Rutherford เสนอแบบจำลองโครงสร้างของอะตอมแบบใด แบบจำลองอะตอมบางส่วนทางประวัติศาสตร์และสมัยใหม่

แบบจำลองทางประวัติศาสตร์1 ของอะตอมสะท้อนถึงระดับความรู้ที่สอดคล้องกับช่วงเวลาหนึ่งในการพัฒนาวิทยาศาสตร์

ขั้นตอนแรกในการพัฒนาแบบจำลองอะตอมนั้นไม่มีข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับโครงสร้างของมัน

นักวิทยาศาสตร์ได้มองหาความคล้ายคลึงกันในเอกภพโดยอาศัยกฎของกลศาสตร์คลาสสิกเมื่ออธิบายปรากฏการณ์ของพิภพเล็ก

เจ. ดาลตัน ผู้สร้างอะตอมเคมี (ค.ศ. 1803) สันนิษฐานว่าอะตอมของธาตุเดียวกัน องค์ประกอบทางเคมีเป็นทรงกลมเดียวกันที่เล็กที่สุด ดังนั้นจึงเป็นอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้

นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jean Baptiste Perrin (1901) ได้เสนอแบบจำลองที่คาดการณ์แบบจำลอง "ดาวเคราะห์" ไว้จริงๆ ตามแบบจำลองนี้ นิวเคลียสที่มีประจุบวกตั้งอยู่ใจกลางอะตอม ซึ่งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะเคลื่อนที่ในวงโคจรบางวง เช่น ดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แบบจำลอง Perrin ไม่ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ เพราะมันให้เฉพาะคุณลักษณะเชิงคุณภาพ แต่ไม่ใช่เชิงปริมาณของอะตอม (ในรูปที่ 7 สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยความคลาดเคลื่อนระหว่างประจุของนิวเคลียสของอะตอมและจำนวนของ อิเล็กตรอน)

ในปี ค.ศ. 1902 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ วิลเลียม ทอมสัน (เคลวิน) ได้พัฒนาแนวคิดของอะตอมว่าเป็นอนุภาคทรงกลมที่มีประจุบวก ซึ่งมีประจุลบอยู่ภายในซึ่งอิเล็กตรอนจะสั่น (แผ่รังสีและดูดซับพลังงาน) เคลวินดึงความสนใจไปที่ความจริงที่ว่าจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับประจุบวกของทรงกลม ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วอะตอมจะไม่มีประจุไฟฟ้า (รูปที่ 7)

อีกหนึ่งปีต่อมานักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Philipp Lenard ได้เสนอแบบจำลองตามที่อะตอมเป็นทรงกลมกลวงซึ่งมีไดโพลไฟฟ้า (ไดนาไมด์) ปริมาตรที่ไดโพลเหล่านี้ครอบครองอยู่นั้นน้อยกว่าปริมาตรของทรงกลมมาก และส่วนหลักของอะตอมนั้นว่างเปล่า

ตามความคิดของนักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น กอนทาโร่ (ฮันทาโร่) นางาโอกะ (1904) นิวเคลียสที่มีประจุบวกตั้งอยู่ใจกลางอะตอม และอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในอวกาศรอบนิวเคลียสในวงแหวนแบนคล้ายวงแหวนของดาวเสาร์ แบบจำลองถูกเรียกว่าอะตอม "ดาวเสาร์") นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่ได้ให้ความสนใจกับความคิดของนางาโอกะแม้ว่าพวกเขาจะมีบางอย่างที่เหมือนกันกับแนวคิดสมัยใหม่ของวงโคจรของอะตอม

ไม่มีแบบจำลองใดที่พิจารณา (รูปที่ 7) อธิบายว่าคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของอะตอมอย่างไร

ข้าว. 7. แบบจำลองทางประวัติศาสตร์ของอะตอม

ในปี ค.ศ. 1907 เจ. เจ. ทอมสัน ได้เสนอแบบจำลองคงที่ของโครงสร้างของอะตอม แทนอะตอมในรูปของอนุภาคทรงกลมที่มีประจุไฟฟ้าบวก ซึ่งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะกระจายอย่างสม่ำเสมอ ( แบบอย่าง"พุดดิ้ง", รูปที่ 7)

การคำนวณทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนในอะตอมต้องอยู่บนวงแหวนที่มีการจัดวางศูนย์กลาง ทอมสันทำได้ดีมาก ข้อสรุปที่สำคัญ: สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติ โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์อะตอมของพวกเขา ด้วยเหตุนี้แบบจำลองอะตอมของทอมสันจึงได้รับการชื่นชมอย่างมากจากผู้ร่วมสมัยของเขา อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์บางอย่าง เช่น การกระเจิงของอนุภาค α ระหว่างที่พวกมันเคลื่อนผ่าน แผ่นเหล็ก.

จากความคิดของเขาเกี่ยวกับอะตอม ทอมสันได้สูตรคำนวณค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยของอนุภาค α และการคำนวณนี้แสดงให้เห็นว่าความน่าจะเป็นของการกระเจิงของอนุภาคดังกล่าวในมุมกว้างนั้นใกล้เคียงกับศูนย์ อย่างไรก็ตาม มีการพิสูจน์จากการทดลองแล้วว่าประมาณหนึ่งในแปดพันอนุภาคแอลฟาที่ตกลงมาบนแผ่นฟอยล์สีทองถูกเบี่ยงเบนไปในมุมที่มากกว่า 90° ซึ่งขัดแย้งกับแบบจำลองของทอมสัน ซึ่งถือว่าเบี่ยงเบนเฉพาะในมุมเล็กๆ

เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด สรุปข้อมูลการทดลองในปี 1911 เสนอแบบจำลอง "ดาวเคราะห์" (บางครั้งเรียกว่า "นิวเคลียร์") ของโครงสร้างของอะตอม ซึ่ง 99.9% ของมวลอะตอมและประจุบวกของมันกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียสขนาดเล็กมาก และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบซึ่งมีจำนวนเท่ากับประจุของนิวเคลียสจะโคจรรอบมัน เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ของระบบสุริยะ1 (รูปที่ 7)

Rutherford ร่วมกับนักเรียนของเขาได้จัดทำการทดลองที่ทำให้สามารถตรวจสอบโครงสร้างของอะตอมได้ (รูปที่ 8) กระแสของอนุภาคที่มีประจุบวก (อนุภาค α) ถูกส่งไปยังพื้นผิวของฟอยล์โลหะบาง (ทอง) 2 จากแหล่งกำเนิดรังสีกัมมันตภาพรังสี 1 ระหว่างทางมีการติดตั้งหน้าจอเรืองแสง 3 ซึ่งทำให้สามารถสังเกตทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค α ต่อไปได้

ข้าว. 8. ประสบการณ์ของรัทเทอร์ฟอร์ด

พบว่าอนุภาค α ส่วนใหญ่ผ่านแผ่นฟอยล์ โดยแทบไม่เปลี่ยนทิศทาง มีเพียงอนุภาคเดี่ยว (โดยเฉลี่ยหนึ่งในหมื่น) เท่านั้นที่ถูกเบี่ยงเบนและบินไปในทิศทางตรงกันข้าม สรุปได้ว่ามวลอะตอมส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียสที่มีประจุบวก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้อนุภาค α เบี่ยงเบนอย่างรุนแรง (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. การกระเจิงของอนุภาค α โดยนิวเคลียสของอะตอม

อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในอะตอมตามกฎของแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องแผ่พลังงานออกมาและสูญเสียมันไปจะถูกดึงดูดไปยังนิวเคลียสที่มีประจุตรงข้ามและดังนั้นจึง "ตกลง" กับมัน สิ่งนี้น่าจะนำไปสู่การหายตัวไปของอะตอม แต่เนื่องจากสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น จึงสรุปว่าแบบจำลองนี้ไม่เพียงพอ

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Max Planck และนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Albert Einstein ได้สร้างทฤษฎีควอนตัมของแสง ตามทฤษฎีนี้ พลังงานการแผ่รังสี เช่น แสง จะถูกปล่อยออกมาและดูดกลืนไม่ต่อเนื่อง แต่อยู่ในส่วนที่แยกจากกัน (ควอนตั้ม) นอกจากนี้ ค่าของพลังงานควอนตัมไม่เหมือนกันสำหรับการแผ่รังสีที่แตกต่างกัน และเป็นสัดส่วนกับความถี่ของการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: E = hν โดยที่ h – ค่าคงที่ของพลังค์เท่ากับ 6.6266 10 -34 J s, ν คือความถี่ของการแผ่รังสี พลังงานนี้ถูกพาโดยอนุภาคของแสง - โฟตอน.

ในความพยายามที่จะรวมกฎของกลศาสตร์คลาสสิกและทฤษฎีควอนตัมเข้าด้วยกันโดยไม่ได้ตั้งใจ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Niels Bohr ในปี 1913 ได้เสริมแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดด้วยสมมติฐานสองข้อเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงแบบขั้นตอน (ไม่ต่อเนื่อง) ในพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอม Bohr เชื่อว่าอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนสามารถระบุตำแหน่งได้ชัดเจนเท่านั้น วงโคจรคงที่ซึ่งรัศมีมีความสัมพันธ์กันเป็นรูปสี่เหลี่ยม ตัวเลขธรรมชาติ (1 2: 2 2: 3 2: ... :หน้า 2). อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียสของอะตอมในวงโคจรคงที่ อะตอมอยู่ในสถานะคงที่โดยไม่มีการดูดซับหรือปล่อยพลังงาน - นี่คือสมมติฐานข้อแรกของบอร์ ตามสมมติฐานที่สอง การปล่อยพลังงานจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปยังวงโคจรใกล้กับนิวเคลียสของอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปสู่วงโคจรที่ไกลออกไป อะตอมจะดูดซับพลังงาน โมเดลนี้ได้รับการปรับปรุงในปี 1916 โดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวเยอรมัน Arnold Sommerfeld ซึ่งชี้ให้เห็นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตาม วงรีวงรี.

แบบจำลองดาวเคราะห์เนื่องจากทัศนวิสัยและสมมติฐานของบอร์ เวลานานใช้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์อะตอมและโมเลกุล อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอม ความคงตัวและคุณสมบัติของอะตอม ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์และความเสถียรของระบบสุริยะ กฎของกลศาสตร์คลาสสิกไม่สามารถอธิบายได้ กลศาสตร์นี้ยึดตามกฎของนิวตัน และหัวข้อของการศึกษาคือการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดมหภาค ซึ่งกระทำด้วยความเร็วที่น้อยเมื่อเทียบกับความเร็วแสง เพื่ออธิบายโครงสร้างของอะตอม จำเป็นต้องใช้แนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัม (คลื่น) เกี่ยวกับธรรมชาติของอนุภาคอนุภาคขนาดเล็กซึ่งกำหนดสูตรขึ้นในปี ค.ศ. 1920 โดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี: Louis de Broglie ชาวฝรั่งเศส ชาวเยอรมันชื่อ Werner Heisenberg และ Erwin Schrödinger, Paul Dirac ชาวอังกฤษและคนอื่นๆ

ในปีพ.ศ. 2467 หลุยส์ เดอ บรอกลีได้เสนอสมมติฐานว่าอิเล็กตรอนมีคุณสมบัติของคลื่น (หลักการแรกของกลศาสตร์ควอนตัม) และเสนอสูตรสำหรับคำนวณความยาวคลื่น ความเสถียรของอะตอมอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนในนั้นไม่เคลื่อนที่เป็นวงโคจร แต่ในบางพื้นที่ของพื้นที่รอบนิวเคลียส เรียกว่า ออร์บิทัลของอะตอม อิเล็กตรอนครอบครองเกือบทั้งปริมาตรของอะตอมและไม่สามารถ "ตกลงบนนิวเคลียส" ที่อยู่ตรงกลางได้

ในปี ค.ศ. 1926 Schrödinger ได้พัฒนาแนวคิดของ L. de Broglie ต่อไปเกี่ยวกับคุณสมบัติของคลื่นของอิเล็กตรอน ได้เลือกสมการทางคณิตศาสตร์ที่คล้ายกับสมการการสั่นสะเทือนของสายโดยสังเกตุ ซึ่งสามารถใช้ในการคำนวณพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนในอะตอมได้ ระดับพลังงานที่แตกต่างกัน สมการนี้ได้กลายเป็นสมการพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม

การค้นพบคุณสมบัติของคลื่นของอิเล็กตรอนแสดงให้เห็นว่าการเผยแพร่ความรู้เกี่ยวกับมหภาคไปยังวัตถุของพิภพเล็กนั้นผิดกฎหมาย ในปี 1927 ไฮเซนเบิร์กยอมรับว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดตำแหน่งที่แน่นอนในอวกาศของอิเล็กตรอนด้วยความเร็วที่แน่นอน ดังนั้นแนวคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอมจึงมีลักษณะน่าจะเป็น (หลักการที่สองของกลศาสตร์ควอนตัม)

แบบจำลองทางกลควอนตัมของอะตอม (1926) อธิบายสถานะของอะตอมในรูปของ ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์และไม่มีการแสดงออกทางเรขาคณิต (รูปที่ 10) แบบจำลองดังกล่าวไม่ได้พิจารณาถึงลักษณะไดนามิกของโครงสร้างของอะตอมและคำถามเกี่ยวกับขนาดของอิเล็กตรอนเป็นอนุภาค เป็นที่เชื่อกันว่าอิเล็กตรอนครอบครองระดับพลังงานบางอย่างและปล่อยหรือดูดซับพลังงานระหว่างการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระดับอื่น ในรูป ระดับพลังงาน 10 ระดับจะแสดงเป็นแผนผังโดยวงแหวนที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ระยะห่างที่ต่างกันจากนิวเคลียสของอะตอม ลูกศรแสดงการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนระหว่าง ระดับพลังงานและการปล่อยโฟตอนที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ โครงร่างนี้แสดงให้เห็นในเชิงคุณภาพและไม่ได้สะท้อนถึงระยะทางจริงระหว่างระดับพลังงาน ซึ่งสามารถแตกต่างกันได้หลายสิบครั้ง

