แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม ใครเป็นผู้เสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างอะตอม? แบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างอะตอมและแผนภาพ

มีการเสนอแบบจำลองโครงสร้างอะตอมรุ่นแรกๆ เจ. ทอมสันในปี 1904 อะตอมถูกจินตนาการว่าเป็น "ทะเลแห่งไฟฟ้าเชิงบวก" โดยมีอิเล็กตรอนสั่นอยู่ในนั้น ประจุลบรวมของอิเล็กตรอนของอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเท่ากับประจุบวกรวมของมัน

ประสบการณ์ของรัทเทอร์ฟอร์ด

เพื่อทดสอบสมมติฐานของทอมสันและอื่นๆ คำจำกัดความที่แม่นยำโครงสร้างอะตอม อี. รัทเธอร์ฟอร์ดได้จัดชุดการทดลองเรื่องการกระเจิง α -อนุภาคที่มีแผ่นโลหะบาง-ฟอยล์ ในปี ค.ศ. 1910 นักเรียนของรัทเธอร์ฟอร์ด ฮันส์ ไกเกอร์และ เออร์เนสต์ มาร์สเดนได้ทำการทดลองวางระเบิด α -อนุภาคของแผ่นโลหะบางๆ พวกเขาพบว่าส่วนใหญ่ α -อนุภาคทะลุผ่านฟอยล์โดยไม่เปลี่ยนวิถีการเคลื่อนที่ และนี่ก็ไม่น่าแปลกใจถ้าเรายอมรับความถูกต้องของแบบจำลองอะตอมของทอมสัน

แหล่งที่มา α - การแผ่รังสีถูกวางไว้ในก้อนตะกั่วโดยมีช่องเจาะอยู่ในนั้นเพื่อให้สามารถรับฟลักซ์ได้ α -อนุภาคบินไปในทิศทางที่กำหนด อนุภาคอัลฟ่าเป็นอะตอมฮีเลียมที่แตกตัวเป็นไอออนสองเท่า ( ไม่ใช่ 2+). พวกมันมีประจุบวก +2 และมีมวลเกือบ 7,350 เท่าของมวลอิเล็กตรอน การขึ้นจอเคลือบด้วยซิงค์ซัลไฟด์ α - อนุภาคทำให้มันเรืองแสง และด้วยแว่นขยาย เราสามารถมองเห็นและนับแสงวาบแต่ละครั้งที่ปรากฏบนหน้าจอเมื่อแต่ละอันกระทบกับมัน α -อนุภาค ฟอยล์ถูกวางอยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดรังสีและหน้าจอ จากแสงวาบบนหน้าจอ เราสามารถตัดสินการกระเจิงได้ α -อนุภาคเช่น เกี่ยวกับการเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมเมื่อผ่านชั้นโลหะ

ปรากฎว่าคนส่วนใหญ่ α -อนุภาคทะลุผ่านฟอยล์โดยไม่เปลี่ยนทิศทาง แม้ว่าความหนาของฟอยล์จะสัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางอะตอมนับแสนก็ตาม แต่บางส่วน α -อนุภาคยังคงเบี่ยงเบนไปในมุมเล็กๆ และบางครั้งบางคราว α - อนุภาคเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่กะทันหันและแม้กระทั่ง (ประมาณ 1 ใน 100,000) ก็ถูกโยนกลับไป ราวกับว่าพวกมันเผชิญกับสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ กรณีของการเบี่ยงเบนที่รุนแรงเช่นนี้ α - สามารถสังเกตอนุภาคได้โดยการเลื่อนหน้าจอด้วยแว่นขยายตามแนวส่วนโค้ง

จากผลการทดลองนี้สามารถสรุปได้ ข้อสรุปดังต่อไปนี้:

1. มี "อุปสรรค" บางอย่างอยู่ในอะตอมซึ่งเรียกว่านิวเคลียส
2. นิวเคลียสมีประจุบวก (มิฉะนั้นจะมีประจุบวก α -อนุภาคจะไม่ถูกสะท้อนกลับ)
3. นิวเคลียสมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับขนาดของอะตอม (เพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น) α -อนุภาคเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่)
4. นิวเคลียสมีมวลมากเมื่อเทียบกับมวล α -อนุภาค

รัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายผลการทดลองโดยการเสนอ แบบจำลอง "ดาวเคราะห์" ของอะตอมซึ่งเปรียบเสมือนเขา ระบบสุริยะ. ตามแบบจำลองของดาวเคราะห์ ที่ใจกลางอะตอมจะมีนิวเคลียสที่เล็กมาก ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าขนาดของอะตอมประมาณ 100,000 เท่า นิวเคลียสนี้มีมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมและมีประจุบวก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียส ซึ่งจำนวนนี้จะถูกกำหนดโดยประจุของนิวเคลียส วิถีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายนอกเป็นตัวกำหนด มิติภายนอกอะตอม. เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมอยู่ที่ 10 -8 ซม. และเส้นผ่านศูนย์กลางของนิวเคลียสอยู่ที่ 10 -13 ۞ 10 -12 ซม.

ยิ่งประจุของนิวเคลียสของอะตอมมากเท่าใด แรงผลักจากนิวเคลียสก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น α -อนุภาค มักจะเกิดกรณีของการเบี่ยงเบนที่รุนแรงมากขึ้น α -อนุภาคที่ผ่านชั้นโลหะจากทิศทางเริ่มต้นของการเคลื่อนที่ ดังนั้นการทดลองกระเจิง α -อนุภาคช่วยให้ไม่เพียงแต่ตรวจจับการมีอยู่ของนิวเคลียสของอะตอมเท่านั้น แต่ยังตรวจสอบประจุของมันด้วย จากการทดลองของรัทเธอร์ฟอร์ด ตามมาด้วยว่าประจุของนิวเคลียส (แสดงเป็นหน่วยประจุอิเล็กตรอน) จะเป็นตัวเลขเท่ากับเลขลำดับขององค์ประกอบในตารางธาตุ สิ่งนี้ได้รับการยืนยันแล้ว จี. โมสลีย์ซึ่งก่อตั้งเมื่อปี พ.ศ. 2456 เป็นการเชื่อมโยงอย่างง่ายระหว่างความยาวคลื่นของเส้นบางเส้นในสเปกตรัมรังสีเอกซ์ของธาตุกับเลขอะตอม และ ดี. แชดวิคซึ่งในปี พ.ศ. 2463 ได้กำหนดประจุของนิวเคลียสของอะตอมของธาตุจำนวนหนึ่งด้วยความแม่นยำอย่างยิ่งโดยการกระเจิง α -อนุภาค

ความหมายทางกายภาพของหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบในระบบคาบถูกสร้างขึ้น: หมายเลขซีเรียลกลายเป็นค่าคงที่ที่สำคัญที่สุดขององค์ประกอบซึ่งแสดงประจุบวกของนิวเคลียสของอะตอมของมัน จากความเป็นกลางทางไฟฟ้าของอะตอม จะตามมาว่าจำนวนอิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสเท่ากับเลขอะตอมของธาตุ

การค้นพบนี้ให้เหตุผลใหม่ในการจัดเรียงองค์ประกอบในตารางธาตุ ในเวลาเดียวกัน ยังได้ขจัดความขัดแย้งที่ชัดเจนในระบบเมนเดเลเยฟ นั่นคือตำแหน่งของธาตุบางชนิดที่มีมวลอะตอมสูงกว่าธาตุที่มีมวลอะตอมต่ำกว่า (เทลลูเรียมและไอโอดีน อาร์กอนและโพแทสเซียม โคบอลต์และนิกเกิล) ปรากฎว่าไม่มีความขัดแย้งที่นี่เนื่องจากตำแหน่งขององค์ประกอบในระบบถูกกำหนดโดยประจุของนิวเคลียสของอะตอม เป็นที่ยอมรับจากการทดลองว่าประจุนิวเคลียร์ของอะตอมเทลลูเรียมคือ 52 และประจุของอะตอมไอโอดีนคือ 53 ดังนั้นเทลลูเรียมถึงแม้จะมีมวลอะตอมมากก็ต้องมาก่อนไอโอดีน ในทำนองเดียวกันประจุของนิวเคลียสของอาร์กอนและโพแทสเซียมนิกเกิลและโคบอลต์จะสอดคล้องกับลำดับการจัดเรียงองค์ประกอบเหล่านี้ในระบบอย่างสมบูรณ์

ดังนั้นประจุของนิวเคลียสของอะตอมจึงเป็นปริมาณพื้นฐานที่คุณสมบัติขององค์ประกอบและตำแหน่งขององค์ประกอบในตารางธาตุขึ้นอยู่กับ นั่นเป็นเหตุผล กฎเป็นระยะของเมนเดเลเยฟ ปัจจุบันสามารถกำหนดได้ดังนี้:

