uy > Mashinasozlik

Rezerford atom tuzilishining qanday modelini taklif qilgan. Atomning ayrim tarixiy va zamonaviy modellari

Atomning tarixiy modellari1 fan taraqqiyotining ma'lum bir davriga mos keladigan bilim darajalarini aks ettiradi.

Atom modellarini yaratishning birinchi bosqichi uning tuzilishi bo'yicha eksperimental ma'lumotlarning yo'qligi bilan tavsiflanadi.

Mikrokosmos hodisalarini tushuntirib, olimlar klassik mexanika qonunlariga tayangan holda makrokosmosda o'xshashliklarni qidirdilar.

Kimyoviy atomizmning yaratuvchisi J. Dalton (1803) bir xil atomlarning atomlari kimyoviy element bir xil sferik eng kichik va shuning uchun bo'linmas zarralardir.

Frantsuz fizigi Jan Batist Perren (1901) "sayyoraviy" modelni haqiqatda kutgan modelni taklif qildi. Ushbu modelga ko'ra, atomning markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan bo'lib, uning atrofida manfiy zaryadlangan elektronlar Quyosh atrofidagi sayyoralar kabi ma'lum orbitalarda harakat qiladi. Perrin modeli olimlarning e'tiborini tortmadi, chunki u atomning miqdoriy emas, balki faqat sifat ko'rsatkichini berdi (7-rasmda bu atom yadrosining zaryadi va elektronlar soni o'rtasidagi nomuvofiqlik bilan ko'rsatilgan. ).

1902 yilda ingliz fizigi Uilyam Tomson (Kelvin) atomning musbat zaryadlangan sferik zarracha sifatidagi g'oyasini ishlab chiqdi, uning ichida manfiy zaryadlangan elektronlar tebranadi (nurlanadi va energiya oladi). Kelvin elektronlar soni sferaning musbat zaryadiga teng ekanligiga e'tiborni qaratdi, shuning uchun, umuman olganda, atomning elektr zaryadi yo'q (7-rasm).

Bir yil o'tgach, nemis fizigi Filipp Lenard modelni taklif qildi, unga ko'ra atom ichi bo'sh shar bo'lib, uning ichida elektr dipollari (dinamidlar) mavjud. Bu dipollar egallagan hajm sfera hajmidan ancha kichik, atomning asosiy qismi esa bo'sh.

Yapon fizigi Gontaro (Hantaro) Nagaoka (1904) g‘oyalariga ko‘ra, atomning markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan bo‘lib, elektronlar yadro atrofida fazoda Saturn sayyorasi halqalariga o‘xshash yassi halqalarda harakatlanadi (bu model "Saturn" atomi deb nomlangan). Ko'pgina olimlar Nagaoka g'oyalariga e'tibor berishmadi, garchi ularda atom orbitali haqidagi zamonaviy g'oya bilan ma'lum darajada umumiylik mavjud.

Ko'rib chiqilgan modellarning hech biri (7-rasm) kimyoviy elementlarning xossalari ularning atomlari tuzilishi bilan qanday bog'liqligini tushuntirib bermadi.

Guruch. 7. Atomning ayrim tarixiy modellari

1907 yilda J. J. Tomson atom tuzilishining statik modelini taklif qildi, u atomni musbat elektr zaryadlangan, manfiy zaryadlangan elektronlar bir tekis taqsimlangan sharsimon zarracha sifatida ifodalaydi ( model"puding", 7-rasm).

Matematik hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, atomdagi elektronlar konsentrik ravishda joylashgan halqalarda joylashgan bo'lishi kerak. Tomson juda yaxshi ishladi muhim xulosa: kimyoviy elementlar xossalarining davriy o'zgarishining sababi xususiyatlar bilan bog'liq elektron tuzilma ularning atomlari. Shu tufayli Tomsonning atom modeli zamondoshlari tomonidan yuqori baholandi. Biroq, u ba'zi hodisalarni tushuntirib bermadi, masalan, a-zarrachalarning o'tish paytida tarqalishi. metall plastinka.

Tomson atom haqidagi fikrlariga asoslanib, a-zarrachalarning oʻrtacha chetlanishini hisoblash formulasini chiqardi va bu hisob bunday zarrachalarning katta burchak ostida sochilish ehtimoli nolga yaqin ekanligini koʻrsatdi. Biroq, oltin folga ustiga tushgan har sakkiz ming alfa zarradan biri 90° dan katta burchak ostida burilishi eksperimental tarzda isbotlangan. Bu faqat kichik burchaklardagi og'ishlarni qabul qilgan Tomson modeliga zid edi.

Ernest Ruterford 1911 yilda eksperimental ma'lumotlarni jamlab, atom tuzilishining "sayyora" (ba'zan "yadro" deb ataladi) modelini taklif qildi, unga ko'ra atom massasining 99,9% va uning musbat zaryadi juda kichik yadroda to'plangan. va manfiy zaryadli elektronlar, soni yadro zaryadiga teng bo'lib, quyosh sistemasi sayyoralari kabi uning atrofida aylanadi1 (7-rasm).

Rezerford o'z shogirdlari bilan birgalikda atom tuzilishini tekshirish imkonini beradigan tajribalar o'tkazdi (8-rasm). Radioaktiv nurlanish 1 manbasidan yupqa metall (oltin) folga 2 yuzasiga musbat zaryadlangan zarralar (a-zarralar) oqimi yo'naltirildi. Ularning yo'lida lyuminestsent ekran 3 o'rnatildi, bu a-zarrachalarning keyingi harakat yo'nalishini kuzatish imkonini berdi.

Guruch. 8. Ruterford tajribasi

Aniqlanishicha, a-zarrachalarning ko'pchiligi folga orqali deyarli yo'nalishini o'zgartirmagan holda o'tgan. Faqat alohida zarrachalar (o'rtacha o'n mingtadan bittasi) burilib, deyarli teskari yo'nalishda uchib ketishdi. Atom massasining katta qismi musbat zaryadlangan yadroda to`plangan, shuning uchun a-zarrachalar juda kuchli og`ishgan degan xulosaga keldi (9-rasm).

