Тхомсон атом модел: опис и побијање
Тхомсонов атомски модел - један од најранијих модела структура атома накнадно призната као несолвентна. Први је предложио ДД. Тхомсон 1904, убрзо након открића електрона, али прије открића атомског језгра.
Прехистори
Године 1897. догодио се значајан догађај у физици: Тхомпсон Јосепх Јохн је открио електроне, експериментално потврђујући претпоставку да атом није "монолитна" честица. Међутим, није било тачне представе о томе које су основне честице. Тек ће 1911. године бити представљен прецизнији модел Рутхерфордовог атома, а прије тога се научни свијет махнито борио са "мистеријом стољећа".
Сеарцх ансвер
Након низа експеримената, испоставило се да су електрони негативно набијени, а у међувремену је већ било познато да атоми имају неутралан набој. Тхомсон је разумно предложио да би атом требао имати одређени извор позитивног набоја који би компензирао негатив набој електрона.
Енглески физичар је представио три могућа механизма интеракције унутар честица.
- У првом моделу Тхомсоновог атома, сваки негативно наелектрисани електрон се држао позитивно наелектрисане честице која га је пратила свуда унутар атома.
- У другом моделу, електрони се ротирају око централног региона позитивног набоја, који има исту величину као и сви електрони.
- У трећем моделу, електрони су заузимали простор простора, који је и сам био једнообразан позитиван набој (често назван "супа" или "облак" позитивног набоја).
Научник је изабрао трећу опцију - највјероватнију структуру атома.
Пажња јавности
Тхомсонов атомски модел 1904. објављен је у мартовском броју Пхилосопхицал Магазине, ауторитативном научном часопису Британије. Према аутору, атоми елемената се састоје од низа негативно наелектрисаних крвних зрнаца (електрона), затворених у сферу једноличне позитивне електрификације. Тхомсон је напустио своју ранију хипотезу о "магловитом атому", у којем се честице састоје од нематеријалних вртлога.
Публикација је изазвала истински интерес за научну заједницу. Међутим, она није имала чврсте доказе и, према томе, била је критикована од стране многих ауторитативних физичара. Међутим, то је одговарало идејама и експерименталним подацима који су били познати у то време.
Опис модела
Проницљив и практичан научник, Тхомсон је базирао свој атомски модел на добро познатим експерименталним подацима. Приједлог за позитиван износ накнаде одражава природу његовог научног приступа открићу, који је постао водич за акцију за будуће експерименте.
Према теорији, орбите електрона унутар Тхомсон-овог атомског модела стабилизоване су чињеницом да је, када се електрон удаљио од центра позитивно наелектрисане сфере (облака), био изложен повећању. привлачне снаге. Ова сила враћа електрон назад, јер према Гауссовом закону постоји већа концентрација позитивног набоја унутар сфере. Према моделу, електрони би се могли слободно ротирати у прстеновима, који су додатно стабилизовани интеракцијом електрона, а спектроскопске вриједности објасниле су разлике у енергији између појединачних кружних орбита.
Према идеји тог времена, електрони су били смјештени у позитивно наелектрисаној сфери попут грожђица у пити, или комадићи воћа у британском омиљеном десерту - пудингу од шљиве. Стога се концепт назива и моделом "пудинга" атома.
Дилема недоследности
Уз акумулацију експерименталних података, све се јасније уочавала неконзистентност ове теорије. Тхомсон је безуспешно покушао да преобликује свој модел како би објаснио неке од главних спектралних линија које су експериментално идентификоване за неколико елемената.
Године 1909. Ханс Геигер и Ернест Марсден под надзором професора Ернест Рутхерфорд спровели су експерименте са танким златним листом, расипањем алфа честица на златну фолију. Подаци су се разликовали од очекиваних. Рутхерфорд је 1911. године, након много размишљања, објавио свој властити концепт, касније назван Рутхерфордов атомски модел. Претпоставио је присуство веома малог језгра са најснажнијим позитивним набојем у центру атома злата, довољним да задржи око стотину електрона.
Даљи развој
Одмах након што је Рутхерфорд објавио своје резултате, Антониус Ван ден Броек је интуитивно предложио да је атомски број елемента укупан број јединица набоја присутних у њеном језгру. Хенри Мослеи 1913. је дао потребне податке како би доказао Ван ден Бруцков приједлог. Утврђено је да ефективно нуклеарно пуњење одговара атомском броју.
Овај рад је послужио као основа Ниелсу Бохру да 1913. године створи полукласични модел атома. Подсећа на интеракцију светиљки и планета у Сунчевом систему, али само са квантним ограничењима.
Вредност за науку
Тхомсонов атомски модел био је подстицај за брзи развој нуклеарне физике. Концепт "пудинга шљива" са једним електроном је 1910. године физичар Артхур Ерицх Хаас користио за процену нумеричке вредности Планкове константе и Боровог радијуса атома водоника. Хаасово дело објављено је три године пре него што је закључен Ниелс Бохр. Треба напоменути да Бохров модел пружа прилично тачне прогнозе за атомске и ионске системе који имају један ефективни електрон.
Осим тога, теорија "пудинга" вам омогућава да одредите оптималну расподелу једнаких тачкастих набоја на јединичној сфери, названој Тхомсонов проблем. Иначе, физички систем који је утјеловљен у Тхомсоновом проблему је посебан случај једног од осамнаест неријешених математичких проблема које је предложио математичар Стеве Смале - “Расподјела точака на дводимензионалној сфери”.
Тхомсонов проблем је природна посљедица модела "пудинга снопа" у одсуству једнаког позитивног позадинског набоја. Електростатичка интеракција електрона омеђених сферним квантним тачкама је такође аналогна њиховој обради у Тхомсоновом атомском моделу. У овом класичном проблему, квантна тачка се моделира као једноставна диелектрична сфера (уместо хомогене, позитивно наелектрисане сфере, као у моделу „пудинга снопа“), у којој постоје слободни или вишкови електрона.