ლექცია: ატომის პლანეტარული მოდელი

ატომის სტრუქტურა

ნებისმიერი ნივთიერების სტრუქტურის დასადგენად ყველაზე ზუსტი გზაა სპექტრული ანალიზი. ელემენტის თითოეული ატომის გამოსხივება ექსკლუზიურად ინდივიდუალურია. თუმცა, სანამ გავიგებთ, თუ როგორ ხდება სპექტრული ანალიზი, მოდით გავარკვიოთ, რა სტრუქტურა აქვს რომელიმე ელემენტის ატომს.

პირველი ვარაუდი ატომის აგებულების შესახებ წარმოადგინა ჯ.ტომსონმა. ეს მეცნიერი დიდი ხნის განმავლობაში სწავლობდა ატომებს. უფრო მეტიც, სწორედ მას ეკუთვნის ელექტრონის აღმოჩენა - რისთვისაც მან მიიღო ნობელის პრემია. მოდელს, რომელიც ტომსონმა შემოგვთავაზა, არაფერი ჰქონდა საერთო რეალობასთან, მაგრამ საკმაოდ ძლიერი სტიმული იყო რეზერფორდისთვის ატომის სტრუქტურის შესასწავლად. ტომსონის მიერ შემოთავაზებულ მოდელს „ქიშმიშის პუდინგი“ ეწოდა.

ტომსონს სჯეროდა, რომ ატომი არის მყარი ბურთი უარყოფითი ელექტრული მუხტით. ამის საკომპენსაციოდ, ქიშმიშის მსგავსად, ბურთში ელექტრონები ირევა. მთლიანობაში, ელექტრონების მუხტი ემთხვევა მთელი ბირთვის მუხტს, რაც ატომს ნეიტრალურს ხდის.

ატომის სტრუქტურის შესწავლისას გაირკვა, რომ მყარ სხეულებში ყველა ატომს აქვს რხევითი მოძრაობა. და, როგორც მოგეხსენებათ, ნებისმიერი მოძრავი ნაწილაკი ასხივებს ტალღებს. ამიტომ თითოეულ ატომს აქვს თავისი სპექტრი. თუმცა, ეს განცხადებები არანაირად არ ჯდებოდა ტომსონის მოდელში.

რეზერფორდის გამოცდილება

ტომსონის მოდელის დასადასტურებლად ან უარყოფისთვის, რეზერფორდმა შემოგვთავაზა ექსპერიმენტი, რომლის შედეგადაც ალფა ნაწილაკებით ზოგიერთი ელემენტის ატომს დაბომბვა. ამ ექსპერიმენტის შედეგად მნიშვნელოვანი იყო იმის დანახვა, თუ როგორ მოიქცეოდა ნაწილაკი.

ალფა ნაწილაკები აღმოაჩინეს რადიუმის რადიოაქტიური დაშლის შედეგად. მათი ნაკადები იყო ალფა სხივები, რომელთა თითოეულ ნაწილაკს დადებითი მუხტი ჰქონდა. მრავალი კვლევის შედეგად დადგინდა, რომ ალფა ნაწილაკი ჰელიუმის ატომს ჰგავს, რომელშიც ელექტრონები არ არის. არსებული ცოდნის გამოყენებით, ჩვენ ვიცით, რომ ალფა ნაწილაკი არის ჰელიუმის ბირთვი, ხოლო რეზერფორდი თვლიდა, რომ ეს იყო ჰელიუმის იონები.

თითოეულ ალფა ნაწილაკს ჰქონდა უზარმაზარი ენერგია, რის შედეგადაც მას შეეძლო დიდი სიჩქარით ფრენა განსახილველ ატომებთან. ამიტომ, ექსპერიმენტის მთავარი შედეგი იყო ნაწილაკების გადახრის კუთხის დადგენა.

ექსპერიმენტისთვის რეზერფორდმა გამოიყენა თხელი ოქროს ფოლგა. მან მიმართა მაღალსიჩქარიანი ალფა ნაწილაკებს მასზე. მან ივარაუდა, რომ ამ ექსპერიმენტის შედეგად ყველა ნაწილაკი გაფრინდებოდა ფოლგაში და მცირე გადახრებით. თუმცა, დანამდვილებით გასარკვევად, მან თავის სტუდენტებს დაავალა, შეემოწმებინათ, იყო თუ არა რაიმე დიდი გადახრები ამ ნაწილაკებში.

ექსპერიმენტის შედეგმა აბსოლუტურად ყველა გააოცა, რადგან ბევრი ნაწილაკი არა მხოლოდ გადახრილია საკმარისად დიდი კუთხით - ზოგიერთი გადახრის კუთხე 90 გრადუსზე მეტს აღწევდა.

ამ შედეგებმა აბსოლუტურად ყველა გააოცა, რეზერფორდმა თქვა, რომ ისეთი შეგრძნება იყო, თითქოს ჭურვების გზაზე ქაღალდის ნაჭერი იყო მოთავსებული, რომელიც არ აძლევდა ალფა ნაწილაკს შიგნით შეღწევის საშუალებას, რის შედეგადაც ის უკან დაბრუნდა.

თუ ატომი მართლაც მყარი იყო, მაშინ მას უნდა ჰქონდეს ელექტრული ველი, რამაც შეანელა ნაწილაკი. თუმცა, მინდვრის სიძლიერე არ იყო საკმარისი იმისათვის, რომ მთლიანად შეეჩერებინა, რომ აღარაფერი ვთქვათ უკან დაეხია. ეს ნიშნავს, რომ ტომსონის მოდელი უარყვეს. ასე რომ, რეზერფორდმა ახალ მოდელზე დაიწყო მუშაობა.

