Атом құрылысы саласындағы ашылулар физиканың дамуындағы маңызды қадам болды. Резерфорд үлгісінің маңызы зор болды. Атом жүйе ретінде және оны құрайтын бөлшектер дәлірек және егжей-тегжейлі зерттелді. Бұл ядролық физика сияқты ғылымның табысты дамуына әкелді.
Материяның құрылымы туралы ежелгі идеялар
Айналадағы денелер ең ұсақ бөлшектерден тұрады деген болжам ерте заманда жасалған. Сол кездегі ойшылдар атомды кез келген заттың ең кішкентай және бөлінбейтін бөлшегі ретінде көрсетті. Олар ғаламда атомнан кіші ештеңе жоқ деп дәлелдеді. Мұндай көзқарастарды ежелгі гректің ұлы ғалымдары мен философтары – Демокрит, Лукреций, Эпикур ұстанған. Бұл ойшылдардың гипотезалары бүгінде «ежелгі атомизм» деген атпен біріктірілген.
Ортағасырлық спектакльдер
Ежелгі дәуірлер өтіп, орта ғасырларда заттардың құрылымы туралы әртүрлі болжамдар жасаған ғалымдар да болды. Десек те, тарихтың сол кезеңіндегі діни философиялық көзқарастардың басымдығы мен шіркеудің күш-қуаты түбінде жатыр.адам санасының материалистік ғылыми тұжырымдар мен жаңалықтарға деген кез келген талпыныстары мен ұмтылыстарын басып тастады. Өздеріңіз білетіндей, ортағасырлық инквизиция сол кездегі ғылым әлемінің өкілдерімен өте жағымсыз әрекет етті. Сол кездегі нұрлы саналарда атомның бөлінбейтіндігі туралы ерте заманнан келе жатқан түсінік болғанын айту керек.
18-19 ғасыр зерттеулері
18 ғасыр материяның элементарлық құрылымы саласындағы маңызды жаңалықтармен ерекшеленді. Антуан Лавуазье, Михаил Ломоносов және Джон Дальтон сияқты ғалымдардың күш-жігерінің арқасында. Бір-бірінен тәуелсіз олар атомдардың шынымен бар екенін дәлелдей алды. Бірақ олардың ішкі құрылымы туралы мәселе ашық қалды. 18 ғасырдың соңы Д. И. Менделеевтің химиялық элементтердің периодтық жүйесін ашуы сияқты ғылыми әлемде маңызды оқиғамен ерекшеленді. Бұл сол кездегі шын мәнінде қуатты серпіліс болды және барлық атомдардың біртұтас табиғаты бар, олардың бір-бірімен байланысты екендігі туралы түсініктің пердесін алып тастады. Кейінірек, 19 ғасырда атомның құрылымын ашу жолындағы тағы бір маңызды қадам олардың кез келгенінде электрон бар екенін дәлелдеу болды. Осы кезеңдегі ғалымдардың еңбектері 20-ғасырдағы жаңалықтарға қолайлы негіз дайындады.
Томсон тәжірибелері
Ағылшын физигі Джон Томсон 1897 жылы атомдарда теріс зарядты электрондар болатынын дәлелдеді. Бұл кезеңде атом кез келген субстанцияның бөлінгіштік шегі деген жалған ойлар ақыры жойылды. ҚалайТомсон электрондардың бар екенін дәлелдей алды ма? Ғалым өз тәжірибелерінде өте сирек кездесетін газдарға электродтарды орналастырып, электр тогын өткізген. Нәтижесінде катодты сәулелер пайда болды. Томсон олардың ерекшеліктерін мұқият зерттеп, олардың үлкен жылдамдықпен қозғалатын зарядталған бөлшектер ағыны екенін анықтады. Ғалым бұл бөлшектердің массасын және олардың зарядын есептей алды. Ол сондай-ақ олардың бейтарап бөлшектерге айналмайтынын анықтады, өйткені олардың табиғатының негізі электр заряды болып табылады. Электрондар осылай ашылды. Томсон сонымен қатар атом құрылымының әлемдегі алғашқы моделін жасаушы болып табылады. Оған сәйкес атом дегеніміз – теріс зарядталған электрондар біркелкі таралатын оң зарядты заттар шоғыры. Бұл құрылым атомдардың жалпы бейтараптығын түсіндіреді, өйткені қарама-қарсы зарядтар бір-бірін теңестіреді. Джон Томсонның тәжірибелері атомның құрылымын одан әрі зерттеу үшін баға жетпес құнды болды. Дегенмен көптеген сұрақтар жауапсыз қалды.
Рутерфорд зерттеуі
Томсон электрондардың бар екенін ашты, бірақ атомнан оң зарядталған бөлшектерді таба алмады. Эрнест Рутерфорд 1911 жылы бұл түсінбеушілікті түзетті. Тәжірибе барысында газдардағы альфа-бөлшектердің белсенділігін зерттей отырып, атомда оң зарядты бөлшектер бар екенін анықтады. Резерфорд сәулелер газ арқылы немесе жұқа металл пластина арқылы өткенде, аздаған бөлшектер қозғалыс траекториясынан күрт ауытқитынын көрді. Олар сөзбе-сөз кері лақтырылды. Ғалым соны болжағанбұл әрекет оң зарядталған бөлшектермен соқтығысуымен түсіндіріледі. Мұндай тәжірибелер физикке атом құрылымының Резерфорд моделін жасауға мүмкіндік берді.
