ატომის ზოგიერთი ისტორიული და თანამედროვე მოდელი. ატომების სტრუქტურის მოდელები
ატომის ისტორიული მოდელები1 ასახავს ცოდნის დონეებს, რომლებიც შეესაბამება მეცნიერების განვითარების გარკვეულ პერიოდს.
ატომური მოდელების შემუშავების პირველი ეტაპი ხასიათდებოდა მისი სტრუქტურის შესახებ ექსპერიმენტული მონაცემების არარსებობით.
მიკროკოსმოსის ფენომენების ახსნით, მეცნიერები ეძებდნენ ანალოგიებს მაკროკოსმოსში, ეყრდნობოდნენ კლასიკური მექანიკის კანონებს.
ჯ. დალტონმა, ქიმიური ატომიზმის შემქმნელმა (1803), ჩათვალა, რომ ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის ატომები არის იგივე სფერული უმცირესი და, შესაბამისად, განუყოფელი ნაწილაკები.
ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან ბატისტ პერენმა (1901) შემოგვთავაზა მოდელი, რომელიც რეალურად მოელოდა "პლანეტარული" მოდელს. ამ მოდელის მიხედვით, ატომის ცენტრში მდებარეობს დადებითად დამუხტული ბირთვი, რომლის გარშემოც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები მოძრაობენ გარკვეულ ორბიტებზე, მზის გარშემო პლანეტების მსგავსად. პერინის მოდელმა არ მიიპყრო მეცნიერთა ყურადღება, ვინაიდან მან მისცა ატომის მხოლოდ თვისებრივი, მაგრამ არა რაოდენობრივი მახასიათებელი (ნახ. 7-ში ეს ნაჩვენებია შეუსაბამობა ატომის ბირთვის მუხტსა და რაოდენობას შორის. ელექტრონები).
1902 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა უილიამ ტომსონმა (კელვინი) შეიმუშავა ატომის, როგორც დადებითად დამუხტული სფერული ნაწილაკის იდეა, რომლის შიგნითაც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები ირხევიან (ასხივებენ და შთანთქავენ ენერგიას). კელვინმა ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ ელექტრონების რაოდენობა უდრის სფეროს დადებით მუხტს, შესაბამისად, ზოგადად, ატომს არ აქვს ელექტრული მუხტი (სურ. 7).
ერთი წლის შემდეგ გერმანელმა ფიზიკოსმა ფილიპ ლენარდმა შემოგვთავაზა მოდელი, რომლის მიხედვითაც ატომი არის ღრუ სფერო, რომლის შიგნით არის ელექტრული დიპოლები (დინამიდები). ამ დიპოლების მიერ დაკავებული მოცულობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე სფეროს მოცულობა, ხოლო ატომის ძირითადი ნაწილი ცარიელია.
იაპონელი ფიზიკოსის გონტარო (ჰანტარო) ნაგაოკას (1904) იდეების თანახმად, დადებითად დამუხტული ბირთვი მდებარეობს ატომის ცენტრში და ელექტრონები მოძრაობენ სივრცეში ბირთვის გარშემო ბრტყელ რგოლებში, რომლებიც ჰგავს პლანეტა სატურნის რგოლებს (ეს. მოდელს ეწოდა "სატურნიული" ატომი). მეცნიერთა უმეტესობამ ყურადღება არ მიაქცია ნაგაოკას იდეებს, თუმცა მათ გარკვეულწილად აქვთ საერთო ატომური ორბიტალის თანამედროვე იდეასთან.
არცერთ განხილულ მოდელს (ნახ. 7) არ განუმარტავს, თუ როგორია თვისებები ქიმიური ელემენტებიდაკავშირებულია მათი ატომების სტრუქტურასთან.
ბრინჯი. 7. ატომის ზოგიერთი ისტორიული მოდელი
1907 წელს ჯ.ჯ.ტომსონმა შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის სტატიკური მოდელი, რომელიც ატომს წარმოადგენდა, როგორც სფერულ ნაწილაკს, რომელიც დამუხტულია დადებითი ელექტროენერგიით, რომელშიც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები თანაბრად ნაწილდება. მოდელი"პუდინგი", სურ. 7).
