Өрік пудинг моделі - Plum pudding model

Өріктің пудингтік атомы
Субатомдық құрылымның қазіргі моделі электрондардың ықтималдық «бұлтымен» қоршалған тығыз ядроны қамтиды

The қара өріктің пудингтік моделі бірнеше тарихи бірі болып табылады ғылыми модельдер туралы атом. Бірінші ұсынған Дж. Дж. Томсон 1904 ж[1] табылғаннан кейін көп ұзамай электрон, бірақ табылғанға дейін атом ядросы, модель атомдардың екі қасиетін түсіндіруге тырысты: электрондар теріс зарядталған бөлшектер және атомдарда таза электр заряды жоқ. Өріктің пудингтік моделі теріс зарядталған «қара өрік» сияқты оң заряд көлемімен қоршалған электрондарға ие »пудинг ".

Шолу

Бұл модельде атомдар теріс зарядталған электрондардан тұратыны белгілі болды. Томсон оларды атағанымен «денелер «, олар көбінесе» электрондар «деп аталды Дж. Дж. Стоуни 1891 жылы «электр энергиясының негізгі өлшем бірлігі» ретінде ұсынылды.[2] Ол кезде атомдарда электр заряды жоқ екендігі белгілі болды. Мұны ескеру үшін Томсон атомдардың электрондардың теріс зарядын теңестіретін оң заряд көзі болуы керек екенін білді. Ол сол кезде белгілі болған атомдардың қасиеттеріне сәйкес келетін үш ақылға қонымды модельдерді қарастырды:[дәйексөз қажет ]

  1. Әрбір теріс зарядталған электрон оң ​​зарядталған бөлшекпен жұптасып, оны атомның барлық жерінде жалғастырды.
  2. Теріс зарядталған электрондар барлық электрондардың жалпы зарядымен бірдей шамадағы оң зарядтың орталық аймағын айналып өтті.
  3. Теріс электрондар біркелкі оң зарядталған кеңістіктің аймағын алып жатты (көбінесе оң зарядтың «сорпасы» немесе «бұлты» ретінде қарастырылады).

Томсон атомдардың ең ықтимал құрылымы ретінде үшінші мүмкіндікті таңдады. Томсон өзінің ұсынған моделін 1904 жылдың наурыз айындағы басылымында жариялады Философиялық журнал, күннің жетекші британдық ғылыми журналы. Томсонның көзқарасы бойынша:

... элементтердің атомдары біркелкі оң электрлену сферасында қоршалған бірқатар теріс электрленген корпускулалардан тұрады, ...[3]

Осы модель арқылы Томсон өзінің 1890 жылғы «небулярлы атом» гипотезасынан бас тартты, бұл атомдар материалды емес құйындардан тұратын құйынды атом теориясына негізделген және химиялық элементтер арасында құйындардың орналасуы мен периодтық заңдылықтың ұқсастығы бар деп болжады.[4]:44–45 Томсон зерек әрі практикалық ғалым бола отырып, өзінің атом моделін осы күннің белгілі тәжірибелік дәлелдеріне сүйенді. Оның оң көлемді заряд туралы ұсынысы оның ашуға деген ғылыми көзқарасының табиғатын көрсетеді, ол болашақ эксперименттерге басшылық ету үшін идеялар ұсынды.

Бұл модельде электрондардың орбиталары тұрақты болды, өйткені электрон оң ​​зарядталған сфераның центрінен алыстаған кезде, оған ішкі таза ішкі оң күш әсер етті, өйткені оның орбитасында оң заряд болды (қараңыз) Гаусс заңы ). Электрондар электрондар арасындағы өзара әрекеттесу арқылы одан әрі тұрақтанған сақиналарда еркін айналды, ал спектроскопиялық өлшемдер әртүрлі электрон сақиналарына байланысты энергия айырмашылықтарын есепке алуға арналған. Томсон сәл сәтсіздікке ұшырады, оның моделін кейбір негізгі мамандықтарды есепке алу үшін өзгертті спектрлік сызықтар эксперименталды түрде бірнеше элементтермен танымал.[дәйексөз қажет ]