ექსპერიმენტის ამ შედეგის მისაღებად საჭიროა დადებითი მუხტის უფრო მცირე რაოდენობით კონცენტრირება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება უფრო დიდი ელექტრული ველი. ველის პოტენციალის ფორმულის გამოყენებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ დადებითი ნაწილაკის საჭირო ზომა, რომელსაც შეუძლია ალფა ნაწილაკის საპირისპირო მიმართულებით მოგერიება. მისი რადიუსი უნდა იყოს მაქსიმალური 10 -15 მ. ამიტომაც რეზერფორდმა შემოგვთავაზა ატომის პლანეტარული მოდელი.

ამ მოდელს ასე ეწოდა მიზეზი. ფაქტია, რომ ატომის შიგნით არის დადებითად დამუხტული ბირთვი, მზის სისტემაში მზის მსგავსი. ელექტრონები ბირთვის გარშემო პლანეტების მსგავსად ბრუნავენ. მზის სისტემა ისეა მოწყობილი, რომ პლანეტები მზეს მიიზიდავენ გრავიტაციული ძალების დახმარებით, თუმცა ისინი არ ცვივა მზის ზედაპირზე არსებული სიჩქარის შედეგად, რომელიც მათ ორბიტაზე აკავებს. იგივე ხდება ელექტრონებთან დაკავშირებით - კულონის ძალები იზიდავს ელექტრონებს ბირთვში, მაგრამ ბრუნვის გამო ისინი არ ცვივა ბირთვის ზედაპირზე.

ტომსონის ერთი ვარაუდი აბსოლუტურად სწორი აღმოჩნდა - ელექტრონების მთლიანი მუხტი შეესაბამება ბირთვის მუხტს. თუმცა, ძლიერი ურთიერთქმედების შედეგად ელექტრონები შეიძლება ამოვარდეს ორბიტიდან, რის შედეგადაც მუხტი არ კომპენსირებულია და ატომი იქცევა დადებითად დამუხტულ იონად.

ძალიან მნიშვნელოვანი ინფორმაცია ატომის სტრუქტურასთან დაკავშირებით არის ის, რომ ატომის თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში. მაგალითად, წყალბადის ატომს აქვს მხოლოდ ერთი ელექტრონი, რომლის მასა ათასნახევარზე მეტია, ვიდრე ბირთვის მასა.

ატომის პლანეტარული მოდელი შემოგვთავაზა ე.რეზერფორდმა 1910 წელს. ატომის სტრუქტურის პირველი კვლევები მან ალფა ნაწილაკების დახმარებით გააკეთა. მათი გაფანტვის შესახებ ექსპერიმენტებში მიღებულ შედეგებზე დაყრდნობით, რეზერფორდმა თქვა, რომ ატომის მთელი დადებითი მუხტი კონცენტრირებულია მის ცენტრში არსებულ პაწაწინა ბირთვში. მეორეს მხრივ, უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები ნაწილდება მის დანარჩენ მოცულობაში.

ცოტა ფონი

პირველი ბრწყინვალე ვარაუდი ატომების არსებობის შესახებ ძველმა ბერძენმა მეცნიერმა დემოკრიტემ გააკეთა. მას შემდეგ ატომების არსებობის იდეა, რომელთა კომბინაციები იძლევა ჩვენს ირგვლივ არსებულ ყველა ნივთიერებას, არ დატოვებს მეცნიერების წარმოსახვას. დროდადრო მას მიმართავდნენ მისი სხვადასხვა წარმომადგენლები, მაგრამ მე-19 საუკუნის დასაწყისამდე მათი კონსტრუქციები მხოლოდ ჰიპოთეზები იყო, ექსპერიმენტული მონაცემებით არ მხარდაჭერილი.

დაბოლოს, 1804 წელს, ატომის პლანეტარული მოდელის გამოჩენამდე ას წელზე მეტი ხნის წინ, ინგლისელმა მეცნიერმა ჯონ დალტონმა წარმოადგინა მტკიცებულება მისი არსებობის შესახებ და შემოიღო ატომური წონის კონცეფცია, რომელიც იყო მისი პირველი რაოდენობრივი მახასიათებელი. მისი წინამორბედების მსგავსად, ის წარმოიდგენდა ატომებს მატერიის უმცირეს ნაჭრებად, როგორც მყარი ბურთულები, რომლებიც არ შეიძლება დაიყოს კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკებად.

ელექტრონის აღმოჩენა და ატომის პირველი მოდელი

თითქმის საუკუნე გავიდა, როდესაც საბოლოოდ, მე-19 საუკუნის ბოლოს, ასევე ინგლისელმა J. J. Thomson-მა აღმოაჩინა პირველი სუბატომური ნაწილაკი, უარყოფითად დამუხტული ელექტრონი. ვინაიდან ატომები ელექტრულად ნეიტრალურია, ტომსონს მიაჩნდა, რომ ისინი უნდა შედგებოდეს დადებითად დამუხტული ბირთვისგან, ელექტრონებით გაბნეული მთელ მოცულობაში. სხვადასხვა ექსპერიმენტულ შედეგებზე დაყრდნობით, 1898 წელს მან შემოგვთავაზა ატომის თავისი მოდელი, რომელსაც ზოგჯერ უწოდებენ "ქლიავი პუდინგში", რადგან მასში არსებული ატომი წარმოდგენილი იყო, როგორც სფერო, რომელიც სავსე იყო რაღაც დადებითად დამუხტული სითხით, რომელშიც ელექტრონები იყო ჩასმული, როგორც " ქლიავი პუდინგში. ასეთი სფერული მოდელის რადიუსი იყო დაახლოებით 10 -8 სმ. სითხის მთლიანი დადებითი მუხტი სიმეტრიულად და ერთნაირად დაბალანსებულია ელექტრონების უარყოფითი მუხტებით, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე.

