J. J. Tomsono slyvų pudingo atomo modelis — apibrėžimas ir istorija

Sužinokite J. J. Tomsono slyvų pudingo atomo modelio apibrėžimą, istoriją ir reikšmę (1904 m.): elektronai, teigiamas laukas ir kelias iki branduolio atradimo.

Slyvų pudingo modelis buvo ankstyvasis (ir neteisingas) XX a. atomo modelis. J. J. Tomsonas jį pasiūlė 1904 m., po to, kai buvo atrastas elektronas, bet prieš atomo branduolio atradimą. Tuo metu mokslininkai žinojo, kad atome yra teigiamas krūvis, kuris atsveria neigiamus elektronų krūvius, todėl atomas yra neutralus, tačiau nežinojo, iš kur atsiranda teigiamas krūvis. Tomsono modelyje buvo pavaizduotas atomas, turintis teigiamai įkrautą terpę, arba erdvę, ir neigiamai įkrautus elektronus terpės viduje. Netrukus po pasiūlymo šis modelis buvo pavadintas "slyvų pudingo" modeliu, nes teigiama terpė buvo panaši į pudingą, kurio viduje buvo elektronai, arba slyvos.

Apibrėžimas ir pagrindinės idėjos

Slyvų pudingo modelis vaizdavo atomą kaip vienalytį teigiamą „kūną“ arba terpę, į kurios vidų yra įterpti neigiami elektronai. Elektronai laikomi atomo „įterptomis dalelėmis“, kurios suteikia atomui savo chemines ir fizikines savybes, o teigiamas krūvis paskirstytas tolygiai arba difuzinis, kad bendra atomų būsena būtų neutralizuota.

• Elektronų padėtis: laisvai įsiterpę teigiamame fone, be konkrečių orbitų ar branduolio.
• Teigiamas krūvis: paskirstytas per visą atomo tūrį, o ne sutelktas mažame regione.
• Neutralumas: atomas yra neutralus dėl teigiamo fono ir neigiamų elektronų kvantumo.

Tomsono tyrimai ir istorinė aplinka

J. J. Tomsonas (Joseph John Thomson) XIX a. pabaigoje atliko katodinių spindulių tyrimus ir 1897 m. paskelbė elektronų egzistavimo įrodymus bei e/m (krūvio ir masės santykio) matavimus. Remdamasis tuo, 1904 m. jis pasiūlė atomų struktūros modelį, kuris atrodė logiškas to meto eksperimentams ir idėjoms apie elektrinį krūvį.

Eksperimentinė parama ir prieštaravimai

Pradiniai eksperimentai iš dalies sudarė sąlygas Tomsono pasiūlymui, nes elektronai jau buvo atrasti, o atomo neutralumas reikalavo paaiškinimo. Tačiau vėlesni eksperimentai parodyti svarbius modelio trūkumus:

• Alfa dalelių sklaida (Geiger–Marsden eksperimentas, vadovaujamas E. Rutherfordo, 1909 m.): alfa dalelių sklaidos rezultatai rodė, kad reikšminga dalis dalelių nukrypdavo labai dideliu kampu, o kai kurios net atšokdavo tiesiai atgal. Tai prieštaravo idėjai apie vienalytį teigiamą pasiskirstymą ir nurodė, jog teigiamas krūvis turi būti sutelktas mažame tankiame centre — branduolyje.
• Rutherfordo modelio pasekmė (1911 m.): remdamasis sklaidos duomenimis, Rutherfordas pasiūlė branduolio modelį, kuriame atomo teigiamas krūvis ir didžioji masė susitelkę centrinėje atomo dalyje, o elektronai skrieja aplink jį.

Modelio ribotumas ir istorinis reikšmingumas

Nors slyvų pudingo modelis buvo netikslus, jis atliko svarbų vaidmenį mokslo istorijoje. Modelis:

• parodė, kaip mokslas vystosi pagal eksperimentinius duomenis — atradus elektroną reikėjo naujo atomo vaizdavimo;
• pavedė kelią detalesniems bandymams, kurie atskleidė atomo branduolį;
• būdavo naudinga tarpine idėja, iki kol nebuvo suformuluoti tikslesni modeliai (Rutherfordo ir vėliau Bohr'o bei kvantinės mechanikos modeliai).