მათემატიკურმა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ატომში ელექტრონები უნდა იყოს განლაგებული კონცენტრულად განლაგებულ რგოლებზე. ტომსონმა გააკეთა ძალიან მნიშვნელოვანი დასკვნა: ქიმიური ელემენტების თვისებების პერიოდული ცვლილების მიზეზი დაკავშირებულია მათი ატომების ელექტრონული სტრუქტურის მახასიათებლებთან. ამის წყალობით ტომსონის ატომის მოდელმა დიდი მოწონება დაიმსახურა მისმა თანამედროვეებმა. თუმცა, ის არ ხსნიდა გარკვეულ ფენომენებს, მაგალითად, α-ნაწილაკების გაფანტვას, როდესაც ისინი გადიან ლითონის ფირფიტაზე.
ატომის შესახებ მისი იდეებიდან გამომდინარე, ტომსონმა გამოიტანა ფორმულა α-ნაწილაკების საშუალო გადახრის გამოსათვლელად და ამ გამოთვლამ აჩვენა, რომ ასეთი ნაწილაკების დიდი კუთხით გაფანტვის ალბათობა ნულს უახლოვდება. თუმცა, ექსპერიმენტულად დადასტურდა, რომ ოქროს ფოლგაზე დავარდნილი რვა ათასი ალფა ნაწილაკი გადახრილია 90°-ზე მეტი კუთხით. ეს ეწინააღმდეგებოდა ტომსონის მოდელს, რომელიც გადახრებს მხოლოდ მცირე კუთხით იღებდა.
ერნესტ რეზერფორდმა, ექსპერიმენტული მონაცემების შეჯამებით, 1911 წელს შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის „პლანეტარული“ (ზოგჯერ „ბირთვული“) მოდელი, რომლის მიხედვითაც ატომის მასის 99,9% და მისი დადებითი მუხტი კონცენტრირებულია ძალიან მცირე ბირთვში. და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები, რიცხვი, რომელიც უდრის ბირთვის მუხტს, ბრუნავს მის გარშემო, როგორც პლანეტები მზის სისტემა 1 (ნახ. 7).
რეზერფორდმა თავის სტუდენტებთან ერთად მოაწყო ექსპერიმენტები, რამაც შესაძლებელი გახადა ატომის სტრუქტურის გამოკვლევა (სურ. 8). დადებითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი (α-ნაწილაკები) მიმართული იყო თხელი ლითონის (ოქრო) ფოლგის ზედაპირზე 2 რადიოაქტიური გამოსხივების წყაროდან 1. მათ გზაზე დამონტაჟდა ფლუორესცენტური ეკრანი 3, რამაც შესაძლებელი გახადა α-ნაწილაკების შემდგომი მოძრაობის მიმართულების დაკვირვება.
ბრინჯი. 8. რეზერფორდის გამოცდილება
აღმოჩნდა, რომ α-ნაწილაკების უმეტესობამ გაიარა ფოლგაში, პრაქტიკულად მიმართულების შეუცვლელად. მხოლოდ ცალკეული ნაწილაკები (საშუალოდ ერთი ათი ათასიდან) იყო გადახრილი და გაფრინდნენ თითქმის საპირისპირო მიმართულებით. დაასკვნეს, რომ ატომის მასის უმეტესი ნაწილი კონცენტრირებულია დადებითად დამუხტულ ბირთვში, რის გამოც α-ნაწილაკები ასე ძლიერად გადახრილია (ნახ. 9).
ბრინჯი. 9. α-ნაწილაკების გაფანტვა ატომის ბირთვით
ატომში მოძრავი ელექტრონები, ელექტრომაგნიტიზმის კანონების შესაბამისად, უნდა ასხივებდნენ ენერგიას და მისი დაკარგვით, საპირისპიროდ დამუხტული ბირთვისკენ მიიზიდონ და, შესაბამისად, მასზე "დაეცნენ". ამან უნდა გამოიწვიოს ატომის გაქრობა, მაგრამ რადგან ეს არ მოხდა, დაასკვნეს, რომ ეს მოდელი არაადეკვატური იყო.
XX საუკუნის დასაწყისში გერმანელმა ფიზიკოსმა მაქს პლანკმა და თეორიულმა ფიზიკოსმა ალბერტ აინშტაინმა შექმნეს სინათლის კვანტური თეორია. ამ თეორიის თანახმად, გასხივოსნებული ენერგია, როგორიცაა სინათლე, გამოიყოფა და შეიწოვება არა განუწყვეტლივ, არამედ ცალკეულ ნაწილებში (კვანტები). უფრო მეტიც, ენერგიის კვანტის მნიშვნელობა არ არის იგივე სხვადასხვა გამოსხივებისთვის და პროპორციულია ელექტრომაგნიტური ტალღის რხევების სიხშირის: E = hν, სადაც h – პლანკის მუდმივი ტოლია 6,6266 10 -34 J s, ν არის გამოსხივების სიხშირე. ეს ენერგია ატარებს სინათლის ნაწილაკებს - ფოტონები.