Guruch. 9. A-zarrachalarning atom yadrosi tomonidan sochilishi

Atomda harakatlanayotgan elektronlar elektromagnetizm qonunlariga muvofiq energiya chiqarishi va uni yo'qotib, qarama-qarshi zaryadlangan yadroga tortilishi va shuning uchun uning ustiga "tushishi" kerak. Bu atomning yo'q bo'lib ketishiga olib kelishi kerak, ammo bu sodir bo'lmagani uchun bu model etarli emas degan xulosaga keldi.

20-asr boshlarida nemis fizigi Maks Plank va nazariy fizik Albert Eynshteyn yorugʻlikning kvant nazariyasini yaratdilar. Bu nazariyaga ko'ra, yorug'lik kabi nurlanish energiyasi doimiy ravishda emas, balki alohida qismlarda (kvanta) chiqariladi va so'riladi. Bundan tashqari, energiya kvantining qiymati turli nurlanishlar uchun bir xil emas va elektromagnit to'lqinning tebranish chastotasiga proportsionaldir: E = hn, bu erda h. – Plank doimiysi 6,6266 10 -34 J s ga teng, n - nurlanish chastotasi. Bu energiya yorug'lik zarralari tomonidan olib boriladi - fotonlar.

Klassik mexanika va kvant nazariyasi qonunlarini sun’iy ravishda birlashtirishga urinib, daniyalik fizigi Nils Bor 1913 yilda Rezerfordning atom modeliga atomdagi elektronlar energiyasining bosqichma-bosqich (diskret) o‘zgarishi haqidagi ikkita postulat bilan to‘ldirdi. Bor vodorod atomidagi elektron faqat aniq belgilangan joyda joylashgan bo'lishi mumkinligiga ishongan statsionar orbitalar, ularning radiuslari kvadrat shaklida bir-biriga bog'langan natural sonlar (1 2: 2 2: 3 2: ... :p 2). Elektronlar aylanib yuradi atom yadrosi statsionar orbitalarda. Atom barqaror holatda, energiyani yutmaydi va chiqarmaydi - bu Borning birinchi postulati. Ikkinchi postulatga ko'ra, energiya emissiyasi faqat elektron atom yadrosiga yaqinroq orbitaga o'tganda sodir bo'ladi. Elektron uzoqroq orbitaga o'tganda, energiya atom tomonidan so'riladi. Ushbu model 1916 yilda nemis nazariyotchi fizigi Arnold Sommerfeld tomonidan takomillashtirilgan bo'lib, u elektronlar bo'ylab harakatini ko'rsatdi. elliptik orbitalar.

sayyora modeli, uning ko'rinishi va Bor postulatlari tufayli, uzoq vaqt atom va molekulyar hodisalarni tushuntirish uchun ishlatiladi. Biroq, ma'lum bo'ldiki, atomdagi elektronning harakati, atomning barqarorligi va xossalari, sayyoralar harakati va quyosh tizimining barqarorligidan farqli o'laroq, klassik mexanika qonunlari bilan tasvirlab bo'lmaydi. Bu mexanika Nyuton qonunlariga asoslanadi va uni o'rganish predmeti yorug'lik tezligiga nisbatan kichik tezlikda bajariladigan makroskopik jismlarning harakatidir. Atomning tuzilishini tavsiflash uchun 1920-yillarda nazariy fiziklar: frantsuz Lui de Broyl, nemislar Verner tomonidan ishlab chiqilgan mikrozarrachalarning ikkilamchi korpuskulyar-to'lqinli tabiati haqidagi kvant (to'lqin) mexanikasi tushunchalarini qo'llash kerak. Geyzenberg va Ervin Shredinger, ingliz Pol Dirak va boshqalar.

1924-yilda Lui de Broyl elektronning toʻlqin xossalariga ega degan farazni ilgari surdi (kvant mexanikasining birinchi tamoyili) va uning toʻlqin uzunligini hisoblash formulasini taklif qildi. Atomning barqarorligi undagi elektronlar orbitalarda emas, balki yadro atrofidagi fazoning atom orbitallari deb ataladigan muayyan hududlarida harakatlanishi bilan izohlanadi. Elektron atomning deyarli butun hajmini egallaydi va uning markazida joylashgan "yadroga" tusha olmaydi.

1926 yilda Shredinger L. de Broylning elektronning to‘lqin xossalari haqidagi g‘oyalarini rivojlantirishni davom ettirib, simli tebranish tenglamasiga o‘xshash matematik tenglamani empirik tarzda tanladi, undan atomdagi elektronning bog‘lanish energiyalarini hisoblash uchun foydalanish mumkin. turli energiya darajalari. Bu tenglama kvant mexanikasining asosiy tenglamasiga aylandi.

Elektronning to'lqin xossalarining ochilishi makrokosmos haqidagi bilimlarni mikrokosmos ob'ektlariga tarqatish noqonuniy ekanligini ko'rsatdi. 1927 yilda Geyzenberg ma'lum bir tezlik bilan elektronning fazodagi aniq o'rnini aniqlashning iloji yo'qligini aniqladi, shuning uchun atomdagi elektronning harakati haqidagi g'oyalar ehtimollik xarakteriga ega (kvant mexanikasining ikkinchi printsipi).

Atomning kvant mexanik modeli (1926) atomning holatini quyidagicha tavsiflaydi. matematik funktsiyalar va geometrik ifodaga ega emas (10-rasm). Bunday model atom strukturasining dinamik tabiatini va elektronning zarracha o'lchami masalasini ko'rib chiqmaydi. Elektronlar ma'lum energiya darajalarini egallaydi va boshqa darajalarga o'tish paytida energiya chiqaradi yoki yutadi, deb ishoniladi. Shaklda. 10 ta energiya darajasi sxematik ravishda atom yadrosidan turli masofalarda joylashgan konsentrik halqalar sifatida ko'rsatilgan. O'qlar elektronlarning o'zaro o'tishlarini ko'rsatadi energiya darajalari va bu o'tishlar bilan birga fotonlarning emissiyasi. Sxema sifat jihatidan ko'rsatilgan va energiya darajalari orasidagi haqiqiy masofalarni aks ettirmaydi, ular bir-biridan o'nlab marta farq qilishi mumkin.