คุณสมบัติขององค์ประกอบและสารเชิงซ้อนและซับซ้อนที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับประจุของนิวเคลียสของอะตอมของธาตุเป็นระยะ ๆ

การกำหนดเลขลำดับของธาตุตามประจุของนิวเคลียสของอะตอม ทำให้สามารถกำหนดจำนวนตำแหน่งทั้งหมดในตารางธาตุระหว่างไฮโดรเจนซึ่งมีเลขลำดับ 1 และยูเรเนียม (เลขอะตอม 92) ซึ่งในขณะนั้น เวลาถือเป็นสมาชิกตัวสุดท้ายของระบบธาตุ เมื่อทฤษฎีโครงสร้างอะตอมถูกสร้างขึ้น ตำแหน่งที่ 43, 61, 72, 75, 85 และ 87 ยังคงว่างเปล่า ซึ่งบ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ของการมีอยู่ขององค์ประกอบที่ยังไม่ถูกค้นพบ อันที่จริงในปี พ.ศ. 2465 มีการค้นพบธาตุฮาฟเนียม ซึ่งเกิดขึ้น 72 ธาตุ จากนั้นในปี พ.ศ. 2468 รีเนียมซึ่งเกิดขึ้น 75 องค์ประกอบที่ควรครอบครองพื้นที่ว่างสี่แห่งที่เหลือในตารางกลายเป็นสารกัมมันตภาพรังสีและไม่พบในธรรมชาติ แต่ได้มาจากการประดิษฐ์ ธาตุใหม่มีชื่อว่าเทคนีเชียม (หมายเลขซีเรียล 43), โพรมีเทียม (61), แอสทาทีน (85) และแฟรนเซียม (87) ปัจจุบันเซลล์ทั้งหมดในตารางธาตุระหว่างไฮโดรเจนและยูเรเนียมเต็มไปหมด อย่างไรก็ตาม ตารางธาตุเองก็ยังไม่สมบูรณ์

สเปกตรัมอะตอม

แบบจำลองดาวเคราะห์เป็นก้าวสำคัญในทฤษฎีโครงสร้างอะตอม อย่างไรก็ตาม ในบางประเด็นมันขัดแย้งกับข้อเท็จจริงที่เป็นที่ยอมรับอย่างมั่นคง ลองพิจารณาความขัดแย้งสองประการดังกล่าว

ประการแรก ทฤษฎีของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่สามารถอธิบายความเสถียรของอะตอมได้ อิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสที่มีประจุบวกควรปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในรูปของคลื่นแสงเช่นเดียวกับประจุไฟฟ้าที่สั่น แต่โดยการเปล่งแสง อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานบางส่วน ซึ่งนำไปสู่ความไม่สมดุลระหว่างแรงเหวี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการหมุนของอิเล็กตรอนและแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตของอิเล็กตรอนไปยังนิวเคลียส เพื่อคืนความสมดุล อิเล็กตรอนจะต้องเคลื่อนที่เข้าใกล้นิวเคลียสมากขึ้น ดังนั้นอิเล็กตรอนที่ปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องและเคลื่อนที่เป็นเกลียวจะเข้าใกล้นิวเคลียส เมื่อพลังงานหมดลงแล้ว จะต้อง "ตก" ไปยังนิวเคลียส และอะตอมก็จะสิ้นสุดลง ข้อสรุปนี้ขัดแย้งกับคุณสมบัติที่แท้จริงของอะตอมซึ่งเป็นการก่อตัวที่มั่นคงและสามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่ถูกทำลายเป็นเวลานานมาก

ประการที่สอง แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ดนำไปสู่ข้อสรุปที่ไม่ถูกต้องเกี่ยวกับธรรมชาติของสเปกตรัมอะตอม เมื่อแสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่เป็นของแข็งหรือของเหลวร้อนถูกส่งผ่านปริซึมแก้วหรือควอตซ์ จะสังเกตเห็นสิ่งที่เรียกว่าสเปกตรัมต่อเนื่องบนหน้าจอที่วางอยู่ด้านหลังปริซึม ซึ่งส่วนที่มองเห็นได้จะเป็นแถบสีที่มีสีทั้งหมดของปริซึม รุ้ง. ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการแผ่รังสีของวัตถุที่เป็นของแข็งหรือของเหลวร้อนประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่างๆ คลื่นที่มีความถี่ต่างกันจะหักเหต่างกันโดยปริซึมและตกลงมา สถานที่ที่แตกต่างกันหน้าจอ. ชุดความถี่ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากสารเรียกว่าสเปกตรัมการแผ่รังสี ในทางกลับกัน สสารจะดูดซับรังสีที่ความถี่บางความถี่ การรวมกันของอย่างหลังเรียกว่าสเปกตรัมการดูดซึมของสาร

เพื่อให้ได้สเปกตรัม คุณสามารถใช้ตะแกรงเลี้ยวเบนแทนปริซึมได้ หลังเป็นแผ่นกระจกบนพื้นผิวซึ่งมีการใช้จังหวะขนานบาง ๆ ในระยะห่างที่ใกล้กันมาก (มากถึง 1,500 จังหวะต่อ 1 มม.) เมื่อผ่านตะแกรงดังกล่าว แสงจะสลายตัวและสร้างสเปกตรัมคล้ายกับที่ได้รับจากปริซึม การเลี้ยวเบนมีอยู่ในการเคลื่อนที่ของคลื่นใดๆ และทำหน้าที่เป็นข้อพิสูจน์หลักอย่างหนึ่งเกี่ยวกับธรรมชาติของคลื่นของแสง

เมื่อได้รับความร้อน สารจะปล่อยรังสีออกมา (รังสี) ถ้ารังสีมีความยาวคลื่นเดียว จะเรียกว่าเอกรงค์เดียว ในกรณีส่วนใหญ่ การแผ่รังสีจะมีลักษณะเฉพาะโดยมีความยาวคลื่นหลายช่วง เมื่อรังสีถูกสลายเป็นส่วนประกอบที่มีสีเดียว จะได้สเปกตรัมของรังสี โดยที่ส่วนประกอบแต่ละส่วนจะแสดงเป็นเส้นสเปกตรัม

สเปกตรัมที่ได้จากการปล่อยจากอะตอมอิสระหรืออะตอมที่มีพันธะอย่างอ่อน (เช่น ในก๊าซหรือไอระเหย) เรียกว่าสเปกตรัมอะตอม

การแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากของแข็งหรือของเหลวจะให้สเปกตรัมต่อเนื่องเสมอ รังสีที่ปล่อยออกมาจากก๊าซและไอร้อน แทนที่จะเป็นรังสี ของแข็งและของเหลวนั้นมีความยาวคลื่นเพียงบางช่วงเท่านั้น ดังนั้น แทนที่จะแสดงแถบต่อเนื่องบนหน้าจอ คุณจะได้เส้นสีต่างๆ เรียงกันโดยคั่นด้วยช่องว่างที่มืด จำนวนและตำแหน่งของท่อเหล่านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของก๊าซร้อนหรือไอน้ำ ดังนั้นไอโพแทสเซียมจึงสร้างสเปกตรัมที่ประกอบด้วยสามเส้น - สีแดงสองเส้นและสีม่วงหนึ่งเส้น ในสเปกตรัมของไอแคลเซียมจะมีเส้นสีแดง เหลือง และเขียวหลายเส้น เป็นต้น

การแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากของแข็งหรือของเหลวจะให้สเปกตรัมต่อเนื่องเสมอ รังสีที่ปล่อยออกมาจากก๊าซและไอร้อน แตกต่างจากรังสีจากของแข็งและของเหลวตรงที่มีความยาวคลื่นเพียงบางช่วงเท่านั้น ดังนั้น แทนที่จะแสดงแถบต่อเนื่องบนหน้าจอ คุณจะได้เส้นสีต่างๆ เรียงกันโดยคั่นด้วยช่องว่างที่มืด จำนวนและตำแหน่งของท่อเหล่านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของก๊าซร้อนหรือไอน้ำ ดังนั้นไอโพแทสเซียมจึงให้สเปกตรัมที่ประกอบด้วยสามเส้น - สีแดงสองเส้นและสีม่วงหนึ่งเส้น ในสเปกตรัมของไอแคลเซียมจะมีเส้นสีแดง เหลือง และเขียวหลายเส้น เป็นต้น

สเปกตรัมดังกล่าวเรียกว่าสเปกตรัมเส้น พบว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมของก๊าซมีสเปกตรัมแบบเส้น ซึ่งเส้นสเปกตรัมสามารถนำมารวมกันเป็นอนุกรมได้

ในแต่ละชุด การจัดเรียงเส้นจะสอดคล้องกับรูปแบบที่กำหนด สามารถอธิบายความถี่ของแต่ละบรรทัดได้ สูตรบาล์มเมอร์:

ความจริงที่ว่าอะตอมของแต่ละองค์ประกอบให้สเปกตรัมที่แน่นอนโดยสมบูรณ์ซึ่งมีอยู่ในองค์ประกอบนี้เท่านั้นและความเข้มของเส้นสเปกตรัมที่สอดคล้องกันจะสูงกว่า ยิ่งเนื้อหาขององค์ประกอบในตัวอย่างที่ถ่ายมานั้นสูงขึ้นเท่าใด ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการกำหนดคุณภาพ และองค์ประกอบเชิงปริมาณของสารและวัสดุ วิธีการวิจัยนี้เรียกว่า การวิเคราะห์สเปกตรัม.

