकार कक्षाओं में चक्कर लगाते हैं। गति के इस तरह के प्रक्षेपवक्र से इलेक्ट्रॉनों का त्वरण होता है। इसके अलावा, परमाणु के केंद्र के साथ इन कणों की कूलम्ब बातचीत, इलेक्ट्रॉनों की गति से उत्पन्न होने वाले स्थानिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बनाए रखने के लिए ऊर्जा के निर्माण और खपत के साथ होती है। ऐसी स्थितियों में, किसी दिन ऋणावेशित कणों को नाभिक पर गिरना चाहिए। लेकिन ऐसा नहीं होता है, जो सिस्टम के रूप में परमाणुओं की अधिक स्थिरता को इंगित करता है। नील्स बोहर ने महसूस किया कि मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा वर्णित शास्त्रीय उष्मागतिकी के नियम अंतःपरमाण्विक स्थितियों में काम नहीं करते हैं। इसलिए, वैज्ञानिक ने खुद को नए पैटर्न प्राप्त करने का कार्य निर्धारित किया जो कि प्राथमिक कणों की दुनिया में मान्य होंगे।

बोहर की अभिधारणाएं

मोटे तौर पर इस तथ्य के कारण कि रदरफोर्ड का मॉडल मौजूद था, परमाणु और उसके घटकों का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया था, नील्स बोहर अपने अभिधारणाओं के निर्माण के करीब पहुंचने में सक्षम थे। उनमें से पहला कहता है कि एक परमाणु में है जिस पर वह अपनी ऊर्जा नहीं बदलता है, जबकि इलेक्ट्रॉन अपने प्रक्षेपवक्र को बदले बिना कक्षाओं में चलते हैं। दूसरी अभिधारणा के अनुसार, जब कोई इलेक्ट्रॉन एक कक्षा से दूसरी कक्षा में जाता है, तो ऊर्जा मुक्त या अवशोषित होती है। यह परमाणु की पिछली और बाद की अवस्थाओं की ऊर्जाओं के बीच के अंतर के बराबर है। इस मामले में, यदि इलेक्ट्रॉन नाभिक के करीब एक कक्षा में कूदता है, तो विकिरण होता है और इसके विपरीत। इस तथ्य के बावजूद कि इलेक्ट्रॉनों की गति एक सर्कल में सख्ती से स्थित एक कक्षीय प्रक्षेपवक्र के समान नहीं है, बोहर की खोज ने एक लाइन स्पेक्ट्रम के अस्तित्व के लिए एक उत्कृष्ट स्पष्टीकरण प्रदान किया। लगभग उसी समय, भौतिक विज्ञानी हर्ट्ज और फ्रैंक, जो जर्मनी में रहते थे , परमाणु की स्थिर, स्थिर अवस्थाओं के अस्तित्व और परमाणु ऊर्जा के मूल्यों को बदलने की संभावना के नील्स बोहर के सिद्धांत की पुष्टि की।

दो वैज्ञानिकों का सहयोग

वैसे, रदरफोर्ड लंबे समय तक यह निर्धारित नहीं कर सके कि वैज्ञानिक मार्सडेन और गीगर ने अर्नेस्ट रदरफोर्ड के बयानों की दोबारा जांच करने की कोशिश की और विस्तृत और गहन प्रयोगों और गणनाओं के परिणामस्वरूप, इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि यह नाभिक है परमाणु की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है, और उसका सारा आवेश उसमें केंद्रित होता है। बाद में यह सिद्ध हुआ कि नाभिक के आवेश का मान संख्यात्मक रूप से D. I. Mendeleev के तत्वों की आवर्त प्रणाली में तत्व की क्रम संख्या के बराबर है। दिलचस्प बात यह है कि नील्स बोहर जल्द ही रदरफोर्ड से मिले और उनके विचारों से पूरी तरह सहमत हुए। इसके बाद, वैज्ञानिकों ने एक ही प्रयोगशाला में लंबे समय तक एक साथ काम किया। रदरफोर्ड का मॉडल, प्राथमिक आवेशित कणों से युक्त एक प्रणाली के रूप में परमाणु - यह सब नील्स बोहर ने उचित माना और अपने इलेक्ट्रॉनिक मॉडल को हमेशा के लिए अलग रख दिया। वैज्ञानिकों की संयुक्त वैज्ञानिक गतिविधि बहुत सफल रही और फलदायी रही। उनमें से प्रत्येक ने प्राथमिक कणों के गुणों का अध्ययन किया और विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण खोज की। बाद में, रदरफोर्ड ने परमाणु अपघटन की संभावना की खोज की और साबित किया, लेकिन यह एक अन्य लेख का विषय है।