ეს მოდელი დამაკმაყოფილებლად ხსნიდა იმ ფაქტს, რომ როდესაც ნივთიერება თბება, ის იწყებს სინათლის გამოყოფას. მიუხედავად იმისა, რომ ეს იყო პირველი მცდელობა იმის გაგების, თუ რა არის ატომი, მან ვერ დააკმაყოფილა რეზერფორდისა და სხვების მიერ მოგვიანებით ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგები. 1911 წელს ტომსონი დათანხმდა, რომ მისმა მოდელმა უბრალოდ ვერ უპასუხა, თუ როგორ და რატომ ხდება α-სხივების გაფანტვა ექსპერიმენტებში დაფიქსირებული. ამიტომ, იგი მიატოვეს და იგი შეცვალა ატომის უფრო სრულყოფილი პლანეტარული მოდელით.

მაინც როგორ არის მოწყობილი ატომი?

ერნესტ რეზერფორდმა ახსნა რადიოაქტიურობის ფენომენის შესახებ, რამაც მას ნობელის პრემია მოუტანა, მაგრამ მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი წვლილი მეცნიერებაში მოგვიანებით მოხდა, როდესაც დაადგინა, რომ ატომი შედგება მკვრივი ბირთვისგან, რომელიც გარშემორტყმულია ელექტრონების ორბიტებით, ისევე როგორც მზეს აკრავს. პლანეტების ორბიტების მიხედვით.

ატომის პლანეტარული მოდელის მიხედვით, მისი მასის უმეტესი ნაწილი კონცენტრირებულია პატარა (მთელი ატომის ზომასთან შედარებით) ბირთვში. ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო, მოძრაობენ წარმოუდგენელი სიჩქარით, მაგრამ ატომების მოცულობის უმეტესი ნაწილი ცარიელი სივრცეა.

ბირთვის ზომა იმდენად მცირეა, რომ მისი დიამეტრი 100000-ჯერ მცირეა ატომის დიამეტრზე. ბირთვის დიამეტრი რეზერფორდმა შეაფასა 10 -13 სმ, განსხვავებით ატომის ზომისგან - 10 -8 სმ. ბირთვის გარეთ ელექტრონები ბრუნავენ მის ირგვლივ დიდი სიჩქარით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ცენტრიდანული ძალები, რომლებიც აბალანსებს ელექტროსტატიკური ძალებს. მიზიდულობა პროტონებსა და ელექტრონებს შორის.

რეზერფორდის ექსპერიმენტები

ატომის პლანეტარული მოდელი წარმოიშვა 1911 წელს, ოქროს ფოლგის ცნობილი ექსპერიმენტის შემდეგ, რამაც შესაძლებელი გახადა მისი სტრუქტურის შესახებ გარკვეული ფუნდამენტური ინფორმაციის მიღება. რეზერფორდის გზა ატომის ბირთვის აღმოჩენისკენ არის მეცნიერებაში შემოქმედების როლის კარგი მაგალითი. მისი ძებნა ჯერ კიდევ 1899 წელს დაიწყო, როდესაც აღმოაჩინა, რომ გარკვეული ელემენტები ასხივებენ დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებს, რომლებსაც შეუძლიათ შეაღწიონ ყველაფერში. მან ამ ნაწილაკებს ალფა (α) ნაწილაკები უწოდა (ახლა ვიცით, რომ ისინი ჰელიუმის ბირთვები იყვნენ). როგორც ყველა კარგი მეცნიერი, რეზერფორდი ცნობისმოყვარე იყო. მას აინტერესებდა, შეიძლებოდა თუ არა ალფა ნაწილაკების გამოყენება ატომის სტრუქტურის გასარკვევად. რეზერფორდმა გადაწყვიტა ალფა ნაწილაკების სხივი დაემიზნა ძალიან თხელი ოქროს ფოლგის ფურცელზე. მან აირჩია ოქრო, რადგან მას შეუძლია შექმნას 0,00004 სმ-ის სისქის ფურცლები. ოქროს ფოლგის უკან მან მოათავსა ეკრანი, რომელიც ანათებდა, როდესაც მას ალფა ნაწილაკები ხვდებოდა. მას იყენებდნენ ალფა ნაწილაკების აღმოსაჩენად მას შემდეგ, რაც ისინი ფოლგაში გაივლიდნენ. ეკრანის მცირე ჭრილმა საშუალება მისცა ალფა ნაწილაკების სხივს წყაროდან გამოსვლის შემდეგ მიაღწიოს ფოლგას. ზოგიერთმა მათგანმა უნდა გაიაროს ფოლგა და გააგრძელოს მოძრაობა იმავე მიმართულებით, მეორე ნაწილი კი ფოლგას უნდა გადმოხტუნდეს და მკვეთრი კუთხით აირეკლოს. ექსპერიმენტის სქემა შეგიძლიათ იხილოთ ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

რა მოხდა რეზერფორდის ექსპერიმენტში?

ჯ.ჯ. ტომსონის ატომის მოდელზე დაყრდნობით, რეზერფორდმა ივარაუდა, რომ დადებითი მუხტის მყარი უბნები, რომლებიც ავსებენ ოქროს ატომების მთელ მოცულობას, გადაუხვევდნენ ან ახვევდნენ ყველა ალფა ნაწილაკების ტრაექტორიებს, როდესაც ისინი გაივლიან ფოლგაში.

თუმცა, ალფა ნაწილაკების აბსოლუტურმა უმრავლესობამ ზუსტად ოქროს ფოლგაში გაიარა, თითქოს ის იქ არ იყო. ისინი თითქოს ცარიელ სივრცეში გადიოდნენ. მხოლოდ რამდენიმე უხდება სწორ გზას, როგორც თავიდანვე ვარაუდობდნენ. ქვემოთ მოცემულია ნაწილაკების რაოდენობის გრაფიკი, რომლებიც გაბნეულია შესაბამისი მიმართულებით გაფანტვის კუთხით.

