ელექტრონების მასა რამდენიმე ათასჯერ ნაკლებია ატომების მასაზე. ვინაიდან ატომი მთლიანობაში ნეიტრალურია, შესაბამისად, ატომის უმეტესი ნაწილი ეცემა მის დადებითად დამუხტულ ნაწილზე.
დადებითი მუხტის განაწილების და, შესაბამისად, ატომის შიგნით მასის ექსპერიმენტული კვლევისთვის, რეზერფორდმა 1906 წელს შესთავაზა ატომის გამოკვლევის გამოყენება. α - ნაწილაკები. ეს ნაწილაკები წარმოიქმნება რადიუმის და ზოგიერთი სხვა ელემენტის დაშლისგან. მათი მასა დაახლოებით 8000-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას და დადებითი მუხტი მოდულით უდრის ელექტრონის მუხტის ორჯერ. ეს სხვა არაფერია თუ არა სრულად იონიზირებული ჰელიუმის ატომები. სიჩქარე α - ნაწილაკები ძალიან დიდია: სინათლის სიჩქარის 1/15-ია.
ამ ნაწილაკებით რეზერფორდმა დაბომბა მძიმე ელემენტების ატომები. ელექტრონები, მცირე მასის გამო, შესამჩნევად ვერ ცვლიან ტრაექტორიას α - ნაწილაკები, როგორც რამდენიმე ათეული გრამიანი კენჭი მანქანასთან შეჯახებისას, შესამჩნევად ვერ შეცვლიან მის სიჩქარეს. გაფანტვა (მოძრაობის მიმართულების შეცვლა) α -ნაწილაკებს შეუძლიათ გამოიწვიონ ატომის მხოლოდ დადებითად დამუხტული ნაწილი. ამრიგად, გაფანტვით α -ნაწილაკებს შეუძლიათ განსაზღვრონ ატომის შიგნით დადებითი მუხტისა და მასის განაწილების ბუნება.
რადიოაქტიური პრეპარატი, როგორიცაა რადიუმი, მოთავსდა ტყვიის 1 ცილინდრის შიგნით, რომლის გასწვრივ იყო გაბურღული ვიწრო არხი. შეკვრა α -არხიდან ნაწილაკები დაეცა შესასწავლი მასალის თხელ ფოლგა 2-ზე (ოქრო, სპილენძი და ა.შ.). გაფანტვის შემდეგ α -ნაწილაკები დაეცა თუთიის სულფიდით დაფარულ გამჭვირვალე ეკრანზე 3. ეკრანთან თითოეული ნაწილაკის შეჯახებას თან ახლდა სინათლის ციმციმი (სცინილაცია), რომლის დაკვირვებაც შეიძლებოდა მიკროსკოპით 4. მთელი მოწყობილობა მოთავსებული იყო ჭურჭელში, საიდანაც ჰაერის ევაკუაცია მოხდა.
მოწყობილობის შიგნით კარგი ვაკუუმით, ფოლგის არარსებობის შემთხვევაში, ეკრანზე გამოჩნდა ნათელი წრე, რომელიც შედგებოდა წვრილი სხივით გამოწვეული ცინცილაციებისგან. α - ნაწილაკები. მაგრამ როცა სხივის გზაზე ფოლგა მოათავსეს, α - გაფანტვის გამო ნაწილაკები ეკრანზე უფრო დიდი ფართობის წრეში იყო განაწილებული. ექსპერიმენტული წყობის შეცვლით, რეზერფორდი ცდილობდა გადახრის აღმოჩენას α - ნაწილაკები დიდი კუთხით. სრულიად მოულოდნელად აღმოჩნდა, რომ მცირე რაოდენობა α -ნაწილაკები (დაახლოებით ორი ათასიდან ერთი) გადახრილია 90°-ზე მეტი კუთხით. მოგვიანებით, რეზერფორდმა აღიარა, რომ თავის სტუდენტებს შესთავაზა ექსპერიმენტი გაფანტვის დასაკვირვებლად α -ნაწილაკები დიდი კუთხით, თვითონაც არ სჯეროდა დადებითი შედეგის. "ეს თითქმის ისეთივე წარმოუდგენელია", - თქვა რეზერფორდმა, "თითქოს 15 დიუმიანი ჭურვი ესროლე თხელ ქაღალდს და ჭურვი შენთან დაბრუნდა და მოხვდა." მართლაც, შეუძლებელი იყო ამ შედეგის პროგნოზირება ტომსონის მოდელის საფუძველზე. როდესაც ნაწილდება მთელ ატომში, დადებითი მუხტი არ შეუძლია შექმნას საკმარისად ინტენსიური ელექტრული ველი, რომელსაც შეუძლია უკან გადააგდოს a-ნაწილაკი. მაქსიმალური მოგერიების ძალა განისაზღვრება კულონის კანონით:
სადაც q α - მუხტი α -ნაწილაკები; q არის ატომის დადებითი მუხტი; r არის მისი რადიუსი; k - პროპორციულობის კოეფიციენტი. ერთნაირად დამუხტული ბურთის ელექტრული ველის სიძლიერე მაქსიმალურია ბურთის ზედაპირზე და ნულამდე მცირდება, როცა ის ცენტრს უახლოვდება. ამიტომ, რაც უფრო მცირეა r რადიუსი, მით უფრო დიდია ამაღელვებელი ძალა α - ნაწილაკები.