1931 yilda amerikalik olim Gilbert Uayt birinchi marta atom orbitallarining grafik tasvirini va atomning "orbital" modelini taklif qildi (10-rasm). Atom orbitallarining modellari "elektron zichligi" tushunchasini aks ettirish va atom yadrosi yoki molekuladagi atom yadrolari tizimi atrofida manfiy zaryadning tarqalishini ko'rsatish uchun ishlatiladi.


Guruch. 10. Tarixiy va zamonaviy modellar atom

1963 yilda amerikalik rassom, haykaltarosh va muhandis Kennet Snelson atom elektron qobiqlarining "halqali yuzli modeli" ni taklif qildi (10-rasm), bu atomdagi elektronlarning barqaror elektron qobiqlarga miqdoriy taqsimlanishini tushuntiradi. Har bir elektron halqali magnit (yoki magnit momentga ega bo'lgan elektr toki bilan yopiq zanjir) bilan modellashtirilgan. Ring magnitlari bir-biriga tortiladi va halqalardan nosimmetrik shakllar hosil qiladi - ringedra. Magnitlarda ikkita qutbning mavjudligi cheklovni keltirib chiqaradi mumkin bo'lgan variantlar halqalar yig'inlari. Barqaror elektron qobiqlarning modellari ularning magnit xususiyatlarining mavjudligini hisobga olgan holda tuzilgan halqalarning eng nosimmetrik shakllaridir.

Elektronda spinning mavjudligi (5-bo'limga qarang) atomda barqaror elektron qobiqlarning paydo bo'lishining asosiy sabablaridan biridir. Elektronlar qarama-qarshi spinli juftliklar hosil qiladi. Elektron juftining yoki to'ldirilgan atom orbitalining halqa yuzli modeli atom yadrosining qarama-qarshi tomonlarida parallel tekisliklarda joylashgan ikkita halqadir. Atom yadrosi yaqinida bir nechta juft elektronlar joylashganida, halqa-elektronlar o'zaro orientatsiya qilishga majbur bo'lib, elektron qobiq hosil qiladi. Bunday holda, yaqin masofada joylashgan halqalar magnitning turli yo'nalishlariga ega kuch chiziqlari, bu bilan belgilanadi turli rang elektronlarni ifodalovchi halqalar.

Model tajribasi shuni ko'rsatadiki, barcha mumkin bo'lgan halqali modellarning eng barqarori 8 ta halqa modelidir. Geometrik jihatdan model xuddi shar shaklidagi atom 8 qismga bo'lingan (uch marta yarmiga bo'lingan) va har bir qismga bittadan halqa-elektron joylashtirilgandek tuzilgan. Halqa yuzli modellarda ikkita rangdagi halqalar ishlatiladi: qizil va ko'k, ular ijobiy va aks ettiradi salbiy ma'no elektronning spini.

"To'lqinli yuzli model" (10-rasm) "halqali yuzli"ga o'xshaydi, farqi shundaki, atomning har bir elektroni butun sonli to'lqinlarni o'z ichiga olgan "to'lqin" halqasi bilan ifodalanadi. L. de Broyl tomonidan taklif qilingan).

Elektron qobiq elektronlarining atomning ushbu modelidagi o'zaro ta'siri ko'k va qizil "to'lqin" halqalarining aloqa nuqtalarining turgan to'lqinlar tugunlari bilan mos kelishi bilan ko'rsatilgan.

Atom modellari mavjud bo'lish huquqiga va qo'llanish chegaralariga ega. Atomning har qanday modeli - bu atom haqidagi bilimlarning ma'lum bir qismini soddalashtirilgan shaklda aks ettiruvchi yaqinlashuv. Ammo modellarning hech biri atom yoki uning tarkibiy qismlarining xususiyatlarini to'liq aks ettirmaydi.

Bugungi kunda ko'plab modellar faqat tarixiy qiziqish uyg'otadi. Mikrodunyo ob'ektlarining modellarini yaratishda olimlar bevosita kuzatilishi mumkin bo'lgan narsalarga tayandilar. Shunday qilib Perrin va Rezerford (Quyosh tizimining tuzilishi bilan o'xshashlik), Nagaoka (Saturn sayyorasining bir turi), Tomson ("mayiz pudingi") modellari paydo bo'ldi. Ba'zi g'oyalar bekor qilindi (Lenardning dinamik modeli), boshqalari birozdan keyin qayta ko'rib chiqildi, lekin yangi, yuqori darajada. nazariy daraja: Perrin va Kelvin modellari Rezerford va Tomson modellarida ishlab chiqilgan. Atomning tuzilishi haqidagi g'oyalar doimiy ravishda takomillashtirilmoqda. Zamonaviy - "kvant-mexanik" model qanchalik to'g'ri ekanligini vaqt ko'rsatadi. Shuning uchun spiralning yuqori qismida bilish yo'lini anglatuvchi savol belgisi qo'yiladi (7-rasm).

Ular fizika taraqqiyotida muhim qadam bo'ldi. Ruterford modeli katta ahamiyatga ega edi. Atom tizim sifatida va uni tashkil etuvchi zarralar aniqroq va batafsil o‘rganildi. Bu yadro fizikasi kabi fanning muvaffaqiyatli rivojlanishiga olib keldi.

Moddaning tuzilishi haqidagi qadimgi g'oyalar

Atrofdagi jismlar eng kichik zarrachalardan tashkil topgan degan taxmin qadim zamonlarda qilingan. O'sha davr mutafakkirlari atomni har qanday moddaning eng kichik va bo'linmas zarrasi sifatida ifodalaganlar. Ular koinotda atomdan kichikroq narsa yo'qligini ta'kidladilar. Bunday qarashlarni qadimgi Yunonistonning buyuk olimlari va faylasuflari - Demokrit, Lukretsiy, Epikur egallagan. Bu mutafakkirlarning farazlari bugungi kunda “qadimiy atomizm” nomi ostida birlashtirilgan.