გასაკვირია, რომ ნაწილაკების მცირე პროცენტმა უკან დაიხია ფოლგა, ისევე როგორც კალათბურთის ბურთი, რომელიც გადმოხტა დაფიდან. რეზერფორდი მიხვდა, რომ ეს გადახრები ალფა ნაწილაკებსა და ატომის დადებითად დამუხტულ კომპონენტებს შორის პირდაპირი შეჯახების შედეგი იყო.

ბირთვი იკავებს ცენტრში

ფოლგადან ასახული ალფა ნაწილაკების უმნიშვნელო პროცენტიდან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ატომის მთელი დადებითი მუხტი და თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ერთ პატარა არეალში, ხოლო ატომის დანარჩენი ნაწილი ძირითადად ცარიელი სივრცეა. რეზერფორდმა კონცენტრირებული დადებითი მუხტის არეალს ბირთვი უწოდა. მან იწინასწარმეტყველა და მალევე აღმოაჩინა, რომ ის შეიცავს დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებს, რომლებსაც პროტონები უწოდა. რეზერფორდმა იწინასწარმეტყველა ნეიტრონების ნეიტრალური ატომური ნაწილაკების არსებობა, მაგრამ მან ვერ შეძლო მათი აღმოჩენა. თუმცა, მისმა სტუდენტმა ჯეიმს ჩადვიკმა აღმოაჩინა ისინი რამდენიმე წლის შემდეგ. ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს ურანის ატომის ბირთვის სტრუქტურას.

ატომები შედგება დადებითად დამუხტული მძიმე ბირთვებისგან, რომლებიც გარშემორტყმულია უარყოფითად დამუხტული უკიდურესად მსუბუქი ნაწილაკებით-ელექტრონებით, რომლებიც ბრუნავს მათ ირგვლივ და ისეთი სიჩქარით, რომ მექანიკური ცენტრიდანული ძალები უბრალოდ აბალანსებს მათ ელექტროსტატიკური მიზიდულობას ბირთვისკენ და ამ მხრივ, სავარაუდოდ, ატომის სტაბილურობა უზრუნველყოფილია.

ამ მოდელის უარყოფითი მხარეები

რეზერფორდის მთავარი იდეა დაკავშირებული იყო მცირე ატომური ბირთვის იდეასთან. ვარაუდი ელექტრონების ორბიტების შესახებ სუფთა ვარაუდი იყო. მან ზუსტად არ იცოდა სად და როგორ ბრუნავენ ელექტრონები ბირთვის გარშემო. ამიტომ, რეზერფორდის პლანეტარული მოდელი არ ხსნის ელექტრონების განაწილებას ორბიტებზე.

გარდა ამისა, რეზერფორდის ატომის სტაბილურობა შესაძლებელი იყო მხოლოდ ორბიტებზე ელექტრონების უწყვეტი მოძრაობით კინეტიკური ენერგიის დაკარგვის გარეშე. მაგრამ ელექტროდინამიკურმა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ელექტრონების მოძრაობა ნებისმიერი მრუდი ტრაექტორიის გასწვრივ, რომელსაც თან ახლავს სიჩქარის ვექტორის მიმართულების ცვლილება და შესაბამისი აჩქარების გამოჩენა, აუცილებლად თან ახლავს ელექტრომაგნიტური ენერგიის გამოსხივებას. ამ შემთხვევაში, ენერგიის შენარჩუნების კანონის მიხედვით, ელექტრონის კინეტიკური ენერგია ძალიან სწრაფად უნდა დაიხარჯოს რადიაციაზე და ის უნდა დაეცეს ბირთვს, როგორც სქემატურად არის ნაჩვენები ქვემოთ მოცემულ სურათზე.

მაგრამ ეს არ ხდება, რადგან ატომები სტაბილური წარმონაქმნებია. ტიპიური სამეცნიერო წინააღმდეგობა წარმოიშვა ფენომენის მოდელსა და ექსპერიმენტულ მონაცემებს შორის.

რეზერფორდიდან ნილს ბორამდე

ატომის ისტორიაში შემდეგი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი გადადგა 1913 წელს, როდესაც დანიელმა მეცნიერმა ნილს ბორმა გამოაქვეყნა ატომის უფრო დეტალური მოდელის აღწერა. მან უფრო ნათლად განსაზღვრა ის ადგილები, სადაც ელექტრონები შეიძლება იყვნენ. მიუხედავად იმისა, რომ მოგვიანებით მეცნიერებმა შეიმუშავეს უფრო დახვეწილი ატომური დიზაინი, ბორის ატომის პლანეტარული მოდელი ძირითადად სწორი იყო და მისი დიდი ნაწილი დღესაც არის მიღებული. მას ჰქონდა მრავალი სასარგებლო გამოყენება, მაგალითად, იგი გამოიყენება სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების თვისებების, მათი გამოსხივების სპექტრის ბუნებისა და ატომის სტრუქტურის ასახსნელად. პლანეტარული მოდელი და ბორის მოდელი იყო ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპები, რომლებმაც აღნიშნეს ფიზიკაში ახალი მიმართულების - მიკროსამყაროს ფიზიკის გაჩენა. ბორმა მიიღო 1922 წლის ნობელის პრემია ფიზიკაში ატომის სტრუქტურის გაგებაში შეტანილი წვლილისთვის.

რა სიახლე მოუტანა ბორმა ატომის მოდელს?