Kas seka po Tomsono modelio

Po Rutherfordo branduolio modelio atsirado Bohr'o modelis (1913 m.), kuris bandė paaiškinti atomų spektrus, o vėliau — kvantinės mechanikos suformulavimas XX a. 2-ojoje pusėje — pateikė modernią atomo sampratą, kurioje elektronų elgsena aprašoma banginėmis funkcijomis ir tikimybiniais pasiskirstymais, o ne klasikiniu „slyvų pudingo“ vaizdu.

Santrauka

Slyvų pudingo modelis — J. J. Tomsono 1904 m. pasiūlyta atomo idėja, vaizdavusi atomą kaip teigiamą terpę su įterptais elektronais — buvo svarbi tarpinė teorija, bet vėlesni eksperimentai (ypač alfa dalelių sklaida) parodė jo netikslumą. Nepaisant to, modelis padėjo nukreipti tolimesnius tyrimus ir prisidėjo prie šiandieninio atomo supratimo susiformavimo.

Plėtra į šiuolaikinį atominį modelį

Rutherfordo modelis

Iš esmės 1909 m., netrukus po to, kai buvo pasiūlytas Tomsono modelis, Hansas Geigeris ir Ernestas Marsdenas atliko eksperimentą su plonais aukso lakštais, kad patikrintų Tomsono modelį. Jų profesorius Ernestas Rutherfordas tikėjosi, kad rezultatai įrodys, jog Tomsonas buvo teisus, tačiau jų rezultatai labai skyrėsi nuo tų, kurių jie tikėjosi. 1911 m. E. Rutherfordas nustatė, kad teigiamus krūvius turi mažytės dalelės, vadinamos protonais, ir kad protonai yra mažame centre, vadinamame branduoliu, o elektronai skrieja aplink branduolį.

Boro modelis

Rutherfordo modelis buvo gana paprastas, tačiau klaidingas, nes elektronai turi krūvį ir turėtų būti traukiami teigiamai įkrauto branduolio. 1913 m. Nielsas Boras atomo modelį papildė "energijos lygiais". Elektronai nepatenka į branduolį, nes jie yra energijos lygmenyse, o norint pereiti į aukštesnį energijos lygmenį, reikia papildomos energijos, o norint pereiti į žemesnį energijos lygmenį, reikia išlaisvinti energiją. Neįmanoma pakeisti energijos būsenų nepakeitus elektrono energijos. Jei į elektroną pataikys fotonas (dalelė, pernešanti elektromagnetinę spinduliuotę), jis įgis papildomos energijos ir pereis į aukštesnį energijos lygmenį (pakeis būseną), tada vėl šoktels žemyn į žemesnį energijos lygmenį, išlaisvindamas jame esančią energiją. Šis naujasis modelis buvo pavadintas Boro modeliu arba Rutherfordo-Boro modeliu. Taip atsirado visiškai nauja mokslo šaka: Kvantinė fizika.

Kvantinis modelis

1926 m. Erwinas Schrödingeris iškėlė idėją, kad elektronai veikia ir kaip banga, ir kaip dalelė; tai vadinama bangos ir dalelės dualizmu. Tai atomo modelį ir kvantinę fiziką papildė visiškai nauju sluoksniu. Jei stebite (žiūrite) į dalelę, galite sužinoti, kur ji yra erdvėje. Tačiau bangos atveju ji yra visur, todėl negalite nustatyti, kur tiksliai ji yra. Tai vadinama kvantiniu neapibrėžtumu. Kalbant apie elektroną, galite žinoti tik tikimybę, kad jis yra tam tikroje vietoje, nes jis yra ne tik dalelė, bet ir banga. (Žr. diagramą pirmiau)

Paveikslas, kuriame pavaizduotas elektronas, keičiantis energijos lygmenį ir įgyjantis bei atpalaiduojantis energiją fotonų pavidalu.


Rodomas dabartinis atominis modelis. Juodu šešėliu aplink atomą parodyta tikimybė, kad jame bus rastas elektronas. Kuo jis tamsesnis, tuo didesnė tikimybė, kad toje vietoje rasite elektroną.

Paieška pagal raidę