विवरण श्रेणी: परमाणु और परमाणु नाभिक का भौतिकी पोस्ट किया गया 03/10/2016 18:27 दृश्य: 4106

प्राचीन यूनानी और प्राचीन भारतीय वैज्ञानिकों और दार्शनिकों का मानना ​​था कि हमारे आस-पास के सभी पदार्थों में छोटे-छोटे कण होते हैं जो विभाजित नहीं होते हैं।

उन्हें यकीन था कि दुनिया में ऐसा कुछ भी नहीं है जो इन कणों से छोटा हो, जिसे वे कहते हैं परमाणुओं . और, वास्तव में, बाद में एंटोनी लावोसियर, मिखाइल लोमोनोसोव, जॉन डाल्टन जैसे प्रसिद्ध वैज्ञानिकों द्वारा परमाणुओं के अस्तित्व को साबित किया गया था। 19वीं सदी के अंत तक - 20वीं सदी की शुरुआत तक परमाणु को अविभाज्य माना जाता था, जब यह पता चला कि ऐसा नहीं है।

इलेक्ट्रॉन की खोज। परमाणु का थॉमसन मॉडल

जोसेफ जॉन थॉमसन

1897 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जोसेफ जॉन थॉमसन ने प्रयोगात्मक रूप से चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों में कैथोड किरणों के व्यवहार का अध्ययन करते हुए पाया कि ये किरणें नकारात्मक रूप से आवेशित कणों की एक धारा हैं। इन कणों की गति की गति प्रकाश की गति से कम थी। इसलिए, उनके पास द्रव्यमान था। वे कहां से आए हैं? वैज्ञानिक ने सुझाव दिया कि ये कण परमाणु का हिस्सा हैं। उसने उन्हें बुलाया कणिकाएं . बाद में उन्हें बुलाया गया इलेक्ट्रॉनों . इस प्रकार इलेक्ट्रॉन की खोज ने परमाणु की अविभाज्यता के सिद्धांत को समाप्त कर दिया।

परमाणु का थॉमसन मॉडल

थॉमसन ने परमाणु का पहला इलेक्ट्रॉनिक मॉडल प्रस्तावित किया। इसके अनुसार परमाणु एक गोला है, जिसके अंदर एक आवेशित पदार्थ होता है, जिसका धनात्मक आवेश पूरे आयतन में समान रूप से वितरित होता है। और इस पदार्थ में, एक गोखरू में किशमिश की तरह, इलेक्ट्रॉनों को आपस में जोड़ा जाता है। सामान्य तौर पर, परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है। इस मॉडल को "प्लम पुडिंग मॉडल" कहा जाता था।

लेकिन थॉमसन का मॉडल गलत निकला, जिसे ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी सर अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने साबित किया।

रदरफोर्ड का अनुभव

अर्नेस्ट रदरफोर्ड

एक परमाणु वास्तव में कैसे व्यवस्थित होता है? रदरफोर्ड ने 1909 में जर्मन भौतिक विज्ञानी हैंस गीगर और न्यूजीलैंड के भौतिक विज्ञानी अर्न्स्ट मार्सडेन के साथ मिलकर किए गए अपने प्रयोग के बाद इस प्रश्न का उत्तर दिया।

रदरफोर्ड का अनुभव

प्रयोग का उद्देश्य अल्फा कणों की मदद से परमाणु का अध्ययन करना था, जिसका एक केंद्रित बीम, बड़ी गति से उड़ते हुए, सबसे पतली सोने की पन्नी को निर्देशित किया गया था। पन्नी के पीछे एक ल्यूमिनसेंट स्क्रीन थी। जब कण इससे टकराते थे, तो चमक दिखाई देती थी जिसे माइक्रोस्कोप के नीचे देखा जा सकता था।

यदि थॉमसन सही है, और परमाणु इलेक्ट्रॉनों के एक बादल से बना है, तो कणों को बिना विक्षेपित हुए आसानी से पन्नी के माध्यम से उड़ना चाहिए। चूँकि अल्फा कण का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से लगभग 8000 गुना अधिक हो जाता है, इसलिए इलेक्ट्रॉन उस पर कार्य नहीं कर सकता और अपने प्रक्षेप पथ को एक बड़े कोण पर विचलित कर सकता है, जैसे कि 10 ग्राम कंकड़ एक चलती कार के प्रक्षेपवक्र को नहीं बदल सकता है।