ჯერ კიდევ ახალგაზრდობისას ბორი მუშაობდა რეზერფორდის ლაბორატორიაში ინგლისში. ვინაიდან ელექტრონების კონცეფცია ცუდად იყო განვითარებული რეზერფორდის მოდელში, ბორმა მათზე გაამახვილა ყურადღება. შედეგად, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა ატომის პლანეტარული მოდელი. ბორის პოსტულატები, რომლებიც მან ჩამოაყალიბა 1913 წელს გამოქვეყნებულ სტატიაში "ატომებისა და მოლეკულების სტრუქტურის შესახებ", ნათქვამია:

1. ელექტრონებს შეუძლიათ ბირთვის ირგვლივ მოძრაობა მხოლოდ მისგან ფიქსირებულ დისტანციებზე, რაც მათ აქვთ ენერგიის ოდენობით განსაზღვრული. მან ამ ფიქსირებულ დონეებს ენერგიის დონეები ან ელექტრონული გარსი უწოდა. ბორმა ისინი წარმოიდგინა, როგორც კონცენტრული სფეროები, თითოეულის ცენტრში ბირთვით. ამ შემთხვევაში, უფრო დაბალი ენერგიის მქონე ელექტრონები აღმოჩნდებიან ქვედა დონეზე, უფრო ახლოს ბირთვთან. ისინი, ვისაც მეტი ენერგია აქვთ, უფრო მაღალ დონეზე იქნებიან, უფრო შორს ბირთვიდან.

2. თუ ელექტრონი შთანთქავს ენერგიის გარკვეულ (საკმაოდ გარკვეულ დონეს) რაოდენობას, მაშინ ის გადახტება შემდეგ, უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე. პირიქით, თუ ის დაკარგავს იგივე რაოდენობის ენერგიას, ის დაუბრუნდება თავდაპირველ დონეს. თუმცა, ელექტრონი არ შეიძლება არსებობდეს ორ ენერგეტიკულ დონეზე.

ეს იდეა ილუსტრირებულია ფიგურით.

ენერგიის ნაწილები ელექტრონებისთვის

ატომის ბორის მოდელი რეალურად არის ორი განსხვავებული იდეის კომბინაცია: რეზერფორდის ატომური მოდელი ბირთვის გარშემო მოძრავი ელექტრონებით (ძირითადად ატომის პლანეტარული ბორ-რაზერფორდის მოდელი) და მაქს პლანკის იდეა მატერიის ენერგიის კვანტიზაციის შესახებ. გამოქვეყნდა 1901 წელს. კვანტი (მრავლობითი - კვანტა) არის ენერგიის მინიმალური რაოდენობა, რომელიც შეიძლება შეიწოვოს ან გამოუშვას ნივთიერებით. ეს არის ერთგვარი დისკრეტიზაციის ნაბიჯი ენერგიის მოცულობისთვის.

თუ ენერგიას შევადარებთ წყალს და გსურთ მისი დამატება მატერიაში ჭიქის სახით, თქვენ არ შეგიძლიათ უბრალოდ დაასხით წყალი უწყვეტ ნაკადში. ამის ნაცვლად, შეგიძლიათ დაამატოთ ის მცირე რაოდენობით, როგორც ჩაის კოვზი. ბორს სჯეროდა, რომ თუ ელექტრონებს შეუძლიათ მხოლოდ ენერგიის ფიქსირებული რაოდენობის შთანთქმა ან დაკარგვა, მაშინ ისინი მხოლოდ ამ ფიქსირებული რაოდენობით უნდა შეცვალონ თავიანთი ენერგია. ამრიგად, მათ შეუძლიათ დაიკავონ მხოლოდ ფიქსირებული ენერგეტიკული დონეები ბირთვის ირგვლივ, რაც შეესაბამება მათი ენერგიის კვანტიზებულ ზრდას.

ასე რომ, ბორის მოდელიდან იზრდება კვანტური მიდგომა ატომის სტრუქტურის ასახსნელად. პლანეტარული მოდელი და ბორის მოდელი იყო ერთგვარი საფეხური კლასიკური ფიზიკიდან კვანტურ ფიზიკამდე, რომელიც არის მთავარი ინსტრუმენტი მიკროკოსმოსის ფიზიკაში, მათ შორის ატომურ ფიზიკაში.

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 ფირფიტაზე, 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 განვითარებისთვის. 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.

ატომის პლანეტარული მოდელი

ატომის პლანეტარული მოდელი: ბირთვი (წითელი) და ელექტრონები (მწვანე)

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 ბირთვისაგან, რომელშიც კონცენტრირებულია ატომის თითქმის მთელი მასა, რომლის გარშემოც ელექტრონები მოძრაობენ, 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 მოდელმა შეცვალა ჯოზეფ ჯონ ტომსონის „ქლიავის პუდინგის მოდელი“, რომელიც ამტკიცებს, რომ უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები მოთავსებულია დადებითად დამუხტული ატომის შიგნით.

რეზერფორდმა შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის ახალი მოდელი 1911 წელს, როგორც დასკვნა მისი ხელმძღვანელობით ჩატარებული ექსპერიმენტიდან ოქროს ფოლგაზე ალფა ნაწილაკების გაფანტვის შესახებ. ამ გაფანტვისას ალფა ნაწილაკების მოულოდნელად დიდი რაოდენობა გაიფანტა დიდი კუთხით, რაც მიუთითებდა იმაზე, რომ გაფანტვის ცენტრი მცირე იყო და მასში მნიშვნელოვანი ელექტრული მუხტი იყო კონცენტრირებული. რეზერფორდის გამოთვლებმა აჩვენა, რომ გაფანტვის ცენტრი, დადებითად ან უარყოფითად დამუხტული, უნდა იყოს მინიმუმ 3000-ჯერ პატარა ატომის ზომაზე, რომელიც იმ დროისთვის უკვე ცნობილი იყო და დაახლოებით 10-10 მ. ვინაიდან ელექტრონები უკვე ცნობილი იყო რომ დრო და მათი მასა და მუხტი განისაზღვრა, მაშინ გაფანტვის ცენტრს, რომელსაც მოგვიანებით ბირთვი ეწოდა, ელექტრონების საპირისპირო მუხტი უნდა ყოფილიყო. რეზერფორდმა არ დააკავშირა მუხტის რაოდენობა ატომურ რიცხვთან. ეს დასკვნა მოგვიანებით გაკეთდა. და თავად რეზერფორდმა თქვა, რომ მუხტი ატომური მასის პროპორციულია.