แบบจำลองดาวเคราะห์ของโครงสร้างของอะตอมไม่สามารถอธิบายสเปกตรัมเส้นสเปกตรัมของการปล่อยอะตอมไฮโดรเจนได้ ซึ่งน้อยกว่ามากจากการรวมกันของเส้นสเปกตรัมในอนุกรม อิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสจะต้องเข้าใกล้นิวเคลียสและเปลี่ยนความเร็วอย่างต่อเนื่อง ความถี่ของแสงที่ปล่อยออกมานั้นถูกกำหนดโดยความถี่ของการหมุนของมัน ดังนั้นจึงต้องเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าสเปกตรัมการปล่อยก๊าซของอะตอมจะต้องต่อเนื่องและต่อเนื่อง ตามแบบจำลองนี้ ความถี่ของการแผ่รังสีของอะตอมจะต้องเท่ากับความถี่เชิงกลของการสั่นสะเทือนหรือเป็นจำนวนเท่าของความถี่นั้น ซึ่งไม่สอดคล้องกับสูตรของบัลเมอร์ ดังนั้นทฤษฎีของรัทเทอร์ฟอร์ดจึงไม่สามารถอธิบายการมีอยู่ของอะตอมที่เสถียรหรือการมีอยู่ของสเปกตรัมเส้นของมันได้

ทฤษฎีควอนตัมของแสง

ในปี 1900 เอ็ม. พลังค์แสดงให้เห็นว่าความสามารถของวัตถุที่ได้รับความร้อนในการแผ่รังสีสามารถอธิบายได้อย่างถูกต้องในเชิงปริมาณโดยสมมติว่าพลังงานรังสีถูกปล่อยออกมาและดูดซับโดยวัตถุไม่ต่อเนื่อง แต่แยกกัน กล่าวคือ ในส่วนแยก - ควอนตัม ขณะเดียวกันก็มีพลังงาน อีแต่ละส่วนดังกล่าวสัมพันธ์กับความถี่การแผ่รังสีโดยความสัมพันธ์ที่เรียกว่า สมการของพลังค์:

พลังค์นั่นเอง เป็นเวลานานเชื่อว่าการปล่อยและการดูดกลืนแสงด้วยควอนตัมเป็นคุณสมบัติของวัตถุที่เปล่งออกมา ไม่ใช่ตัวรังสีเองซึ่งมีความสามารถในการมีพลังงานใดๆ จึงสามารถดูดซับได้อย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตามในปี พ.ศ. 2448 ไอน์สไตน์จากการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกได้ข้อสรุปว่าพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (การแผ่รังสี) มีอยู่ในรูปของควอนตัมเท่านั้น ดังนั้นการแผ่รังสีจึงเป็นกระแสของ "อนุภาค" ของวัสดุที่แบ่งแยกไม่ได้ (โฟตอน) ซึ่งพลังงานนั้นคือ กำหนดโดย สมการของพลังค์.

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคคือการปล่อยอิเล็กตรอนโดยโลหะภายใต้อิทธิพลของแสงที่ตกกระทบกับโลหะ ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในปี พ.ศ. 2431-2433 เอ.จี. สโตเลตอฟ. หากคุณวางการติดตั้งไว้ในสุญญากาศและนำไปใช้กับบันทึก มศักย์ไฟฟ้าเชิงลบ จะไม่มีกระแสใดถูกสังเกตในวงจรเนื่องจากในช่องว่างระหว่างแผ่นและกริดไม่มีอนุภาคที่มีประจุที่สามารถบรรทุกได้ ไฟฟ้า. แต่เมื่อแผ่นถูกส่องสว่างด้วยแหล่งกำเนิดแสง กัลวาโนมิเตอร์จะตรวจจับการเกิดขึ้นของกระแสไฟฟ้า (เรียกว่าโฟโตปัจจุบัน) ซึ่งเป็นพาหะของกระแสไฟฟ้าที่เป็นอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากโลหะด้วยแสง

ปรากฎว่าเมื่อความเข้มของแสงเปลี่ยนไปเฉพาะจำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากโลหะเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลงนั่นคือ ความแรงของกระแสไฟ แต่พลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่ปล่อยออกมาจากโลหะนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของการส่องสว่าง แต่จะเปลี่ยนแปลงเฉพาะเมื่อความถี่ของแสงที่ตกกระทบบนโลหะเปลี่ยนแปลงเท่านั้น เมื่อความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น (เช่น ความถี่ลดลง) พลังงานของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากโลหะจะลดลง และจากนั้นที่ความยาวคลื่นเฉพาะของโลหะแต่ละชนิด เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคจะหายไปและไม่ปรากฏแม้ในเวลามาก ความเข้มของแสงสูง ดังนั้น เมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีแดงหรือสีส้ม โซเดียมจะไม่แสดงเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก และเริ่มปล่อยอิเล็กตรอนที่ความยาวคลื่นน้อยกว่า 590 นาโนเมตรเท่านั้น (แสงสีเหลือง) ในลิเธียม ตรวจพบเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคที่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าเดิม โดยเริ่มจาก 516 นาโนเมตร (แสงสีเขียว) และการดีดตัวของอิเล็กตรอนจากแพลตตินัมภายใต้อิทธิพลของแสงที่มองเห็นจะไม่เกิดขึ้นเลยและเริ่มต้นเมื่อแพลตตินัมถูกฉายรังสีอัลตราไวโอเลตเท่านั้น

คุณสมบัติเหล่านี้ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกไม่สามารถอธิบายได้อย่างสมบูรณ์จากมุมมองของทฤษฎีคลื่นคลาสสิกของแสง ตามที่ควรจะกำหนดเอฟเฟกต์ (สำหรับโลหะที่กำหนด) โดยปริมาณพลังงานที่ดูดซับโดยพื้นผิวโลหะต่อหน่วยเวลาเท่านั้น แต่ ไม่ควรขึ้นอยู่กับชนิดของรังสีที่ตกกระทบบนโลหะ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติเดียวกันนี้จะได้รับคำอธิบายที่ง่ายและน่าเชื่อถือหากเราถือว่าการแผ่รังสีประกอบด้วยแต่ละส่วนหรือโฟตอนซึ่งมีพลังงานจำเพาะมาก

ในความเป็นจริง อิเล็กตรอนในโลหะจับกับอะตอมของโลหะ ดังนั้นจึงต้องใช้พลังงานบางอย่างเพื่อฉีกมันออก หากโฟตอนมีพลังงานตามจำนวนที่ต้องการ (และพลังงานของโฟตอนถูกกำหนดโดยความถี่ของการแผ่รังสี) อิเล็กตรอนจะถูกดีดออกมาและจะสังเกตผลของโฟโตอิเล็กทริก ในกระบวนการโต้ตอบกับโลหะ โฟตอนจะให้พลังงานแก่อิเล็กตรอนโดยสมบูรณ์ เนื่องจากโฟตอนไม่สามารถแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ได้ พลังงานของโฟตอนจะถูกใช้ไปบางส่วนในการทำลายพันธะระหว่างอิเล็กตรอนกับโลหะ และบางส่วนจะใช้ไปกับการให้พลังงานจลน์ในการเคลื่อนที่แก่อิเล็กตรอน ดังนั้นพลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนที่ถูกกระแทกออกจากโลหะจะต้องไม่มากกว่าความแตกต่างระหว่างพลังงานโฟตอนและพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนกับอะตอมของโลหะ ด้วยเหตุนี้ เมื่อจำนวนโฟตอนที่ตกกระทบบนพื้นผิวโลหะเพิ่มขึ้นต่อหนึ่งหน่วยเวลา (เช่น ด้วยความเข้มของการส่องสว่างที่เพิ่มขึ้น) จำนวนอิเล็กตรอนที่ขับออกจากโลหะเท่านั้นจึงจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของโฟโตปัจจุบัน แต่พลังงานของอิเล็กตรอนแต่ละตัวจะไม่เพิ่มขึ้น หากพลังงานโฟตอนน้อยกว่าพลังงานขั้นต่ำที่ต้องใช้เพื่อขับอิเล็กตรอนออกมา จะไม่พบเอฟเฟกต์โฟตอนอิเล็กทริกสำหรับโฟตอนที่ตกกระทบบนโลหะจำนวนเท่าใดก็ได้ กล่าวคือ ที่ความเข้มของแสงใดๆ