ატომის ბირთვის ზომის განსაზღვრა. ამას მიხვდა რეზერფორდი α - ნაწილაკის უკან გადაგდება შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ატომის დადებითი მუხტი და მისი მასა კონცენტრირებულია სივრცის ძალიან მცირე რეგიონში. ასე რომ, რეზერფორდს გაუჩნდა ატომის ბირთვის იდეა - მცირე ზომის სხეული, რომელშიც კონცენტრირებულია ატომის თითქმის მთელი მასა და მთელი დადებითი მუხტი.
ატომის პლანეტარული მოდელი, ან რეზერფორდის მოდელი, - ატომის სტრუქტურის ისტორიული მოდელი, რომელიც შემოგვთავაზა ერნესტ რეზერფორდმა ალფა ნაწილაკების გაფანტვის ექსპერიმენტის შედეგად. ამ მოდელის მიხედვით, ატომი შედგება პატარა დადებითად დამუხტული ბირთვისგან, რომელშიც კონცენტრირებულია ატომის თითქმის მთელი მასა, რომლის ირგვლივ მოძრაობენ ელექტრონები, ისევე როგორც პლანეტები მოძრაობენ მზის გარშემო. ატომის პლანეტარული მოდელი შეესაბამება თანამედროვე იდეებს ატომის სტრუქტურის შესახებ, იმის გათვალისწინებით, რომ ელექტრონების მოძრაობა კვანტური ხასიათისაა და არ არის აღწერილი კლასიკური მექანიკის კანონებით. ისტორიულად, რეზერფორდის პლანეტარული მოდელი შეცვალა ჯოზეფ ჯონ ტომსონის „ქლიავის პუდინგის მოდელი“, რომელიც ამტკიცებს, რომ უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები მოთავსებულია დადებითად დამუხტული ატომის შიგნით.
პირველი ინფორმაცია კომპლექსის შესახებ ატომის სტრუქტურამიღებული იქნა სითხეებში ელექტრული დენის გავლის პროცესების შესწავლისას. XIX საუკუნის ოცდაათიან წლებში. გამოჩენილი ფიზიკოსის მ.ფარადეის ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ელექტროენერგია არსებობს ცალკეული ერთეული მუხტების სახით.
ზოგიერთი ელემენტის ატომების სპონტანური დაშლის აღმოჩენა, რომელსაც რადიოაქტიურობა ეწოდება, იყო ატომის სტრუქტურის სირთულის პირდაპირი მტკიცებულება. 1902 წელს ინგლისელმა მეცნიერებმა ერნესტ რეზერფორდმა და ფრედერიკ სოდიმ დაამტკიცეს, რომ რადიოაქტიური დაშლის დროს ურანის ატომი გადაიქცევა ორ ატომად - თორიუმის ატომად და ჰელიუმის ატომად. ეს ნიშნავს, რომ ატომები არ არის უცვლელი, ურღვევი ნაწილაკები.
რეზერფორდის ატომის მოდელი
ალფა ნაწილაკების ვიწრო სხივის მატერიის თხელ ფენებში გავლის გამოკვლევისას, რეზერფორდმა აღმოაჩინა, რომ ალფა ნაწილაკების უმეტესობა გადის ლითონის კილიტაში, რომელიც შედგება ატომების ათასობით ფენისგან, თავდაპირველი მიმართულებიდან გადახრის გარეშე, გაფანტვის გარეშე, თითქოს არანაირი დაბრკოლება მათ გზაზე, არანაირი დაბრკოლება. თუმცა, ზოგიერთი ნაწილაკი გადახრილი იყო დიდი კუთხით, დიდი ძალების მოქმედების გამო.
ექსპერიმენტების შედეგებზე დაყრდნობით მატერიაში ალფა ნაწილაკების გაფანტვაზე დაკვირვება რეზერფორდმა შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის პლანეტარული მოდელი.ამ მოდელის მიხედვით ატომის სტრუქტურა მზის სისტემის აგებულების მსგავსია.თითოეული ატომის ცენტრში არის დადებითად დამუხტული ბირთვირადიუსით ≈ 10 -10 მ, პლანეტების მსგავსად, ცირკულირებენ უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები.თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ატომის ბირთვში. ალფა ნაწილაკებს შეუძლიათ გაიარონ ატომების ათასობით ფენა გაფანტვის გარეშე, რადგან ატომების შიგნით სივრცის უმეტესი ნაწილი ცარიელია და მსუბუქ ელექტრონებთან შეჯახება თითქმის არ მოქმედებს მძიმე ალფა ნაწილაკების მოძრაობაზე. ალფა ნაწილაკების გაფანტვა ხდება ატომის ბირთვებთან შეჯახებისას.
რეზერფორდის ატომის მოდელმა ვერ ახსნა ატომების ყველა თვისება.