პლანეტარული მოდელის მინუსი იყო მისი შეუთავსებლობა კლასიკური ფიზიკის კანონებთან. თუ ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო, როგორც პლანეტა მზის გარშემო, მაშინ მათი მოძრაობა აჩქარებულია და, შესაბამისად, კლასიკური ელექტროდინამიკის კანონების მიხედვით, მათ უნდა ასხივონ ელექტრომაგნიტური ტალღები, დაკარგონ ენერგია და დაეცეს ბირთვს. პლანეტარული მოდელის შემუშავების შემდეგი ნაბიჯი იყო ბორის მოდელი, რომელიც ამტკიცებდა ელექტრონების მოძრაობის სხვა, კლასიკური კანონებისგან განსხვავებით. ელექტროდინამიკის სრულიად წინააღმდეგობებმა შეძლო კვანტური მექანიკის ამოხსნა.

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წ.

• Eise Eisingi პლანეტარიუმი
• პლანეტარული ფანტაზია

ნახეთ, რა არის "ატომის პლანეტარული მოდელი" სხვა ლექსიკონებში:

ატომის პლანეტარული მოდელი- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. პლანეტარული ატომის მოდელი vok. Planetenmodell des Atoms, n rus. ატომის პლანეტარული მოდელი, f pranc. ატომური პლანეტის მოდელი, მ … ფიზიკურ ტერმინალში

ბორის ატომის მოდელი- წყალბადის მსგავსი ატომის ბორის მოდელი (Z ბირთვის მუხტი), სადაც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონი ჩასმულია ატომურ გარსში, რომელიც გარშემორტყმულია პატარა, დადებითად დამუხტული ატომის ბირთვს... Wikipedia

მოდელი (მეცნიერებაში)- მოდელი (ფრანგ. modèle, იტალიური modello, ლათინურიდან modulus masa, ზომა, ნიმუში, ნორმა), 1) ნიმუში, რომელიც ემსახურება როგორც სტანდარტს (სტანდარტს) სერიული ან მასობრივი გამრავლებისთვის (M. car, M. ტანსაცმელი და ა.შ.). ), ასევე ნებისმიერი სახის, ბრენდის ... ...

მოდელი- I მოდელი (მოდელი) ვალტერი (24 იანვარი, 1891, გენტინი, აღმოსავლეთ პრუსია, 1945 წლის 21 აპრილი, დუისბურგის მახლობლად), ნაცისტური გერმანელი გენერალი ფელდმარშალი (1944). ჯარში 1909 წლიდან მონაწილეობდა 1914 წლის 1 მსოფლიო ომში 18. 1940 წლის ნოემბრიდან მეთაურობდა მე-3 ტანკს ... ... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

ატომის სტრუქტურა- (იხ.) აგებულია სამი ტიპის ელემენტარული ნაწილაკებისგან (იხ.), (იხ.) და (იხ.), რაც ქმნის სტაბილურ სისტემას. პროტონი და ნეიტრონი ატომის ნაწილია (იხ.), ელექტრონები ქმნიან ელექტრონულ გარსს. ბირთვში მოქმედებენ ძალები (იხ.), რომლის წყალობითაც ... ... დიდი პოლიტექნიკური ენციკლოპედია

ატომი- ამ ტერმინს სხვა მნიშვნელობა აქვს, იხილეთ ატომი (მნიშვნელობები). ჰელიუმის ატომი (სხვა ბერძნულიდან ... ვიკიპედია

რეზერფორდ ერნესტი- (1871 1937), ინგლისელი ფიზიკოსი, რადიოაქტიურობის თეორიისა და ატომის სტრუქტურის ერთ-ერთი შემქმნელი, სამეცნიერო სკოლის დამფუძნებელი, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის უცხოელი კორესპონდენტი (1922) და სსრკ აკადემიის საპატიო წევრი. მეცნიერებათა (1925). დაიბადა ახალ ზელანდიაში, სკოლის დამთავრების შემდეგ ... ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი

Άτομο

კორპუსკული- ჰელიუმის ატომი ატომი (სხვა ბერძნული ἄτομος განუყოფელი) არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილი, რომელიც მისი თვისებების მატარებელია. ატომი შედგება ატომის ბირთვისა და მის გარშემო მყოფი ელექტრონული ღრუბლისგან. ატომის ბირთვი შედგება დადებითად დამუხტული პროტონებისგან და ... ... ვიკიპედია

კორპუსები- ჰელიუმის ატომი ატომი (სხვა ბერძნული ἄτομος განუყოფელი) არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილი, რომელიც მისი თვისებების მატარებელია. ატომი შედგება ატომის ბირთვისა და მის გარშემო მყოფი ელექტრონული ღრუბლისგან. ატომის ბირთვი შედგება დადებითად დამუხტული პროტონებისგან და ... ... ვიკიპედია

წიგნები

• მაგიდების კომპლექტი. ფიზიკა. კლასი 11 (15 მაგიდა), . სასწავლო ალბომი 15 ფურცელი. ტრანსფორმატორი. ელექტრომაგნიტური ინდუქცია თანამედროვე ტექნოლოგიაში. ელექტრონული ნათურები. კათოდური მილი. ნახევარგამტარები. ნახევარგამტარული დიოდი. ტრანზისტორი…

იდეა, რომ ატომები მატერიის უმცირესი ნაწილაკებია, პირველად გაჩნდა ძველ საბერძნეთში. თუმცა, მხოლოდ მე-18 საუკუნის ბოლოს, ისეთი მეცნიერების მუშაობის წყალობით, როგორებიც არიან ა. ლავუაზიე, მ.ვ. ლომონოსოვი და ზოგიერთი სხვა, დადასტურდა, რომ ატომები ნამდვილად არსებობს. თუმცა, იმ დღეებში არავის აინტერესებდა, როგორი იყო მათი შინაგანი სტრუქტურა. მეცნიერები ჯერ კიდევ თვლიდნენ ატომებს, როგორც განუყოფელ „აგურს“, რომლებიც ქმნიან მთელ მატერიას.

