Thomsonov atomski model: opis in izpodbijanje

Thomsonov atomski model - eden prvih modelov strukturo atoma pozneje priznana insolventnost. Prvič ga je predlagal DD. Thomson leta 1904, kmalu po odkritju elektronov, vendar pred odkritjem atomskega jedra.

Prazgodovina

Leta 1897 se je v fiziki zgodil pomemben dogodek: Thompson Joseph John je odkril elektrone in s tem eksperimentalno potrdil predpostavko, da atom ni "monolitni" delček. Vendar ni bilo natančne predstave o tem, kaj so osnovni delci. Šele leta 1911 bo predstavljen natančnejši model Rutherfordovega atoma, pred tem pa se je znanstveni svet grdo boril z "skrivnostjo stoletja".

Odgovor za iskanje

Po seriji poskusov se je izkazalo, da so elektroni negativno nabiti, medtem pa je bilo že znano, da imajo atomi nevtralni naboj. Thomson je razumno predlagal, da bi moral atom imeti določen vir pozitivnega naboja, da bi nadomestil negativno naboj elektronov.

Angleški fizik je predstavil tri možne mehanizme interakcije znotraj delcev.

1. V prvem modelu Thomsonovega atoma je vsak negativno nabiti elektron zadržal pozitivno nabite delec, ki je sledil povsod znotraj atoma.
2. V drugem modelu se elektroni vrti okoli osrednjega območja pozitivnega naboja, ki ima enako velikost kot vsi elektroni.
3. V tretjem modelu so elektroni zavzeli prostor prostora, ki je bil sam po sebi enoten pozitivni naboj (pogosto imenovan "juha" ali "oblak" pozitivnega naboja).

Znanstvenik je izbral tretjo možnost - najverjetnejšo strukturo atomov.

Pozornost javnosti

Thomsonov atomski model leta 1904 je bil objavljen v marčevski številki Philosophical Magazine, avtoritativnem znanstvenem listu Velike Britanije. Po mnenju avtorja so atomi elementov sestavljeni iz niza negativno elektrificiranih korpusk (elektronov), zaprtih v krogu enakomerne pozitivne elektrifikacije. Thomson je opustil svojo prejšnjo hipotezo o "meglenem atomu", v katerem so bili delci sestavljeni iz nematerialnih vrtincev.

Publikacija je povzročila resnično zanimanje za znanstveno skupnost. Vendar ni imela trdnih dokazov in jo je zato kritiziralo veliko avtoritativnih fizikov. Vendar pa je ustrezala idejam in eksperimentalnim podatkom, ki so bili takrat znani.

Opis modela

Razumni in praktični znanstvenik je Thomson zasnoval svoj atomski model na dobro znanih eksperimentalnih podatkih. Predlog za pozitivno količino dajatev odraža naravo njegovega znanstvenega pristopa k odkritju, ki je postal vodilo za ukrepanje v prihodnjih poskusih.

V skladu s teorijo so se orbite elektronov znotraj Thomsonovega atomskega modela stabilizirale z dejstvom, da je bil, ko se je elektron odmaknil od središča pozitivno nabite krogle (oblaka), izpostavljen naraščajočemu privlačne sile. Ta sila vrne elektron nazaj, ker je v skladu z Gaussovim zakonom v krogli višja koncentracija pozitivnega naboja. Po modelu se lahko elektroni prosto vrtijo v obročih, ki so se dodatno medsebojno stabilizirali z interakcijo med elektroni, spektroskopske vrednosti pa so pojasnile razlike v energiji med posameznimi obročnimi orbitami.

Po ideji tega časa so se elektroni nahajali v pozitivno nabitih krogih, kot so rozine v piti ali koščki sadja v britanskem najljubšem sladolednem pudingu. Zato se koncept imenuje tudi model "pudinga" atoma.

Neskladnostna dilema

Z akumulacijo eksperimentalnih podatkov se je vse bolj jasno pokazala nedoslednost te teorije. Thomson je neuspešno poskušal predelati svoj model, da bi pojasnil nekatere glavne spektralne črte, ki so bile eksperimentalno identificirane za več elementov.

Leta 1909 sta Hans Geiger in Ernest Marsden pod nadzorom profesorja Ernest Rutherford izvedla poskuse s tanko plastjo zlata, ki je raztresla alfa delce na zlato folijo. Podatki so se razlikovali od pričakovanih. Leta 1911 je Rutherford po dolgih razmislekih objavil svoj koncept, pozneje imenovan Rutherfordov atomski model. Predvideval je prisotnost zelo majhnega jedra z najmočnejšim pozitivnim nabojem v središču zlatih atomov, ki je zadostoval za približno sto elektronov.

Nadaljnji razvoj

Takoj ko je Rutherford objavil svoje rezultate, je Antonius Van den Broek intuitivno predlagal, da je atomsko število elementa skupno število nabojev v jedru. Henry Mosley je leta 1913 predložil potrebne podatke, da bi dokazal Van den Bruckov predlog. Ugotovljeno je bilo, da učinkovita jedrska obremenitev ustreza atomskemu številu.

To delo je služilo kot osnova Nielsu Bohru, da je leta 1913 ustvaril semiklasični model atomov. Podobna je interakciji svetilk in planetov v sončnem sistemu, vendar le s kvantnimi omejitvami.

Vrednost za znanost

Thomsonov atomski model je bil spodbuda za hiter razvoj jedrske fizike. Koncept „pudinga s slivom“ z enim elektronom je fizik Arthur Erich Haas leta 1910 uporabil za oceno numerične vrednosti Plankove konstante in Borovega polmera vodikovih atomov. Haasovo delo je izhajalo tri leta pred zaključkom Nielsa Bohra. Treba je omeniti, da Bohrov model zagotavlja precej natančne napovedi za atomske in ionske sisteme, ki imajo en učinkovit elektron.

Poleg tega teorija "puding" vam omogoča, da določite optimalno porazdelitev enako točko naboje na enoto krogle, ki se imenuje Thomson problem. Mimogrede, fizični sistem, ki ga uteleša Thomson-ov problem, je poseben primer enega od osemnajstih nerešenih matematičnih problemov, ki jih je predlagal matematik Steve Smale - »Porazdelitev točk na dvodimenzionalno kroglo«.

Thomsonov problem je naravna posledica modela pudinga snopa v odsotnosti enotnega pozitivnega ozadja. Elektrostatična interakcija elektronov, omejenih s sferičnimi kvantnimi pikami, je analogna tudi njihovi obdelavi v Thomsonovem atomskem modelu. V tem klasičnem problemu je kvantna pika modelirana kot preprosta dielektrična krogla (namesto homogene, pozitivno nabite sfere, kot v modelu »pudinga žarkov«), v kateri so prosti ali presežni elektroni.