I тарау. Атом туралы кванттық түсініктер

Атомның құрылысы. Д.Д.Томсон және Э.Резерфорд моделі

XIX ғасырдың аяғына дейін атом заттың бөлінбейтін өзгермейтін бөлшегі деп саналып келді. XIX ғасырдың аяғы мен ХХ- ғасырдың бас кезіндегі ғылыми жаңалықтар (радиоактивтік құбылыс және рентген сәулелерінің ашылуы, электронның табылуы т.б.) негізінен атомның күрделі бөлшек екендігін сипаттады. Сонымен атом құрамында электронның болатындығы белгілі болды. Электронның массасы m_e = 9.1·10^-31кг, ал заряды e = 1.6·10^-19Кл, болатын теріс зарядты элементар бөлшек. Бірақ қалыпты жағдайда атом заряды білінбейді, сондықтан да атом бейтарап бөлшек, оның оң зарядты бөлшектерінің шамасы электрондардың зарядына тең болуға тиіс, сонда ғана атом бейтарап бола алады.

ХХ ғасырдың бас кезінде атомның күрделі бөлшек екендігі анықталды, олай болса атомның оң және теріс зарядты бөлшектері болады. Осы оң зарядты иеленуші қандай бөлшек және электронның қозғалысының себебі неден, олардың орналасуы қалай болатындығы,және атомның құрылысы қандай екендігі белгісіз болды.

ХХ ғасырдың бас кезінде осы атомның құрылысы жөнінде бірқатар көзқарастар (пікірлер) айтылып, атомның екі моделі ұсынылды:

1) Ағылшынның физигі Д.Д.Томсонның (1903 ж.) болжауы бойынша, атом дегеніміз оң және теріс электронмен бірқалыпты зарядталған сфера, теріс зарядты электрондар осы сфераның ішкі жағына орналасқан. Сфера ішіндегі барлық электрондардың зарядының мөлшері, оның оң зарядына тең, сондықтан атом бейтарап. Электрон қозғалғанда оған квазисерпімді күш

(1.1.1)

әсер етіп, ол гармониялық тербеліске келеді. Атомның бұл моделіне сүйеніп, тербелген атомдардың жарық шығаруын түсіндіруге болады, бірақ атом спектрінде болатын заңдылықтарды және басқа құбылыстарды түсіндіруге келмейді. Томсон моделі бойынша атом ішіндегі оң және теріс зарядтар туралы айтылған пікір тәжірибеге негізделмеген, сондықтан да бұл модель сәтсіз болды. Томсон ұсынысы бойынша оң-теріс бөлшектер электр күші арқылы байланысып тұрады.

Д.Д.Томсон моделінің негізгі кемшілігі атомдағы, оң және теріс зарядтарды араласып жатуында. Томсон моделін тамшылық модель дейміз (1.1-сурет).

Осы бірқалыпты зарядталған сфера ішінде заряд тығыздығы:

(1.1.2)

өріс кернеулігі мына формуламен анықталады:

0 ≤ r≤R (1.1.3)

мұндағы е - сфера заряды, R - сфера радиусы немесе атом радиусы.+

Тепе-теңдік қалыптан r қашықтықтағы электронға әсер ететін күш:

(1.1.4)

(1) мен (4) теңдікті теңестірсек

Сурет

(1.1.5)

сонда атом радусы

(1.1.6)

осы формуладағы ω₀ орнына сутегі атомының сызықтық жиілігін (ω=3∙10¹⁵Гц) қойып, атом радиусын тапсақ, болып шығады.

2) Екінші модель-Э.Резерфордтың планетарлық моделі.

Радиоактивтік құбылыс ашылғаннан (1896 ж.) кейін атом құрылысының күрделі екендігі анықталды.

1906 жылы Э.Резерфорд атом құрылысын зерттеу үшін іргелі тәжірибелер жасап, ол - бөлшегімен азот атомын атқылау нәтижесінде, ауыр -бөлшегінің шашырайтындығын байқады. Тәжірибелер нәтижесінде -бөлшектерінің көпшілігі заттан өткенде өзінің бастапқы бағытын сақтап, қалатындығы, ал аздаған бөлігі бағытын өзгертіп бастапқы қалпынан өте үлкен шамаға дейін ауытқитындығын анықтады. Резерфордпен оның шәкірттері Гейгер және Марсден -бөлшегінің іздерін фотопластинкаға түсіріп, ауытқу бұрыштарын анықтады. Ол үшін синтилляциялық әдісті қолданды. Осы әдіс бойынша металл фалгадан шашырап, бастапқы бағытынан ауытқыған -бөлшегінің саны, төрт дәрежеленген шашырау бұрышының жартысының синусына кері пропорционал болатындығын анықтады, яғни

~ (1.1.7)

Осыларды қорыта келіп Резерфорд мынадай қорытындыға келді:

1) түскен альфа бөлшектерінің саны, шашыраған альфа бөлшегінен көп үлкен болады;

2) кейбір альфа бөлшегі өте үлкен бұрышқа шашырайды және кері қарай шашырайтын бөлшектерде кездеседі;

3) шашырау бұрышы артқанда шашыраған бөлшектер саны кемиді.