ატომის სტრუქტურის ახსნის მცდელობები

ვინ შემოგვთავაზა ბირთვული მოდელი პირველ რიგში მეცნიერებმა? ამ ნაწილაკების მოდელის შექმნის პირველი მცდელობა ეკუთვნოდა ჯ.ტომსონს. თუმცა, ამ სიტყვის სრული მნიშვნელობით წარმატებულს ვერ ვუწოდებ. ბოლოს და ბოლოს, ტომსონს სჯეროდა, რომ ატომი სფერული და ელექტრულად ნეიტრალური სისტემაა. ამავდროულად, მეცნიერმა ივარაუდა, რომ დადებითი მუხტი თანაბრად ნაწილდება ამ ბურთის მოცულობაზე და მის შიგნით არის უარყოფითად დამუხტული ბირთვი. მეცნიერის ყველა მცდელობა აეხსნა ატომის შიდა სტრუქტურა წარუმატებელი აღმოჩნდა. ერნესტ რეზერფორდმა შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელი რამდენიმე წლის შემდეგ, რაც ტომსონმა წამოაყენა თავისი თეორია.

კვლევის ისტორია

1833 წელს ელექტროლიზის შესწავლის დახმარებით ფარადეიმ შეძლო დაედგინა, რომ ელექტროლიტის ხსნარში დენი არის დამუხტული ნაწილაკების, ანუ იონების ნაკადი. ამ კვლევების საფუძველზე მან შეძლო იონის მინიმალური მუხტის დადგენა. ასევე მნიშვნელოვანი როლი ფიზიკაში ამ მიმართულების განვითარებაში შეასრულა შინაურმა ქიმიკოსმა დ.ი. მენდელეევმა. სწორედ მან წამოაყენა პირველად სამეცნიერო წრეებში კითხვა, რომ ყველა ატომს შეიძლება ჰქონდეს იგივე ბუნება. ჩვენ ვხედავთ, რომ სანამ რეზერფორდის ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელი პირველად შემოგვთავაზეს, დიდი რაოდენობით თანაბრად მნიშვნელოვანი ექსპერიმენტი ჩატარდა სხვადასხვა მეცნიერების მიერ. მათ წინ წაიწიეს მატერიის სტრუქტურის ატომისტური თეორია.

პირველი გამოცდილება

რეზერფორდი მართლაც ბრწყინვალე მეცნიერია, რადგან მისმა აღმოჩენებმა თავდაყირა დააყენა მატერიის სტრუქტურის იდეა. 1911 წელს მან შეძლო დაეწყო ექსპერიმენტი, რომლითაც მკვლევარებმა შეძლეს შეესწავლათ ატომის იდუმალი სიღრმეები, გაეგოთ რა არის მისი შინაგანი სტრუქტურა. პირველი ექსპერიმენტები მეცნიერმა სხვა მკვლევარების მხარდაჭერით ჩაატარა, მაგრამ აღმოჩენაში მთავარი როლი მაინც რეზერფორდს ეკუთვნოდა.

Ექსპერიმენტი

რადიოაქტიური გამოსხივების ბუნებრივი წყაროების გამოყენებით, რეზერფორდმა შეძლო აეშენებინა ქვემეხი, რომელიც ასხივებდა ალფა ნაწილაკების ნაკადს. ეს იყო ტყვიისგან დამზადებული ყუთი, რომლის შიგნით იყო რადიოაქტიური ნივთიერება. ქვემეხს ჰქონდა ჭრილი, რომლის მეშვეობითაც ყველა ალფა ნაწილაკი მოხვდა ტყვიის ეკრანზე. მათ შეეძლოთ გაფრენა მხოლოდ სლოტის გავლით. რადიოაქტიური ნაწილაკების ამ სხივის გზაზე კიდევ რამდენიმე ეკრანი იდგა.

მათ გამოაცალკევეს ნაწილაკები, რომლებიც გადახრილი იყო ადრე დაყენებული მიმართულებიდან. მკაცრად ფოკუსირებული სამიზნე მიზანში მოხვდა.რეზერფორდმა სამიზნედ გამოიყენა ოქროს ფოლგის თხელი ფურცელი. მას შემდეგ, რაც ნაწილაკები ამ ფურცელს მოხვდა, მათ განაგრძეს მოძრაობა და საბოლოოდ მოხვდნენ ფლუორესცენტურ ეკრანზე, რომელიც ამ სამიზნის უკან იყო დაყენებული. როდესაც ალფა ნაწილაკები მოხვდა ამ ეკრანზე, დაფიქსირდა ციმციმები, რომლითაც მეცნიერს შეეძლო გაესამართლებინა, თუ რამდენი ნაწილაკი გადაუხვევს თავდაპირველ მიმართულებას ფოლგასთან შეჯახებისას და რა არის ამ გადახრის სიდიდე.

განსხვავებები წინა გამოცდილებისგან

სკოლის მოსწავლეებმა და სტუდენტებმა, რომლებსაც აინტერესებთ ისინი, ვინც შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელი, უნდა იცოდნენ, რომ მსგავსი ექსპერიმენტები რეზერფორდამდე ტარდებოდა ფიზიკაში. მათი მთავარი იდეა იყო რაც შეიძლება მეტი ინფორმაციის შეგროვება ატომის სტრუქტურის შესახებ თავდაპირველი ტრაექტორიიდან ნაწილაკების გადახრებიდან. ყველა ამ კვლევამ გამოიწვია მეცნიერებაში გარკვეული რაოდენობის ინფორმაციის დაგროვება, გამოიწვია ასახვა უმცირესი ნაწილაკების შიდა სტრუქტურაზე.