ทฤษฎีควอนตัมของแสง, ที่พัฒนา ไอน์สไตน์สามารถอธิบายได้ไม่เพียงแต่คุณสมบัติของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปแบบของการกระทำทางเคมีของแสง การพึ่งพาอุณหภูมิของความจุความร้อนของของแข็ง และปรากฏการณ์อื่น ๆ อีกมากมาย มีประโยชน์อย่างมากในการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุล

จาก ทฤษฎีควอนตัมแสงตามมาว่าโฟตอนไม่สามารถกระจายตัวได้: มันมีปฏิกิริยาโดยรวมกับอิเล็กตรอนของโลหะโดยผลักมันออกจากแผ่น โดยรวมแล้วจะมีปฏิกิริยากับสารที่ไวต่อแสงของฟิล์มถ่ายภาพทำให้มืดลง ณ จุดหนึ่ง เป็นต้น ในแง่นี้ โฟตอนจะมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค กล่าวคือ แสดงคุณสมบัติทางร่างกาย อย่างไรก็ตาม โฟตอนก็มีคุณสมบัติเป็นคลื่นเช่นกัน ซึ่งแสดงออกมาในธรรมชาติของคลื่นของการแพร่กระจายของแสง ในความสามารถของโฟตอนในการรบกวนและการเลี้ยวเบน โฟตอนแตกต่างจากอนุภาคในความหมายดั้งเดิมตรงที่ไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนในอวกาศได้ เช่นเดียวกับตำแหน่งที่แน่นอนของคลื่นใดๆ แต่มันก็แตกต่างจากคลื่น "คลาสสิก" ตรงที่ไม่สามารถแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ได้ ผสมผสานกล้ามเนื้อและ คุณสมบัติของคลื่นพูดอย่างเคร่งครัด โฟตอนไม่ใช่ทั้งอนุภาคหรือคลื่น มีลักษณะเป็นคู่ระหว่างอนุภาคและคลื่น

ความคิดที่ว่าอะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารเกิดขึ้นครั้งแรกในระหว่างนั้น กรีกโบราณ. แต่เฉพาะใน ปลาย XVIIIศตวรรษต้องขอบคุณผลงานของนักวิทยาศาสตร์เช่น A. Lavoisier, M.V. Lomonosov และคนอื่น ๆ อีกมากมายที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าอะตอมมีอยู่จริง อย่างไรก็ตาม ในสมัยนั้นไม่มีใครสงสัยว่าโครงสร้างภายในของพวกเขาคืออะไร นักวิทยาศาสตร์ยังคงถือว่าอะตอมเป็น "ส่วนประกอบ" ที่แยกไม่ออกซึ่งประกอบขึ้นเป็นสสารทั้งหมด

พยายามอธิบายโครงสร้างของอะตอม

ใครคือนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ ความพยายามครั้งแรกในการสร้างแบบจำลองอนุภาคเหล่านี้เป็นของ J. Thomson อย่างไรก็ประสบความสำเร็จใน. ในทุกแง่มุมคำนี้ไม่สามารถใช้อธิบายได้ ทอมสันเชื่อว่าอะตอมเป็นระบบทรงกลมและเป็นกลางทางไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าประจุบวกมีการกระจายเท่าๆ กันตลอดปริมาตรของลูกบอลนี้ และภายในนั้นมีนิวเคลียสที่มีประจุลบ ความพยายามทั้งหมดของนักวิทยาศาสตร์ในการอธิบายโครงสร้างภายในของอะตอมไม่ประสบผลสำเร็จ Ernest Rutherford เป็นผู้เสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างของอะตอมไม่กี่ปีหลังจากที่ Thomson หยิบยกทฤษฎีของเขาขึ้นมา

ประวัติความเป็นมาของการวิจัย

ด้วยการค้นคว้าเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลซิสในปี 1833 ฟาราเดย์สามารถระบุได้ว่ากระแสในสารละลายอิเล็กโทรไลต์คือการไหลของอนุภาคที่มีประจุหรือไอออน จากการศึกษาเหล่านี้ เขาสามารถระบุประจุขั้นต่ำของไอออนได้ นอกจากนี้ D.I. Mendeleev นักเคมีในประเทศยังมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาทิศทางนี้ในวิชาฟิสิกส์ เขาเป็นคนแรกที่ตั้งคำถามในแวดวงวิทยาศาสตร์ว่าอะตอมทั้งหมดสามารถมีลักษณะที่เหมือนกันได้ เราจะเห็นว่าก่อนที่จะเสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ของรัทเธอร์ฟอร์ดของโครงสร้างของอะตอมเป็นครั้งแรก นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ดำเนินการ จำนวนมากการทดลองที่สำคัญไม่น้อย พวกเขาพัฒนาทฤษฎีอะตอมของโครงสร้างของสสาร

การทดลองครั้งแรก

รัทเทอร์ฟอร์ดเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่เก่งกาจอย่างแท้จริง เพราะการค้นพบของเขาได้ปฏิวัติความเข้าใจในโครงสร้างของสสาร ในปีพ. ศ. 2454 เขาสามารถสร้างการทดลองได้ด้วยความช่วยเหลือซึ่งนักวิจัยสามารถมองเข้าไปในส่วนลึกอันลึกลับของอะตอมและเข้าใจว่าโครงสร้างภายในของมันคืออะไร อย่างไรก็ตาม การทดลองครั้งแรกดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์โดยได้รับการสนับสนุนจากนักวิจัยคนอื่นๆ บทบาทหลักในช่องเปิดยังคงเป็นของรัทเทอร์ฟอร์ด

การทดลอง

ด้วยการใช้แหล่งกำเนิดรังสีกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ รัทเทอร์ฟอร์ดสามารถสร้างปืนใหญ่ที่ปล่อยกระแสอนุภาคแอลฟาออกมาได้ มันเป็นกล่องที่ทำจากตะกั่ว ภายในมีสารกัมมันตภาพรังสีอยู่ มีช่องในปืนที่อนุญาตให้อนุภาคอัลฟ่าทั้งหมดชนกับตะแกรงตะกั่ว พวกมันสามารถบินออกไปทางช่องเท่านั้น ในเส้นทางของลำแสงอนุภาคกัมมันตรังสีนี้มีหน้าจออีกหลายช่อง

พวกเขาแยกอนุภาคที่เบี่ยงเบนไปจากทิศทางที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ โจมตีเป้าหมายที่มุ่งเป้าไว้อย่างเข้มงวด Rutherford ใช้แผ่นฟอยล์สีทองบางๆ เป็นเป้าหมาย เมื่ออนุภาคกระทบแผ่นนี้ พวกมันยังคงเคลื่อนที่ต่อไปและชนกับฉากฟลูออเรสเซนต์ที่ติดตั้งอยู่ด้านหลังเป้าหมายนี้ในที่สุด เมื่ออนุภาคอัลฟากระทบหน้าจอนี้ แสงวาบจะถูกบันทึก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถตัดสินได้ว่ามีอนุภาคที่เบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมเมื่อชนกับฟอยล์จำนวนเท่าใด และขนาดของความเบี่ยงเบนนี้มีค่าเท่าใด

ความแตกต่างจากการทดลองครั้งก่อน

เด็กนักเรียนและนักเรียนที่สนใจว่าใครเสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างอะตอมควรรู้: มีการทดลองที่คล้ายกันในวิชาฟิสิกส์ก่อนรัทเธอร์ฟอร์ด แนวคิดหลักของพวกเขาคือการรวบรวมข้อมูลให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมจากการเบี่ยงเบนของอนุภาคจากวิถีโคจรดั้งเดิม การศึกษาทั้งหมดนี้นำไปสู่การสะสมข้อมูลทางวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งและกระตุ้นให้เกิดความคิด โครงสร้างภายในอนุภาคที่เล็กที่สุด

เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่าอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ แต่ในหมู่นักวิจัยส่วนใหญ่ ความคิดเห็นที่แพร่หลายก็คือภายในอะตอมนั้นเหมือนกับตารางที่เต็มไปด้วยอนุภาคที่มีประจุลบมากกว่า การทดลองดังกล่าวทำให้สามารถรับข้อมูลได้มากมาย เช่น เพื่อกำหนดมิติทางเรขาคณิตของอะตอม

เดาเก่ง

รัทเทอร์ฟอร์ดสังเกตเห็นว่าไม่มีคนรุ่นก่อนๆ ของเขาคนใดเคยพยายามที่จะตัดสินว่าอนุภาคอัลฟาสามารถเบี่ยงเบนไปจากมุมที่กว้างมากจากวิถีของมันได้หรือไม่ แบบจำลองก่อนหน้านี้บางครั้งเรียกว่า "พุดดิ้งลูกเกด" ในหมู่นักวิทยาศาสตร์ (เพราะตามแบบจำลองนี้ อิเล็กตรอนในอะตอมมีการกระจายเหมือนลูกเกดในพุดดิ้ง) ไม่อนุญาตให้มีส่วนประกอบหนาแน่นของโครงสร้างภายในอะตอม ไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนใดใส่ใจที่จะพิจารณาทางเลือกนี้ด้วยซ้ำ นักวิจัยขอให้นักเรียนติดตั้งการติดตั้งใหม่ในลักษณะที่มีการบันทึกการเบี่ยงเบนขนาดใหญ่ของอนุภาคจากวิถีโคจร - เพียงเพื่อไม่รวมความเป็นไปได้นี้ ลองนึกภาพความประหลาดใจของทั้งนักวิทยาศาสตร์และนักเรียนของเขาเมื่อปรากฎว่ามีอนุภาคบางส่วนกระจัดกระจายในมุม 180 องศา

มีอะไรอยู่ภายในอะตอม?