კლასიკური მექანიკისა და კვანტური თეორიის კანონების ხელოვნურად გაერთიანების მცდელობისას, დანიელმა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა 1913 წელს შეავსო რუტერფორდის ატომის მოდელი ორი პოსტულატით ატომში ელექტრონების ენერგიის ეტაპობრივი (დისკრეტული) ცვლილების შესახებ. ბორს სჯეროდა, რომ წყალბადის ატომში ელექტრონი შეიძლება განთავსდეს მხოლოდ კარგად განსაზღვრულ ადგილას სტაციონარული ორბიტები, რომელთა რადიუსი ერთმანეთთან დაკავშირებულია კვადრატებად ნატურალური რიცხვები (1 2: 2 2: 3 2: ... :გვ 2). ელექტრონები მოძრაობენ გარშემო ატომის ბირთვისტაციონარულ ორბიტებში. ატომი სტაბილურ მდგომარეობაშია, ენერგიის შთანთქმის ან გამოსხივების გარეშე - ეს არის ბორის პირველი პოსტულატი. მეორე პოსტულატის მიხედვით, ენერგიის ემისია ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ელექტრონი მოძრაობს ორბიტაზე უფრო ახლოს ატომის ბირთვთან. როდესაც ელექტრონი გადადის უფრო შორეულ ორბიტაზე, ენერგია შეიწოვება ატომის მიერ. ეს მოდელი 1916 წელს გააუმჯობესა გერმანელმა ფიზიკოსმა არნოლდ სომერფელდმა, რომელმაც მიუთითა ელექტრონების მოძრაობაზე. ელიფსური ორბიტები.
პლანეტარული მოდელი, მისი ხილვადობისა და ბორის პოსტულატების გამო, დიდი ხანის განმვლობაშიგამოიყენება ატომური და მოლეკულური ფენომენების ასახსნელად. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ ატომში ელექტრონის მოძრაობა, ატომის მდგრადობა და თვისებები, პლანეტების მოძრაობისა და მზის სისტემის სტაბილურობისგან განსხვავებით, კლასიკური მექანიკის კანონებით შეუძლებელია. ეს მექანიკა ეფუძნება ნიუტონის კანონებს და მისი შესწავლის საგანია მაკროსკოპული სხეულების მოძრაობა, შესრულებული სიჩქარით, რომელიც მცირეა სინათლის სიჩქარესთან შედარებით. ატომის სტრუქტურის აღსაწერად აუცილებელია კვანტური (ტალღური) მექანიკის ცნებების გამოყენება მიკრონაწილაკების ორმაგი კორპუსკულარულ-ტალღური ბუნების შესახებ, რომელიც ჩამოყალიბდა 1920-იან წლებში თეორიული ფიზიკოსების მიერ: ფრანგი ლუი დე ბროლი, გერმანელები ვერნერი. ჰაიზენბერგი და ერვინ შრედინგერი, ინგლისელი პოლ დირაკი და სხვები.
1924 წელს ლუი დე ბროლიმ წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ ელექტრონს აქვს ტალღის თვისებები (კვანტური მექანიკის პირველი პრინციპი) და შესთავაზა მისი ტალღის სიგრძის გამოთვლის ფორმულა. ატომის მდგრადობა აიხსნება იმით, რომ მასში არსებული ელექტრონები არ მოძრაობენ ორბიტებში, არამედ ბირთვის ირგვლივ სივრცის გარკვეულ რეგიონებში, რომელსაც ატომურ ორბიტალებს უწოდებენ. ელექტრონი იკავებს ატომის თითქმის მთელ მოცულობას და არ შეუძლია მის ცენტრში მდებარე ბირთვზე "ვარდნას".
1926 წელს შროდინგერმა, განაგრძო ლ. დე ბროლის იდეების შემუშავება ელექტრონის ტალღური თვისებების შესახებ, ემპირიულად შეარჩია სიმებიანი ვიბრაციის განტოლების მსგავსი მათემატიკური განტოლება, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ატომში ელექტრონის შებოჭვის ენერგიების გამოსათვლელად. ენერგიის სხვადასხვა დონე. ეს განტოლება გახდა კვანტური მექანიკის ძირითადი განტოლება.