O'rta asr spektakllari

Antik davrlar o'tdi va o'rta asrlarda moddalarning tuzilishi haqida turli xil taxminlarni bildirgan olimlar ham bo'lgan. Biroq, tarixning o'sha davridagi diniy falsafiy qarashlarning ustunligi va cherkovning qudrati inson ongining materialistik ilmiy xulosalar va kashfiyotlarga bo'lgan har qanday urinishlari va intilishlarini to'sib qo'ydi. Ma'lumki, o'rta asr inkvizitsiyasi o'sha davrning ilm-fan olami vakillari bilan o'zini juda yomon tutgan. Aytish kerakki, o'sha paytdagi yorug' onglarda atomning bo'linmasligi haqida antik davrdan kelgan g'oya bor edi.

18-19-asrlardagi tadqiqotlar

18-asr materiyaning elementar tuzilishi sohasida jiddiy kashfiyotlar bilan ajralib turdi. Antuan Lavuazye, Mixail Lomonosov kabi olimlarning sa'y-harakatlari tufayli va bir-biridan mustaqil ravishda ular atomlarning haqiqatan ham mavjudligini isbotlay oldilar. Ammo ular haqida savol ichki tuzilishi ochiq qoldi. 18-asrning oxiri shunday belgilandi muhim voqea ichida ilmiy dunyo, D. I. Mendeleyev tomonidan kimyoviy elementlarning davriy tizimini kashf qilganidek. Bu o'sha davrning chinakam kuchli yutug'i bo'lib, barcha atomlarning yagona tabiatga ega ekanligini, ular bir-biri bilan bog'liqligini tushunish pardasini ko'tardi. Keyinchalik, 19-asrda atomning tuzilishini ochish yo'lidagi yana bir muhim qadam ularning har qandayida elektron mavjudligini isbotlash edi. Bu davr olimlarining ishlari 20-asr kashfiyotlari uchun qulay zamin tayyorladi.

Tomson tajribalari

Ingliz fizigi Jon Tomson 1897 yilda atomlar tarkibida manfiy zaryadli elektronlar borligini isbotladi. Bu bosqichda atom har qanday moddaning bo'linish chegarasi degan noto'g'ri g'oyalar nihoyat yo'q qilindi. Tomson elektronlar mavjudligini qanday isbotlashga muvaffaq bo'ldi? Olim o'z tajribalarida elektrodlarni juda kam uchraydigan gazlarga joylashtirdi va o'tdi elektr toki. Natijada katod nurlari paydo bo'ldi. Tomson ularning xususiyatlarini diqqat bilan o'rganib chiqdi va ular katta tezlikda harakatlanadigan zaryadlangan zarralar oqimi ekanligini aniqladi. Olim bu zarrachalarning massasini va ularning zaryadini hisoblay oldi. U, shuningdek, ularni neytral zarrachalarga aylantira olmasligini aniqladi, chunki elektr zaryadi ularning tabiatining asosidir. Tomson va atom tuzilishining dunyodagi birinchi modelini yaratuvchisi ham shunday edi. Uning so'zlariga ko'ra, atom - bu manfiy zaryadlangan elektronlar teng taqsimlangan musbat zaryadlangan moddalar to'plami. Bu struktura atomlarning umumiy neytralligini tushuntiradi, chunki qarama-qarshi zaryadlar bir-birini muvozanatlashtiradi. Jon Tomsonning tajribalari atom tuzilishini keyingi o'rganish uchun bebaho ahamiyatga ega bo'ldi. Biroq, ko'plab savollar javobsiz qoldi.

Ruterford tadqiqoti

Tomson elektronlar mavjudligini aniqladi, ammo u atomda musbat zaryadlangan zarralarni topa olmadi. 1911 yilda bu tushunmovchilikni tuzatdi. Tajribalar paytida, gazlardagi alfa zarrachalarining faolligini o'rganib, u atomda musbat zaryadlangan zarralar mavjudligini aniqladi. Rezerford nurlar gazdan yoki yupqa metall plastinkadan o'tganda oz sonli zarrachalar harakat traektoriyasidan keskin og'ishini ko'rdi. Ular tom ma'noda orqaga tashlandi. Olimning taxminicha, bu xatti-harakat musbat zaryadlangan zarralar bilan to'qnashuvdan kelib chiqqan. Bunday tajribalar fizikga atom tuzilishining Rezerford modelini yaratishga imkon berdi.

sayyora modeli

Endi olimning g'oyalari Jon Tomsonning taxminlaridan biroz farq qilardi. Ularning atom modellari ham boshqacha bo'ldi. bu sohada mutlaqo yangi nazariyani yaratishga imkon berdi. Olimning kashfiyotlari hal qiluvchi ahamiyatga ega edi yanada rivojlantirish fizika. Rezerford modeli atomni markazda joylashgan yadro va uning atrofida harakatlanuvchi elektronlar sifatida tasvirlaydi. Yadro musbat zaryadga, elektronlar esa manfiy zaryadga ega. Rezerfordning atom modeli elektronlarning yadro atrofida ma'lum traektoriyalar - orbitalar bo'ylab aylanishini nazarda tutgan. Olimning kashfiyoti alfa zarrachalarining og'ish sabablarini tushuntirishga yordam berdi va atomning yadroviy nazariyasini rivojlantirishga turtki bo'ldi. Rezerfordning atom modelida Quyosh tizimidagi sayyoralarning quyosh atrofidagi harakati bilan o'xshashlik mavjud. Bu juda aniq va yorqin taqqoslash. Shuning uchun atom yadro atrofida orbita bo'ylab harakatlanadigan Rezerford modeli sayyora deb ataldi.