Өрік пудингі моделі оның студентіне пайдалы бағыт берді, Эрнест Резерфорд, атомдар құрамын одан әрі зерттеу үшін тәжірибелер ойлап табу. Сондай-ақ, Томсонның моделі (ұқсаспен бірге) Атомдық электрондарға арналған сатриандық сақина моделі ұсынған 1904 ж Нагаока кейін Джеймс Клерк Максвелл Келіңіздер Сатурн сақиналарының моделі ) дәлірек айтқанда күн жүйесіне ұқсас пайдалы предшественниктер болды Бор моделі атомның

Көп ұзамай «өрік пудингі» ауызекі лақап аты Томсонның моделіне жатқызылды, өйткені электрондардың кеңістігі оның оң зарядталған кеңістігінде таралуы көптеген ғалымдарды еске түсірді мейіз, содан кейін «өрік» деп аталады, жалпы ағылшын десертінде, қара өрік пудингі.

1909 жылы, Ганс Гейгер және Эрнест Марсден өткізілді жұқа алтын парақтарымен тәжірибелер. Олардың профессоры Эрнест Резерфорд Томсонның атомдық моделіне сәйкес нәтижелер табады деп күтті. 1911 жылы ғана Резерфорд эксперименттің нәтижелерін дұрыс түсіндірді[5][6] алтын атомдарының орталығында оң зарядтың өте кішкентай ядросының болуын болжады. Бұл дамуына әкелді Резерфорд моделі атомның Резерфорд өзінің нәтижелерін жариялағаннан кейін, Антониус Ван ден Брук атомның атомдық нөмірі оның ядросында болатын заряд бірліктерінің жалпы саны деген интуитивті ұсынысты жасады. Генри Мозли 1913 жылғы эксперименттер (қараңыз. қараңыз) Мозли заңы ) Ван ден Бруктың ұсынысын растайтын қажетті дәлелдер келтірді. Тиімді ядролық заряд атом санымен сәйкес келеді (Мозли зарядтар айырымының бірлігін ғана тапты). Бұл жұмыс дәл сол жылы атомның күн жүйесіне ұқсас (бірақ квантымен шектелген) Бор моделімен аяқталды, онда оң зарядтардың атомдық саны бар ядро ​​орбиталық қабықшалардағы электрондардың тең санымен қоршалған. Томсон моделі Резерфордтың эксперименттерін басшылыққа алғандықтан, Бор моделі Мозлидің зерттеулеріне басшылық жасады.

Байланысты ғылыми мәселелер

Жалғыз электронды өріктің пудингтік моделін ішінара физик қолданды Артур Эрих Хаас сандық мәнін бағалау үшін 1910 ж Планк тұрақтысы және Бор радиусы сутегі атомдары Хаастың жұмысы бұл мәндерді шамалар ретімен бағалады және жұмысынан бұрын Нильс Бор үш жылға. Бор моделінің өзі атомдық және иондық тек бір тиімді электронды жүйелер.

Өріктің пудингтік моделіне байланысты математиканың ерекше пайдалы мәселесі бірлік сфераға тең нүктелік зарядтарды оңтайлы бөлу болып табылады, Томсон проблемасы. Томсон проблемасы - қара өріктің пудингтік моделінің табиғи оң заряды болмаған кезде табиғи нәтижесі.[7]