ელექტრონის ტალღური თვისებების აღმოჩენამ აჩვენა, რომ მაკროკოსმოსის შესახებ ცოდნის გავრცელება მიკროკოსმოსის ობიექტებზე უკანონოა. 1927 წელს ჰაიზენბერგმა დაადგინა, რომ შეუძლებელია ელექტრონის სივრცეში ზუსტი პოზიციის დადგენა გარკვეული სიჩქარით, ამიტომ იდეები ატომში ელექტრონის მოძრაობის შესახებ ალბათური ხასიათისაა (კვანტური მექანიკის მეორე პრინციპი).
ატომის კვანტური მექანიკური მოდელი (1926) აღწერს ატომის მდგომარეობას მათემატიკური ფუნქციებიდა არ აქვს გეომეტრიული გამოხატულება (სურ. 10). ასეთი მოდელი არ ითვალისწინებს ატომის სტრუქტურის დინამიურ ხასიათს და ელექტრონის ნაწილაკად ზომის საკითხს. ითვლება, რომ ელექტრონები იკავებენ გარკვეულ ენერგიის დონეებიდა ასხივებს ან შთანთქავს ენერგიას სხვა დონეზე გადასვლის დროს. ნახ. 10 ენერგიის დონე ნაჩვენებია სქემატურად, როგორც კონცენტრული რგოლები, რომლებიც მდებარეობს სხვადასხვა დისტანციებზეატომის ბირთვიდან. ისრებში ნაჩვენებია ელექტრონების გადასვლები ენერგეტიკულ დონეებს შორის და ამ გადასვლების თანმხლები ფოტონების ემისია. სქემა ნაჩვენებია ხარისხობრივად და არ ასახავს რეალურ დისტანციებს ენერგიის დონეებს შორის, რომლებიც შეიძლება განსხვავდებოდეს ერთმანეთისგან ათობითჯერ.
1931 წელს ამერიკელმა მეცნიერმა გილბერტ უაიტმა პირველად შემოგვთავაზა ატომური ორბიტალების გრაფიკული წარმოდგენა და ატომის „ორბიტალური“ მოდელი (ნახ. 10). ატომური ორბიტალების მოდელები გამოიყენება "ელექტრონული სიმკვრივის" კონცეფციის ასახვისთვის და ატომში ბირთვის გარშემო უარყოფითი მუხტის განაწილების დემონსტრირებისთვის ან მოლეკულაში ატომური ბირთვების სისტემის გარშემო.
ბრინჯი. 10. ისტორიული და თანამედროვე მოდელებიატომი
1963 წელს ამერიკელმა მხატვარმა, მოქანდაკემ და ინჟინერმა კენეთ სნელსონმა შემოგვთავაზა ატომის ელექტრონული გარსების „რგოლისებრი მოდელი“ (ნახ. 10), რომელიც ხსნის ატომში ელექტრონების რაოდენობრივ განაწილებას სტაბილურ ელექტრონულ გარსებზე. თითოეული ელექტრონი მოდელირებულია რგოლის მაგნიტით (ან დახურული მარყუჟით ელექტრო შოკიაქვს მაგნიტური მომენტი). რგოლის მაგნიტები იზიდავს ერთმანეთს და რგოლებიდან ქმნიან სიმეტრიულ ფორმებს - რინგჰედრა. მაგნიტებში ორი ბოძის არსებობა აწესებს შეზღუდვას შესაძლო ვარიანტებირგოლების შეკრებები. სტაბილური ელექტრონული გარსების მოდელები არის რგოლების ყველაზე სიმეტრიული ფიგურები, რომლებიც შედგენილია მათი მაგნიტური თვისებების არსებობის გათვალისწინებით.
