Үй тапсырмасы: Томсон, Резерфорд, Борлардың атом модельдеріне салыстырмалы анализ жасау

1903ж ағылшын физигі Дж. Дж Томсон атомның алғаш физикалық моделін ұсынды. Осы модельге ендеше атом оң зарядтан сфера ал электронның сол сфераның әр жерінде болып атом тұтас алғанда бейтарап болатындай орналасады деген. Бірақ бұл модель көптеген күдік туғызады. Себебі тұтас заттарда оң және теріс зарядтар бір – бірне қосылып кету күдігі бар еді.

Томсон модельінің дұрыс бұрыстығын әйтеуір бір амалмен атом қойнауын тікелей барлап қарау арқылы шешуге болатын еді. Міне осындай тәжірейбені Э.Резерфорд пен оның шәкірттері Г.Гейгер және Э. Марсден 1991жылы жүргізді. Осы тәжірейбелерді жұқа алтын фольгадан немесе α- бөлшектердің шашырауы зерттелді.

Шашырап шыққан α- бөлшектің заряд электронның екіленген зарядына тең болып, таңбасы оң болады. Сол үшін гелий деп аталады. Жылдамдығы 10⁷м/с шығады. Егер Томсон моделі дұрыс болса, онда металл фольга біртұтас оң зарядтан тұратын ішінде электрондары бар плёнка (қабыршық) болып табылады. Ал α- бөлшектің ағыны осындай фольга арқылы өз бағытын өзгертпей өтуге тиісті болуы керек еді. Тәжірибеде осы жорамал тексеріліп α-бөлшектің көпшілігі алтын фольга арқылы өткенде күткендегідей ауытқымай өткен. Бірақ таңқаларлық нәрсе α-бөлшектің аздаған бөлігі әртүрлі θ бұрыштарға шашыраған. Олардың кейбіреулері үлкен бұрыштарға, тіпті серпілетіндері де шамамен 8000-нан біреуі қалғандары θ бұрышпен шашыраған.Резерфорд бұл көрініс арқылы құралы тұралы былай деген: «Мұның өзі егер 15дюймдік (1дюйм=2,54см) снаряд пен жұқа темекі қағазын ататын болсақ сол снаряд кері қайтып, сізге тигені сияқты ақылға қонбайтын нәрсе деген».Осы тәжірибе нәтижелері Томсон моделінің келісімсіздігін көрсетті. Сөйтіп Резерфорд атомының оң заряды түгелімен және массасының басым көпшілігі ядро деп аталады. Атом көлемінің өте кішкентай бөлігінде (d=10^-15м) шоғырлануға тиіс деген қортынды жасады. Яғни ядро массасына әрі зарядына жауап береді.

Атом ядросының мөлшерін α-бөлшек ядросымен бетпе-бет соғылысқанда оған қаншалықты жақындай алатындығын білу арқылы балауға болады. Осы қаншалық ядро мөлшерінің жоғары шегі ретінде қабылданады. Сонда ядро радиусыщамамен 6*10^-14м щамасынан ауытпайтынын анықтайды.Атом диаметрі шамамен 10^-10м, ал ядро диаметрі 10^-15м болған атомдағы кеңістіктің көпшілік бөлігі «бос» болып табылады.

1911ж Резерфорд ұсынған атом моделі күн системасын еске салатын модель болып табылады.Сонда атом орталығында оң зарядталған ядро орналасқан,ал оны дөңгелек орбиталар бойынша электрондар айнала қозғалады.Осы орбиталардың мөлшері атом мөлшерін анықтайды.

Бор моделі және кванттық модель - бұл атомның құрылымын түсіндіретін модельдер. Бор моделі Резерфорд-Бор моделі деп те аталады, өйткені ол Резерфорд моделінің модификациясы болып табылады. Бор моделін 1915 жылы Нильс Бор ұсынған. Кванттық модель - атомның қазіргі моделі. Бор мен кванттық модельдің арасындағы басты айырмашылық Бор моделінде электрондардың бөлшек ретінде әрекет ететіндігі, ал кванттық модель электронның бөлшектердің де, толқындардың да мінез-құлқы болатынын түсіндіреді.

Жоғарыда айтылғандай, Бор моделі Резерфорд моделінің модификациясы болып табылады, өйткені Бор моделі атомның құрылымын электрондармен қоршалған ядродан тұрады деп түсіндіреді. Бор моделі Резерфорд моделінен гөрі жетілдірілген, өйткені электрондар әрдайым ядро ​​айналасында немесе белгілі бір қабықтарда немесе орбиталарда жүреді. Бұл сонымен қатар бұл қабықтардың әртүрлі энергияға ие және пішіні сфералық екендігі туралы айтады. Мұны сутегі атомына арналған спектрлерді бақылау ұсынды.

Спектрлерде дискретті сызықтардың болуына байланысты Бор атомның орбиталдары тұрақты энергияға ие және электрондар бір энергия деңгейінен екіншісіне сәуле шығаратын немесе сіңіретін энергияға секіреді, нәтижесінде сызық спектрлерінде сызық пайда болады.

Бор постулаттары – даниялық физик Бордың атомның орнықты (стационар) күйін және спектрлік заңдылықтарын түсіндіруге арналған негізгі болжамдары (1913). Сутек атомының сызықтық спектрін (Бальмер-Ридберг формуласы), атомның ядролық моделі мен жарық сәулесінің квантты шығарылуы мен жұтылуын түсіндіру мақсатында Нильс Бордың 1913 жылы тұжырымдаған жорамалдары:

1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды. Бірінші қағида немесе орнықты күйлер қағидасы: атомдағы электрондар кез келген энергиясы бар орбиталармен емес, тек белгілі бір энергиясы бар орбиталар бойымен қозғалады. Оларды орнықты орбиталар деп атайды. Орнықты орбиталардың энергиясы тек белгілі бір дискретті (үзікті) мәндерді ғана иеленеді. Электрондар мұндай орнықты орбита бойымен қозғалып жүргенде сәуле шығармайды.

2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады.

{\displaystyle E_{n}-E_{m}=h\nu \,}{\displaystyle E_{n}-E_{m}=h\nu \,} Мұндағы En және Em осы стационар күйлердiң энергиясы, ал {\displaystyle \nu \ }{\displaystyle \nu \ } – Планк тұрақтысы. Екінші қағида немесе сәуле шығарудың жиіліктік шарты: атом бір орнықты күйден екінші бір сондай күйге ауысқанда ғана жарықтың бір фотонын жұтады не шығарады. Шығарылған не жұтылған фотонның энергиясы (һν) екі орнықты күй энергияларының (En және Em) айырымына тең (һν = {\displaystyle E_{n}-E_{m}=h\nu \,}{\displaystyle E_{n}-E_{m}=h\nu \,} мұндағы ν – шығарылған не жұтылған сәуле фотонының жиілігі, һ – Планк тұрақтысы).

Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп, сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.

3.(Орбиталардың кванттану ережесі):Стационарлық күйдегі атомдардың шеңбер бойымен қозғалғанда импульс моменттері тек дискретті мән қабылдай алады