Резерфорд тәжірибесі

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Жоспар

Электрон.
Резерфорд тәжірибесі
Нейтрон мен протонның ашылуы
Нильс Бор гипотезасы.
Атомның құрылысы

Электр құбылысы және электр тоғын зерттеу атомнан бірнеше есе кіші және онымен тығыз байланыста болатын теріс зарядталған бөлшектердің болатынын көрсетті. Бұл бөлшектер электрондар деп аталды. Электрон - тек атом құрамында ғана емес, одан бөлек өздігінен де өмір сүре алатын элементар бөлшек.

Еркін электрондарды алғаш ағылшын ғалымы Джон Томсон (1897) газдардағы электр тоғын зерттеу кезінде ашты. Электрондардың электр және магнит өрісіндегі қозғалысын зерттеу оның зарядының массасына қатынасы:

болатынын анықтады. Кейінірек екінші бір Американ ғалымы Маликен (1909) электрон зарядының 1, 6•10 ^-19 кулонға, ал оның массаның 9, 1•10 ^-28 грамға тең болатынын анықтады. Міне, осылайша элетрон массасы сутегі атомы массасынан 1840 еседей жеңіл болып шықты. Электрондардың бөлініп атомнан оңай шығатынын жібек матаға шыны таяқшаны үйкеп, көз жеткізуге болады. Үйкеліс нәтижесінде электрондар шыны таяқшадан жібек матаға кетеді.

1909-1911 жылдары ағылшын ғалымы Резерфорд Гейгермен және студент Марсденмен бірігіп, атом ішкі құрылысын зерттеу барысында өзінің өте нәзік тәжірибелерін жасады.

1-суретте Резерфорд тәжірибесінің схемасы келтірілген. Кішкене радий бөлшегі жан-жаққа ά-бөлшектерін шығарады, ά-бөлшек, бұл оң зарядталған гелий ядролары болып табылады. Оның бағытын экран көмегімен оңай бақылауға болады, олар экранға созылғанда жарқыраған нүктелер пайда болады. Резерфордтың бақылауынша, ά-бөлшектердің көбі металл арқылы өтіп, өзінің бастапқы бағытын көп өзгертпейді, ал оның аз ғана бөлігі өздерінің бастыпқы бағытын өзгертіп, кері бағытта бұрылады. Байқаған құбылысты түсіндіру үшін Резерфорд атомның планетарық үлгісін ұсынады. Бұл үлгі бойынша, атом ортасында оң зарядталған ядро орналасады, ол ядродан белгілі бір қашықтықта Күн жүйесіндегі планеталар сияқты оны электрондар айналып жүреді.

ά-бөлшектің массасы электрон массасынан 7500 есе көп болғандықтан, олар электрондармен соқтығысу кезінде өзінің алғашқы бағыттарын өзгертпейді. Альфа бөлшектері алтын атомдары маңынан өткен кезде өз бағыттарын өздерімен зарядтары бірдей бірнеше есе ауыр алтын атомының ядролары әсерінен өзгертеді (алтын атомының салыстырмалы салмағы 197 к. б. тең) . Ал атом ядроларының мөлшері атом мөлшерінен салыстарғанда кішірек, сондықтан ά-бөлшектердің ядроларымен соқтығысу ықтималдығы азырақ, осыған байланысты көпшілік бөлігі өздерінің бастапқы бағытын өзгертпейді. Міне, осыны Резерфорд бақылады. Резерфордтың және басқа да ғалымдардың зерттеулері атом ядросының диаметрі шамамен 10 ^-12 см тең болып, ал әр түрлі атомдар диаметрі 10 ^-8 -4 ^. 10 ^-8 см аралығында өзгеретінін көрсетті. Бұдан шығатын қорытынды ядро мөлшері атомнан 1 есе кіші болады.

Резерфорд тәжірибесінен тағы да бір маңызды қорытынды шығады. Атом ядросының заряды көп болған сайын одан ά-бөлшектер тебілуі көп болады (2-сурет) . Сонымен ά-бөлшектердің шырауы бойынша жүгізілген тәжірибе ядроның болуын ғана дәлілдемеп қана қойған жоқ, сонымен қатар оның оң зарядының болатынын да дәлелдеді. Ядро заряды ол электрон заряды бірлігі бойынша, элементтің периодтық жүйедегреттік нөміріне тең болады: +Ze (Pt, Ag, Cu) металдары үшін 77, 4; 46, 4; 29, 3-ке тең болады) .