Niels Bor asarlari

Ikki yil o'tgach, daniyalik fizik Niels Bor atomning tuzilishi haqidagi g'oyalarni kvant xususiyatlari bilan birlashtirishga harakat qildi. yorug'lik oqimi. yadro modeli Ruterfordning atomi olimlar tomonidan uning asosi sifatida qo'yilgan yangi nazariya. Borning fikricha, atomlar yadro atrofida aylana orbitalarida aylanadi. Bunday harakat traektoriyasi elektronlarning tezlashishiga olib keladi. Bundan tashqari, bu zarralarning atom markazi bilan Kulon o'zaro ta'siri fazoni saqlash uchun energiyani yaratish va iste'mol qilish bilan birga keladi. elektromagnit maydon elektronlar harakati tufayli. Bunday sharoitda manfiy zaryadlangan zarralar bir kun kelib yadroga tushishi kerak. Ammo bu sodir bo'lmaydi, bu atomlarning tizim sifatida barqarorligini ko'rsatadi. Nils Bor Maksvell tenglamalarida tasvirlangan klassik termodinamika qonunlari atom ichidagi sharoitda ishlamasligini tushundi. Shuning uchun olim o'z oldiga dunyoda amal qiladigan yangi qoliplarni olish vazifasini qo'ydi elementar zarralar.

Bor postulatlari

Ko'p jihatdan Rezerford modeli mavjudligi, atom va uning tarkibiy qismlari yaxshi o'rganilganligi sababli, Niels Bor o'z postulatlarini yaratishga yaqinlasha oldi. Ulardan birinchisi atom o'z energiyasini o'zgartirmasligini aytadi, elektronlar esa traektoriyasini o'zgartirmasdan orbitalarda harakat qiladi. Ikkinchi postulatga ko'ra, elektron bir orbitadan ikkinchi orbitaga o'tganda energiya chiqariladi yoki yutiladi. Bu atomning oldingi va keyingi holatlari energiyalari orasidagi farqga teng. Bunday holda, agar elektron yadroga yaqinroq orbitaga sakrab chiqsa, u holda nurlanish sodir bo'ladi va aksincha. Elektronlar harakati qat'iy aylana bo'ylab joylashgan orbital traektoriyaga unchalik o'xshamasligiga qaramay, Borning kashfiyoti chiziq spektrining mavjudligini ajoyib tarzda tushuntirib berdi.Taxminan bir vaqtning o'zida Germaniyada yashagan fiziklar Gerts va Frank. , Niels Borning atomning statsionar, barqaror holatlari mavjudligi va atom energiyasi qiymatlarini o'zgartirish imkoniyati haqidagi nazariyasini tasdiqladi.

Ikki olimning hamkorligi

Aytgancha, Ruterford uzoq vaqt aniqlay olmadilar Olimlar Marsden va Geyger Ernest Rezerfordning gaplarini qaytadan tekshirishga urinib, batafsil va sinchkovlik bilan olib borilgan tajriba va hisob-kitoblar natijasida atomning eng muhim xususiyati yadro ekanligi haqidagi xulosaga kelishdi va uning barcha zaryadi unda to'plangan. Keyinchalik yadro zaryadining qiymati son jihatdan elementning tartib raqamiga teng ekanligi isbotlandi. davriy tizim D. I. Mendeleyevning elementlari. Qizig'i shundaki, Nils Bor tez orada Ruterford bilan uchrashdi va uning fikrlariga to'liq qo'shildi. Keyinchalik olimlar bir laboratoriyada uzoq vaqt birga ishladilar. Rezerford modeli, atom elementar zaryadlangan zarrachalardan tashkil topgan tizim sifatida - bularning barchasi Niels Bor adolatli deb hisobladi va o'zini abadiy chetga surib qo'ydi. elektron model. Birgalikda ilmiy faoliyat olimlar juda muvaffaqiyatli bo'ldi va o'z mevasini berdi. Ularning har biri elementar zarrachalarning xossalarini o'rganishga chuqur kirib, fan uchun muhim kashfiyotlar qildi. Keyinchalik Ruterford yadroviy parchalanish imkoniyatini kashf etdi va isbotladi, ammo bu boshqa maqola uchun mavzu.

Tafsilotlar Kategoriya: Atom va atom yadrosi fizikasi 10/03/2016 18:27 Ko'rilgan: 4106

Qadimgi yunon va qadimgi hind olimlari va faylasuflari atrofimizdagi barcha moddalar boʻlinmaydigan mayda zarrachalardan iborat deb hisoblashgan.

Ular dunyoda o'zlari chaqirgan bu zarralardan kichikroq narsa yo'qligiga amin edilar atomlar . Darhaqiqat, keyinchalik atomlarning mavjudligini Antuan Lavuazye, Mixail Lomonosov, Jon Dalton kabi mashhur olimlar isbotladilar. Atom 19-asr oxiri - 20-asr boshlariga qadar bo'linmas deb hisoblangan, keyin bu unchalik emasligi ma'lum bo'ldi.

Elektronning kashfiyoti. Atomning Tomson modeli

Jozef Jon Tomson

1897 yilda ingliz fizigi Jozef Jon Tomson magnit va katod nurlarining harakatini eksperimental ravishda o'rgandi. elektr maydonlari, bu nurlar manfiy zaryadlangan zarralar oqimi ekanligini aniqladi. Bu zarralarning harakat tezligi yorug'lik tezligidan past edi. Shuning uchun ular massaga ega edilar. Ular qayerdan kelgan? Olim bu zarralar atomning bir qismi ekanligini taklif qildi. U ularni chaqirdi tanachalar . Keyinchalik ularni chaqirishdi elektronlar . Shunday qilib, elektronning kashf etilishi atomning bo'linmaslik nazariyasiga chek qo'ydi.

Atomning Tomson modeli

Tomson atomning birinchi elektron modelini taklif qildi. Unga ko'ra, atom shar bo'lib, uning ichida zaryadlangan modda mavjud bo'lib, uning musbat zaryadi butun hajm bo'ylab teng taqsimlanadi. Va bu moddada, bulochkadagi mayiz kabi, elektronlar kesishgan. Umuman olganda, atom elektr neytraldir. Ushbu model "olxo'ri puding modeli" deb nomlangan.