კლასიკური ფიზიკის კანონების მიხედვით, ატომი, რომელიც შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და ელექტრონებისაგან წრიულ ორბიტაზე, უნდა ასხივებდეს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივებამ უნდა გამოიწვიოს ბირთვულ-ელექტრონულ სისტემაში პოტენციური ენერგიის შემცირება, ელექტრონული ორბიტის რადიუსის თანდათანობითი შემცირება და ელექტრონის ბირთვზე დაცემა. თუმცა, ატომები ჩვეულებრივ არ ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, ელექტრონები არ ეცემა ატომის ბირთვებზე, ანუ ატომები სტაბილურია.
N. Bohr-ის კვანტური პოსტულატები
ატომების სტაბილურობის ასახსნელად ნილს ბორიშესთავაზა უარი თქვას ჩვეულებრივ კლასიკურ იდეებსა და კანონებზე ატომების თვისებების ახსნისას.
ატომების ძირითადი თვისებები იღებენ თანმიმდევრულ თვისებრივ ახსნას მიღებიდან გამომდინარე N. Bohr-ის კვანტური პოსტულატები.
1. ელექტრონი ტრიალებს ბირთვის გარშემო მხოლოდ მკაცრად განსაზღვრულ (სტაციონალურ) წრიულ ორბიტებში.
2. ატომური სისტემა შეიძლება იყოს მხოლოდ გარკვეულ სტაციონარულ ან კვანტურ მდგომარეობებში, რომელთაგან თითოეული შეესაბამება გარკვეულ ენერგიას E. ატომი არ ასხივებს ენერგიას სტაციონარულ მდგომარეობაში.
ატომის სტაციონარული მდგომარეობაენერგიის მინიმალური რაოდენობით ე.წ მთავარი სახელმწიფო, ყველა სხვა სახელმწიფოს ეძახიან აღგზნებული (კვანტური) მდგომარეობები.ძირითად მდგომარეობაში ატომი შეიძლება იყოს უსასრულოდ გრძელი, ატომის სიცოცხლე აღგზნებულ მდგომარეობაში გრძელდება 10 -9 -10 -7 წამი.
3. ენერგიის ემისია ან შთანთქმა ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ატომი გადადის ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან მეორეში. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტის ენერგია სტაციონარული მდგომარეობიდან ენერგიით გადასვლისას ე მენერგეტიკულ მდგომარეობაში E nუდრის განსხვავებას ატომის ენერგიას შორის ორ კვანტურ მდგომარეობაში:
∆E = E m – E n = hv,
სადაც ვარის რადიაციის სიხშირე, თ\u003d 2ph \u003d 6,62 ∙ 10 -34 J ∙ s.
ატომის სტრუქტურის კვანტური მოდელი
მომავალში ნ.ბორის თეორიის ზოგიერთი დებულება დაემატა და გადაიფიქრა. ყველაზე მნიშვნელოვანი ცვლილება იყო ელექტრონული ღრუბლის კონცეფციის შემოღება, რომელმაც შეცვალა ელექტრონის ცნება მხოლოდ ნაწილაკად. მოგვიანებით, ბორის თეორია შეიცვალა კვანტური თეორიით, რომელიც ითვალისწინებს ელექტრონის და სხვა ელემენტარული ნაწილაკების ტალღურ თვისებებს, რომლებიც ქმნიან ატომს.
საფუძველი ატომის სტრუქტურის თანამედროვე თეორიაარის პლანეტარული მოდელი, დამატებული და გაუმჯობესებული. ამ თეორიის მიხედვით, ატომის ბირთვი შედგება პროტონებისგან (დადებითად დამუხტული ნაწილაკები) და ნეირონებისგან (დამუხტული ნაწილაკები). ხოლო ბირთვის ირგვლივ ელექტრონები (უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები) მოძრაობენ განუსაზღვრელი ტრაექტორიების გასწვრივ.
გაქვთ რაიმე შეკითხვები? გსურთ გაიგოთ მეტი ატომური სტრუქტურის მოდელების შესახებ?
დამრიგებლის დახმარების მისაღებად - დარეგისტრირდით.
პირველი გაკვეთილი უფასოა!
საიტი, მასალის სრული ან ნაწილობრივი კოპირებით, საჭიროა წყაროს ბმული.
1903 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ტომსონმა შემოგვთავაზა ატომის მოდელი, რომელსაც ხუმრობით უწოდეს "ფუნთუშა ქიშმიშით". მისი თქმით, ატომი არის სფერო ერთიანი დადებითი მუხტით, რომელშიც ნეგატიურად დამუხტული ელექტრონები ქიშმიშივითაა გადანაწილებული.
თუმცა, ატომის შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ეს თეორია დაუსაბუთებელია. და რამდენიმე წლის შემდეგ, სხვა ინგლისელმა ფიზიკოსმა, რეზერფორდმა ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია. შედეგებზე დაყრდნობით მან ააგო ჰიპოთეზა ატომის სტრუქტურის შესახებ, რომელიც ჯერ კიდევ მსოფლიოშია აღიარებული.