ელექტრონში სპინის არსებობა (იხ. ნაწილი 5) არის ატომში სტაბილური ელექტრონული გარსების წარმოქმნის ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი. ელექტრონები ქმნიან წყვილებს საპირისპირო ტრიალებით. ელექტრონული წყვილის ან შევსებული ატომური ორბიტალის რგოლისებრი მოდელი არის ორი რგოლი, რომელიც მდებარეობს პარალელურ სიბრტყეში მოპირდაპირე მხარეებიატომის ბირთვიდან. როდესაც ერთზე მეტი წყვილი ელექტრონი მდებარეობს ატომის ბირთვთან ახლოს, რგოლები-ელექტრონები იძულებულნი არიან ერთმანეთის ორიენტირება მოახდინონ, ქმნიან ელექტრონულ გარსს. ამავე დროს, მჭიდროდ დაშორებული რგოლები აქვს სხვადასხვა მიმართულებებიმაგნიტური ძალის ხაზები, რომელიც აღინიშნება განსხვავებული ფერირგოლები, რომლებიც წარმოადგენენ ელექტრონებს.
მოდელის ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ყველა შესაძლო რგოლიანი მოდელიდან ყველაზე სტაბილურია 8 რგოლის მოდელი. გეომეტრიულად მოდელი ისეა ფორმირებული, თითქოს სფეროს სახით ატომი იყოფა 8 ნაწილად (სამჯერ განახევრდა) და თითოეულ ნაწილში თითო რგოლი-ელექტრონია მოთავსებული. რგოლისებრ მოდელებში გამოიყენება ორი ფერის რგოლები: წითელი და ლურჯი, რომლებიც ასახავს ელექტრონის სპინის დადებით და უარყოფით მნიშვნელობას.
„ტალღისებური მოდელი“ (სურ. 10) მსგავსია „რგოლისებური“ მოდელის, იმ განსხვავებით, რომ ატომის თითოეული ელექტრონი წარმოდგენილია „ტალღური“ რგოლით, რომელიც შეიცავს ტალღების მთელ რიცხვს (როგორც შემოთავაზებული L. de Broglie).
ატომის ამ მოდელზე ელექტრონული გარსის ელექტრონების ურთიერთქმედება ნაჩვენებია ლურჯი და წითელი „ტალღის“ რგოლების შეხების წერტილების დამთხვევით მდგარი ტალღების კვანძებთან.
ატომის მოდელებს აქვთ არსებობის უფლება და გამოყენების საზღვრები. ატომის ნებისმიერი მოდელი არის მიახლოება, რომელიც გამარტივებულ ფორმაში ასახავს ატომის შესახებ ცოდნის გარკვეულ ნაწილს. მაგრამ არცერთი მოდელი სრულად არ ასახავს ატომის ან მისი შემადგენელი ნაწილაკების თვისებებს.
ბევრი მოდელი დღეს მხოლოდ ისტორიულ ინტერესს იწვევს. მიკროსამყაროს ობიექტების მოდელების აგებისას მეცნიერები ეყრდნობოდნენ იმას, რისი უშუალო დაკვირვებაც შეიძლება. ასე გაჩნდა პერინისა და რეზერფორდის (ანალოგია მზის სისტემის აგებულების), ნაგაოკას (ერთგვარი პლანეტა სატურნი), ტომსონის („ქიშმიშის პუდინგი“) მოდელები. ზოგიერთი იდეა გაუქმდა (ლენარის დინამიური მოდელი), სხვები განიხილეს გარკვეული დროის შემდეგ, მაგრამ ახალ, უფრო მაღალ თეორიულ დონეზე: პერინის და კელვინის მოდელები განვითარდა რეზერფორდის და ტომსონის მოდელებში. ატომის სტრუქტურის შესახებ იდეები მუდმივად იხვეწება. რამდენად ზუსტია თანამედროვე – „კვანტურ-მექანიკური“ მოდელი – ამას დრო გვიჩვენებს. ამიტომ სპირალის თავზე კითხვის ნიშანია დახატული, რომელიც სიმბოლურად შემეცნების გზას ასახავს (სურ. 7).
1903 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ტომსონმა შემოგვთავაზა ატომის მოდელი, რომელსაც ხუმრობით "ფუნთუშა ქიშმიშით" უწოდეს. მისი თქმით, ატომი არის სფერო ერთიანი დადებითი მუხტით, რომელშიც ნეგატიურად დამუხტული ელექტრონები ქიშმიშივითაა ჩაფლული.