เราพบว่าใครเสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างของอะตอมและประสบการณ์ของนักวิทยาศาสตร์คนนี้คืออะไร ในเวลานั้น การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดถือเป็นความก้าวหน้าอย่างแท้จริง เขาถูกบังคับให้สรุปว่าภายในอะตอม มวลส่วนใหญ่บรรจุอยู่ในสสารที่มีความหนาแน่นมาก แผนภาพของแบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างของอะตอมนั้นง่ายมาก: ภายในมีนิวเคลียสที่มีประจุบวก

อนุภาคอื่นๆ ที่เรียกว่าอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสนี้ ที่เหลือก็มีความหนาแน่นน้อยกว่าหลายเท่า การจัดเรียงอิเล็กตรอนภายในอะตอมไม่วุ่นวาย - อนุภาคถูกจัดเรียงตามลำดับพลังงานที่เพิ่มขึ้น นักวิจัยเรียกส่วนภายในของนิวเคลียสของอะตอม ชื่อที่นักวิทยาศาสตร์แนะนำยังคงใช้ในทางวิทยาศาสตร์จนถึงทุกวันนี้

ต้องเตรียมตัวอย่างไรสำหรับบทเรียน?

เด็กนักเรียนที่สนใจผู้ที่เสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างอะตอมสามารถแสดงความรู้เพิ่มเติมในบทเรียนได้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับวิธีที่ Rutherford หลังจากการทดลองของเขาชอบที่จะเปรียบเทียบการค้นพบของเขา ปืนสำหรับกลุ่มกบฏกำลังถูกลักลอบเข้าไปในประเทศทางตอนใต้ของทวีปแอฟริกา ซึ่งบรรจุอยู่ในกองฝ้าย เจ้าหน้าที่ศุลกากรจะระบุได้อย่างไรว่าสิ่งของอันตรายนั้นอยู่ที่ใด หากรถไฟเต็มไปด้วยก้อนเหล่านี้ เจ้าหน้าที่ศุลกากรอาจเริ่มยิงไปที่มัดฟาง และจุดที่กระสุนจะแฉลบคือตำแหน่งของอาวุธ รัทเทอร์ฟอร์ดเน้นย้ำว่านี่คือวิธีการค้นพบของเขาอย่างแน่นอน

สำหรับเด็กนักเรียนที่กำลังเตรียมตอบหัวข้อนี้ในชั้นเรียนแนะนำให้เตรียมคำตอบสำหรับคำถามต่อไปนี้:

1. ใครเป็นผู้เสนอแบบจำลองนิวเคลียร์ของโครงสร้างอะตอม?

2. จุดประสงค์ของการทดลองคืออะไร?

3. ข้อแตกต่างระหว่างโมเดลนิวเคลียร์กับโมเดลอื่นๆ

ความสำคัญของทฤษฎีของรัทเทอร์ฟอร์ด

ข้อสรุปที่รุนแรงที่รัทเทอร์ฟอร์ดได้จากการทดลองของเขาทำให้คนรุ่นราวคราวเดียวกันหลายคนสงสัยความจริงของแบบจำลองนี้ แม้แต่รัทเทอร์ฟอร์ดเองก็ไม่มีข้อยกเว้น - เขาตีพิมพ์ผลการวิจัยของเขาเพียงสองปีหลังจากการค้นพบ โดยยึดแนวคิดคลาสสิกว่าอนุภาคขนาดเล็กเคลื่อนที่อย่างไร เขาเสนอแบบจำลองโครงสร้างอะตอมของดาวเคราะห์นิวเคลียร์ โดยรวมแล้วอะตอมมีประจุเป็นกลาง อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียส เช่นเดียวกับที่ดาวเคราะห์หมุนรอบดวงอาทิตย์ การเคลื่อนไหวนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงคูลอมบ์ ในขณะนี้ แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ดได้รับการปรับเปลี่ยนอย่างมีนัยสำคัญ แต่การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ไม่ได้สูญเสียความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน

ในปี 1903 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ทอมสัน เสนอแบบจำลองอะตอม ซึ่งเรียกติดตลกว่า "ขนมปังลูกเกด" ตามเวอร์ชันของเขา อะตอมคือทรงกลมที่มีประจุบวกสม่ำเสมอ ซึ่งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะกระจายตัวเหมือนลูกเกด

อย่างไรก็ตาม การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับอะตอมแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีนี้ไม่สามารถป้องกันได้ และไม่กี่ปีต่อมา รัทเธอร์ฟอร์ด นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษอีกคน ได้ทำการทดลองหลายครั้ง จากผลที่ได้ เขาได้สร้างสมมติฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมซึ่งยังคงเป็นที่ยอมรับในระดับสากล

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด: ข้อเสนอแบบจำลองอะตอมของเขาเอง

ในการทดลองของเขา รัทเทอร์ฟอร์ดส่งลำแสงอนุภาคอัลฟาผ่านแผ่นฟอยล์สีทองบางๆ ทองคำถูกเลือกเนื่องจากความเหนียวซึ่งทำให้สามารถสร้างฟอยล์บางมากซึ่งมีความหนาเกือบหนึ่งชั้นของโมเลกุลได้ ด้านหลังฟอยล์มีฉากพิเศษซึ่งส่องสว่างเมื่อถูกอนุภาคอัลฟ่าที่ตกลงมาถล่ม ตามทฤษฎีของทอมสัน อนุภาคแอลฟาควรจะผ่านฟอยล์ไปได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง โดยเบนไปทางด้านข้างเล็กน้อยมาก อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าอนุภาคบางส่วนมีพฤติกรรมเช่นนี้ และมีชิ้นส่วนเล็กๆ มากเด้งกลับ เหมือนไปชนอะไรสักอย่าง

นั่นคือเป็นที่ยอมรับว่าภายในอะตอมมีบางสิ่งที่เป็นของแข็งและเล็กซึ่งอนุภาคอัลฟ่าจะกระเด้งกลับ ตอนนั้นเองที่ Rutherford ได้เสนอแบบจำลองดาวเคราะห์ของโครงสร้างของอะตอม แบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ของรัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายผลลัพธ์ของการทดลองของเขาและของเพื่อนร่วมงานของเขา จนถึงวันนี้ก็ยังไม่ได้มีการเสนอ รุ่นที่ดีที่สุดแม้ว่าบางแง่มุมของทฤษฎีนี้ยังไม่เห็นด้วยกับการปฏิบัติในวิทยาศาสตร์บางสาขาที่แคบมากก็ตาม แต่โดยพื้นฐานแล้ว แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมนั้นมีประโยชน์มากที่สุด โมเดลนี้ประกอบด้วยอะไรบ้าง?