რეზერფორდის გამოცდილება: ატომის მისი მოდელის შეთავაზება
თავის ექსპერიმენტებში რეზერფორდმა ალფა ნაწილაკების სხივი გაიარა თხელი ოქროს ფოლგაში. ოქრო აირჩიეს მისი პლასტიურობის გამო, რამაც შესაძლებელი გახადა ძალიან თხელი კილიტა, მოლეკულების თითქმის ერთი ფენის სისქით. ფოლგის უკან იყო სპეციალური ეკრანი, რომელიც ანათებდა მასზე დაცემული ალფა ნაწილაკებით დაბომბვისას. ტომსონის თეორიის მიხედვით, ალფა ნაწილაკები დაუბრკოლებლად უნდა გასულიყო ფოლგაში, საკმაოდ გადახრილიყო გვერდებზე. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ ზოგიერთი ნაწილაკი ასე მოიქცა და ძალიან მცირე ნაწილი უკან დაბრუნდა, თითქოს რაღაცას ურტყამს.
ანუ გაირკვა, რომ ატომის შიგნით არის რაღაც მყარი და პატარა, საიდანაც ალფა ნაწილაკები გადმოხტა. სწორედ მაშინ შემოგვთავაზა რეზერფორდმა ატომის სტრუქტურის პლანეტარული მოდელი. რეზერფორდის ატომის პლანეტარული მოდელი ხსნიდა როგორც მისი, ასევე მისი კოლეგების ექსპერიმენტების შედეგებს. დღემდე, უკეთესი მოდელი არ არის შემოთავაზებული, თუმცა ამ თეორიის ზოგიერთი ასპექტი ჯერ კიდევ არ ეთანხმება პრაქტიკას მეცნიერების ზოგიერთ ძალიან ვიწრო სფეროებში. მაგრამ ძირითადად, ატომის პლანეტარული მოდელი ყველაზე სასარგებლოა. რა არის ეს მოდელი?
ატომის სტრუქტურის პლანეტარული მოდელი
როგორც სახელი გულისხმობს, ატომს ადარებენ პლანეტას. ამ შემთხვევაში პლანეტა არის ატომის ბირთვი. ელექტრონები კი ბირთვის გარშემო საკმაოდ დიდ მანძილზე ბრუნავენ, ისევე როგორც თანამგზავრები პლანეტის გარშემო. მხოლოდ ელექტრონების ბრუნვის სიჩქარე ასობით ათასი ჯერ აღემატება უსწრაფესი თანამგზავრის ბრუნვის სიჩქარეს. ამიტომ, მისი ბრუნვის დროს, ელექტრონი ქმნის, თითქოს, ღრუბელს ბირთვის ზედაპირის ზემოთ. და ელექტრონების არსებული მუხტები მოგერიებენ იგივე მუხტებს, რომლებიც წარმოიქმნება სხვა ელექტრონების მიერ სხვა ბირთვების გარშემო. მაშასადამე, ატომები არ "იწებება ერთმანეთს", არამედ განლაგებულია ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე.
ხოლო როდესაც ვსაუბრობთ ნაწილაკების შეჯახებაზე, ვგულისხმობთ, რომ ისინი უახლოვდებიან ერთმანეთს საკმარისად დიდ მანძილზე და მოიგერია მათი მუხტის ველები. პირდაპირი კონტაქტი არ არის. ნაწილაკები მატერიაში ზოგადად ძალიან შორს არიან ერთმანეთისგან. თუ რაიმე საშუალებით შესაძლებელი იქნებოდა რომელიმე სხეულის ნაწილაკების ერთად აფეთქება, ის მილიარდჯერ შემცირდებოდა. დედამიწა ვაშლზე პატარა გახდება. ამრიგად, ნებისმიერი ნივთიერების ძირითად მოცულობას, რაც არ უნდა უცნაურად ჟღერდეს, იკავებს სიცარიელეს, რომელშიც განთავსებულია დამუხტული ნაწილაკები, რომლებიც დაშორებულია ურთიერთქმედების ელექტრონული ძალების მიერ.
ისინი გახდნენ მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ფიზიკის განვითარებაში. რეზერფორდის მოდელს დიდი მნიშვნელობა ჰქონდა. უფრო ზუსტად და დეტალურად არის შესწავლილი ატომი, როგორც სისტემა და მისი შემადგენელი ნაწილაკები. ამან განაპირობა ისეთი მეცნიერების წარმატებული განვითარება, როგორიცაა ბირთვული ფიზიკა.
უძველესი იდეები მატერიის სტრუქტურის შესახებ
ვარაუდი, რომ მიმდებარე სხეულები შედგება უმცირესი ნაწილაკებისგან, გაკეთდა ძველ დროში. იმდროინდელი მოაზროვნეები ატომს წარმოადგენდნენ, როგორც ნებისმიერი ნივთიერების უმცირეს და განუყოფელ ნაწილაკს. ისინი ამტკიცებდნენ, რომ სამყაროში არაფერია ატომზე პატარა. ასეთი შეხედულებები ჰქონდათ ძველ ბერძენ დიდ მეცნიერებსა და ფილოსოფოსებს - დემოკრიტეს, ლუკრეციუსს, ეპიკურეს. ამ მოაზროვნეთა ჰიპოთეზები დღეს გაერთიანებულია სახელწოდებით „ძველი ატომიზმი“.