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 წინადადება
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 დადგინდა, რომ ატომის შიგნით არის რაღაც მყარი და პატარა, საიდანაც ალფა ნაწილაკები ატყდა. სწორედ მაშინ შემოგვთავაზა რეზერფორდმა ატომის სტრუქტურის პლანეტარული მოდელი. რეზერფორდის ატომის პლანეტარული მოდელი ხსნიდა როგორც მისი, ასევე მისი კოლეგების ექსპერიმენტების შედეგებს. დღემდე არ არის შემოთავაზებული საუკეთესო მოდელი, თუმცა ამ თეორიის ზოგიერთი ასპექტი ჯერ კიდევ არ შეესაბამება 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. IN ამ საქმესპლანეტა 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 „ერთდებიან“, 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 ძირითადი მოცულობა, რაც არ უნდა უცნაურად ჟღერდეს, იკავებს სიცარიელეს, რომელშიც განთავსებულია დამუხტული ნაწილაკები, რომლებიც დაშორებულია ურთიერთქმედების ელექტრონული ძალებით.
ელექტრონების მასა რამდენიმე ათასჯერ ნაკლებია ატომების მასაზე. ვინაიდან ატომი მთლიანობაში ნეიტრალურია, მაშასადამე, ატომის უმეტესი ნაწილი მოდის მის დადებითად დამუხტულ ნაწილზე.
განაწილების ექსპერიმენტული კვლევისათვის დადებითი მუხტიდა, შესაბამისად, მასა ატომის შიგნით, 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, არ შეუძლიათ შესამჩნევად შეცვალონ მისი სიჩქარე. 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 გაბურღული იყო 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. თითოეული ნაწილაკის ეკრანთან შეჯახებას თან ახლდა სინათლის ციმციმი (სცინტილაცია), რომლის დაკვირვებაც შეიძლებოდა მიკროსკოპით 4. მთელი აპარატი 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 წრეში იყო განაწილებული უფრო დიდი ფართობი. 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. - 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 ატომში ნაწილდება, დადებითი მუხტი ვერ შექმნის საკმარისად ინტენსიურ ელექტრულ ველს, რომელსაც შეუძლია ა-ნაწილაკის უკან გადაგდება. 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 მცირდება ნულამდე, 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, - ისტორიული მოდელიატომის სტრუქტურა, რომელიც შემოთავაზებული იყო ერნესტ რეზერფორდის მიერ ალფა ნაწილაკების გაფანტვის ექსპერიმენტის შედეგად. ამ მოდელის მიხედვით, ატომი შედგება პატარა დადებითად დამუხტული ბირთვისგან, რომელიც შეიცავს ატომის თითქმის მთელ მასას, 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 მოდელი შეცვალა ჯოზეფ ჯონ ტომსონის „ქლიავის პუდინგის მოდელი“, რომელიც ამტკიცებს, რომ უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები მოთავსებულია დადებითად დამუხტული ატომის შიგნით.
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 ბირთვისგან, 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 დამუხტულ ატომში.
რეზერფორდმა შემოგვთავაზა ატომის სტრუქტურის ახალი მოდელი 1911 წელს, როგორც დასკვნა მისი ხელმძღვანელობით ჩატარებული ექსპერიმენტიდან ოქროს ფოლგაზე ალფა ნაწილაკების გაფანტვის შესახებ. ამ გაფანტვის დროს ალფა ნაწილაკების მოულოდნელად დიდი რაოდენობა დიდი კუთხით იყო მიმოფანტული, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ გაფანტვის ცენტრს აქვს მცირე ზომისდა ის შეიცავს მნიშვნელოვან ელექტრული მუხტი. რეზერფორდის გამოთვლებმა აჩვენა, რომ გაფანტვის ცენტრი, დადებითად ან უარყოფითად დამუხტული უნდა იყოს მინიმუმ 3000-ჯერ. უფრო მცირე ზომისატომი, რომელიც იმ დროისთვის უკვე ცნობილი იყო და შეფასდა დაახლოებით 10-10 მ. ვინაიდან იმ დროს ელექტრონები უკვე ცნობილი იყო და მათი მასა და მუხტი იყო განსაზღვრული, გაფანტვის ცენტრს, რომელსაც მოგვიანებით ბირთვი ეწოდა, უნდა ჰქონდეს. ჰქონდა ელექტრონების საწინააღმდეგო მუხტი. 