Сфералық шеңбермен шектелген электрондарды классикалық электростатикалық өңдеу кванттық нүктелер сонымен қатар оларды қара өріктің пудингтік үлгісіндегі емдеуге ұқсас.[8][9] Бұл классикалық есепте кванттық нүкте қарапайым ретінде модельденеді диэлектрик бос немесе артық электрондар орналасқан сфера (өріктің пудингтік үлгісіндегідей біртекті, оң зарядталған сфераның орнына). Электростатикалық N-электронды конфигурациялары Томсон есебінде диэлектрлік сферада бірдей радиуста орналасқан электрондармен шешімдерге жақын екендігі анықталды. Геометрияға тәуелді энергетиканың графикалық таралуы табиғи атомдарда күтілген электронды орбитальдардың үлестірілуіне сәйкес келетінін көрсетті. периодтық кесте элементтердің[9] Томсон есебінің шешімдері әр сәйкес N-электронды ерітіндінің энергиясын оның басындағы бір зарядпен көршілес (N-1) -электронды ерітіндінің энергиясымен салыстыра отырып, осы сәйкес энергияны бөлуді көрсетеді. Алайда диэлектрлік сфера моделінде қарастырылған кезде таралу ерекшеліктері анағұрлым айқын және үлкен сенімділікті қамтамасыз етеді[түсіндіру қажет ] нақты атомдардағы электрондардың орбиталық орналасуына қатысты.[10]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Өрік пудингінің моделі». Ғалам. 27 тамыз 2009 ж. Алынған 19 желтоқсан 2015.
  2. ^ О'Хара, Дж. Г. (наурыз 1975). «Джордж Джонстоун Стоуни, Ф.Р.С және электрон концепциясы». Лондон корольдік қоғамының жазбалары мен жазбалары. Корольдік қоғам. 29 (2): 265–276. дои:10.1098 / rsnr.1975.0018. JSTOR  531468.
  3. ^ Томсон, Дж. Дж. (Наурыз 1904). «Атом құрылымы туралы: шеңбер шеңберінің айналасында тең аралықта орналасқан бірқатар корпускулалардың тұрақтылығы мен тербеліс периодтарын зерттеу; нәтижелерін атом құрылымы теориясына қолдана отырып» (PDF). Философиялық журнал. Алтыншы. 7 (39): 237–265. дои:10.1080/14786440409463107.
  4. ^ Kragh, Helge (2002). Кванттық буындар: ХХ ғасырдағы физика тарихы (Қайта басу). Принстон университетінің баспасы. ISBN  978-0691095523.
  5. ^ Анджело, Джозеф А. (2004). Ядролық технология. Greenwood Publishing. б. 110. ISBN  978-1-57356-336-9.
  6. ^ Сальпетер, Эдвин Э. (1996). Лахтакия, Ахлеш (ред.) Сутектің модельдері мен модельдеушілері. Американдық физика журналы. 65. Әлемдік ғылыми. 933–934 бет. Бибкод:1997AmJPh..65..933L. дои:10.1119/1.18691. ISBN  978-981-02-2302-1.
  7. ^ Левин, Ю .; Арензон, Дж. Дж. (2003). «Неліктен зарядтар Жер бетіне түседі: Жалпыланған Томсон проблемасы». Eurofhys. Летт. 63 (3): 415–418. arXiv:cond-mat / 0302524. Бибкод:2003EL ..... 63..415L. дои:10.1209 / epl / i2003-00546-1.
  8. ^ Беднарек, С .; Сзафран, Б .; Адамовски, Дж. (1999). «Көп электронды жасанды атомдар». Физ. Аян Б.. 59 (20): 13036–13042. Бибкод:1999PhRvB..5913036B. дои:10.1103 / PhysRevB.59.13036.
  9. ^ а б LaFave, T., Jr. (2013). «Классикалық электростатикалық Томсон есебі мен атомдық электронды құрылым арасындағы сәйкестік». J. Электростатика. 71 (6): 1029–1035. arXiv:1403.2591. дои:10.1016 / j.elstat.2013.10.001.
  10. ^ LaFave, T., Jr. (2014). «Томсон проблемасындағы дискретті түрлендірулер». J. Электростатика. 72 (1): 39–43. arXiv:1403.2592. дои:10.1016 / j.elstat.2013.11.007.