Ammo Tomsonning modeli noto'g'ri bo'lib chiqdi, bu isbotlandi ingliz fizigi Ser Ernest Ruterford.

Ruterford tajribasi

Ernest Ruterford

Atom aslida qanday joylashtirilgan? Bu savolga Rezerford 1909 yilda nemis fizigi Hans Geyger va Yangi Zelandiya fizigi Ernst Marsden bilan birgalikda o'tkazgan tajribasidan so'ng javob berdi.

Ruterford tajribasi

Tajribaning maqsadi atomni alfa zarralari yordamida o'rganish edi, uning fokuslangan nurlari katta tezlikda uchib, eng nozik oltin folga tomon yo'naltirildi. Folga ortida lyuminestsent ekran bor edi. Zarrachalar u bilan to'qnashganda, mikroskop ostida kuzatilishi mumkin bo'lgan chaqnashlar paydo bo'ldi.

Agar Tomson to'g'ri bo'lsa va atom elektronlar bulutidan iborat bo'lsa, unda zarralar folga burilmagan holda osongina uchib ketishi kerak. Alfa zarrachaning massasi elektron massasidan taxminan 8000 marta oshib ketganligi sababli, elektron unga ta'sir qila olmadi va o'z trayektoriyasini katta burchak ostida og'dira olmadi, xuddi 10 g tosh harakatlanayotgan avtomobilning traektoriyasini o'zgartira olmadi.

Ammo amalda hamma narsa boshqacha bo'lib chiqdi. Zarrachalarning ko'pchiligi haqiqatda folga orqali uchib o'tdi, amalda kichik burchakka burilmagan yoki chetga chiqmagan. Ammo ba'zi zarralar sezilarli darajada og'ishdi yoki hatto orqaga qaytdi, go'yo ularning yo'lida qandaydir to'siq bor edi. Ruterfordning o'zi aytganidek, go'yo 15 dyuymli snaryad qog'oz qog'oz parchasidan sakrab tushgandek ajoyib edi.

Ba'zi alfa zarralarining yo'nalishini shunchalik o'zgartirishiga nima sabab bo'ldi? Olim buning sababini atomning juda kichik hajmda to'plangan va musbat zaryadga ega bo'lgan qismi deb taxmin qildi. Unga ism qo'ydi atom yadrosi.

Rezerfordning atomning sayyoraviy modeli

Atomning Rezerford modeli

Rezerford atom atom markazida joylashgan zich musbat zaryadlangan yadro va manfiy zaryadga ega elektronlardan iborat degan xulosaga keldi. Atomning deyarli barcha massasi yadroda to'plangan. Umuman olganda, atom neytraldir. Yadroning musbat zaryadi atomdagi barcha elektronlarning manfiy zaryadlari yig'indisiga teng. Ammo elektronlar Tomson modelidagidek yadro ichiga joylashmagan, balki sayyoralar Quyosh atrofida aylanayotgani kabi uning atrofida aylanadi. Elektronlarning aylanishi ularga yadrodan ta'sir qiluvchi Kulon kuchi ta'sirida sodir bo'ladi. Elektronlarning aylanish tezligi juda katta. Yadro yuzasida ular bir xil bulut hosil qiladi. Har bir atom manfiy zaryadlangan o'z elektron bulutiga ega. Shu sababli ular "bir-biriga yopishmaydi", balki bir-birini qaytaradi.

Quyosh sistemasi bilan o'xshashligi tufayli Rezerford modeli sayyoraviy deb nomlangan.

Nima uchun atom mavjud

Biroq, Rezerfordning atom modeli atom nima uchun bunchalik barqaror ekanligini tushuntirib bera olmadi. Axir, klassik fizika qonunlariga ko'ra, orbitada aylanadigan elektron tezlanish bilan harakat qiladi, shuning uchun u nurlanadi. elektromagnit to'lqinlar va energiyani yo'qotadi. Oxir-oqibat, bu energiya tugashi kerak va elektron yadroga tushishi kerak. Agar shunday bo'lganida, atom faqat 10-8 soniya davomida mavjud bo'lishi mumkin edi. Lekin nega bu sodir bo'lmayapti?

Keyinchalik bu hodisaning sababini Daniya fizigi Niels Bor tushuntirdi. U atomdagi elektronlar faqat "ruxsat etilgan orbitalar" deb ataladigan qo'zg'almas orbitalarda harakatlanishini taklif qildi. Ularning ustida bo'lib, ular energiya chiqarmaydi. Va energiyaning emissiyasi yoki yutilishi faqat elektron ruxsat etilgan bir orbitadan boshqasiga o'tganda sodir bo'ladi. Agar bu uzoq orbitadan yadroga yaqinroq orbitaga o'tish bo'lsa, u holda energiya nurlanadi va aksincha. Radiatsiya deyiladi qismlarda sodir bo'ladi kvant.

Rezerford ta'riflagan model atomning barqarorligini tushuntira olmasa-da, uning tuzilishini o'rganishda sezilarli yutuqlarga erishish imkonini berdi.

Atomning sayyoraviy modeli

Atomning sayyoraviy modeli: yadro (qizil) va elektronlar (yashil)

Atomning sayyoraviy modeli, yoki Ruterford modeli, - atom tuzilishining tarixiy modeli, Ernest Rezerford tomonidan alfa zarrachalarning tarqalishi bilan tajriba natijasida taklif qilingan. Ushbu modelga ko'ra, atom kichik musbat zaryadlangan yadrodan iborat bo'lib, unda atomning deyarli butun massasi to'plangan bo'lib, uning atrofida elektronlar xuddi sayyoralar quyosh atrofida harakat qiladi. Atomning sayyoraviy modeli elektronlar harakati kvant xarakteriga ega ekanligini va klassik mexanika qonunlari bilan tavsiflanmaganligini hisobga olgan holda atom tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalarga mos keladi. Tarixiy jihatdan, Ruterfordning sayyoraviy modeli Jozef Jon Tomsonning "olxo'ri puding modeli" dan o'rin egalladi, bu manfiy zaryadlangan elektronlar musbat zaryadlangan atom ichiga joylashtirilganligini ta'kidlaydi.