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, ისინი უნდა ასხივებდნენ. ელექტრომაგნიტური ტალღები, დაკარგავს ენერგიას და დაეცემა ბირთვზე. 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 ბირთვული მუხტი), სადაც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონი ჩასმულია ატომურ გარსში, რომელიც გარშემორტყმულია პატარა, დადებითად დამუხტული ატომის ბირთვს... Wikipedia
მოდელი (მეცნიერებაში)- მოდელი (ფრანგ. modèle, იტალიური modello, ლათინური 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 (24.1.1891, გენტინი, აღმოსავლეთ პრუსია, 21.4.1945, დუისბურგთან), ფაშისტური გერმანელი გენერალი ფელდმარშალი (1944 წ.). ჯარში 1909 წლიდან მონაწილეობდა 1914 წლის 1 მსოფლიო ომში 18. 1940 წლის ნოემბრიდან მეთაურობდა მე-3 ტანკს ... ... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია
ატომის სტრუქტურა- (იხ.) აგებულია ელემენტარული ნაწილაკები სამი სახის(იხ.), (იხ.) და (იხ.), სტაბილური სისტემის ფორმირება. 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 წევრი (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) ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილია, რომელიც მისი თვისებების მატარებელია. ატომი შედგება ატომის ბირთვისა და მის გარშემო მყოფი ელექტრონული ღრუბლისგან. ატომის ბირთვი შედგება დადებითად დამუხტული პროტონებისგან და ... ... ვიკიპედია
კორპუსკულები- ჰელიუმის ატომი ატომი (სხვა ბერძნული ἄτομος განუყოფელი) ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილია, 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 ინდუქციავ თანამედროვე ტექოლოგია. ელექტრონული ნათურები. კათოდური მილი. ნახევარგამტარები. ნახევარგამტარული დიოდი. ტრანზისტორი…
ატომის პლანეტარული მოდელი შემოგვთავაზა ე.რეზერფორდმა 1910 წელს. ატომის სტრუქტურის პირველი კვლევები მან გააკეთა ალფა ნაწილაკების დახმარებით. 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 უახლოვდებოდნენ მისი სხვადასხვა წარმომადგენლები, მაგრამ ადრე XIX დასაწყისშიმათი აგების საუკუნეები იყო მხოლოდ ჰიპოთეზა, რომელიც არ იყო მხარდაჭერილი ექსპერიმენტული მონაცემებით.
საბოლოოდ, 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 ქ გვიანი XIXსაუკუნეში, ინგლისელმა J. J. Thomson-მა ასევე 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 ჩადებული, 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 გამოსხივებას. მიუხედავად იმისა, რომ ეს იყო პირველი მცდელობა გაეგო რა არის ატომ, მან ვერ დააკმაყოფილა ექსპერიმენტების შედეგები, რომლებიც მოგვიანებით ჩატარდა რეზერფორდისა და სხვების მიერ. ტომსონი 1911 წელს დათანხმდა, რომ მისმა მოდელმა უბრალოდ ვერ უპასუხა, თუ როგორ და რატომ ხდება α-სხივების გაფანტვა, რომელიც დაფიქსირდა ექსპერიმენტებში. ამიტომ, იგი მიტოვებული იყო და იგი შეცვალა ატომის უფრო სრულყოფილი პლანეტარული მოდელით.
მაინც როგორ არის მოწყობილი ატომი?
ერნესტ რეზერფორდმა ახსნა რადიოაქტიურობის ფენომენზე, რამაც მას მოუტანა ნობელის პრემია, მაგრამ მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი წვლილი მეცნიერებაში მოგვიანებით მოხდა, როდესაც მან დაადგინა, რომ ატომი შედგება მკვრივი ბირთვისგან, რომელიც გარშემორტყმულია ელექტრონების ორბიტებით, ისევე როგორც მზე არის გარშემორტყმული პლანეტების ორბიტებით.