Планетарлық үлгі
Енді ғалымның идеялары Джон Томсон жасаған болжамдардан біршама басқаша болды. Олардың атом үлгілері де басқаша болды. Резерфорд тәжірибесі оған осы салада мүлдем жаңа теория жасауға мүмкіндік берді. Ғалымның ашқан жаңалықтары физиканың одан әрі дамуы үшін шешуші мәнге ие болды. Резерфорд моделі атомды орталықта орналасқан ядро және оның айналасында қозғалатын электрондар ретінде сипаттайды. Ядроның заряды оң, ал электрондардың заряды теріс. Резерфордтың атом моделі электрондардың белгілі бір траекториялар – орбиталар бойынша ядроның айналасында айналуын болжады. Ғалымның жаңалығы альфа-бөлшектердің ауытқу себебін түсіндіруге көмектесті және атомның ядролық теориясының дамуына түрткі болды. Резерфордтың атом моделінде Күн жүйесіндегі планеталардың Күнді айнала қозғалысына ұқсастық бар. Бұл өте дәл және айқын салыстыру. Сондықтан атом ядроның айналасында орбита бойынша қозғалатын Резерфорд моделі планеталық деп аталды.
Нильс Бордың жұмыстары
Екі жылдан кейін дат физигі Нильс Бор атомның құрылымы туралы идеяларды жарық ағынының кванттық қасиеттерімен біріктіруге тырысты. Резерфордтың атомның ядролық моделін ғалым өзінің жаңа теориясының негізі ретінде қойды. Бордың пікірінше, атомдар ядроның айналасында дөңгелек орбиталарда айналады. Мұндай қозғалыс траекториясы жеделдетуге әкеледіэлектрондар. Сонымен қатар, бұл бөлшектердің атом центрімен кулондық өзара әрекеттесу электрондардың қозғалысы нәтижесінде пайда болатын кеңістіктік электромагниттік өрісті ұстап тұру үшін энергияны құру және тұтынумен бірге жүреді. Мұндай жағдайларда теріс зарядталған бөлшектер бір күні ядроға түсуі керек. Бірақ бұл болмайды, бұл атомдардың жүйе ретіндегі тұрақтылығын көрсетеді. Нильс Бор Максвелл теңдеулерімен сипатталған классикалық термодинамика заңдарының атом ішілік жағдайда жұмыс істемейтінін түсінді. Сондықтан ғалым өзінің алдына элементар бөлшектер әлемінде жарамды жаңа заңдылықтарды шығару міндетін қойды.
Бор постулаттары
Көбінесе Резерфорд моделі бар болғандықтан, атом және оның құрамдас бөліктері жақсы зерттелгендіктен, Нильс Бор өзінің постулаттарын құруға жақындай алды. Олардың біріншісі атомның энергиясы өзгермейтін стационарлық күйлері бар, ал электрондар траекториясын өзгертпей орбита бойынша қозғалады. Екінші постулат бойынша электрон бір орбитадан екіншісіне ауысқанда энергия бөлінеді немесе жұтылады. Ол атомның алдыңғы және кейінгі күйлерінің энергияларының айырмашылығына тең. Бұл жағдайда электрон ядроға жақын орбитаға секірсе, онда энергия (фотон) бөлінеді және керісінше. Электрондардың қозғалысы қатаң шеңберде орналасқан орбиталық траекторияға шамалы ұқсастығына қарамастан, Бордың ашылуы басқарылатын сызбаның бар болуы үшін тамаша түсініктеме берді.сутегі атомының спектрі. Шамамен сол уақытта Германияда өмір сүрген физиктер Герц пен Франк атомның стационарлық, тұрақты күйлерінің болуы және атом энергиясының мәндерін өзгерту мүмкіндігі туралы Нильс Бордың ілімдерін растады.
Екі ғалымның ынтымақтастығы
Айтпақшы, Резерфорд көп уақыт бойы ядроның зарядын анықтай алмады. Ғалымдар Марсден мен Гейгер Эрнест Резерфордтың тұжырымдарын қайта тексеруге тырысты және егжей-тегжейлі және мұқият эксперименттер мен есептеулер нәтижесінде атомның ең маңызды сипаттамасы болып табылатын ядро және оның барлық заряды деген қорытындыға келді. соған шоғырланған. Кейінірек Д. И. Менделеев элементтерінің периодтық жүйесіндегі элементтің реттік нөміріне ядро зарядының мәні сан жағынан тең екені дәлелденді. Бір қызығы, Нильс Бор көп ұзамай Резерфордпен кездесіп, оның пікірімен толық келіскен. Кейіннен ғалымдар бір зертханада ұзақ уақыт бірге жұмыс істеді. Резерфорд моделі, атомды элементар зарядталған бөлшектерден тұратын жүйе ретінде - мұның барлығы Нильс Бор әділ деп санап, өзінің электронды моделін мәңгілікке шетке тастады. Ғалымдардың бірлескен ғылыми қызметі өте сәтті болып, өз жемісін берді. Олардың әрқайсысы элементар бөлшектердің қасиеттерін зерттеуге тереңдеп, ғылым үшін маңызды жаңалықтар ашты. Рутерфорд кейінірек ядролық ыдырау мүмкіндігін тауып, дәлелдеді, бірақ бұл басқа мақаланың тақырыбы.
