Таырыбы: Электронны ашылуы туралы. Атом модельдерін оыту дістемесі

ХІХ-асырды басында Петербург физигі академик В.В.Петров сиретілген газдарды электр тогын ткізуге абілеті бар екенін байады. 1869 жылы неміс алымы Гитторф сол уаыттаы газды сиретуді е жоары тсілін олдананда, шыны ттіктегі газды жарырауы жоалып кететінін, оны есесіне теріс электрода арама-арсы шыны абырадан жасыл жары да пайда болатынын крген. алымдар кзге крінбейтін ерекше сулелер ттікті шыны абарасынан тіп, жарыл шыарады деп тйді. Неміс физигі Гольдштейн бл сулелерді катод сулелері деп атады. Катод сулелеріні табиаты кпке дейін пия болып келді. Тек 1879 жылы бан аылшын физигі Крукс дрыс жауап бере алды. Ол катод сулелері здерімен энергия алып жреді, соны нтижесінде шыныны жасыл да тскен жері ызады деп длелдеді. Магнит серінен катод сулелері брылады. Ендеше, катод сулелері жары сулелерінен згеше, себебі жары сулелері магнит рісінде брылмайды.

Сондытан катод сулелері – зарядты блшектер аыны. Кейіннен француз алымы Перрен тжірибе жасап катод сулелері теріс зарядты блшектер аыны екенін кз жеткізді. Алайда, катод сулелері туралы наты орытынды жо еді.

1897 жылы аылшын физигі Дж.Томсон катод сулелерін зерттеумен шылданды. Разрядты ттікті ішіндегі газ молекулаларын сирету дрежесін лкейтіп, жоары вакуум жасаанда катод сулелеріні брылуы айын байалды жне ол брылу катод сулелеріні теріс зарядты екенін таы да длелдеді. з тжірибелеріне талдау жасай отырып Томсон 1897 жылы 29 апрельде Лондонны Корольдік оамында мынадай негізгі орытындылара келгенін баяндады.

1. Атомдар блінбейді, алайда жылу, жары, электр рісі немесе жылдам шатын блшектерді механикалы соыларыны серінен олардан теріс блшектер шып шыуы ммкін.

2. Теріс блшектер андай текті атомнан шырылып шыарыланынан туелсіз оларды бріні де массалары мен зарядтары бірдей.

3. Мндай блшекті массасы шамамен сутегі атомы массасыны 1/2000 блігіне те.

4. Сонымен теріс блшектер –теріс зарядты «атомдарды» негіздері.

Бл блшекті Стоней 1890 жылы электрон деп атауды сынан.

Томсон 1897 жылы зіні электронды ашанын хабарлааннан кейін-а алымдар электронны зарядын лшеуге талап жасады. Алайда, электронны те кішкене заряды лшеу техникасын иындатты жне лшеулер те жасы длдіктерді бермеді.

Тек 1911 жылы американ физигі Милликен жне 1912 жылы совет академигі А.Ф.Иоффе барлы иындытарды жеіп, электронны зарядын лшеп тапты.

Милликен тжірибесіні мні мынадай. Ауасы барынша сорылып шыарылан камераны ішіне жоары пластинкасында тесігі бар горизонталь жазы конденсатор ойылды. Арнайы аспапты кмегімен камераа май тамшылары ендіріледі. Олар пульверизаторлардан ажырап шыан кезде кедергіні серінен зарядталады. Бл тамшылар лап бара жатан жолындаы тесік арылы конденсаторды электр рісіне енеді.

Пластинканы кернеуін згерте отырып тамшыны салмаы электр кшімен теестіріледі. Сонда тамшы озалмастан алып трады. Оны микроскоппен де арауа болады. Тамшыны млшерін анытап, оны салмаын есептеп табуа болады. Тамшыны салмаы белгілі болса, оны тегеретін электр кші де белгілі, олай болса бдан тамшыны зарядыны млшерін анытауа болады. Осы тсілмен Милликен электрон заряды е=1,6*10^-19 Кл-а те екенін тапты. Осындай нтижені А.Ф.Иоффе де алды.

Томсон моделі.

ХІХ асырды аяында кптеген алымдарды разрядты ттікті кмегімен жргізген тжірибелерінен атомны электрондар мен блшектерден тратыны белгілі болды. Атомны алашы моделін 1904 жылы Томсон жасады. Томсон моделі бойынша атом дегеніміз – ішінде теріс зарядтты электрондар біралыпты орналасан о зарядтты шар. алыпты жадайда атомдаы электрондар мен о зарядтты блшектер саны зара тепе-тедікте болады. Егер атома андай да болмасын сырттан кш сер етсе, ол озады да электрондар тербеле бастайды. Енді осы модель трысынан бір электроннан тратын стегі атомын арастырайы. алыпты жадайда электрон шарды центрінде орналасады, йткені электрона сер ететін кштер тегерілген. Егер денені температурасы артып, атомдарды сотыысулары жиіленсе, электрон тепе-тедік жадайдан шыып, сырта арай ыысады. Сйтіп, атом центрімен салыстыранда электрон здіксіз тербелісте болады. Жиілігі секундына миллион-миллиард тербеліске те электромагниттік жары толындарын шыару шін атомдаы элекрондар да сондай жиілікпен тербелуі керек. Бл жадайда о зарядтты шарды диаметрі шамамен сантиметрді жз миллионнан бір блігіне те болатынын Томсон есептеп шыарды. Атомны мндай млшері Томсонны баса есептеулері мен тжірибелерінен алан орытындыларына дл келеді.