แบบจำลองดาวเคราะห์ของโครงสร้างของอะตอม

ตามชื่อของมัน อะตอมนั้นเปรียบได้กับดาวเคราะห์ ในกรณีนี้ ดาวเคราะห์คือนิวเคลียสของอะตอม และอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสในระยะห่างที่ค่อนข้างมาก เช่นเดียวกับที่ดาวเทียมหมุนรอบโลก มีเพียงความเร็วการหมุนของอิเล็กตรอนเท่านั้นที่สูงกว่าความเร็วการหมุนของดาวเทียมที่เร็วที่สุดหลายแสนเท่า ดังนั้นในระหว่างการหมุนของมัน อิเล็กตรอนจึงสร้างเมฆชนิดหนึ่งเหนือพื้นผิวนิวเคลียส และประจุที่มีอยู่ของอิเล็กตรอนจะผลักประจุเดียวกันที่เกิดจากอิเล็กตรอนตัวอื่นที่อยู่รอบนิวเคลียสอื่น ดังนั้นอะตอมจึงไม่ "เกาะติดกัน" แต่อยู่ห่างจากกันพอสมควร

และเมื่อเราพูดถึงการชนกันของอนุภาค เราหมายความว่าพวกมันเข้าใกล้กันในระยะห่างที่ค่อนข้างไกลและถูกผลักไสด้วยสนามประจุของพวกมัน ไม่มีการติดต่อโดยตรง อนุภาคในสสารโดยทั่วไปจะอยู่ห่างจากกันมาก หากอนุภาคของร่างกายสามารถยุบตัวเข้าด้วยกันได้ มันจะหดตัวลงหลายพันล้านครั้ง โลกจะเล็กกว่าแอปเปิ้ล ดังนั้นปริมาตรหลักของสารใด ๆ ที่อาจฟังดูแปลก ๆ ก็ถูกครอบครองโดยโมฆะซึ่งมีอนุภาคที่มีประจุอยู่ซึ่งอยู่ห่างจากแรงโต้ตอบทางอิเล็กทรอนิกส์

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม: นิวเคลียส (สีแดง) และอิเล็กตรอน (สีเขียว)

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม, หรือ แบบจำลองรัทเทอร์ฟอร์ดเป็นแบบจำลองทางประวัติศาสตร์ของโครงสร้างของอะตอม ซึ่งเสนอโดยเออร์เนสต์ รัทเธอร์ฟอร์ด อันเป็นผลมาจากการทดลองด้วยการกระเจิงของอนุภาคแอลฟา ตามแบบจำลองนี้ อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกขนาดเล็ก ซึ่งมีมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ เช่นเดียวกับที่ดาวเคราะห์เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมสอดคล้องกับแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมโดยคำนึงถึงความจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนั้นมีลักษณะเป็นควอนตัมและไม่ได้อธิบายไว้ในกฎของกลศาสตร์คลาสสิก ในอดีต แบบจำลองดาวเคราะห์ของรัทเทอร์ฟอร์ดมาแทนที่ "แบบจำลองพุดดิ้งพลัม" ของโจเซฟ จอห์น ทอมสัน ซึ่งตั้งสมมติฐานว่าอิเล็กตรอนที่มีประจุลบถูกวางอยู่ภายในอะตอมที่มีประจุบวก

รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอแบบจำลองใหม่ของโครงสร้างของอะตอมในปี พ.ศ. 2454 โดยเป็นข้อสรุปจากการทดลองเรื่องการกระเจิงของอนุภาคแอลฟาบนแผ่นทองคำซึ่งดำเนินการภายใต้การนำของเขา ในระหว่างการกระเจิงนี้ อนุภาคแอลฟาจำนวนมากอย่างไม่คาดคิดกระจัดกระจายในมุมกว้าง ซึ่งบ่งชี้ว่าจุดศูนย์กลางการกระเจิงมีขนาดเล็กและมีประจุไฟฟ้าอยู่มาก การคำนวณของรัทเทอร์ฟอร์ดแสดงให้เห็นว่าจุดศูนย์กลางการกระเจิงไม่ว่าจะมีประจุบวกหรือลบ จะต้องมีค่าอย่างน้อย 3,000 เท่า ขนาดที่เล็กกว่าอะตอมซึ่งในขณะนั้นทราบอยู่แล้วและประมาณว่าจะอยู่ที่ประมาณ 10 -10 เมตร เนื่องจากในขณะนั้นรู้จักอิเล็กตรอนแล้วและได้กำหนดมวลและประจุของพวกมันแล้ว จุดกระเจิงซึ่งต่อมาเรียกว่านิวเคลียสจึงต้องมี มีประจุตรงกันข้ามกับอิเล็กตรอน รัทเทอร์ฟอร์ดไม่ได้เชื่อมโยงปริมาณประจุกับเลขอะตอม ข้อสรุปนี้เกิดขึ้นในภายหลัง และรัทเทอร์ฟอร์ดเองก็แนะนำว่าประจุนั้นแปรผันตามมวลอะตอม

ข้อเสียของแบบจำลองดาวเคราะห์คือความไม่เข้ากันกับกฎของฟิสิกส์คลาสสิก หากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเหมือนดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ การเคลื่อนที่ของพวกมันจะถูกเร่ง ดังนั้นตามกฎของพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก พวกมันควรแผ่รังสี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสูญเสียพลังงานและตกลงสู่แกนกลาง ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาแบบจำลองดาวเคราะห์คือแบบจำลองบอร์ ซึ่งตั้งสมมติฐานกฎการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่แตกต่างจากแบบจำลองคลาสสิก กลศาสตร์ควอนตัมสามารถแก้ไขความขัดแย้งของไฟฟ้าไดนามิกส์ได้อย่างสมบูรณ์

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010.

• ท้องฟ้าจำลอง Eise Eisingi
• นิยายเกี่ยวกับดาวเคราะห์

ดูว่า "แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:

แบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์- planetinis atomo modelis สถานะ T sritis fizika atitikmenys: engl แบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ vok Planetenmodell des Atoms และ rus แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม f pranc modèle planétaire de l’atome, ม … Fizikos ปลายทาง žodynas

แบบจำลองบอร์ของอะตอม- แบบจำลองบอร์ของอะตอมคล้ายไฮโดรเจน (ประจุนิวเคลียร์ Z) ซึ่งมีอิเล็กตรอนที่มีประจุลบบรรจุอยู่ เปลือกอะตอมล้อมรอบนิวเคลียสอะตอมขนาดเล็กที่มีประจุบวก ... Wikipedia

แบบจำลอง (ในสาขาวิทยาศาสตร์)- โมเดล (โมเดลฝรั่งเศส, โมเดลอิตาลี, จากการวัดโมดูลัสภาษาละติน, ปทัฏฐาน, ตัวอย่าง, บรรทัดฐาน), 1) ตัวอย่างที่ทำหน้าที่เป็นมาตรฐาน (มาตรฐาน) สำหรับการผลิตซ้ำแบบอนุกรมหรือจำนวนมาก (รถ M. เสื้อผ้า M. ฯลฯ . ) ตลอดจนประเภท ยี่ห้อ ใดๆ... ...

แบบอย่าง- I Model (Model) Walter (24.1.1891, Gentin, ปรัสเซียตะวันออก, 21.4.1945, ใกล้ Duisburg), จอมพลฟาสซิสต์ชาวเยอรมัน (1944) ในกองทัพตั้งแต่ปี พ.ศ. 2452 ได้เข้าร่วมในสงครามโลกครั้งที่ 1 พ.ศ. 2457 18. ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2483 เขาได้สั่งการรถถังที่ 3... ... สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต

โครงสร้างอะตอม- (ดู) สร้างจาก อนุภาคมูลฐาน สามประเภท(ดู) (ดู) และ (ดู) สร้างระบบที่มั่นคง โปรตอนและนิวตรอนเป็นส่วนหนึ่งของอะตอม (ดู) อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอน แรงกระทำในแกนกลาง (ดู) เนื่องจาก... ... สารานุกรมโพลีเทคนิคขนาดใหญ่

อะตอม- คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ อะตอม (ความหมาย) อะตอมฮีเลียม อะตอม (จากภาษากรีกอื่น ๆ ... Wikipedia

รัทเทอร์ฟอร์ด เออร์เนสต์- (พ.ศ. 2414 พ.ศ. 2480) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ หนึ่งในผู้ก่อตั้งหลักคำสอนเรื่องกัมมันตภาพรังสีและโครงสร้างของอะตอม ผู้ก่อตั้งโรงเรียนวิทยาศาสตร์ สมาชิกต่างประเทศของ Russian Academy of Sciences (1922) และสมาชิกกิตติมศักดิ์ของ USSR Academy แห่งวิทยาศาสตร์ (2468) เกิดที่นิวซีแลนด์หลังเรียนจบ... ... พจนานุกรมสารานุกรม

Άτομο

เม็ดโลหิต- อะตอมฮีเลียม อะตอม (กรีกโบราณ: ἄτομος แบ่งแยกไม่ได้) ส่วนที่เล็กที่สุดองค์ประกอบทางเคมีซึ่งเป็นตัวพาคุณสมบัติของมัน อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและเมฆอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวก และ... ... Wikipedia

คอร์ปัสเคิล- อะตอมฮีเลียม อะตอม (กรีกโบราณ: ἄτομος แบ่งแยกไม่ได้) เป็นส่วนที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นพาหะของคุณสมบัติของมัน อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและเมฆอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวก และ... ... Wikipedia

หนังสือ

• ชุดโต๊ะ. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 (15 โต๊ะ) . อัลบั้มการศึกษา 15 แผ่น หม้อแปลงไฟฟ้า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในเทคโนโลยีสมัยใหม่ หลอดอิเล็กทรอนิกส์ หลอดแคโทดเรย์ เซมิคอนดักเตอร์ ไดโอดสารกึ่งตัวนำ. ทรานซิสเตอร์.…