Кейінгі жүргізілген тәжірибелер құрамында бір электроны және протоны бар сутегі атомы массасы шамамен протон массасына тең болатынын, ал басқа элемент атомдарының массасы олардың құрамына кіретін электрондар мен протондар массасынын қосындысынан әлдеқайда көп болатынын көрсетті. Бұл айырмашылық атомдар құрамында тағы да бір бейтарап бөлшек болатынын дәлелдеді. Ғалымдар бұл бөлшекті нейтрон деп атайды. Ядро құрамында нейтрондардың болатындығын 1933 жылы ағылшын ғалымы Чедвиг (Нобель сыйлығының иегері) ядролық реакцияларды зерттеу кезінде ашты.

Атом құрылысы туралы көзқарастың дамуына түбегейлі өзгерісті 1913 жылы дат физигі Нильс Бор жасады. Ол электрондардың атомда орналасуы туралы теорияны жасап, оны жарықтың кванттық теориясымен байланыстырды. Бұл жаңа теория бойынша, атомның орталық бөлігінде оң зарядталған ядро болады, онда атомның негізгі массасы жинақталады. Ал ядроны белгілі қашықтықта тұрақты орбиталар бойынша электрондар айналып жүреді. Бұл тұрақты обиталар бойынша электрондар қозғалғанда олар энергиясын шығындамайды, жарық шығармайды делінген жаңа түрдегі атомның моделі ұсынылды.

Мысал ретінде ең қарапайым атом - сутегі атомын қарастырайық. Сутегі ядросы дара, жалғыз электрон айналады. Электрон ядроны орбита бойынша айнала отырып, магнит өрісін туғызады, оның шамасы орбитальдық магниттік моментпен сипатталады. Магниттік момент бағытын француз физигі Ампердің оң қол ережесі бойынша: сұқ саусақты электрон қозғаласы бағытында ұстасақ, онда бас бармақ магниттік дипольдің оңтүстік полюсін көрсетеді. Атақты ағылшын физигі Дж. Томпсонның баласы Паджет Томсон 1927 жылы Дэвиссон мен Джермерге байланыссыз электрондардың дифракцияға ұшырау құбылысын ашып, электронға корпускулярлық қасиетпен қатар толқындық қасиет те тән екендігін дәлелдеді. Олай болса, электронның кеңістіктің белгілі бір нүктесінде болу ықтималдығы туралы ғана айтуға болады.

Осыладың негізінде айтар жәй: электрон бір мезгілде бөлшек те, толқын түрінде де қозғала алады, ал оның атом ішіндегі қозғалысы кванттық мехнаиканың заңдарына бағынады.

Толқындық қасиетке ие болатын электрондық қозғалысы кванттық мехника бойынша толқындық функция - ψ-мен сипатталады. Ал электронның белгілі бір кішкене көлем ішінде ΔV болу ықтималдығы (N) осы толқындық функциясының квадратымен анықталды:

1926 жылы австрия физигі Э. Шредингер электронның сутегі атомдағы энергиясын (Е) оның толқындық қозғалысын (ψ) байланыстыратын өзінің теңдеуін ұсынды:

Н ψ=E ψ

Мұндағы Е - ψ-дің кез келген мәніне сай келетін энергияның мөлшері, Н - Гамильтон операторы, ол тек ψ функцияға қолданылады. Оператор - осы функцияға қолданылатын операцияларды көрсететін математикалық символ. Операторды қолдану нәтижесінде энергия шамасы Е-ге көбейтілген сол функцияны аламыз. Мысалы координата бойынша дифференциалдау операторы мен f=e ^ax фунциясы үшін мынадай тепе-теңдік орындалыды.

Шреденгер теңдеуін шешу үшін мынадай келісімдер жасалады: протон массасы электрон массасынан бірнеше есе көп болғандықтан, оны қозғамайды деп санап, оған координаталар жүйесінің бас нүктесін орналастырады; Бұл нүкте бойынша протон туғызатын электр өрісі симметриялы, ол өрісте электрон қозғалысы қарастырылады. Сондықтан да сутегі атомындағы электрон қозғалысы туралы бұл есептісфералық координаталар системасында шешу керек. 4-суретте декарт және сфералық (полярлық) координалар жүйесі арасындағы байланыс көрсетілген.

Сонымен сфералық координата жүйесінде сутегі атомы және оған ұқсас атомдар үшін Шредингер теңдеуін толық шешу толқындық функцияның жалпы түрдегі мынадай өрнегін алуға мүмкіндік береді:

Мұндағы R деп отырғанымыз, толқындық функциялардың радикалдық бөлігі, ал А - толқындық функциялардың бұрыштық бөлігі. N - номировка тұрақтысы. n, l, m ₁ кванттық сандар.

Бас квант саны - оны латынның кішкене n әрпімен таңбалайды. Ол электрон бұлты көлеміндегі ғана электрон қозғалысымен байланысты. Демек, бас квант саны мен электрон энергиясы және электрон бұлтының көлемі анықталды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.