ในปีพ.ศ. 2474 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Gilbert White ได้เสนอภาพกราฟิกของออร์บิทัลของอะตอมและแบบจำลอง "ออร์บิทัล" ของอะตอม (รูปที่ 10) แบบจำลองของออร์บิทัลของอะตอมใช้เพื่อสะท้อนแนวคิดของ "ความหนาแน่นของอิเล็กตรอน" และเพื่อแสดงการกระจายประจุลบรอบนิวเคลียสในอะตอมหรือระบบของนิวเคลียสของอะตอมในโมเลกุล

ข้าว. 10. ประวัติศาสตร์และ โมเดลที่ทันสมัยอะตอม

ในปีพ.ศ. 2506 ศิลปิน ประติมากร และวิศวกรชาวอเมริกัน เคนเนธ สเนลสัน เสนอ "แบบจำลองหน้าวงแหวน" ของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม (รูปที่ 10) ซึ่งอธิบายการกระจายเชิงปริมาณของอิเล็กตรอนในอะตอมเหนือเปลือกอิเล็กตรอนที่เสถียร อิเล็กตรอนแต่ละตัวถูกจำลองโดยแม่เหล็กวงแหวน (หรือวงจรปิดที่มีกระแสไฟฟ้ามีโมเมนต์แม่เหล็ก) แม่เหล็กวงแหวนถูกดึงดูดเข้าหากันและสร้างรูปทรงสมมาตรจากวงแหวน - ริงเฮดรา. การปรากฏตัวของสองขั้วในแม่เหล็กกำหนดข้อจำกัดใน ทางเลือกที่เป็นไปได้การประกอบแหวน แบบจำลองของเปลือกอิเล็กตรอนที่มีความเสถียรเป็นรูปที่สมมาตรที่สุดของวงแหวน ประกอบขึ้นโดยคำนึงถึงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพวกมัน

การปรากฏตัวของการหมุนในอิเล็กตรอน (ดูหัวข้อ 5) เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักสำหรับการก่อตัวของเปลือกอิเล็กตรอนที่เสถียรในอะตอม อิเล็กตรอนสร้างคู่ที่มีการหมุนตรงข้าม แบบจำลองหน้าวงแหวนของคู่อิเล็กตรอนหรือวงโคจรของอะตอมที่เต็มไปนั้นเป็นวงแหวนสองวงที่อยู่ในระนาบคู่ขนานที่ด้านตรงข้ามของนิวเคลียสของอะตอม เมื่อมีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งคู่ตั้งอยู่ใกล้นิวเคลียสของอะตอม อิเล็กตรอนวงแหวนจะถูกบังคับให้ปรับทิศทางซึ่งกันและกัน ทำให้เกิดเปลือกอิเล็กตรอน ในกรณีนี้ วงแหวนที่อยู่ชิดกันจะมีทิศทางของแม่เหล็กต่างกัน เส้นแรงซึ่งหมายถึง สีที่ต่างกันวงแหวนแทนอิเล็กตรอน

การทดลองแบบจำลองแสดงให้เห็นว่ารุ่นที่มีเสถียรภาพมากที่สุดในบรรดาแบบจำลองที่มีหน้าวงแหวนทั้งหมดที่เป็นไปได้คือแบบจำลองของวงแหวน 8 วง ในทางเรขาคณิต แบบจำลองถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่อะตอมในรูปทรงกลมถูกแบ่งออกเป็น 8 ส่วน (ครึ่งสามครั้ง) และวางอิเล็กตรอนวงแหวนหนึ่งตัวในแต่ละส่วน ในรุ่นที่มีหน้าปัดวงแหวน วงแหวนที่มีสองสีคือสีแดงและสีน้ำเงินซึ่งสะท้อนแสงด้านบวกและ ความหมายเชิงลบการหมุนของอิเล็กตรอน

"แบบจำลองหน้าคลื่น" (รูปที่ 10) คล้ายกับแบบ "หน้าวงแหวน" โดยมีความแตกต่างว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวของอะตอมจะแสดงด้วยวงแหวน "คลื่น" ซึ่งมีจำนวนคลื่นเป็นจำนวนเต็ม (เช่น เสนอโดย L. de Broglie)

ปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของเปลือกอิเล็กตรอนในแบบจำลองอะตอมนี้แสดงให้เห็นโดยบังเอิญที่จุดสัมผัสของวงแหวน "คลื่น" สีฟ้าและสีแดงกับโหนดของคลื่นนิ่ง

แบบจำลองของอะตอมมีสิทธิที่จะมีอยู่และขีดจำกัดของการใช้งาน แบบจำลองอะตอมใด ๆ เป็นการประมาณที่สะท้อนความรู้เกี่ยวกับอะตอมในรูปแบบง่าย ๆ แต่ไม่มีแบบจำลองใดที่สะท้อนคุณสมบัติของอะตอมหรืออนุภาคที่เป็นส่วนประกอบได้อย่างเต็มที่

หลายรุ่นในปัจจุบันเป็นเพียงความสนใจทางประวัติศาสตร์เท่านั้น เมื่อสร้างแบบจำลองของวัตถุขนาดเล็ก นักวิทยาศาสตร์พึ่งพาสิ่งที่สามารถสังเกตได้โดยตรง นี่คือลักษณะของแบบจำลองของ Perrin และ Rutherford (การเปรียบเทียบกับโครงสร้างของระบบสุริยะ), Nagaoka (ดาวเคราะห์ชนิดหนึ่งของดาวเสาร์), Thomson ("ลูกเกดพุดดิ้ง") แนวคิดบางอย่างถูกยกเลิก (โมเดลไดนามิกของ Lenard) แนวคิดอื่นๆ ได้รับการทบทวนอีกครั้งหลังจากนั้นไม่นาน แต่ในระดับใหม่ที่สูงกว่า ระดับทฤษฎี: แบบจำลองของ Perrin และ Kelvin ได้รับการพัฒนาในแบบจำลองของ Rutherford และ Thomson แนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ความแม่นยำของรูปแบบที่ทันสมัย ​​- "กลไกควอนตัม" - เวลาจะบอกได้ นั่นคือเหตุผลที่เครื่องหมายคำถามถูกวาดที่ด้านบนของเกลียวซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของเส้นทางแห่งความรู้ความเข้าใจ (รูปที่ 7)

พวกเขากลายเป็นขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาฟิสิกส์ แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ดมีความสำคัญอย่างยิ่ง อะตอมในฐานะระบบและอนุภาคที่ประกอบขึ้นได้รับการศึกษาอย่างแม่นยำและละเอียดยิ่งขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนาวิทยาศาสตร์เช่นฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ประสบความสำเร็จ

ความคิดโบราณเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร

สันนิษฐานว่าวัตถุโดยรอบประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุดที่สร้างขึ้นในสมัยโบราณ นักคิดในสมัยนั้นเป็นตัวแทนของอะตอมว่าเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดและแบ่งแยกไม่ได้ของสารใดๆ พวกเขาแย้งว่าไม่มีสิ่งใดในจักรวาลที่เล็กกว่าอะตอม ความคิดเห็นดังกล่าวจัดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาชาวกรีกโบราณผู้ยิ่งใหญ่ - Democritus, Lucretius, Epicurus สมมติฐานของนักคิดเหล่านี้ในปัจจุบันรวมกันภายใต้ชื่อ "ปรมาณูโบราณ"

การแสดงในยุคกลาง

ยุคโบราณได้ผ่านไปแล้วและในยุคกลางก็มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนตั้งสมมติฐานต่าง ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างของสาร อย่างไรก็ตาม ความโดดเด่นของมุมมองทางปรัชญาทางศาสนาและอำนาจของคริสตจักรในช่วงเวลานั้นของประวัติศาสตร์ได้บีบคั้นความพยายามและความทะเยอทะยานของจิตใจมนุษย์ในการสรุปผลทางวิทยาศาสตร์เชิงวัตถุและการค้นพบ อย่างที่คุณทราบ การสืบสวนในยุคกลางมีพฤติกรรมที่ไม่เป็นมิตรกับตัวแทนของโลกวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น ยังคงต้องบอกว่าจิตใจที่สดใสในตอนนั้นมีความคิดที่มาจากสมัยโบราณเกี่ยวกับการแยกตัวไม่ออกของอะตอม

การวิจัยในศตวรรษที่ 18 และ 19

ศตวรรษที่ 18 ถูกค้นพบโดยการค้นพบอย่างจริงจังในด้านโครงสร้างเบื้องต้นของสสาร ต้องขอบคุณความพยายามของนักวิทยาศาสตร์อย่าง Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov และเป็นอิสระจากกัน พวกเขาสามารถพิสูจน์ได้ว่าอะตอมมีอยู่จริง แต่คำถามเกี่ยวกับพวกเขา โครงสร้างภายในยังคงเปิดอยู่ ปลายศตวรรษที่ 18 ถูกทำเครื่องหมายโดยเช่น เหตุการณ์สำคัญใน โลกวิทยาศาสตร์ตามที่ค้นพบโดย D.I. Mendeleev เกี่ยวกับระบบธาตุเคมีเป็นระยะ นี่เป็นความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่อย่างแท้จริงและได้เปิดม่านขึ้นเหนือความเข้าใจว่าอะตอมทั้งหมดมีลักษณะเป็นเอกเทศซึ่งสัมพันธ์กัน ต่อมาในศตวรรษที่ 19 ขั้นตอนสำคัญอีกประการหนึ่งในการไขโครงสร้างของอะตอมคือการพิสูจน์ว่ามีอิเล็กตรอนอยู่ ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ในยุคนี้เตรียมพื้นที่อุดมสมบูรณ์สำหรับการค้นพบในศตวรรษที่ 20

การทดลองของทอมสัน

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ John Thomson ได้พิสูจน์ในปี 1897 ว่าองค์ประกอบของอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ในขั้นตอนนี้ ความคิดที่ผิดๆ ที่ว่าอะตอมคือขีดจำกัดของการแตกตัวของสารใดๆ ได้ถูกทำลายไปในที่สุด ทอมสันจัดการพิสูจน์การมีอยู่ของอิเล็กตรอนได้อย่างไร? นักวิทยาศาสตร์ในการทดลองของเขาได้วางอิเล็กโทรดในก๊าซที่มีความเข้มข้นสูงและผ่าน ไฟฟ้า. ผลที่ได้คือรังสีแคโทด Thomson ได้ศึกษาคุณลักษณะของพวกมันอย่างรอบคอบและพบว่าพวกมันเป็นกระแสของอนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณมวลของอนุภาคเหล่านี้และประจุของพวกมันได้ นอกจากนี้เขายังพบว่าไม่สามารถเปลี่ยนเป็นอนุภาคที่เป็นกลางได้เพราะ ค่าไฟฟ้าเป็นพื้นฐานของธรรมชาติของพวกเขา ทอมสันและผู้สร้างแบบจำลองโครงสร้างของอะตอมรุ่นแรกของโลกก็เช่นกัน ตามที่เธอกล่าว อะตอมเป็นกลุ่มของสสารที่มีประจุบวก ซึ่งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกัน โครงสร้างนี้อธิบายความเป็นกลางทั่วไปของอะตอม เนื่องจากประจุตรงข้ามจะสมดุลกัน การทดลองของ John Thomson มีค่ามากสำหรับการศึกษาโครงสร้างของอะตอมต่อไป อย่างไรก็ตาม คำถามมากมายยังคงไม่ได้รับคำตอบ

งานวิจัยของรัทเทอร์ฟอร์ด

ทอมสันค้นพบการมีอยู่ของอิเล็กตรอน แต่เขาไม่พบอนุภาคที่มีประจุบวกในอะตอม แก้ไขความเข้าใจผิดนี้ในปี 2454 ระหว่างการทดลอง ศึกษากิจกรรมของอนุภาคแอลฟาในก๊าซ เขาค้นพบว่ามีอนุภาคที่มีประจุบวกอยู่ในอะตอม รัทเทอร์ฟอร์ดเห็นว่าเมื่อรังสีผ่านแก๊สหรือผ่านแผ่นโลหะบางๆ อนุภาคจำนวนเล็กน้อยจะเบี่ยงเบนไปจากวิถีการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว พวกเขาถูกโยนกลับอย่างแท้จริง นักวิทยาศาสตร์เดาว่าพฤติกรรมนี้เกิดจากการชนกับอนุภาคที่มีประจุบวก การทดลองดังกล่าวทำให้นักฟิสิกส์สร้างแบบจำลองโครงสร้างของอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ดได้

แบบจำลองดาวเคราะห์

ตอนนี้ความคิดของนักวิทยาศาสตร์ค่อนข้างแตกต่างไปจากสมมติฐานของ John Thomson แบบจำลองอะตอมของพวกมันก็แตกต่างกันเช่นกัน อนุญาตให้เขาสร้างทฤษฎีใหม่อย่างสมบูรณ์ในพื้นที่นี้ การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์มีความสำคัญต่อ พัฒนาต่อไปฟิสิกส์. แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายอะตอมว่าเป็นนิวเคลียสที่อยู่ตรงกลาง และอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียสมีประจุบวก และอิเล็กตรอนมีประจุลบ แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดสันนิษฐานว่าการหมุนของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสตามวิถีโคจรบางอย่าง การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ช่วยอธิบายสาเหตุของการเบี่ยงเบนของอนุภาคแอลฟาและกลายเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาทฤษฎีนิวเคลียร์ของอะตอม ในแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด มีความคล้ายคลึงกับการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะรอบดวงอาทิตย์ นี่เป็นการเปรียบเทียบที่แม่นยำและชัดเจนมาก ดังนั้นแบบจำลองรัทเทอร์ฟอร์ดซึ่งอะตอมเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสในวงโคจรจึงเรียกว่าดาวเคราะห์