უკვე მე-20 საუკუნის დასაწყისში მეცნიერებმა იცოდნენ, რომ ატომი შეიცავს ელექტრონებს, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი მუხტი. მაგრამ მკვლევართა უმრავლესობას შორის გაბატონებული იყო მოსაზრება, რომ შიგნიდან ატომი უფრო ჰგავს ნეგატიურად დამუხტული ნაწილაკებით სავსე ქსელს. ამგვარმა ექსპერიმენტებმა შესაძლებელი გახადა უამრავი ინფორმაციის მოპოვება – მაგალითად, ატომების გეომეტრიული ზომების დადგენა.

გენიალური გამოცნობა

რეზერფორდმა შენიშნა, რომ არცერთ მის წინამორბედს არ უცდია დაედგინა, შეეძლოთ თუ არა ალფა ნაწილაკებს გადახრა ძალიან დიდი კუთხით მათი ტრაექტორიიდან. ძველ მოდელს, რომელსაც მეცნიერებს შორის ხანდახან „ქიშმიშის პუდინგს“ უწოდებენ (რადგან ამ მოდელის მიხედვით, ატომში ელექტრონები განაწილებულია პუდინგში ქიშმიშის მსგავსად), უბრალოდ არ იძლეოდა ატომის შიგნით მკვრივი სტრუქტურული კომპონენტების არსებობას. არცერთ მეცნიერს არ შეუწუხებია ამ ვარიანტის განხილვა. მკვლევარმა თავის სტუდენტს სთხოვა ინსტალაციის ხელახალი აღჭურვა ისე, რომ ნაწილაკების დიდი გადახრებიც დაფიქსირდა ტრაექტორიიდან - მხოლოდ ასეთი შესაძლებლობის გამორიცხვის მიზნით. წარმოიდგინეთ როგორც მეცნიერის, ისე მისი მოსწავლის გაოცება, როდესაც გაირკვა, რომ ზოგიერთი ნაწილაკი ერთმანეთისგან 180 o კუთხით დაფრინავს.

რა არის ატომის შიგნით?

ჩვენ გავიგეთ, ვინ შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელი და როგორი იყო ამ მეცნიერის გამოცდილება. იმ დროს რეზერფორდის ექსპერიმენტი ნამდვილი მიღწევა იყო. იგი იძულებული გახდა დაესკვნა, რომ ატომის შიგნით, მასის უმეტესი ნაწილი ძალიან მკვრივ ნივთიერებაშია ჩასმული. ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელის სქემა უკიდურესად მარტივია: შიგნით არის დადებითად დამუხტული ბირთვი.

სხვა ნაწილაკები, სახელად ელექტრონები, ბრუნავენ ამ ბირთვის გარშემო. დანარჩენი არის რამდენიმე რიგით ნაკლები სიმკვრივე. ატომის შიგნით ელექტრონების განლაგება არ არის ქაოტური - ნაწილაკები განლაგებულია ენერგიის გაზრდის მიზნით. მკვლევარმა ატომების შიდა ნაწილებს ბირთვები უწოდა. სახელები, რომლებიც მეცნიერმა შემოიტანა, დღემდე გამოიყენება მეცნიერებაში.

როგორ მოვემზადოთ გაკვეთილისთვის?

იმ სკოლის მოსწავლეებს, რომლებსაც აინტერესებთ ისინი, ვინც შემოგვთავაზეს ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელი, შეუძლიათ გაკვეთილზე დამატებითი ცოდნის ჩვენება. მაგალითად, შეგიძლიათ გითხრათ, როგორ მოეწონა რეზერფორდს, ექსპერიმენტებიდან დიდი ხნის შემდეგ, მისი აღმოჩენის ანალოგიის მიცემა. სამხრეთ აფრიკის ქვეყანას აჯანყებულთათვის იარაღი გადაჰყავთ, რომელიც ბამბის ბალიშებშია ჩასმული. როგორ შეუძლიათ მებაჟეებმა ზუსტად განსაზღვრონ სად არის სახიფათო მარაგი, თუ მთელი მატარებელი სავსეა ამ ბალიშებით? მებაჟეს შეუძლია სროლა დაიწყოს ბალიშებზე და სადაც ტყვიები რიკოშეტირდება და იქ არის იარაღი. რეზერფორდმა ხაზგასმით აღნიშნა, რომ სწორედ ასე გაკეთდა მისი აღმოჩენა.

სტუდენტები, რომლებიც ემზადებიან გაკვეთილზე ამ თემაზე პასუხის გასაცემად, სასურველია მოამზადონ პასუხები შემდეგ კითხვებზე:

1. ვინ შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის ბირთვული მოდელი?

2. რას ნიშნავდა ექსპერიმენტი?

3. ბირთვული მოდელის განსხვავება სხვა მოდელებისგან.

რეზერფორდის თეორიის მნიშვნელობა

რადიკალურმა დასკვნებმა, რომელიც რეზერფორდმა გამოიტანა თავისი ექსპერიმენტებიდან, მის ბევრ თანამედროვეს ეჭვი გაუჩინა ამ მოდელის მართებულობაში. თვით რეზერფორდიც კი არ იყო გამონაკლისი - მან გამოაქვეყნა თავისი კვლევის შედეგები აღმოჩენიდან მხოლოდ ორი წლის შემდეგ. იმის საფუძვლად, თუ როგორ მოძრაობენ მიკრონაწილაკების კლასიკური იდეები, მან შესთავაზა ატომის სტრუქტურის ბირთვული პლანეტარული მოდელი. ზოგადად, ატომს აქვს ნეიტრალური მუხტი. ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო, ისევე როგორც პლანეტები ბრუნავენ მზის გარშემო. ეს მოძრაობა ხდება კულონის ძალების გამო. ამ დროისთვის რეზერფორდის მოდელმა მნიშვნელოვანი დახვეწა განიცადა, მაგრამ მეცნიერის აღმოჩენა დღეს არ კარგავს აქტუალობას.