შუა საუკუნეების წარმოდგენები
ანტიკურობის დრო გავიდა და შუა საუკუნეებში ასევე იყვნენ მეცნიერები, რომლებიც სხვადასხვა ვარაუდს აკეთებდნენ ნივთიერებების სტრუქტურის შესახებ. თუმცა, რელიგიური ფილოსოფიური შეხედულებების გაბატონებამ და ეკლესიის ძალამ ისტორიის იმ პერიოდში თავიდან აიცილა ადამიანის გონების ყოველგვარი მცდელობა და მისწრაფება მატერიალისტური სამეცნიერო დასკვნებისა და აღმოჩენებისკენ. მოგეხსენებათ, შუა საუკუნეების ინკვიზიცია ძალიან არამეგობრულად იქცეოდა იმდროინდელი სამეცნიერო სამყაროს წარმომადგენლებთან. რჩება იმის თქმა, რომ იმდროინდელ ნათელ გონებას ჰქონდათ იდეა, რომელიც ანტიკურ დროიდან მოვიდა ატომის განუყოფლობის შესახებ.
კვლევა მე-18 და მე-19 საუკუნეებში
მე-18 საუკუნე აღინიშნა სერიოზული აღმოჩენებით მატერიის ელემენტარული სტრუქტურის სფეროში. დიდწილად, ისეთი მეცნიერების ძალისხმევის წყალობით, როგორიცაა ანტუან ლავუაზიე, მიხაილ ლომონოსოვი და ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, მათ შეძლეს დაემტკიცებინათ, რომ ატომები ნამდვილად არსებობენ. მაგრამ საკითხი მათი შიდა სტრუქტურის შესახებ ღია დარჩა. მე-18 საუკუნის დასასრული აღინიშნა სამეცნიერო სამყაროში ისეთი მნიშვნელოვანი მოვლენით, როგორიცაა დ.ი. მენდელეევის მიერ ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემის აღმოჩენა. ეს იყო იმდროინდელი ჭეშმარიტად ძლიერი გარღვევა და მოხსნა ფარდა იმის გაგებაზე, რომ ყველა ატომს აქვს ერთი ბუნება, რომ ისინი დაკავშირებულია ერთმანეთთან. მოგვიანებით, მე-19 საუკუნეში, კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ატომის სტრუქტურის ამოხსნისკენ იყო იმის მტკიცებულება, რომ რომელიმე მათგანი შეიცავს ელექტრონს. ამ პერიოდის მეცნიერთა შრომამ ნაყოფიერი ნიადაგი მოამზადა მე-20 საუკუნის აღმოჩენებისთვის.
ტომსონის ექსპერიმენტები
ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯონ ტომსონმა 1897 წელს დაამტკიცა, რომ ატომების შემადგენლობაში შედის უარყოფითი მუხტის მქონე ელექტრონები. ამ ეტაპზე საბოლოოდ განადგურდა მცდარი მოსაზრებები, რომ ატომი არის ნებისმიერი ნივთიერების გაყოფის ზღვარი. როგორ მოახერხა ტომსონმა ელექტრონების არსებობის დამტკიცება? თავის ექსპერიმენტებში მეცნიერმა ელექტროდები მოათავსა ძალზედ იშვიათ აირებში და გადასცა ელექტრო დენი. შედეგი იყო კათოდური სხივები. ტომსონმა გულდასმით შეისწავლა მათი თვისებები და აღმოაჩინა, რომ ისინი დამუხტული ნაწილაკების ნაკადია, რომლებიც დიდი სიჩქარით მოძრაობენ. მეცნიერმა შეძლო ამ ნაწილაკების მასის და მათი მუხტის გამოთვლა. მან ასევე გაარკვია, რომ ისინი ვერ გარდაიქმნება ნეიტრალურ ნაწილაკებად, რადგან ელექტრული მუხტი მათი ბუნების საფუძველია. ასე იყო ტომსონი და ატომის სტრუქტურის მსოფლიოში პირველი მოდელის შემქმნელი. მისი თქმით, ატომი არის დადებითად დამუხტული ნივთიერების წყება, რომელშიც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები თანაბრად ნაწილდება. ეს სტრუქტურა ხსნის ატომების ზოგად ნეიტრალიტეტს, რადგან საპირისპირო მუხტები აბალანსებს ერთმანეთს. ჯონ ტომსონის ექსპერიმენტები ფასდაუდებელი გახდა ატომის სტრუქტურის შემდგომი შესწავლისთვის. თუმცა ბევრი კითხვა პასუხგაუცემელი დარჩა.
რეზერფორდის კვლევა
ტომსონმა აღმოაჩინა ელექტრონების არსებობა, მაგრამ მან ვერ იპოვა დადებითად დამუხტული ნაწილაკები ატომში. გამოასწორა ეს გაუგებრობა 1911 წელს. ექსპერიმენტების დროს, აირებში ალფა ნაწილაკების აქტივობის შესწავლისას, მან აღმოაჩინა, რომ ატომში არის დადებითად დამუხტული ნაწილაკები. რეზერფორდმა დაინახა, რომ როდესაც სხივები გადის გაზში ან თხელ ლითონის ფირფიტაში, ნაწილაკების მცირე რაოდენობა მკვეთრად გადახრის მოძრაობის ტრაექტორიას. ისინი ფაქტიურად უკან დააგდეს. მეცნიერმა გამოიცნო, რომ ეს ქცევა დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებთან შეჯახების გამოა. ამგვარმა ექსპერიმენტებმა ფიზიკოსს საშუალება მისცა შეექმნა ატომის სტრუქტურის რეზერფორდის მოდელი.