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, ვიდრე ატომის დიამეტრი. ბირთვის დიამეტრი რეზერფორდმა შეაფასა 10 -13 სმ, განსხვავებით ატომის ზომისგან - 10-8 სმ. ბირთვის გარეთ ელექტრონები ბრუნავენ მის გარშემო. მაღალი სიჩქარით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ცენტრიდანული ძალები, რომლებიც აბალანსებენ მიზიდულობის ელექტროსტატიკური ძალებს 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 კარგი მაგალითიშემოქმედების როლი მეცნიერებაში. მისი ძებნა ჯერ კიდევ 1899 წელს დაიწყო, როდესაც აღმოაჩინა, რომ გარკვეული ელემენტები ასხივებენ დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებს, რომლებსაც შეუძლიათ ნებისმიერში შეაღწიონ. მან ამ ნაწილაკებს ალფა (α) ნაწილაკები უწოდა (ახლა ჩვენ 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 0,00004 სმ-ის სისქის ფურცლების გამომუშავება. ოქროს ფოლგის უკან მან მოათავსა ეკრანი, რომელიც ანათებდა, როდესაც მას ალფა ნაწილაკები დაეჯახა. 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 მათგანი უხდება სწორ გზას, როგორც თავიდანვე ვარაუდობდნენ. ქვემოთ მოცემულია ნაწილაკების რაოდენობის დიაგრამა, 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 არეკლილი ალფა ნაწილაკების უმნიშვნელო პროცენტზე დაყრდნობით, 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 ნეიტრალური ატომური ნაწილაკების არსებობა, სახელწოდებით ნეიტრონები, 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 იყო სუფთა ვარაუდი. 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 თანახმად, ელექტრონის კინეტიკური ენერგია ძალიან სწრაფად უნდა დაიხარჯოს რადიაციაზე და ის უნდა დაეცეს ბირთვს, როგორც ეს 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
შემდეგი დიდი წინგადადგმული ნაბიჯი ატომური ისტორიაეს მოხდა 1913 წელს, როდესაც დანიელმა მეცნიერმა ნილს ბორმა გამოაქვეყნა ატომის უფრო დეტალური მოდელის აღწერა. მან უფრო მკაფიოდ 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 ბევრი ჰყავდა სასარგებლო აპლიკაციებიმაგალითად, მისი დახმარებით ახსნას სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების თვისებები, მათი გამოსხივების სპექტრის ბუნება და ატომის სტრუქტურა. პლანეტარული მოდელი და ბორის მოდელი იყო ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპები, რომლებმაც აღნიშნეს ფიზიკაში ახალი მიმართულების - მიკროსამყაროს ფიზიკის გაჩენა. ბორმა 1922 წელს მიიღო 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 ყურადღება გაამახვილა მათზე. შედეგად, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა ატომის პლანეტარული მოდელი. ბორის პოსტულატებში, რომლებიც მან ჩამოაყალიბა 1913 წელს გამოქვეყნებულ სტატიაში "ატომებისა და მოლეკულების სტრუქტურის შესახებ", ნათქვამია:
1. ელექტრონებს შეუძლიათ ბირთვის ირგვლივ გადაადგილება მხოლოდ მისგან ფიქსირებულ დისტანციებზე, რაც მათ აქვთ ენერგიის ოდენობით განსაზღვრული. მან ამ ფიქსირებულ დონეებს ენერგიის დონეები ან ელექტრონული ჭურვები უწოდა. ბორმა ისინი წარმოიდგინა, როგორც კონცენტრული სფეროები, თითოეულის ცენტრში ბირთვით. ამ შემთხვევაში, უფრო დაბალი ენერგიის მქონე ელექტრონები აღმოჩნდებიან ქვედა დონეზე, უფრო ახლოს ბირთვთან. ვისაც მეტი ენერგია აქვს, უფრო მეტზე აღმოჩნდება მაღალი დონეები, ბირთვიდან მოშორებით.
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 ორ ენერგეტიკულ დონეზე ვერ იარსებებს.
ეს იდეა ილუსტრირებულია ფიგურით.
ენერგიის ნაწილები ელექტრონებისთვის
ატომის ბორის მოდელი სინამდვილეში ორის კომბინაციაა სხვადასხვა იდეები: რაზერფორდის ატომური მოდელი ელექტრონებით, რომლებიც ბრუნავენ ბირთვის გარშემო (სინამდვილეში, ეს არის ატომის ბორ-რაზერფორდის პლანეტარული მოდელი) და გერმანელი მეცნიერის მაქს პლანკის იდეები მატერიის ენერგიის კვანტიზაციის შესახებ, გამოქვეყნებული 1901 წელს. კვანტური (ინ მრავლობითი- კვანტები) 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 მატერიას 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, რომლებიც შეესაბამება მათი ენერგიის კვანტიზებულ ზრდას.
ასე რომ, ბორის მოდელიდან იზრდება კვანტური მიდგომა ატომის სტრუქტურის ასახსნელად. პლანეტარული მოდელი და ბორის მოდელი იყო ერთგვარი ნაბიჯი კლასიკური ფიზიკიდან კვანტურ ფიზიკამდე, რომელიც წარმოადგენს მიკროკოსმოსის ფიზიკის მთავარ ინსტრუმენტს, მათ შორის ატომურ ფიზიკას.