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมถูกเสนอโดย E. Rutherford ในปี 1910 เขาได้ทำการศึกษาโครงสร้างของอะตอมเป็นครั้งแรกโดยใช้อนุภาคอัลฟา จากผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองการกระเจิง รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอว่าประจุบวกทั้งหมดของอะตอมมีความเข้มข้นในนิวเคลียสเล็กๆ ที่อยู่ใจกลางของมัน ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะถูกกระจายไปทั่วปริมาตรที่เหลือ

พื้นหลังเล็กน้อย

การคาดเดาที่ยอดเยี่ยมครั้งแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของอะตอมนั้นเกิดขึ้นโดย Democritus นักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกโบราณ ตั้งแต่นั้นมาความคิดเรื่องการมีอยู่ของอะตอมซึ่งรวมกันทำให้เกิดสสารทั้งหมดรอบตัวเราไม่ได้ละทิ้งจินตนาการของผู้คนในแวดวงวิทยาศาสตร์ ตัวแทนหลายคนติดต่อเธอเป็นระยะ แต่ก่อนหน้านี้ ต้น XIXศตวรรษของการก่อสร้างเป็นเพียงสมมติฐาน ซึ่งไม่ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดลอง

ในที่สุด ในปี 1804 กว่าร้อยปีก่อนที่แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมจะปรากฏขึ้น นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ จอห์น ดาลตัน ได้นำเสนอหลักฐานของการดำรงอยู่ของมัน และแนะนำแนวคิดเรื่องน้ำหนักอะตอม ซึ่งเป็นลักษณะเชิงปริมาณประการแรก เช่นเดียวกับรุ่นก่อนๆ เขาคิดว่าอะตอมเป็นสสารเล็กๆ เหมือนลูกบอลแข็งที่ไม่สามารถแบ่งออกเป็นอนุภาคเล็กๆ ได้

การค้นพบอิเล็กตรอนและแบบจำลองแรกของอะตอม

เกือบหนึ่งศตวรรษผ่านไปในที่สุด ปลาย XIXศตวรรษนี้ ชาวอังกฤษ เจ. เจ. ทอมสันยังได้ค้นพบอนุภาคย่อยของอะตอมตัวแรก ซึ่งก็คืออิเล็กตรอนที่มีประจุลบ เนื่องจากอะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า ทอมสันจึงคิดว่าอะตอมจะต้องประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวก โดยมีอิเล็กตรอนกระจัดกระจายไปทั่วปริมาตร จากผลการทดลองต่างๆ เขาเสนอแบบจำลองอะตอมของเขาในปี พ.ศ. 2441 ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "พลัมในพุดดิ้ง" เพราะมันเป็นตัวแทนของอะตอมว่าเป็นทรงกลมที่เต็มไปด้วยของเหลวที่มีประจุบวกซึ่งมีอิเล็กตรอนฝังอยู่ในนั้นเหมือน "พลัม" เข้าไป พุดดิ้ง” รัศมีของแบบจำลองทรงกลมดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 10 -8 ซม. ประจุบวกโดยรวมของของเหลวนั้นมีความสมมาตรและสมดุลโดยประจุลบของอิเล็กตรอนดังแสดงในรูปด้านล่าง

แบบจำลองนี้อธิบายข้อเท็จจริงได้อย่างน่าพอใจว่าเมื่อสารได้รับความร้อน สารจะเริ่มเปล่งแสง แม้ว่านี่จะเป็นความพยายามครั้งแรกในการทำความเข้าใจว่าอะตอมคืออะไร แต่ก็ล้มเหลวในการตอบสนองผลลัพธ์ของการทดลองที่ Rutherford และคนอื่นๆ ดำเนินการในภายหลัง ทอมสันตกลงในปี 1911 ว่าแบบจำลองของเขาไม่สามารถตอบได้ว่าการกระเจิงของรังสี α ที่สังเกตได้จากการทดลองเกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไม ดังนั้นมันจึงถูกละทิ้งและถูกแทนที่ด้วยแบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ขั้นสูงกว่า

อะตอมมีโครงสร้างอย่างไร?

เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด อธิบายปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีที่นำเขามา รางวัลโนเบลอย่างไรก็ตาม การมีส่วนร่วมที่สำคัญที่สุดของเขาในด้านวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นในเวลาต่อมา เมื่อเขาพิสูจน์ได้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสหนาแน่นที่ล้อมรอบด้วยวงโคจรของอิเล็กตรอน เช่นเดียวกับที่ดวงอาทิตย์ถูกล้อมรอบด้วยวงโคจรของดาวเคราะห์

ตามแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม มวลส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียสเล็กๆ (เทียบกับขนาดของอะตอมทั้งหมด) อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบนิวเคลียสด้วยความเร็วอันน่าเหลือเชื่อ แต่ปริมาตรของอะตอมส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ว่าง

ขนาดของนิวเคลียสมีขนาดเล็กมากจนมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าอะตอมถึง 100,000 เท่า เส้นผ่านศูนย์กลางของนิวเคลียสประเมินโดย Rutherford ไว้ที่ 10 -13 ซม. ตรงกันข้ามกับขนาดของอะตอม - 10 -8 ซม. นอกนิวเคลียสอิเล็กตรอนหมุนรอบมันด้วยความเร็วสูงส่งผลให้แรงเหวี่ยงที่ทำให้สมดุลของไฟฟ้าสถิต แรงดึงดูดระหว่างโปรตอนและอิเล็กตรอน

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2454 หลังจากการทดลองฟอยล์ทองคำอันโด่งดัง ซึ่งทำให้สามารถรับข้อมูลพื้นฐานบางอย่างเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมได้ เส้นทางของรัทเทอร์ฟอร์ดในการค้นพบนิวเคลียสของอะตอมคือ ตัวอย่างที่ดีบทบาทของความคิดสร้างสรรค์ในทางวิทยาศาสตร์ การค้นหาของเขาเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2442 เมื่อเขาค้นพบว่าองค์ประกอบบางอย่างปล่อยอนุภาคที่มีประจุบวกออกมาซึ่งสามารถทะลุผ่านทุกสิ่งได้ เขาเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่าอนุภาคอัลฟา (α) (ตอนนี้เรารู้แล้วว่าพวกมันคือนิวเคลียสฮีเลียม) เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์ที่ดีทุกคน รัทเทอร์ฟอร์ดก็อยากรู้อยากเห็น เขาสงสัยว่าอนุภาคอัลฟ่าสามารถใช้เพื่อเรียนรู้โครงสร้างของอะตอมได้หรือไม่ รัทเทอร์ฟอร์ดตัดสินใจเล็งลำแสงอนุภาคแอลฟาไปที่แผ่นฟอยล์สีทองบางมาก เขาเลือกทองคำเพราะมันสามารถทำเป็นแผ่นบางได้ถึง 0.00004 ซม. ด้านหลังแผ่นฟอยล์สีทอง เขาวางฉากที่เรืองแสงเมื่ออนุภาคอัลฟ่ากระทบกับมัน มันถูกใช้เพื่อตรวจจับอนุภาคอัลฟ่าหลังจากที่พวกมันผ่านฟอยล์ ช่องเล็กๆ ในหน้าจอทำให้ลำแสงอนุภาคอัลฟาไปถึงฟอยล์ได้หลังจากออกจากแหล่งกำเนิดแล้ว บางส่วนควรทะลุฟอยล์แล้วเคลื่อนที่ต่อไปในทิศทางเดียวกัน ส่วนอีกส่วนหนึ่งควรเด้งออกจากฟอยล์และสะท้อนเป็นมุมแหลม คุณสามารถดูการออกแบบการทดลองได้ในรูปด้านล่าง

เกิดอะไรขึ้นในการทดลองของรัทเธอร์ฟอร์ด?