პლანეტარული მოდელი
ახლა მეცნიერის იდეები გარკვეულწილად განსხვავდებოდა ჯონ ტომსონის ვარაუდებისგან. მათი ატომების მოდელებიც განსხვავებული გახდა. საშუალება მისცა შეექმნა სრულიად ახალი თეორია ამ სფეროში. მეცნიერის აღმოჩენებს გადამწყვეტი მნიშვნელობა ჰქონდა ფიზიკის შემდგომი განვითარებისთვის. რეზერფორდის მოდელი აღწერს ატომს, როგორც ბირთვს, რომელიც მდებარეობს ცენტრში და ელექტრონები მოძრაობენ მის გარშემო. ბირთვს აქვს დადებითი მუხტი, ხოლო ელექტრონებს - უარყოფითი. რეზერფორდის ატომის მოდელი ითვალისწინებდა ელექტრონების ბრუნვას ბირთვის გარშემო გარკვეული ტრაექტორიების - ორბიტების გასწვრივ. მეცნიერის აღმოჩენამ ხელი შეუწყო ალფა ნაწილაკების გადახრის მიზეზს და გახდა სტიმული ატომის ბირთვული თეორიის განვითარებისათვის. რეზერფორდის ატომის მოდელში არის ანალოგია მზის სისტემის პლანეტების მოძრაობასთან მზის გარშემო. ეს არის ძალიან ზუსტი და ნათელი შედარება. ამიტომ, რეზერფორდის მოდელს, რომლის დროსაც ატომი მოძრაობს ბირთვის გარშემო ორბიტაზე, ეწოდა პლანეტარული.
ნილს ბორის ნამუშევრები
ორი წლის შემდეგ, დანიელმა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა სცადა ატომის სტრუქტურის შესახებ იდეების შერწყმა სინათლის ნაკადის კვანტურ თვისებებთან. რეზერფორდის ატომის ბირთვული მოდელი მეცნიერმა თავისი ახალი თეორიის საფუძვლად დააყენა. ბორის აზრით, ატომები ბრუნავენ ბირთვის გარშემო წრიულ ორბიტებში. მოძრაობის ასეთი ტრაექტორია იწვევს ელექტრონების აჩქარებას. გარდა ამისა, ამ ნაწილაკების კულონურ ურთიერთქმედებას ატომის ცენტრთან თან ახლავს ენერგიის შექმნა და მოხმარება ელექტრონების მოძრაობით წარმოქმნილი სივრცითი ელექტრომაგნიტური ველის შესანარჩუნებლად. ასეთ პირობებში, უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები ოდესღაც ბირთვში უნდა მოხვდეს. მაგრამ ეს არ ხდება, რაც მიუთითებს ატომების, როგორც სისტემების უფრო დიდ სტაბილურობაზე. ნილს ბორი მიხვდა, რომ მაქსველის განტოლებებით აღწერილი კლასიკური თერმოდინამიკის კანონები არ მუშაობს ატომურ პირობებში. ამიტომ, მეცნიერმა საკუთარ თავს დაავალა გამოეყვანა ახალი შაბლონები, რომლებიც ძალაში იქნებოდა ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში.
ბორის პოსტულატები
დიდწილად იმის გამო, რომ რეზერფორდის მოდელი არსებობდა, ატომი და მისი კომპონენტები კარგად იყო შესწავლილი, ნილს ბორმა შეძლო მიუახლოვდა თავისი პოსტულატების შექმნას. პირველი მათგანი ამბობს, რომ ატომს აქვს ენერგია, რომლის დროსაც ის არ ცვლის თავის ენერგიას, ხოლო ელექტრონები ორბიტებზე მოძრაობენ ტრაექტორიის შეცვლის გარეშე. მეორე პოსტულატის მიხედვით, როდესაც ელექტრონი ერთი ორბიტიდან მეორეზე გადადის, ენერგია გამოიყოფა ან შეიწოვება. ის უდრის სხვაობას ატომის წინა და შემდგომ მდგომარეობებს შორის. ამ შემთხვევაში, თუ ელექტრონი გადახტება ბირთვთან უფრო ახლოს ორბიტაზე, მაშინ ხდება გამოსხივება და პირიქით. მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრონების მოძრაობა ნაკლებად ჰგავს ორბიტალურ ტრაექტორიას, რომელიც მდებარეობს მკაცრად წრეში, ბორის აღმოჩენამ შესანიშნავი ახსნა მისცა ხაზის სპექტრის არსებობას.დაახლოებით ამავე დროს, ფიზიკოსები ჰერცი და ფრანკი, რომლებიც ცხოვრობდნენ გერმანიაში. დაადასტურა ნილს ბორის თეორია ატომის სტაციონარული, სტაბილური მდგომარეობების არსებობისა და ატომური ენერგიის მნიშვნელობების შეცვლის შესაძლებლობის შესახებ.