Ruterford 1911 yilda uning rahbarligida o'tkazilgan oltin folga ustidagi alfa zarralarini sochish bo'yicha tajribadan xulosa sifatida atom tuzilishining yangi modelini taklif qildi. Bu tarqalish bilan, kutilmaganda ko'p miqdorda alfa zarralari katta burchak ostida tarqaldi, bu tarqalish markazining borligini ko'rsatdi. kichik o'lcham va u sezilarli elektr zaryadini o'z ichiga oladi. Ruterfordning hisob-kitoblari shuni ko'rsatdiki, musbat yoki manfiy zaryadlangan tarqalish markazi kamida 3000 marta bo'lishi kerak. kichikroq o'lcham O'sha paytda allaqachon ma'lum bo'lgan va taxminan 10 -10 m bo'lgan atom. O'sha paytda elektronlar allaqachon ma'lum bo'lganligi va ularning massasi va zaryadi aniqlanganligi sababli, keyinchalik yadro deb nomlangan tarqalish markazi elektronlarga qarama-qarshi zaryadga ega bo'lgan. Ruterford zaryad miqdorini atom raqamiga bog'lamadi. Bu xulosa keyinroq qilingan. Va Ruterfordning o'zi zaryad atom massasiga proportsional ekanligini aytdi.

Sayyoraviy modelning kamchiligi uning klassik fizika qonunlariga mos kelmasligi edi. Agar elektronlar Quyosh atrofida sayyora kabi yadro atrofida harakat qilsa, demak, ularning harakati tezlashadi va shuning uchun klassik elektrodinamika qonunlariga ko'ra, ular elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi, energiyani yo'qotishi va yadroga tushishi kerak. Sayyoraviy modelni ishlab chiqishdagi navbatdagi qadam elektron harakatining klassik qonunlaridan farqli boshqa qonunlarini qo'ygan Bor modeli edi. Elektrodinamikaning ziddiyatlari kvant mexanikasini to'liq hal qila oldi.


Wikimedia fondi. 2010 yil.

  • Eise Eisingi Planetariysi
  • sayyoraviy fantaziya

Boshqa lug'atlarda "Atomning sayyoraviy modeli" nima ekanligini ko'ring:

    atomning sayyoraviy modeli- planetinis atomo models statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. sayyoraviy atom modeli vok. Planetenmodell des Atoms, rus. atomning sayyoraviy modeli, f pranc. modele planétaire de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas

    Atomning Bor modeli- Vodorodga o'xshash atomning (Z yadro zaryadi) Bor modeli, bu erda manfiy zaryadlangan elektron kichik, musbat zaryadlangan atom yadrosini o'rab turgan atom qobig'iga o'ralgan ... Vikipediya

    Model (fanda)- Model (frantsuzcha modèle, italyancha modello, lotincha modulus o'lchovi, o'lchovi, namunasi, me'yoridan), 1) seriyali yoki ommaviy ko'paytirish uchun standart (standart) bo'lib xizmat qiladigan namuna (M. avtomobil, M. kiyim va boshqalar). ), shuningdek, har qanday ... ... turi, markasi.

    Model- I Model (Model) Valter (1891 yil 24 yanvar, Gentin, Sharqiy Prussiya, 1945 yil 21 aprel, Duysburg yaqinida), fashistlar nemis generali feldmarshali (1944). 1909 yildan armiyada, 1914 yil 1-jahon urushida qatnashgan 18. 1940 yil noyabrdan 3-tankni boshqargan ... ... Buyuk Sovet Entsiklopediyasi

    ATOMNING TUZILISHI- (qarang) barqaror tizimni tashkil etuvchi uch turdagi (qarang), (qarang) va (qarang) elementar zarrachalardan qurilgan. Proton va neytron atomning bir qismidir (qarang), elektronlar elektron qobiq hosil qiladi. Kuchlar yadroda harakat qiladi (qarang), buning natijasida ... ... Katta politexnika entsiklopediyasi

    Atom- Bu atamaning boshqa maʼnolari ham bor, qarang: Atom (maʼnolari). Geliy atomi Atom (boshqa yunon tilidan ... Vikipediya

    Ruterford Ernest- (1871 1937), ingliz fizigi, radioaktivlik nazariyasi va atom tuzilishini yaratuvchilardan biri, asoschisi ilmiy maktab, Rossiya Fanlar akademiyasining xorijiy muxbir aʼzosi (1922) va SSSR Fanlar akademiyasining faxriy aʼzosi (1925). Yangi Zelandiyada tug'ilgan, o'qishni tugatgandan keyin ... ... ensiklopedik lug'at

    Άτομο

    tanacha- geliy atomi Atom (boshqa yunoncha ἄtomos boʻlinmas) kimyoviy elementning eng kichik qismi boʻlib, uning xossalarini tashuvchisi hisoblanadi. Atom atom yadrosi va uni o'rab turgan elektron bulutdan iborat. Atom yadrosi musbat zaryadlangan protonlardan va ... ... Vikipediyadan iborat

    tanachalar- geliy atomi Atom (boshqa yunoncha ἄtomos boʻlinmas) kimyoviy elementning eng kichik qismi boʻlib, uning xossalarini tashuvchisi hisoblanadi. Atom atom yadrosi va uni o'rab turgan elektron bulutdan iborat. Atom yadrosi musbat zaryadlangan protonlardan va ... ... Vikipediyadan iborat

Kitoblar

Leksiya: Atomning sayyoraviy modeli

Atomning tuzilishi


Har qanday moddaning tuzilishini aniqlashning eng aniq usuli bu spektral tahlildir. Elementning har bir atomining nurlanishi faqat individualdir. Biroq, spektral tahlil qanday sodir bo'lishini tushunishdan oldin, keling, har qanday element atomi qanday tuzilishga ega ekanligini aniqlaylik.