จากแบบจำลองอะตอมของ J. J. Thomson รัทเทอร์ฟอร์ดสันนิษฐานว่าบริเวณที่มีประจุบวกต่อเนื่องซึ่งเติมปริมาตรอะตอมของทองคำทั้งหมดจะเบี่ยงเบนหรือทำให้วิถีโคจรของอนุภาคแอลฟาทั้งหมดเคลื่อนผ่านฟอยล์

อย่างไรก็ตาม อนุภาคอัลฟาส่วนใหญ่จะทะลุผ่านแผ่นฟอยล์สีทองโดยตรง ราวกับว่าไม่มีอยู่ตรงนั้น ดูเหมือนพวกเขาจะผ่านพื้นที่ว่าง มีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่เบี่ยงเบนไปจากเส้นทางตรงตามที่คาดไว้ในตอนแรก ด้านล่างนี้คือกราฟของจำนวนอนุภาคที่กระจัดกระจายในทิศทางที่สอดคล้องกันเทียบกับมุมการกระเจิง

น่าประหลาดใจที่อนุภาคจำนวนเล็กน้อยกระเด้งกลับจากฟอยล์ เหมือนกับลูกบาสเก็ตบอลที่กระดอนจากพนัก รัทเทอร์ฟอร์ดตระหนักว่าความเบี่ยงเบนเหล่านี้เป็นผลมาจากการชนกันโดยตรงระหว่างอนุภาคแอลฟากับส่วนประกอบที่มีประจุบวกของอะตอม

แกนกลางเป็นศูนย์กลาง

จากเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของอนุภาคแอลฟาที่สะท้อนจากฟอยล์ เราสามารถสรุปได้ว่าประจุบวกทั้งหมดและมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่เล็กๆ แห่งหนึ่ง และส่วนที่เหลือของอะตอมส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ว่าง รัทเทอร์ฟอร์ด เรียกบริเวณที่มีประจุบวกเข้มข้นว่านิวเคลียส เขาทำนายและค้นพบในไม่ช้าว่ามันมีอนุภาคที่มีประจุบวกซึ่งเขาเรียกว่าโปรตอน รัทเทอร์ฟอร์ดทำนายการมีอยู่ของอนุภาคอะตอมเป็นกลางที่เรียกว่านิวตรอน แต่เขาไม่สามารถตรวจจับพวกมันได้ อย่างไรก็ตาม นักเรียนของเขา James Chadwick ค้นพบสิ่งเหล่านี้ในอีกไม่กี่ปีต่อมา รูปด้านล่างแสดงโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียม

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสหนักที่มีประจุบวกซึ่งล้อมรอบด้วยอนุภาคอิเล็กตรอนที่เบามากซึ่งมีประจุลบซึ่งหมุนอยู่รอบ ๆ พวกมันและด้วยความเร็วที่แรงเหวี่ยงเชิงกลเพียงแค่สร้างสมดุลระหว่างแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตกับนิวเคลียสและในเรื่องนี้ตามที่คาดคะเนความเสถียรของอะตอมนั้นมั่นใจได้ .

ข้อเสียของรุ่นนี้

แนวคิดหลักของรัทเทอร์ฟอร์ดเกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่องนิวเคลียสของอะตอมขนาดเล็ก ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับวงโคจรของอิเล็กตรอนนั้นเป็นสมมติฐานล้วนๆ เขาไม่ทราบแน่ชัดว่าอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสที่ไหนและอย่างไร ดังนั้นแบบจำลองดาวเคราะห์ของรัทเทอร์ฟอร์ดจึงไม่ได้อธิบายการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในวงโคจร

นอกจากนี้ความเสถียรของอะตอมรัทเทอร์ฟอร์ดยังเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่องในวงโคจรโดยไม่สูญเสียพลังงานจลน์ แต่การคำนวณทางไฟฟ้าไดนามิกแสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปตามวิถีโค้งใด ๆ ที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทิศทางของเวกเตอร์ความเร็วและลักษณะของความเร่งที่สอดคล้องกันนั้นจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในกรณีนี้ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนควรใช้ไปกับการแผ่รังสีอย่างรวดเร็ว และพลังงานดังกล่าวควรตกสู่นิวเคลียส ดังแสดงแผนผังในรูปด้านล่าง

แต่สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นเนื่องจากอะตอมเป็นรูปแบบที่เสถียร ความขัดแย้งที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปสำหรับวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นระหว่างแบบจำลองของปรากฏการณ์และข้อมูลการทดลอง

จากรัทเทอร์ฟอร์ดถึงนีลส์ โบห์ร

ก้าวที่ยิ่งใหญ่ต่อไปใน ประวัติอะตอมเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2456 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก นีลส์ บอร์ ได้ตีพิมพ์คำอธิบายเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอมที่มีรายละเอียดมากขึ้น มันระบุตำแหน่งที่สามารถระบุตำแหน่งอิเล็กตรอนได้ชัดเจนยิ่งขึ้น แม้ว่าในเวลาต่อมานักวิทยาศาสตร์จะพัฒนาการออกแบบอะตอมที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่โดยพื้นฐานแล้วแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมของบอร์นั้นมีความถูกต้อง และส่วนใหญ่ยังคงเป็นที่ยอมรับในปัจจุบัน เธอมีมากมาย แอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์ตัวอย่างเช่น ใช้เพื่ออธิบายคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ธรรมชาติของสเปกตรัมรังสี และโครงสร้างของอะตอม แบบจำลองดาวเคราะห์และแบบจำลองบอร์ปรากฏขึ้น เหตุการณ์สำคัญที่สำคัญซึ่งถือเป็นการเกิดขึ้นของทิศทางใหม่ในฟิสิกส์ - ฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์ Bohr ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1922 จากผลงานของเขาในการทำความเข้าใจโครงสร้างอะตอม

Bohr นำอะไรใหม่มาสู่แบบจำลองอะตอม?

ขณะที่ยังเป็นชายหนุ่ม Bohr ทำงานในห้องทดลองของ Rutherford ในอังกฤษ เนื่องจากแนวคิดเรื่องอิเล็กตรอนได้รับการพัฒนาไม่ดีในแบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด บอร์จึงมุ่งความสนใจไปที่อิเล็กตรอนเหล่านั้น เป็นผลให้แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ สมมุติฐานของบอร์ซึ่งเขาได้กำหนดไว้ในบทความเรื่อง "เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุล" ซึ่งตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2456 ระบุว่า:

1. อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสได้ในระยะห่างที่คงที่เท่านั้น โดยพิจารณาจากปริมาณพลังงานที่พวกมันมี เขาเรียกว่าระดับพลังงานคงที่เหล่านี้หรือ เปลือกอิเล็กทรอนิกส์. บอร์จินตนาการว่ามันเป็นทรงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน โดยมีนิวเคลียสอยู่ตรงกลางของแต่ละทรงกลม ในกรณีนี้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่ำกว่าจะพบที่ระดับต่ำกว่าใกล้กับนิวเคลียสมากขึ้น ผู้ที่มีพลังงานมากจะพบได้ที่มากขึ้น ระดับสูงเพิ่มเติมจากแกนกลาง

2. หากอิเล็กตรอนดูดซับพลังงานจำนวนหนึ่ง (ค่อนข้างแน่นอนสำหรับระดับที่กำหนด) มันจะกระโดดไปยังระดับพลังงานถัดไปที่สูงกว่า ในทางกลับกัน หากเขาสูญเสียพลังงานในปริมาณเท่าเดิม เขาจะกลับสู่ระดับเดิม อย่างไรก็ตาม อิเล็กตรอนไม่สามารถมีอยู่ในระดับพลังงานสองระดับได้

แนวคิดนี้แสดงด้วยภาพวาด

ส่วนพลังงานสำหรับอิเล็กตรอน

แบบจำลองอะตอมของบอร์เป็นการผสมผสานระหว่างสองสิ่งเข้าด้วยกัน ความคิดที่แตกต่าง: แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดที่มีอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียส (โดยพื้นฐานแล้วคือแบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ Bohr-Rutherford) และแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Max Planck ในเรื่องการหาปริมาณพลังงานของสสารตีพิมพ์ในปี 1901 ควอนตัม (พหูพจน์: ควอนตัม) คือปริมาณพลังงานขั้นต่ำที่สารสามารถดูดซับหรือปล่อยออกมาได้ เป็นขั้นตอนหนึ่งของการแบ่งแยกปริมาณพลังงาน

หากเปรียบเทียบพลังงานกับน้ำและคุณต้องการเพิ่มให้กลายเป็นแก้ว คุณจะไม่สามารถเทน้ำลงในกระแสน้ำอย่างต่อเนื่องได้ คุณสามารถเพิ่มในปริมาณเล็กน้อยแทน เช่น ช้อนชา บอร์เชื่อว่าหากอิเล็กตรอนสามารถดูดซับหรือสูญเสียพลังงานในปริมาณคงที่เท่านั้น พวกมันจะต้องเปลี่ยนแปลงพลังงานตามปริมาณคงที่เท่านั้น ดังนั้น พวกมันจึงสามารถครอบครองระดับพลังงานคงที่รอบนิวเคลียสที่สอดคล้องกับพลังงานที่เพิ่มขึ้นในเชิงปริมาณเท่านั้น

ดังนั้น จากแบบจำลองของบอร์จึงได้ขยายแนวทางควอนตัมเพื่ออธิบายว่าโครงสร้างของอะตอมคืออะไร แบบจำลองดาวเคราะห์และแบบจำลอง Bohr เป็นขั้นตอนพิเศษตั้งแต่ฟิสิกส์คลาสสิกไปจนถึงฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งเป็นเครื่องมือหลักในฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์ ซึ่งรวมถึงฟิสิกส์อะตอมด้วย