लेकिन व्यवहार में, सब कुछ अलग निकला। अधिकांश कण वास्तव में पन्नी के माध्यम से उड़ गए, व्यावहारिक रूप से एक छोटे कोण से विचलित या विचलित नहीं हुए। लेकिन कुछ कण काफी हद तक विचलित हो गए या वापस उछल गए, जैसे कि उनके रास्ते में किसी तरह की बाधा उत्पन्न हो गई हो। जैसा कि रदरफोर्ड ने खुद कहा था, यह उतना ही अविश्वसनीय था जैसे कि 15 इंच का प्रक्षेप्य टिशू पेपर के एक टुकड़े से टकरा गया हो।

किस कारण से कुछ अल्फा कणों ने दिशा को इतना बदल दिया? वैज्ञानिक ने सुझाव दिया कि इसका कारण परमाणु का एक हिस्सा था, जो बहुत कम मात्रा में केंद्रित था और एक सकारात्मक चार्ज था। उसने उसे बुलाया एक परमाणु का नाभिक.

रदरफोर्ड के परमाणु का ग्रहीय मॉडल

परमाणु का रदरफोर्ड मॉडल

रदरफोर्ड इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि एक परमाणु में परमाणु के केंद्र में स्थित एक घनी धनात्मक आवेशित नाभिक होता है और इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश होता है। परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान नाभिक में केंद्रित होता है। सामान्य तौर पर, परमाणु तटस्थ होता है। नाभिक का धनात्मक आवेश परमाणु में सभी इलेक्ट्रॉनों के ऋणात्मक आवेशों के योग के बराबर होता है। लेकिन इलेक्ट्रॉन नाभिक में एम्बेडेड नहीं होते हैं, जैसा कि थॉमसन के मॉडल में है, लेकिन इसके चारों ओर घूमते हैं जैसे ग्रह सूर्य के चारों ओर घूमते हैं। इलेक्ट्रॉनों का घूर्णन नाभिक से उन पर लगने वाले कूलम्ब बल की क्रिया के अंतर्गत होता है। इलेक्ट्रॉनों के घूमने की गति बहुत बड़ी होती है। कोर की सतह के ऊपर, वे एक प्रकार का बादल बनाते हैं। प्रत्येक परमाणु का अपना इलेक्ट्रॉन बादल होता है, जो ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है। इस कारण से, वे "एक साथ चिपकते नहीं" हैं, लेकिन एक दूसरे को पीछे हटाते हैं।

सौर मंडल के साथ इसकी समानता के कारण, रदरफोर्ड के मॉडल को ग्रहीय कहा जाता था।

परमाणु क्यों होता है

हालांकि, परमाणु का रदरफोर्ड मॉडल यह समझाने में विफल रहा कि परमाणु इतना स्थिर क्यों है। दरअसल, शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के अनुसार, एक इलेक्ट्रॉन, कक्षा में घूमता है, त्वरण के साथ चलता है, इसलिए, यह विद्युत चुम्बकीय तरंगों का विकिरण करता है और ऊर्जा खो देता है। अंत में, यह ऊर्जा समाप्त होनी चाहिए, और इलेक्ट्रॉन को नाभिक में गिरना चाहिए। यदि ऐसा होता, तो परमाणु केवल 10 -8 s के लिए ही मौजूद रह सकता था। लेकिन ऐसा क्यों नहीं हो रहा है?

इस घटना का कारण बाद में डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोहर द्वारा समझाया गया था। उन्होंने सुझाव दिया कि एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन केवल निश्चित कक्षाओं में चलते हैं, जिन्हें "अनुमत कक्षा" कहा जाता है। उन पर होने के कारण, वे ऊर्जा विकीर्ण नहीं करते हैं। और ऊर्जा का उत्सर्जन या अवशोषण तभी होता है जब एक इलेक्ट्रॉन एक अनुमत कक्षा से दूसरी कक्षा में जाता है। यदि यह एक दूर की कक्षा से नाभिक के करीब एक संक्रमण है, तो ऊर्जा विकीर्ण होती है, और इसके विपरीत। विकिरण भागों में होता है, जिन्हें कहा जाता है क्वांटा.

यद्यपि रदरफोर्ड द्वारा वर्णित मॉडल परमाणु की स्थिरता की व्याख्या नहीं कर सका, इसने इसकी संरचना के अध्ययन में महत्वपूर्ण प्रगति की अनुमति दी।