Сондытан да бл атом моделіні дрыс екендігіне кезінде сенім тудырандай еді. Томсон моделі алашы кезде кптеген физикалы былыстарды тсіндіргенмен, бертін келе атомны зіне тікелей атысты бірсыпыра мселелерді шешуде дрменсіз болып алды. Мысалы, сутегі атомыны сызыты спектрінен табылан задылыты тсіндіре алмады. Сондытан Томсон моделі ылымда кп мір срген жо.

Резерфорд моделі.

Атомны жаа моделін жасауда шешуші тжірибені Томсонны шкрті аылшын физигі Резерфорд 1911 жылы з лабороториясында іске асырды. Ол зіні тжірибесінде нысана ретінде алыдыы миллиметрді екі мынан бір лесіне те алтын фольганы алып, оны альфа блшектермен атылады. -блшекті шуын баылау шін фольганы артына арнаулы экран ойып, рбір -блшек рыланда шыатын жарыл баыланды. Кпшілік -блшектер фольгадан ткенде бос кеістіктен ткендей болан. Сонымен бірге Резерфорд кейбір -блшектерді тік брыша, тіпті кейде онан да лкен брыша брылып шашырайтынын байады. Алашыда Резерфорд -блшектерді шашырау былысын Томсон моделі негізінде тсіндірмекші де болды. Алайда, осы былысты тсіндіруге бл модельді жарамсыз екені аныталды, йткені Резерфорд тжірибелерінен Томсон моделі трысынан араанда атом рылысы туралы тсініксіз жадайлар байалады. Біріншіден, зат «бостытан» трады екен, йткені -блшекті кпшілігі жа фольга арылы ткенде брылмады. Екіншіден, атомны ішінде жылдам шатын -блшектерді баытын кілт згертетін уатты кш болу керек. Мндай кштерді тек атомны о не теріс зарядты блшектеріні электр рісі тудыра алады.

Ал теріс зарядты блшектер-электрондар оларды массалары ауыр -блшектерді массаларымен салыстыранда те аз, сондытан -блшектерді братын атомны о зарядты блшектері болу керек. Тжірибеге сйене отырып Резерфорд 1911 жылы Томсон моделінен згеше атомны жаа моделін жасады. Бл модель бойынша атом электрондар мен ядродан трады. Ал ядроа атомны кпшілік массасы мен о заряды жинаталан. Ядроны айналасында шебер бойымен электрондар айналып жреді. Резерфорд есептеулерінен ядроны диаметрі шамамен атомны диаметрінен жз мы есе кіші екенін байауа болады.

Атом рылысыны жаа моделі планетарлы деп аталды. Дегенмен, атома тн кптеген былыстарды бл модель де дрыс тсіндіріп бере алмады. Атап айтанда, атом ішінде шебер бойымен дей озалан электрон алай боланда да суле шыару керек. Соны салдарынан электронны энергиясы біртіндеп азая отырып, электрон ядроа жаындай беріп, электр кшіні серінен аыр соында лап тсу керек. Демек атом, атом болудан алуа, яни кйреуге тиіс. Шын мнісінде атом орныты жйе.

Тек 1900 жылы неміс алымы Макс Планк ірге тасын алаан квантты теория арасында бл сраты шешімі табылды. Планкті идеясын алаш рет Резерфорд моделіне олданан дания алымы Нильс Бор болды. Ол 1913 жылы атомны стационар орбиталары туралы жне атомны суле шыару шарттары жайлы зіні ш постулатын сынды.

Бл постулаттар бойынша электрондар ядроны кез-келген орбитамен емес, белгілі стационар орбитамен айналып жреді. Электрондар стационар орбитамен айналып жргенде атом суле шыармайды жне оны жтпайды. Егер электрондар бір орбитадан баса орбитаа ауысатын болса, онда атом суле шыарады немесе жтады. Атомны шыаратын электромагниттік толыныны жиілігі электронны айналу жиілігіне емес, оларды энергияларыны айырмасына байланысты.

Атом квантты система деп есептеліп, ондаы электрондарды кйін сипаттау шін негізгі орбиталы, магниттік жне спиндік квантты сандар егізілді. Мысалы, рбір орбитадаы электрондарды саны Паули принципі бойынша былай рнектеледі: N=2n²; мндаы n-негізгі квантты сан. Сонымен Бор атомны ішкі рылысына атысты біраз мселені шешті. зіне дейін тсініксіз болып келген атомны орнытылыын жне спектрді дискреттілігін тсіндірді, біра атомны пия сырларын ертеден келе жатан кне классикалы теориядан бас тартуды себептерін тсіндіре алмады. Бл иыншылыты жеу шін Эйнштейнні, Гейзенбергті, Луи-де-Бройльді, Шредингерді ебектері зор. Олар ескі классикалы механиканы орнына жаа квантты механиканы алыптастырды. Осы квантты механиканы арасында Бор постулаттарыны сыры ашылды.

Лекция 13