ორი მეცნიერის თანამშრომლობა
სხვათა შორის, რეზერფორდმა დიდი ხნის განმავლობაში ვერ დაადგინა, მეცნიერები მარსდენი და გეიგერი ცდილობდნენ გადაემოწმებინათ ერნესტ რეზერფორდის განცხადებები და დეტალური და საფუძვლიანი ექსპერიმენტებისა და გამოთვლების შედეგად მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ეს არის ბირთვი. ატომის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი და მთელი მისი მუხტი მასშია კონცენტრირებული. მოგვიანებით დადასტურდა, რომ ბირთვის მუხტის მნიშვნელობა რიცხობრივად უდრის ელემენტის რიგით რიცხვს D.I. მენდელეევის ელემენტების პერიოდულ სისტემაში. საინტერესოა, რომ ნილს ბორი მალევე შეხვდა რეზერფორდს და სრულად დაეთანხმა მის შეხედულებებს. შემდგომში მეცნიერები ერთსა და იმავე ლაბორატორიაში დიდი ხნის განმავლობაში მუშაობდნენ. რეზერფორდის მოდელი, ატომი, როგორც სისტემა, რომელიც შედგება ელემენტარული დამუხტული ნაწილაკებისგან - ეს ყველაფერი ნილს ბორმა სამართლიანად მიიჩნია და სამუდამოდ გვერდზე გადადო თავისი ელექტრონული მოდელი. მეცნიერთა ერთობლივი სამეცნიერო მოღვაწეობა ძალიან წარმატებული იყო და ნაყოფი გამოიღო. თითოეული მათგანი ჩაუღრმავდა ელემენტარული ნაწილაკების თვისებების შესწავლას და მნიშვნელოვანი აღმოჩენები გააკეთა მეცნიერებისთვის. მოგვიანებით რეზერფორდმა აღმოაჩინა და დაამტკიცა ბირთვული დაშლის შესაძლებლობა, მაგრამ ეს სხვა სტატიის თემაა.
დეტალები კატეგორია: ატომისა და ატომის ბირთვის ფიზიკა გამოქვეყნებულია 10.03.2016 18:27 ნახვები: 4106
ძველი ბერძენი და ძველი ინდოელი მეცნიერები და ფილოსოფოსები თვლიდნენ, რომ ჩვენს გარშემო არსებული ყველა ნივთიერება შედგება პატარა ნაწილაკებისგან, რომლებიც არ იყოფა.
ისინი დარწმუნებულნი იყვნენ, რომ ამ ნაწილაკებზე პატარა არაფერი იქნებოდა სამყაროში, რომელსაც მათ უწოდეს ატომები . და, მართლაც, მოგვიანებით ატომების არსებობა დაამტკიცეს ისეთმა ცნობილმა მეცნიერებმა, როგორებიც არიან ანტუან ლავუაზიე, მიხაილ ლომონოსოვი, ჯონ დალტონი. ატომი განუყოფლად ითვლებოდა მე-19 საუკუნის ბოლომდე - მე-20 საუკუნის დასაწყისამდე, როდესაც აღმოჩნდა, რომ ეს ასე არ იყო.
ელექტრონის აღმოჩენა. ტომსონის ატომის მოდელი
ჯოზეფ ჯონ ტომსონი
1897 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯოზეფ ჯონ ტომსონმა, ექსპერიმენტულად შეისწავლა კათოდური სხივების ქცევა მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში, აღმოაჩინა, რომ ეს სხივები არის უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი. ამ ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე სინათლის სიჩქარეზე დაბალი იყო. ამიტომ მათ ჰქონდათ მასა. საიდან მოვიდნენ? მეცნიერი ვარაუდობს, რომ ეს ნაწილაკები ატომის ნაწილია. მან მათ დაურეკა კორპუსები . მოგვიანებით მათ დაუძახეს ელექტრონები . ამრიგად, ელექტრონის აღმოჩენამ ბოლო მოუღო ატომის განუყოფლობის თეორიას.
ტომსონის ატომის მოდელი
ტომსონმა შემოგვთავაზა ატომის პირველი ელექტრონული მოდელი. მისი მიხედვით, ატომი არის სფერო, რომლის შიგნით არის დამუხტული ნივთიერება, რომლის დადებითი მუხტი თანაბრად ნაწილდება მთელ მოცულობაში. და ამ ნივთიერებაში, როგორც ქიშმიშის ფუნთუშა, ელექტრონები ირევა. ზოგადად, ატომი ელექტრულად ნეიტრალურია. ამ მოდელს ეწოდა "ქლიავის პუდინგის მოდელი".
მაგრამ ტომსონის მოდელი მცდარი აღმოჩნდა, რაც ბრიტანელმა ფიზიკოსმა სერ ერნესტ რეზერფორდმა დაამტკიცა.
რეზერფორდის გამოცდილება
ერნესტ რეზერფორდი
როგორ არის რეალურად მოწყობილი ატომი? რეზერფორდმა ამ კითხვაზე პასუხი გასცა 1909 წელს გერმანელ ფიზიკოს ჰანს გეიგერთან და ახალზელანდიელ ფიზიკოს ერნსტ მარსდენთან ერთად ჩატარებული ექსპერიმენტის შემდეგ.
რეზერფორდის გამოცდილება
ექსპერიმენტის მიზანი იყო ატომის შესწავლა ალფა ნაწილაკების დახმარებით, რომლის ფოკუსირებული სხივი, რომელიც დიდი სიჩქარით დაფრინავდა, მიმართული იყო უწვრილესი ოქროს ფოლგისკენ. ფოლგას უკან მანათობელი ეკრანი იყო. როდესაც ნაწილაკები მას შეეჯახა, გაჩნდა ციმციმები, რომელთა დაკვირვებაც შესაძლებელი იყო მიკროსკოპით.
