Թոմսոնի ատոմի մոդել

Թոմսոնի մոդել, ատոմի պուդինգային մոդել, ատոմի մոդել, որը 1904 թվականին առաջարկել է Ջոզեֆ Ջոն Թոմսոնը։ 1879 թվականին հայտնաբերելով էլեկտրոնը` Թոմսոնը ենթադրեց, որ էլեկտրոնները հանդիսանում են ատոմի բաղադրամասերը և որոշեց ստեղծել ատոմի մոդել, որն արտացոլում էր այդ ենթադրությունը։

Ատոմի Թոմսոնի մոդելը

Ատոմի պուդինգային մոդել

Պուդինգ

Մոդելի նկարագրությունը

Ըստ Թոմսոնի` տարրերի ատոմները կազմված են մի քանի բացասականապես լիցքավորված էլեկտրոններից, որոնք մտնում են համասեռ բաշխված դրական էլեկտրական լիցք ունեցող ոլորտի մեջ։ Ատոմը բաղկաված է էլեկտրոններից, որոնք գտնվում են էլեկտրոնների բացասական լիցքերը կոմպենսացնող դրական լիցքավորված «ապուրի» մեջ՝ դրական լիցքավորված «պուդինգում» բացասական լիցքավորված «չամիչների» նման։ Էլեկտրոնները, ինչպես ենթադրվում էր, տեղաբաշխված էին իրենց ատոմում։ Ատոմի ներսում էլեկտրոնների տեղաբաշխման մի քանի տարբերակ կար, մասնավորապես, էլեկտրոնների պտտվող օղակները։ Մոդելի որոշ տարբերակներում «ապուրի» փոխարեն առաջարկվում էր դրականապես լիցքավորված «ամպը»։ Համաձայն այդ մոդելի՝ էլեկտրոնները կարող էին ազատորեն պտտվել դրականապես լիցքավորված կաթիլում կամ ամպում։ Նրանց ուղեծրերը կայունանում են նրանով, որ դրականապես լիցքավորված ամպի կենտրոնից էլեկտրոնի հեռացման դեպքում, այն կրում է ձգողության ուժի մեծացում, որը նրան վերադարձնում է իր տեղը, քանի որ նրա ուղեծրի ներսում գոյություն ունի ավելի շատ հակադիր նշանի լիցքեր, քան՝ դրսում (ըստ Գաուսի օրենքի)։ Թոմսոնի մոդելում էլեկտրոնները կարող էին ազատորեն պտտվել օղակներով, որոնք կայունանում էին էլեկտրոնների միջև փոխազդեցությամբ, իսկ սպեկտրները բացատրում էին տարբեր օղակային ուղեծրերի միջև էներգիական տարբերությունները։ Թոմսոնի հոդվածը հրատարակվել է 1904 թվականի մարտին «Փիլիսոփայություն» թերթում (Philosophical Magazine), որը այդ ժամանակվա բրիտանական գիտական թերթում առաջատար տեղ էր զբաղեցնում։ Ավելի ուշ, Թոմսոնը իր մոդելի օգնությամբ փորձեց բացատրել որոշ տարերի լուսավոր սպեկտրային գծերը, սակայն էական արդյունքի չհասավ։ Չնայած այս ամենի՝ Թոմսոնի մոդելը դարձավ վաղ նախակարապետ ավելի ուշ առաջադրված և ավելի հաջող ստացված Բորի մոդելի համար, ըստ որի ատոմը նման է Արեգակնային համակարգին (էլեկտրոնները պտտվում են կենտրոնում գտնվող միջուկի շուրջը, ինչպես մոլորակները՝ Արեգակի)։

Թոմսոնի մոդելի ժխտումը

1904 թվականին առաջադրված Թոմսոնի ատոմի մոդելը հերքվեց 1909 թվականին ոսկյա փայլաթիթեղի վրա ալֆա-մասնիկների ցրման փորձով, որը վերլուծել է Էռնեստ Ռեզերֆորդը 1911 թվականին։ Նա ենթադրեց, որ ատոմում գոյություն ունի շատ փոքր միջուկ, որը պարունակում է շատ մեծ դրական լիցք (ոսկու դեպքում այն բավական է, որպեսզի կոմպենսացնի մոտ 100 էլեկտրոնների լիցքը), ինչը հանգեցրեց Ռեզերֆորդի ատոմի մոլորակային մոդելի ստեղծմանը։ Չնայած ոսկու ատոմային թիվը 79 է, 1911 թվականին Ռեզերֆորդի հոդվածի հրատարակումից անմիջապես հետո՝ Անտոնիուս Վան դեն Բրուկը առաջ քաշեց հետաքրքիր ենթադրություն, այն է, որ ատոմային թիվը հենց հանդիսանում է միջուկի լիցքը։ Հարցի լուծման համար պահանջվեց փորձ։ 1913 թվականին Հենրի Մոզլին փորձնականորեն ցույց տվեց (տես Մոզլիի օրենք), որ միջուկի էֆեկտիվ լիցքը շատ մոտ է ատոմային թվին (նրանց միջև տարբերությունը, որը հատնաբերոլ է Մոզլին, մեծ չէր մեկից)։ Ընդ որում Մոզլին կենտրոնացել է միայն Վան դեն Բրուկի և Ռեզերֆորդի աշխատանքների վրա։ Արդյունքում այդ աշխատանքը հանգեցրեց նույն թվականին Բորի ատոմի մոդելի ստեղծմանը, որը նման է Արեգակնային համակարգին (սակայն քվանտային սահմանափակումներով), որում ատոմային թվին հավասար դրական լիցք ունեցող միջուկը շրջապատված է ուղեծրային մակարդակների վրա գտնվող, միջուկի լիցքի մեծությանը հավասար արդյունարար լիցք ստեղծող էլեկտրոններով։

Հետաքրքիր փաստեր

• Թոմսոնը այս նոր մոդելով հրաժարվեց իր կողմից ավելի վաղ առաջադրված «մշուշային ատոմի» (nebular atom) հիպոթեզից, որը ատոմը ներկայացնում էր ոչ նյութական հողմապտույտներից կազմված համակարգ։ Այժմ, ծայրահեղ դեպքում, ատոմի մի հատվածը բաղկացած էր բացասականապես լիցքավորված Թոմսոնի էլեկտրոններից, չնայած ատոմի մնացած դրականապես լիցքավորված հատվածը նախկինի նման մնում էր բավականին մշուշոտ և դժվար որոշելի։
• Թոմսոնի մոդելը համեմատում էին (բայց ոչ ինքը) բրիտանական աղանդերի, չամիչով պուդինդի հետ։ Այստեղից էլ եկել է այս մոդելի անվանումը։

Ծանոթագրություններ

• G. J. Stoney, (1894). «Of the "Electron" or Atom of Electricity» (non math extract of paper). Philosophical Magazine, Series 5 38։ 418–420.
• J.J. Thomson. «On the Structure of the Atom: an Investigation of the Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to the Theory of Atomic Structure» (extract of paper). Philosophical Magazine Series 6 7 (39).DOI։10.1080/14786440409463107.
• Joseph A. Angelo (2004). «Nuclear Technology» (Greenwood Publishing).
• Akhlesh Lakhtakia (Ed.) (1996). «Models and Modelers of Hydrogen» (World Scientific).