Erik pudingi modeli - Plum pudding model
Thomson atom modeli birçok tarihsel biridir bilimsel modellere ait atom . İlk olarak 1904'te elektronun keşfinden kısa bir süre sonra JJ Thomson tarafından önerildi , ancak atom çekirdeğinin keşfinden önce , model atomların o zamanlar bilinen iki özelliğini açıklamaya çalıştı: elektronların negatif yüklü parçacıklar olduğu ve atomların net elektrik yükünün olmadığı. . Erik pudingi modeli, pozitif yüklü bir " puding " içine gömülü negatif yüklü "erikler" gibi bir pozitif yük hacmiyle çevrili elektronlara sahiptir .
genel bakış
Atomların negatif yüklü atom altı parçacıklar içerdiği uzun yıllardır biliniyordu . Thomson onlara " parçacıklar " ( parçacıklar ) adını verdi , ancak daha yaygın olarak GJ Stoney'nin 1891'de " temel birim elektrik miktarı " için kullandığı ad olan "elektronlar" olarak adlandırılıyordu . net elektrik yükü yok. Thomson, atomların elektronlarının negatif yükünü ortadan kaldıran bir miktar pozitif yük içermesi gerektiğini savundu . Thomson önerdiği modeli günün önde gelen İngiliz bilim dergisi Philosophical Magazine'in Mart 1904 sayısında yayınladı . Thomson'ın görüşüne göre:
... elementlerin atomları, düzgün bir pozitif elektrifikasyon küresi içine alınmış bir dizi negatif elektriklenmiş cisimcikten oluşur, ...
Thomson, bu modelle, atomların maddesel olmayan girdaplardan oluştuğu atomun girdap teorisine dayanan 1890 "nebular atom" hipotezini terk etti ve girdapların düzenlenmesi ile bulunan periyodik düzenlilik arasında benzerlikler olduğunu öne sürdü. kimyasal elementler. Zeki ve pratik bir bilim adamı olan Thomson, atom modelini günün bilinen deneysel kanıtlarına dayandırdı. Pozitif bir hacim yükü önerisi, gelecekteki deneylere rehberlik edecek fikirler önermek olan keşfe bilimsel yaklaşımının doğasını yansıtıyor.
Bu modelde, elektronların yörüngeleri sabitti, çünkü bir elektron pozitif yüklü kürenin merkezinden uzaklaştığında, yörüngesinde daha fazla pozitif yük olduğu için daha büyük bir net pozitif içe doğru kuvvete maruz kalıyordu (bkz. Gauss yasası). ). Elektronlar, elektronlar arasındaki etkileşimlerle daha da stabilize olan halkalarda serbestçe dönebiliyordu ve spektroskopik ölçümler, farklı elektron halkalarıyla ilişkili enerji farklılıklarını hesaba katmak anlamına geliyordu. Thomson , birkaç element için deneysel olarak bilinen bazı ana spektral çizgileri hesaba katmak için modelini yeniden şekillendirmek için başarısız bir girişimde bulundu .
Erik pudingi modeli, öğrencisi Ernest Rutherford'a atomların bileşimini daha fazla araştırmak için deneyler tasarlaması için faydalı bir şekilde rehberlik etti . Ayrıca Thomson'ın modeli (benzer birlikte atom elektronlar için Satürn halka modeli tarafından 1904 yılında ortaya koyduğu Nagaoka sonra James Clerk Maxwell sitesindeki Satürn halkalarının modeli daha doğru güneş sistemi gibi yararlı öncülleri) idi Bohr modeli atomunun.
"Erik pudingi" takma adı yakında Thomson'ın modeline atfedildi, çünkü elektronların pozitif yüklü uzay bölgesi içindeki dağılımı birçok bilim insanına yaygın İngiliz tatlısı olan erik pudinginde "erik" olarak adlandırılan kuru üzümleri hatırlattı .
1909'da Hans Geiger ve Ernest Marsden , ince altın levhalarla deneyler yaptılar . Profesörleri Ernest Rutherford, Thomson'ın atom modeliyle tutarlı sonuçlar bulmayı bekliyordu. Rutherford'un, her altın atomunun merkezinde çok küçük bir pozitif yük çekirdeğinin varlığını ima eden deneyin sonuçlarını doğru bir şekilde yorumlaması 1911'e kadar değildi. Bu , atomun Rutherford modelinin geliştirilmesine yol açtı . Rutherford sonuçlarını yayınladıktan hemen sonra, Antonius Van den Broek , bir atomun atom numarasının , çekirdeğinde bulunan toplam yük birimi sayısı olduğu sezgisel önerisini yaptı . Henry Moseley'in 1913 deneyleri (bkz. Moseley yasası ) Van den Broek'in önerisini desteklemek için gerekli kanıtları sağladı. Etkili nükleer yükün atom numarasıyla tutarlı olduğu bulundu (Moseley yalnızca bir birim yük farkı buldu). Bu çalışma, aynı yıl içinde atomun güneş sistemi benzeri (ama kuantum sınırlı) Bohr modelinde doruğa ulaştı. Thomson'ın modeli Rutherford'un deneylerine rehberlik ederken, Bohr'un modeli Moseley'in araştırmasına rehberlik etti.
İlgili bilimsel problemler
Tek elektronlu erik pudingi modeli , 1910'da fizikçi Arthur Erich Haas tarafından Planck sabitinin sayısal değerini ve hidrojen atomlarının Bohr yarıçapını tahmin etmek için kısmen kullanıldı . Haas'ın çalışması bu değerleri bir büyüklük sırası içinde tahmin etti ve Niels Bohr'un çalışmasından üç yıl önceydi . Not olarak, Bohr modelinin kendisi yalnızca tek bir etkin elektrona sahip atomik ve iyonik sistemler için makul tahminler sağlar .
Erik pudingi modeliyle ilgili özellikle yararlı bir matematik problemi, Thomson problemi olarak adlandırılan bir birim küre üzerindeki eşit nokta yüklerinin optimal dağılımıdır . Thomson problemi, erik pudingi modelinin düzgün pozitif arka plan yükünün yokluğunda doğal bir sonucudur.
Küresel kuantum noktalarıyla sınırlı elektronların klasik elektrostatik işlemi de erik pudingi modelindeki işlemlerine benzer. Bu klasik problemde, kuantum noktası, serbest veya fazla elektronların bulunduğu basit bir dielektrik küre (erik pudingi modelinde olduğu gibi tek tip, pozitif yüklü bir kürenin yerine) olarak modellenir. Elektrostatik N-elektron konfigürasyonlarının, dielektrik küre içinde aynı yarıçapta bulunan elektronlarla Thomson probleminde bulunan çözümlere son derece yakın olduğu bulunmuştur. Özellikle, geometriye bağlı enerjinin çizilen dağılımının, periyodik element tablosunda düzenlendiği gibi doğal atomlarda beklenen elektron orbitallerinin dağılımına dikkate değer bir benzerlik gösterdiği gösterilmiştir . Thomson probleminin çözümleri, her bir N-elektron çözümünün enerjisini, komşu (N-1)-elektron çözümünün enerjisiyle, orijinde bir yük ile karşılaştırarak, bu karşılık gelen enerji dağılımını sergiler. Bununla birlikte, bir dielektrik küre modeli içinde ele alındığında, dağılımın özellikleri çok daha belirgindir ve gerçek atomlardaki elektron yörünge düzenlemelerine göre daha fazla aslına uygunluk sağlar.