ผลงานของ Niels Bohr

สองปีต่อมา นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Niels Bohr พยายามรวมแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมกับคุณสมบัติของควอนตัม ฟลักซ์ส่องสว่าง. แบบจำลองนิวเคลียร์นักวิทยาศาสตร์วางอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดเป็นพื้นฐานของ ทฤษฎีใหม่. ตามคำกล่าวของบอร์ อะตอมจะโคจรรอบนิวเคลียสในวงโคจรเป็นวงกลม วิถีการเคลื่อนที่ดังกล่าวนำไปสู่การเร่งความเร็วของอิเล็กตรอน นอกจากนี้ ปฏิกิริยาคูลอมบ์ของอนุภาคเหล่านี้กับจุดศูนย์กลางของอะตอมจะมาพร้อมกับการสร้างและการใช้พลังงานเพื่อรักษาพื้นที่ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว สักวันหนึ่งอนุภาคที่มีประจุลบจะต้องตกสู่นิวเคลียส แต่สิ่งนี้ไม่เกิดขึ้นซึ่งบ่งบอกถึงความเสถียรของอะตอมที่มากขึ้นในฐานะระบบ Niels Bohr ตระหนักว่ากฎของอุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิกที่อธิบายโดยสมการของ Maxwell ไม่ได้ผลในสภาวะภายในอะตอม ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงตั้งภารกิจในการสืบเสาะรูปแบบใหม่ๆ ที่จะมีผลใช้บังคับได้ในโลก อนุภาคมูลฐาน.

สัจธรรมของบอร์

ส่วนใหญ่เนื่องจากแบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ดมีอยู่ อะตอมและส่วนประกอบของมันได้รับการศึกษาอย่างดี Niels Bohr สามารถเข้าถึงการสร้างสมมุติฐานของเขาได้ ประการแรกกล่าวว่าอะตอมมีอะตอมซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ในขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงโคจรโดยไม่เปลี่ยนวิถีของพวกมัน ตามสมมติฐานที่สอง เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงโคจรหนึ่ง พลังงานจะถูกปลดปล่อยหรือดูดซับ มันเท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของสถานะก่อนหน้าและสถานะต่อมาของอะตอม ในกรณีนี้ หากอิเล็กตรอนกระโดดไปยังวงโคจรใกล้กับนิวเคลียส การแผ่รังสีจะเกิดขึ้นและในทางกลับกัน แม้ว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะมีความคล้ายคลึงกันเพียงเล็กน้อยกับวิถีโคจรที่ตั้งอยู่ในวงกลมอย่างเคร่งครัด การค้นพบของ Bohr ได้ให้คำอธิบายที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับการมีอยู่ของสเปกตรัมของเส้น ในเวลาเดียวกัน นักฟิสิกส์ Hertz และ Frank ซึ่งอาศัยอยู่ในเยอรมนี ยืนยันทฤษฎีของ Niels Bohr เกี่ยวกับการมีอยู่ของสถานะคงที่ของอะตอมและความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนค่าของพลังงานปรมาณู

การทำงานร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์สองคน

ยังไงก็ตาม รัทเธอร์ฟอร์ด เวลานานไม่สามารถระบุได้ว่านักวิทยาศาสตร์ Marsden และ Geiger พยายามตรวจสอบคำกล่าวของ Ernest Rutherford อีกครั้งและจากการทดลองและการคำนวณอย่างละเอียดและรอบคอบจึงสรุปได้ว่ามันเป็นนิวเคลียสที่เป็นลักษณะที่สำคัญที่สุดของอะตอมและ ประจุทั้งหมดของมันกระจุกตัวอยู่ในนั้น ต่อมาได้พิสูจน์แล้วว่าค่าประจุของนิวเคลียสมีค่าเท่ากับเลขลำดับของธาตุใน ระบบเป็นระยะองค์ประกอบของ D.I. Mendeleev ที่น่าสนใจคือในไม่ช้า Niels Bohr ได้พบกับ Rutherford และเห็นด้วยกับความคิดเห็นของเขาอย่างเต็มที่ ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานร่วมกันเป็นเวลานานในห้องปฏิบัติการเดียวกัน แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมในฐานะระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุเบื้องต้น - ทั้งหมดนี้ Niels Bohr ถือว่ายุติธรรมและละทิ้งเขาไปตลอดกาล แบบอิเล็กทรอนิกส์. ข้อต่อ กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จอย่างมากและเกิดผล แต่ละคนเจาะลึกการศึกษาคุณสมบัติของอนุภาคมูลฐานและได้ค้นพบที่สำคัญสำหรับวิทยาศาสตร์ ต่อมา รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบและพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการสลายตัวของนิวเคลียร์ แต่นี่เป็นหัวข้อสำหรับบทความอื่น

รายละเอียด หมวดหมู่: ฟิสิกส์ของอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม โพสต์เมื่อ 03/10/2016 18:27 เข้าชม: 4106

นักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาชาวกรีกโบราณและอินเดียโบราณเชื่อว่าสารทั้งหมดรอบตัวเราประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่แบ่งตัว

พวกเขามั่นใจว่าไม่มีสิ่งใดในโลกที่จะเล็กไปกว่าอนุภาคเหล่านี้ซึ่งพวกเขาเรียกว่า อะตอม . และแน่นอน ภายหลังการมีอยู่ของอะตอมได้รับการพิสูจน์โดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเช่น Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov, John Dalton อะตอมถือว่าแบ่งแยกไม่ได้จนถึงปลายศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อปรากฏว่าไม่เป็นเช่นนั้น

การค้นพบอิเล็กตรอน ทอมสันโมเดลของอะตอม

โจเซฟ จอห์น ทอมสัน

ในปี พ.ศ. 2440 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ได้ศึกษาพฤติกรรมของรังสีแคโทดในการทดลองเชิงแม่เหล็กและ สนามไฟฟ้าพบว่ารังสีเหล่านี้เป็นกระแสของอนุภาคที่มีประจุลบ ความเร็วของการเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้ต่ำกว่าความเร็วแสง ดังนั้นพวกเขาจึงมีมวล พวกเขามาจากไหน? นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าอนุภาคเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอม พระองค์ทรงเรียกพวกเขาว่า เม็ดโลหิต . ต่อมาพวกเขาถูกเรียกว่า อิเล็กตรอน . ดังนั้นการค้นพบอิเล็กตรอนจึงทำให้ทฤษฎีความไม่สามารถแบ่งแยกของอะตอมได้

ทอมสันโมเดลของอะตอม

ทอมสันเสนอแบบจำลองอิเล็กทรอนิกส์รุ่นแรกของอะตอม ตามที่อะตอมเป็นทรงกลมซึ่งภายในมีสารที่มีประจุซึ่งมีประจุบวกซึ่งกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งปริมาตร และในสารนี้ เช่นเดียวกับลูกเกดในขนมปัง อิเล็กตรอนจะกระจายตัว โดยทั่วไป อะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้า รุ่นนี้เรียกว่า "พุดดิ้งบ๊วย"

แต่แบบจำลองของทอมสันกลับกลายเป็นว่าผิดซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้ว นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเซอร์เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด.