Atomning tuzilishi haqidagi birinchi taxminni J.Tomson keltirgan. Bu olim uzoq vaqt davomida atomlarni o'rganadi. Bundan tashqari, u elektronning kashfiyotining egasi - buning uchun u olgan Nobel mukofoti. Tomson taklif qilgan model haqiqatga hech qanday aloqasi yo'q edi, lekin Ruterford uchun atom tuzilishini o'rganish uchun etarlicha kuchli turtki bo'lib xizmat qildi. Tomson tomonidan taklif qilingan model "mayiz pudingi" deb nomlangan.

Tomson atom manfiy elektr zaryadli qattiq shar ekanligiga ishongan. Buning o'rnini qoplash uchun elektronlar mayiz kabi to'pga aralashtiriladi. Xulosa qilib aytganda, elektronlarning zaryadi butun yadro zaryadiga to'g'ri keladi, bu esa atomni neytral qiladi.

Atomning tuzilishini o'rganish jarayonida barcha atomlar mavjudligi aniqlandi qattiq moddalar topshirmoq tebranish harakatlari. Va siz bilganingizdek, har qanday harakatlanuvchi zarracha to'lqinlarni chiqaradi. Shuning uchun har bir atom o'z spektriga ega. Biroq, bu bayonotlar Tomson modeliga hech qanday tarzda mos kelmadi.

Ruterford tajribasi


Tomson modelini tasdiqlash yoki rad etish uchun Rezerford tajribani taklif qildi, natijada alfa zarrachalar tomonidan ba'zi elementlarning atomlari bombardimon qilindi. Ushbu tajriba natijasida zarrachaning o'zini qanday tutishini ko'rish muhim edi.


Alfa zarralari radiyning radioaktiv parchalanishi natijasida topilgan. Ularning oqimlari alfa nurlari edi, ularning har bir zarrasi musbat zaryadga ega edi. Ko'plab tadqiqotlar natijasida alfa zarrasi geliy atomiga o'xshaydi, unda elektronlar yo'q. Hozirgi bilimlardan foydalanib, biz alfa zarrasi geliy yadrosi ekanligini bilamiz, Ruterford esa bu geliy ionlari ekanligiga ishongan.


Har bir alfa zarrasi ulkan energiyaga ega edi, buning natijasida u ko'rib chiqilayotgan atomlarga ucha oladi. yuqori tezlik. Shuning uchun tajribaning asosiy natijasi zarrachalarning burilish burchagini aniqlash edi.


Tajriba uchun Ruterford yupqa oltin folga ishlatgan. U yuqori tezlikdagi alfa zarralarini unga yo'naltirdi. U ushbu tajriba natijasida barcha zarralar folga orqali va kichik og'ishlar bilan uchib ketishini taxmin qildi. Biroq, aniq bilish uchun u o'z shogirdlariga bu zarralarda katta og'ishlar bor-yo'qligini tekshirishni buyurdi.


Tajriba natijasi barchani hayratda qoldirdi, chunki ko'p zarralar nafaqat etarlicha katta burchak bilan og'ishdi - ba'zi burilish burchaklari 90 darajadan oshdi.


Bu natijalar barchani hayratda qoldirdi, Ruterfordning aytishicha, u snaryadlar yo'liga qog'oz varaq qo'yilgandek tuyuldi, bu alfa zarrachaning ichkariga kirib ketishiga yo'l qo'ymadi, natijada u orqaga qaytdi.


Agar atom haqiqatan ham qattiq bo'lsa, unda bir oz bo'lishi kerak edi elektr maydoni, bu zarrachani sekinlashtirdi. Biroq maydonning kuchi uni butunlay to‘xtatishga, orqaga surish u yoqda tursin, yetmasdi. Bu Tomson modelining rad etilganligini anglatadi. Shunday qilib, Ruterford yangi model ustida ishlay boshladi.


Ruterford modeli

Tajribaning ushbu natijasini olish uchun musbat zaryadni kichikroq miqdorda to'plash kerak, natijada katta elektr maydoni paydo bo'ladi. Maydon potentsial formulasiga ko'ra, aniqlash mumkin kerakli o'lcham alfa zarrachani teskari yo'nalishda qaytara oladigan ijobiy zarracha. Uning radiusi maksimal darajada bo'lishi kerak 10-15 m. Shuning uchun ham Rezerford atomning sayyoraviy modelini taklif qildi.


Ushbu model bir sababga ko'ra shunday nomlangan. Gap shundaki, atomning ichida quyosh sistemasidagi Quyoshga o'xshash musbat zaryadlangan yadro mavjud. Elektronlar sayyoralar kabi yadro atrofida aylanadi. quyosh tizimi yordamida sayyoralar Quyoshga tortiladigan tarzda yaratilgan tortishish kuchlari, ammo ularni o'z orbitasida ushlab turadigan mavjud tezlik natijasida Quyosh yuzasiga tushmaydi. Xuddi shu narsa elektronlar bilan sodir bo'ladi - Kulon kuchlari elektronlarni yadroga tortadi, lekin aylanish tufayli ular yadro yuzasiga tushmaydi.


Tomsonning bir taxmini mutlaqo to'g'ri bo'lib chiqdi - elektronlarning umumiy zaryadi yadro zaryadiga to'g'ri keladi. Biroq, kuchli o'zaro ta'sir natijasida elektronlar o'z orbitasidan chiqib ketishi mumkin, buning natijasida zaryad kompensatsiyalanmaydi va atom musbat zaryadlangan ionga aylanadi.


Atomning tuzilishiga oid juda muhim ma'lumot shundaki, atomning deyarli barcha massasi yadroda to'plangan. Misol uchun, vodorod atomida faqat bitta elektron mavjud bo'lib, uning massasi yadro massasidan bir yarim ming marta kam.

Biz ham tavsiya qilamiz

Yuklanmoqda...Yuklanmoqda...