თუ ტომსონი მართალია და ატომი შედგება ელექტრონების ღრუბლისგან, მაშინ ნაწილაკები ადვილად უნდა იფრინონ ფოლგაში გადახრის გარეშე. ვინაიდან ალფა ნაწილაკების მასა ელექტრონის მასას დაახლოებით 8000-ჯერ აჭარბებდა, ელექტრონი ვერ იმოქმედებდა მასზე და გადაუხვევდა ტრაექტორიას დიდი კუთხით, ისევე როგორც 10 გ კენჭს არ შეეძლო მოძრავი მანქანის ტრაექტორია.
მაგრამ პრაქტიკაში ყველაფერი სხვაგვარად აღმოჩნდა. ნაწილაკების უმეტესობა რეალურად გაფრინდა კილიტაში, პრაქტიკულად არ გადახრილია ან მცირე კუთხით. მაგრამ ზოგიერთი ნაწილაკი საკმაოდ საგრძნობლად გადაიხარა ან თუნდაც უკან დაიხია, თითქოს მათ გზაზე რაიმე სახის დაბრკოლება იყო. როგორც თავად რეზერფორდმა თქვა, ეს ისეთივე წარმოუდგენელი იყო, თითქოს 15 დიუმიანი ჭურვი გადახტა ქაღალდის ნაჭერზე.
რამ გამოიწვია ზოგიერთმა ალფა ნაწილაკმა მიმართულების ასე ძალიან შეცვლა? მეცნიერი ვარაუდობს, რომ ამის მიზეზი იყო ატომის ნაწილი, რომელიც კონცენტრირებულია ძალიან მცირე მოცულობაში და აქვს დადებითი მუხტი. მან დაასახელა იგი ატომის ბირთვი.
რეზერფორდის ატომის პლანეტარული მოდელი
რეზერფორდის ატომის მოდელი
რეზერფორდი მივიდა დასკვნამდე, რომ ატომი შედგება მკვრივი დადებითად დამუხტული ბირთვისგან, რომელიც მდებარეობს ატომის ცენტრში და ელექტრონებისაგან, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი მუხტი. ატომის თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში. ზოგადად, ატომი ნეიტრალურია. ბირთვის დადებითი მუხტი ტოლია ატომის ყველა ელექტრონის უარყოფითი მუხტების ჯამისა. მაგრამ ელექტრონები არ არიან ჩადებული ბირთვში, როგორც ტომსონის მოდელში, არამედ ბრუნავენ მის გარშემო, როგორც პლანეტები ბრუნავენ მზის გარშემო. ელექტრონების ბრუნვა ხდება ბირთვიდან მათზე მოქმედი კულონის ძალის მოქმედებით. ელექტრონების ბრუნვის სიჩქარე უზარმაზარია. ბირთვის ზედაპირის ზემოთ ისინი ქმნიან ერთგვარ ღრუბელს. თითოეულ ატომს აქვს საკუთარი ელექტრონული ღრუბელი, უარყოფითად დამუხტული. ამ მიზეზით ისინი არა „ერთად იკვებებიან“, არამედ იგერიებენ ერთმანეთს.
მზის სისტემასთან მსგავსების გამო, რეზერფორდის მოდელს პლანეტარული ეწოდა.
რატომ არსებობს ატომი
თუმცა, რეზერფორდის ატომის მოდელმა ვერ ახსნა, რატომ არის ატომი ასე სტაბილური. მართლაც, კლასიკური ფიზიკის კანონების მიხედვით, ორბიტაზე მოძრავი ელექტრონი მოძრაობს აჩქარებით, შესაბამისად, ის ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს და კარგავს ენერგიას. საბოლოო ჯამში, ეს ენერგია უნდა ამოიწუროს და ელექტრონი უნდა ჩავარდეს ბირთვში. ასე რომ ყოფილიყო, ატომი მხოლოდ 10-8 წამის განმავლობაში იარსებებდა. მაგრამ რატომ არ ხდება ეს?
ამ ფენომენის მიზეზი მოგვიანებით ახსნა დანიელმა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა. მან შესთავაზა, რომ ატომში ელექტრონები მოძრაობენ მხოლოდ ფიქსირებულ ორბიტებში, რომლებსაც „ნებადართულ ორბიტებს“ უწოდებენ. მათზე ყოფნისას ისინი არ ასხივებენ ენერგიას. და ენერგიის ემისია ან შთანთქმა ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ელექტრონი გადადის ერთი დაშვებული ორბიტიდან მეორეზე. თუ ეს არის გადასვლა შორეული ორბიტიდან ბირთვთან უფრო ახლოს, მაშინ ენერგია გამოსხივდება და პირიქით. გამოსხივება ხდება ნაწილებად, რომლებსაც ე.წ კვანტა.
მიუხედავად იმისა, რომ რეზერფორდის მიერ აღწერილ მოდელს არ შეეძლო აეხსნა ატომის სტაბილურობა, მან მნიშვნელოვანი პროგრესი მისცა მისი სტრუქტურის შესწავლაში.
