Модель атома Томсона

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Схематичне забраження моделі атома Томсона
Різдвяний пудинг

Моде́ль атома То́мсона інколи ше називають пу́дингова модель а́тома (англ. plum pudding model) — модель атома, запропонована у 1904 році Дж. Томсоном. Після відкриття ним у 1897 році електрона, Томсон допустив, що від'ємно заряджені «корпускули» (так Томсон називав електрони, хоча ще у 1894 році Джорджем Стоні (англ. George Johnstone Stoney, 1826—1911) пропонував називати «атоми електрики» електронами[1]) входять до складу атома. Він запропонував модель атома, в якому у хмарі позитивного заряду, що за розміром відповідає розміру атома (приблизно 10−10м), містяться маленькі, від'ємно заряджені «корпускули», сумарний електричний заряд яких дорівнює заряду позитивно зарядженої хмари, чим забезпечується електронейтральність атомів. «Корпускули» у цій моделі електрони розподілені всередині позитивно зарядженої хмари з однаковою за об'ємом густиною заряду, що нагадують родзинки у тісті пудинга, що й дало іншу назву «пудингова модель атома».

Опис моделі[ред.ред. код]

На думку Томсона:

« …атоми елементів складаються з декількох від'ємно заряджених корпускул, поміщених у сферу, що має однорідно розподілений позитивний електричний заряд…[2]  »

Атом за Томсоном складається з електронів, поміщених в позитивно заряджений «суп», що компенсує їхні від'ємні заряди, подібно до негативно заряджених «родзинок» в позитивно зарядженому «пудингу». Електрони, як вважалося, розподілялись по усьому атому. Було декілька варіантів можливого розташування електронів усередині атома, зокрема на кільцевих траєкторіях руху електронів. У деяких варіантах моделі замість «супу» пропонувалася «хмара» позитивного заряду.

Згідно з цією моделлю, електрони могли вільно здійснювати колові рухи у краплі або хмарі такої позитивно зарядженої субстанції. Їх орбіти стабілізувались тим, що, при віддаленні електрона від центра позитивно зарядженої хмари, він зазнавав зростання сили притягання, що повертала його назад, оскільки всередині його орбіти було більше субстанції протилежного заряду, ніж зовні (за теоремою Гауса). В моделі Томсона електрони могли вільно обертатись на кільцевих орбітах, які стабілізувались взаємодією між електронами, а спектри пояснювались енергетичними відмінностями між різними кільцевими орбітами.

Стаття Томсона була опублікована у березні 1904 року у «Філософському журналі» (англ. «Philosophical Magazine»), провідному британському науковому журналі того часу. Томсон згодом намагався пояснити за допомогою своєї моделі наявність певних яскравих спектральних ліній хімічних елементів, але успіху не досяг.

Проте, модель Томсона (також як до неї модель сатурніанських кілець для електронів атомів, яку висунув теж у 1904 році Х. Нагаока, за аналогією з моделлю кілець Сатурна Джеймса Клерка Максвелла) стала раннім провісником пізнішої й успішнішої моделі Бора, що представляє атом як подобу Сонячної системи.

Спростування моделі Томсона[ред.ред. код]

Сучасна модель атома гелію включає в себе щільне ядро, оточене ймовірнісною «хмарою» електронів

Модель атома Томсона від 1904 року було спростовано в експерименті із визначення розсіювання альфа-частинок на золотій фользі у 1909 році, аналіз якого зробив Ернест Резерфорд у 1911 році[3] [4], котрий зробив припущення, що в атомі є відносно дуже мале за розмірами ядро з великим позитивним зарядом (для кожного випадку, достатнім, щоб скомпенсувати заряд багатьох десятків електронів), що привело до створення планетарної моделі атома Резерфорда.

Так як атомний номер золота дорівнює 79, одразу ж після виходу статті Резерфорда у 1911 році Антоніус ван ден Брук зробив інтуїтивне припущення, що атомний номер і є зарядом ядра. Для підтвердження припущення потрібен був експеримент. У 1913 році Генрі Мозлі експериментально показав (див. закон Мозлі), що ефективний заряд ядра є дуже близьким до атомного номера (різниця, яку виявляв Мозлі, була не більшою за одиницю), при цьому Мозлі посилався виключно на роботи Ван ден Брука та Резерфорда.

Це дослідження у підсумку створило передумови появи у тому ж році моделі атома Бора, схожої на планетарну систему але з квантовими обмеженнями, у якій ядро з позитивним зарядом, що чисельно дорівнює атомному номеру, оточене такою ж кількістю електронів, розташованих в орбітальних шарах.

Цікаві факти[ред.ред. код]

  • З цією новою моделлю Томсон відмовився від своєї попередньої гіпотези «туманного атома» (англ. nebular atom), за якою вважалось, що атом складається з нематеріальних вихорів. Тепер принаймні частина атома складалася мікроскопічних негативно заряджених корпускул Томсона, хоча позитивно заряджена решта атома як і раніше залишалася досить туманною й практично невизначеною.
  • Модель Томсона порівнювали (хоча сам він цього не робив) з британським десертом, різдвяним пудингом з родзинками, що дав назву цій моделі.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. G. J. Stoney, (1894). Of the "Electron" or Atom of Electricity (non math extract of paper). Philosophical Magazine, Series 5 38. с. 418–420. 
  2. J. J. Thomson (1904). On the Structure of the Atom: an Investigation of the Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to the Theory of Atomic Structure (extract of paper). Philosophical Magazine Series 6 7 (39). с. 237. doi:10.1080/14786440409463107. 
  3. Joseph A. Angelo (2004). Nuclear Technology. Greenwood Publishing. ISBN 1-57356-336-6. 
  4. Akhlesh Lakhtakia (Ed.) (1996). Models and Modelers of Hydrogen. World Scientific. ISBN 981-02-2302-1. 

Джерела[ред.ред. код]

  • Бронштейн М. П. Атомы и электроны. — Библиотечка «Квант». Вып. 1.. — М. : Наука, 1980. — 152 с.
  • Білий М. У. Атомна фізика. — К. : Вища школа, 1973. — 396 с.
  • Яворський Б. М. Довідник з фізики: для інженерів та студентів вищих навч. закладів / Б. М. Яворський, А. А. Детлаф, А. К. Лебедєв. — Т. : Навчальна книга-Богдан, 2005. — 1034 с. — ISBN 966-692-818-3.