ประสบการณ์ของรัทเทอร์ฟอร์ด

เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด

อะตอมมีการจัดเรียงตัวอย่างไร? Rutherford ให้คำตอบสำหรับคำถามนี้หลังจากการทดลองของเขา ซึ่งดำเนินการในปี 1909 ร่วมกับนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Hans Geiger และนักฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ Ernst Marsden

ประสบการณ์ของรัทเทอร์ฟอร์ด

จุดประสงค์ของการทดลองคือเพื่อศึกษาอะตอมด้วยความช่วยเหลือของอนุภาคแอลฟา ซึ่งเป็นลำแสงโฟกัสที่บินด้วยความเร็วสูงไปยังแผ่นทองคำเปลวที่บางที่สุด ด้านหลังฟอยล์เป็นฉากเรืองแสง เมื่ออนุภาคชนกับมัน จะเกิดแสงวาบซึ่งสามารถสังเกตได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์

หากทอมสันพูดถูก และอะตอมประกอบด้วยเมฆอิเล็กตรอน อนุภาคก็จะลอยผ่านฟอยล์ได้ง่ายโดยไม่เบนความสนใจ เนื่องจากมวลของอนุภาคแอลฟาเกินมวลของอิเล็กตรอนประมาณ 8000 เท่า อิเล็กตรอนจึงไม่สามารถกระทำกับมันและเบี่ยงเบนวิถีของมันในมุมกว้าง เช่นเดียวกับก้อนกรวด 10 กรัมไม่สามารถเปลี่ยนวิถีของรถที่กำลังเคลื่อนที่ได้

แต่ในทางปฏิบัติ ทุกอย่างกลับกลายเป็นแตกต่างออกไป จริง ๆ แล้วอนุภาคส่วนใหญ่บินผ่านกระดาษฟอยล์ โดยแทบไม่เบี่ยงเบนหรือเบี่ยงเบนจากมุมเล็ก ๆ แต่อนุภาคบางส่วนเบี่ยงเบนค่อนข้างมากหรือกระเด้งกลับ ราวกับว่ามีสิ่งกีดขวางบางอย่างในเส้นทางของพวกมัน อย่างที่รัทเธอร์ฟอร์ดบอกเองว่ามันเหลือเชื่อพอๆ กับที่กระสุนขนาด 15 นิ้วกระเด็นออกจากกระดาษทิชชู่ชิ้นหนึ่ง

อะไรทำให้อนุภาคแอลฟาบางตัวเปลี่ยนทิศทางได้มากขนาดนี้ นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าเหตุผลนี้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอม ซึ่งมีความเข้มข้นในปริมาตรที่น้อยมากและมีประจุบวก เขาตั้งชื่อเธอว่า นิวเคลียสของอะตอม.

แบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ของรัทเทอร์ฟอร์ด

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

รัทเทอร์ฟอร์ดสรุปได้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกหนาแน่นซึ่งอยู่ตรงกลางอะตอมและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ มวลของอะตอมเกือบทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส โดยทั่วไปแล้ว อะตอมจะเป็นกลาง ประจุบวกของนิวเคลียสเท่ากับผลรวมของประจุลบของอิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอม แต่อิเล็กตรอนไม่ได้ฝังอยู่ในนิวเคลียสดังเช่นในแบบจำลองของทอมสัน แต่โคจรรอบมันเหมือนดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ การหมุนของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแรงคูลอมบ์ที่กระทำต่อพวกมันจากนิวเคลียส ความเร็วในการหมุนของอิเล็กตรอนมีมาก เหนือพื้นผิวของแกนกลาง พวกมันก่อตัวเป็นก้อนเมฆ แต่ละอะตอมมีเมฆอิเล็กตรอนของตัวเองซึ่งมีประจุลบ ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงไม่ "เกาะติดกัน" แต่ขับไล่กัน

เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกันกับระบบสุริยะ แบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ดจึงถูกเรียกว่าดาวเคราะห์

ทำไมอะตอมจึงมีอยู่

อย่างไรก็ตาม แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมอะตอมจึงมีความเสถียรมาก ตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิกอิเล็กตรอนที่หมุนเป็นวงโคจรเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจึงแผ่รังสี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและสูญเสียพลังงาน ในที่สุด พลังงานนี้จะต้องหมดลง และอิเล็กตรอนจะต้องตกลงไปในนิวเคลียส หากเป็นกรณีนี้ อะตอมสามารถดำรงอยู่ได้เพียง 10 -8 วินาทีเท่านั้น แต่ทำไมสิ่งนี้ถึงไม่เกิดขึ้น?

สาเหตุของปรากฏการณ์นี้ได้รับการอธิบายในภายหลังโดย Niels Bohr นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก เขาแนะนำว่าอิเล็กตรอนในอะตอมจะเคลื่อนที่ในวงโคจรคงที่เท่านั้น ซึ่งเรียกว่า "วงโคจรที่อนุญาต" เมื่ออยู่กับพวกเขาพวกเขาจะไม่แผ่พลังงาน และการปล่อยหรือดูดซับพลังงานจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวงโคจรที่อนุญาตไปยังอีกวงโคจรหนึ่ง หากนี่คือการเปลี่ยนผ่านจากวงโคจรที่อยู่ห่างไกลไปเป็นวงโคจรใกล้กับนิวเคลียส พลังงานก็จะถูกแผ่ออกมา และในทางกลับกัน การแผ่รังสีเกิดขึ้นเป็นส่วนๆ ซึ่งเรียกว่า quanta.

แม้ว่าแบบจำลองที่ Rutherford อธิบายไว้จะไม่สามารถอธิบายความเสถียรของอะตอมได้ แต่ก็อนุญาตให้มีความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญในการศึกษาโครงสร้างของอะตอม

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม: นิวเคลียส (สีแดง) และอิเล็กตรอน (สีเขียว)

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม, หรือ รุ่นรัทเธอร์ฟอร์ด, - แบบจำลองประวัติศาสตร์ของโครงสร้างของอะตอมซึ่งเสนอโดยเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด อันเป็นผลมาจากการทดลองการกระเจิงของอนุภาคแอลฟา ตามแบบจำลองนี้ อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกขนาดเล็ก ซึ่งมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่รอบ ๆ ซึ่งอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ เช่นเดียวกับที่ดาวเคราะห์เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมสอดคล้องกับแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม โดยคำนึงถึงความจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนมีลักษณะเป็นควอนตัมและไม่ได้อธิบายไว้โดยกฎของกลศาสตร์คลาสสิก ในอดีต แบบจำลองดาวเคราะห์ของรัทเทอร์ฟอร์ดได้สืบทอดต่อจาก "แบบจำลองพุดดิ้งพลัม" ของโจเซฟ จอห์น ทอมสัน ซึ่งสันนิษฐานว่าอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะอยู่ภายในอะตอมที่มีประจุบวก

รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอแบบจำลองใหม่สำหรับโครงสร้างของอะตอมในปี 1911 โดยสรุปจากการทดลองการกระเจิงของอนุภาคแอลฟาบนแผ่นทองคำเปลวซึ่งดำเนินการภายใต้การนำของเขา ด้วยความกระจัดกระจายนี้อย่างกะทันหัน จำนวนมากของอนุภาคแอลฟากระจัดกระจายเป็นมุมกว้าง ซึ่งบ่งชี้ว่าศูนย์กลางการกระเจิงมี ขนาดเล็กและมีประจุไฟฟ้าจำนวนมาก การคำนวณของรัทเทอร์ฟอร์ดพบว่าศูนย์กระเจิง ประจุบวกหรือลบ ต้องมีอย่างน้อย 3000 ครั้ง ขนาดที่เล็กกว่าอะตอมซึ่งในขณะนั้นทราบกันดีอยู่แล้วและประมาณว่าอยู่ที่ประมาณ 10 -10 เมตร นับแต่นั้นเป็นต้นมา อิเล็กตรอนก็เป็นที่รู้จักแล้วและมวลและประจุของพวกมันถูกกำหนดขึ้น ศูนย์การกระเจิงซึ่งต่อมาเรียกว่านิวเคลียสจะต้อง มีประจุตรงข้ามกับอิเล็กตรอน รัทเทอร์ฟอร์ดไม่ได้เชื่อมโยงปริมาณประจุกับเลขอะตอม ข้อสรุปนี้ทำขึ้นในภายหลัง และรัทเทอร์ฟอร์ดเองก็แนะนำว่าประจุนั้นเป็นสัดส่วนกับมวลอะตอม

ข้อเสียของแบบจำลองดาวเคราะห์คือความไม่เข้ากันกับกฎของฟิสิกส์คลาสสิก หากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเหมือนดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ การเคลื่อนที่ของพวกมันจะถูกเร่ง ดังนั้นตามกฎของอิเล็กโทรไดนามิกส์แบบคลาสสิก พวกมันควรแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สูญเสียพลังงาน และตกลงบนนิวเคลียส ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาแบบจำลองดาวเคราะห์คือแบบจำลอง Bohr โดยตั้งสมมติฐานอื่น ๆ ซึ่งแตกต่างจากกฎการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแบบคลาสสิก ความขัดแย้งอย่างสมบูรณ์ของอิเล็กโทรไดนามิกสามารถแก้ไขกลศาสตร์ควอนตัมได้

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010 .

• ท้องฟ้าจำลอง Eise Eisingi
• ดาวเคราะห์แฟนตาซี

ดูว่า "แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม" ในพจนานุกรมอื่นๆ คืออะไร:

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม- planetinis atomo modelis statusas T sritis fizika atitikmenys: แองเกิล แบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ vok Planetenmodell des Atoms, n rus. แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม f prac modele planétaire de l'atome, m … Fizikos ปลายทาง žodynas

แบบจำลองอะตอมของบอร์- แบบจำลองบอร์ของอะตอมคล้ายไฮโดรเจน (ประจุ Z นิวเคลียส) ซึ่งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบถูกหุ้มอยู่ในเปลือกอะตอมที่ล้อมรอบนิวเคลียสอะตอมขนาดเล็กที่มีประจุบวก ... Wikipedia

รุ่น (ในวิทยาศาสตร์)- โมเดล (modèle ฝรั่งเศส, modello ของอิตาลี, จากภาษาละติน modulus Measuring, Measuring, sample, norm), 1) ตัวอย่างที่ทำหน้าที่เป็นมาตรฐาน (มาตรฐาน) สำหรับการสืบพันธุ์แบบต่อเนื่องหรือจำนวนมาก (M. car, M. clothes, ฯลฯ. . ) เช่นเดียวกับประเภทยี่ห้อใด ๆ ... ...

แบบอย่าง- I Model (รุ่น) Walter (24 มกราคม 2434, Gentin, East Prussia, 21 เมษายน 2488, ใกล้ Duisburg), นาซีเยอรมันนายพลจอมพล (1944) ในกองทัพตั้งแต่ปี พ.ศ. 2452 เข้าร่วมในสงครามโลกครั้งที่ 1 ปี พ.ศ. 2457 พ.ศ. 2457 ตั้งแต่พฤศจิกายน 2483 เขาสั่งรถถังที่ 3 ... ... สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่

โครงสร้างของอะตอม- (ดู) สร้างจากอนุภาคมูลฐานสามประเภท (ดู) (ดู) และ (ดู) ก่อตัวเป็นระบบที่เสถียร โปรตอนและนิวตรอนเป็นส่วนหนึ่งของอะตอม (ดู) อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอน แรงกระทำในนิวเคลียส (ดู) ขอบคุณที่ ... ... สารานุกรมโปลีเทคนิคที่ยิ่งใหญ่

อะตอม- คำนี้มีความหมายอื่น ดู อะตอม (ความหมาย) อะตอมฮีเลียม อะตอม (จากภาษากรีกอื่น ๆ ... Wikipedia

Rutherford Ernest- (1871 2480) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษหนึ่งในผู้สร้างทฤษฎีกัมมันตภาพรังสีและโครงสร้างของอะตอมผู้ก่อตั้ง โรงเรียนวิทยาศาสตร์, สมาชิกต่างประเทศที่สอดคล้องกันของ Russian Academy of Sciences (1922) และสมาชิกกิตติมศักดิ์ของ USSR Academy of Sciences (1925) เกิดที่นิวซีแลนด์ หลังจากสำเร็จการศึกษาจาก ... ... พจนานุกรมสารานุกรม

Άτομο

เม็ดโลหิต- อะตอมฮีเลียม อะตอม (กรีกอีกตัวหนึ่ง ἄτομος แบ่งแยกไม่ได้) เป็นส่วนที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นพาหะของคุณสมบัติของธาตุนั้น อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและมีเมฆอิเล็กตรอนล้อมรอบ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและ ... ... Wikipedia

เม็ดโลหิต- อะตอมฮีเลียม อะตอม (กรีกอีกตัวหนึ่ง ἄτομος แบ่งแยกไม่ได้) เป็นส่วนที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นพาหะของคุณสมบัติของธาตุนั้น อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและมีเมฆอิเล็กตรอนล้อมรอบ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและ ... ... Wikipedia

หนังสือ

• ชุดโต๊ะ. ฟิสิกส์. เกรด 11 (15 โต๊ะ), . อัลบั้มการศึกษา 15 แผ่น หม้อแปลงไฟฟ้า. การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใน เทคโนโลยีที่ทันสมัย. โคมไฟอิเล็กทรอนิกส์ หลอดรังสีแคโทด. เซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์ไดโอด. ทรานซิสเตอร์.…

การบรรยาย: แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

โครงสร้างของอะตอม

วิธีที่แม่นยำที่สุดในการพิจารณาโครงสร้างของสารใดๆ คือ การวิเคราะห์สเปกตรัม การแผ่รังสีของแต่ละอะตอมของธาตุนั้นเป็นเอกเทศเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะเข้าใจว่าการวิเคราะห์สเปกตรัมเกิดขึ้นได้อย่างไร เรามาทำความเข้าใจกันก่อนว่าอะตอมขององค์ประกอบใดมีโครงสร้างแบบใด

สมมติฐานแรกเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมถูกนำเสนอโดย J. Thomson นักวิทยาศาสตร์คนนี้ได้ศึกษาอะตอมมาเป็นเวลานาน นอกจากนี้เขายังเป็นเจ้าของการค้นพบอิเล็กตรอนซึ่งเขาได้รับ รางวัลโนเบล. แบบจำลองที่ทอมสันเสนอไม่เกี่ยวข้องกับความเป็นจริง แต่เป็นแรงจูงใจที่มากพอให้รัทเทอร์ฟอร์ดศึกษาโครงสร้างของอะตอม แบบจำลองที่ทอมสันเสนอเรียกว่า "พุดดิ้งลูกเกด"

ทอมสันเชื่อว่าอะตอมเป็นลูกบอลแข็งที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ เพื่อชดเชยอิเล็กตรอนจะกระจายอยู่ในลูกบอลเช่นลูกเกด สรุป ประจุของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นพร้อมกับประจุของนิวเคลียสทั้งหมด ซึ่งทำให้อะตอมเป็นกลาง

ในระหว่างการศึกษาโครงสร้างของอะตอม พบว่า อะตอมทั้งหมดใน ของแข็งให้สัญญา การเคลื่อนที่แบบสั่น. และอย่างที่คุณทราบ อนุภาคที่เคลื่อนที่ใดๆ จะแผ่คลื่นออกมา นั่นคือเหตุผลที่แต่ละอะตอมมีสเปกตรัมของตัวเอง อย่างไรก็ตาม ข้อความเหล่านี้ไม่เข้ากับโมเดลของ Thomson แต่อย่างใด

ประสบการณ์ของรัทเทอร์ฟอร์ด

เพื่อยืนยันหรือพิสูจน์หักล้างแบบจำลองของทอมสัน รัทเธอร์ฟอร์ดเสนอการทดลองที่ส่งผลให้อะตอมของธาตุบางตัวพุ่งชนด้วยอนุภาคแอลฟา จากการทดลองนี้ สิ่งสำคัญคือต้องดูว่าอนุภาคจะมีพฤติกรรมอย่างไร

อนุภาคแอลฟาถูกค้นพบเนื่องจากการสลายกัมมันตภาพรังสีของเรเดียม ลำธารของพวกมันคือรังสีอัลฟาซึ่งแต่ละอนุภาคมีประจุบวก จากการศึกษาจำนวนมากพบว่าอนุภาคแอลฟาเปรียบเสมือนอะตอมของฮีเลียมซึ่งไม่มีอิเล็กตรอน ด้วยการใช้ความรู้ในปัจจุบัน เรารู้ว่าอนุภาคแอลฟาเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ในขณะที่รัทเทอร์ฟอร์ดเชื่อว่าสิ่งเหล่านี้คือไอออนของฮีเลียม

อนุภาคแอลฟาแต่ละตัวมีพลังงานมหาศาล ส่งผลให้สามารถบินไปที่อะตอมที่เป็นปัญหาได้ ความเร็วสูง. ดังนั้น ผลลัพธ์หลักของการทดลองคือการกำหนดมุมโก่งตัวของอนุภาค

สำหรับการทดลอง รัทเทอร์ฟอร์ดใช้ฟอยล์สีทองบางๆ เขาชี้นำอนุภาคอัลฟาความเร็วสูงมาที่มัน เขาสันนิษฐานว่าจากการทดลองนี้ อนุภาคทั้งหมดจะบินผ่านฟอยล์และมีการเบี่ยงเบนเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะค้นหาให้แน่ชัด เขาสั่งให้นักเรียนตรวจสอบว่าอนุภาคเหล่านี้มีความเบี่ยงเบนขนาดใหญ่หรือไม่

ผลการทดลองทำให้ทุกคนประหลาดใจอย่างยิ่ง เพราะอนุภาคจำนวนมากไม่เพียงเบี่ยงเบนจากมุมที่ใหญ่เพียงพอเท่านั้น แต่มุมโก่งตัวบางมุมถึงมากกว่า 90 องศา

ผลลัพธ์เหล่านี้ทำให้ทุกคนประหลาดใจอย่างยิ่ง Rutherford กล่าวว่ารู้สึกเหมือนมีแผ่นกระดาษวางอยู่ในเส้นทางของขีปนาวุธซึ่งไม่ยอมให้อนุภาคอัลฟาทะลุเข้าไปภายในอันเป็นผลมาจากการที่มันหันหลังกลับ

ถ้าอะตอมเป็นของแข็งจริงๆ มันก็ต้องมีบ้าง สนามไฟฟ้าซึ่งทำให้อนุภาคช้าลง อย่างไรก็ตาม ความแรงของสนามไม่เพียงพอที่จะหยุดเธอได้อย่างสมบูรณ์ นับประสาผลักเธอกลับ ซึ่งหมายความว่าแบบจำลองของ Thomson ถูกหักล้าง ดังนั้นรัทเทอร์ฟอร์ดจึงเริ่มทำงานในรูปแบบใหม่

รุ่นรัทเธอร์ฟอร์ด

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ของการทดลองนี้ จำเป็นต้องรวมประจุบวกในปริมาณที่น้อยลง ส่งผลให้สนามไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ขึ้น ตามสูตรศักย์สนาม เราสามารถกำหนดได้ ขนาดที่ต้องการอนุภาคบวกที่สามารถขับไล่อนุภาคแอลฟาไปในทิศทางตรงกันข้าม รัศมีของมันควรอยู่ในลำดับสูงสุด 10 -15 m. นั่นคือเหตุผลที่รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

โมเดลนี้มีชื่อด้วยเหตุผล ความจริงก็คือภายในอะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุบวก คล้ายกับดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะ อิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสเหมือนดาวเคราะห์ ระบบสุริยะได้รับการออกแบบในลักษณะที่ดาวเคราะห์ดึงดูดดวงอาทิตย์ด้วยความช่วยเหลือของ แรงดึงดูดอย่างไรก็ตาม พวกมันไม่ตกสู่พื้นผิวดวงอาทิตย์เนื่องจากความเร็วที่มีอยู่ซึ่งทำให้พวกมันอยู่ในวงโคจร สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอน - แรงคูลอมบ์ดึงดูดอิเล็กตรอนไปยังนิวเคลียส แต่เนื่องจากการหมุน พวกมันจะไม่ตกบนพื้นผิวของนิวเคลียส

ข้อสันนิษฐานหนึ่งของทอมสันกลับกลายเป็นว่าถูกต้องอย่างยิ่ง - ประจุทั้งหมดของอิเล็กตรอนสอดคล้องกับประจุของนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง อิเล็กตรอนสามารถหลุดออกจากวงโคจรได้ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ประจุไม่ได้รับการชดเชยและอะตอมจะเปลี่ยนเป็นไอออนที่มีประจุบวก

ข้อมูลที่สำคัญมากเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมคือมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส ตัวอย่างเช่น อะตอมไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวซึ่งมีมวลน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสมากกว่าหนึ่งพันห้าพันเท่า