Plūmju pudiņa modelis definīcija un vēsturiskā nozīme

Plūmju pudiņa modelis, Tomsona 1904 definīcija un vēsturiskā nozīme atoma teorijā, skaidrojums par elektronu izvietojumu un pozitīvā lādiņa lomu

Autors: Leandro Alegsa Izveides datums: 2022. gada 20. aprīlis Pēdējā atjaunināšana: 2025. gada 23. augusts

Plūmju pudiņa modelis bija agrīns (un nepareizs) 20. gadsimta atoma modelis. To 1904. gadā, pēc elektrona atklāšanas, bet pirms atoma kodola atklāšanas, ierosināja J. J. Tomsons. Tajā laikā zinātnieki zināja, ka atomā ir pozitīvs lādiņš, kas līdzsvaro elektronu negatīvos lādiņus, padarot atomu neitrālu, bet viņi nezināja, no kurienes nāk pozitīvais lādiņš. Tomsona modelī atoms tika attēlots kā vienmērīgi pozitīvi lādēta “masa” vai vide, kurā ir iestrādāti negatīvi lādēti elektroni.

Modela apraksts

Vienkāršākā vizualizācija ir salīdzinājums ar saldu pudiņu: pozitīvā vide ir kā pudiņš, bet elektroni — kā plūmes, kas izkaisītas iekšā, tāpēc modeļa populārais nosaukums kļuva par "plūmju pudiņa" modeli. Modelis pieņēma, ka pozitīvais lādiņš ir sadalīts viendabīgā materiālā, nevis koncentrēts punktā, un elektroni statiski atrodas tajā, padarot kopējo atomu neitrālu.

Kritika un pārmaiņas

Lai gan modelis skaidroja ķermeņa elektrisko neitralitāti un pieļāva esošo elektroniskā lādiņa koncepciju, tam bija būtiskas nepilnības. Tas nespēja izskaidrot eksperimentus, kuros novēroja alfa daļiņu izkliedi — īpaši Geigera un Marsdena eksperimenti Rutherforda laboratorijā — kas noveda pie atklājuma, ka atoma pozitīvais lādiņš ir koncentrēts nelielā, blīvā kodolā. Tā rezultātā 1911. gadā radās Rutherforda modelis ar centrālu kodolu. Turklāt plūmju pudiņa modelis nespēja pamatojot atomu spektrus un ķīmiskās īpašības, kuras vēlāk skaidroja ar kvantuļaužu un Bohra modeliem.

Vēsturiskā nozīme

Par spīti kļūdām, plūmju pudiņa modelim bija liela vēsturiska nozīme. Tas bija viena no pirmajām mērķtiecīgajām mēģinājumu izskaidrot atomu pēc subatomisko daļiņu atklāšanas, un tas pārvērta atomu no neizšķirtas vienības par struktūru, kurā ir atsevišķas lādētas sastāvdaļas. Modelis iedrošināja veikt precīzākus eksperimentus un deva svarīgu pamatu attīstībai uz Rutherforda, Bohras un vēlāk kvantu mehānikas modeļiem. Mūsdienās to uzskata par interesantu posmu zinātnes vēsturē — labu piemēru tam, kā teorijas tiek koriģētas, reaģējot uz jauniem eksperimentiem un datiem.

Attīstība līdz mūsdienu atomu modelim

Roterforda modelis

Būtībā 1909. gadā, neilgi pēc tam, kad tika ierosināts Thomsona modelis, Hanss Geigers un Ernests Marsdens veica eksperimentu ar plānām zelta plāksnēm, lai pārbaudītu Thomsona modeli. Viņu profesors Ernests Roterfords gaidīja, ka rezultāti pierādīs, ka Thomsonam bija taisnība, taču viņu rezultāti bija ļoti atšķirīgi no gaidītajiem. 1911. gadā Ruterfords atklāja, ka pozitīvos lādiņus rada sīkas daļiņas, ko sauc par protoniem, un ka protoni atrodas mazā centrā, ko sauc par kodolu, un ka elektroni riņķo ap kodolu.

Bora modelis

Roterforda modelis bija pavisam vienkāršs, taču nepareizs, jo elektroniem ir lādiņš, un tiem būtu jāpiesaista pozitīvi uzlādēts kodols. 1913. gadā Nilss Bors atoma modeli papildināja ar "enerģijas līmeņiem". Elektroni neiekrīt kodolā, jo tie atrodas enerģijas līmeņos, un, lai pārietu uz augstākiem enerģijas līmeņiem, ir nepieciešama papildu enerģija, bet, lai pārietu uz zemākiem enerģijas līmeņiem, ir nepieciešama enerģijas atbrīvošana. Nav iespējams mainīt enerģijas stāvokļus, nemainot elektrona enerģiju. Ja elektronu trāpīs fotons (daļiņa, kas ir elektromagnētiskā starojuma nesējs), tas iegūs papildu enerģiju un pāries augstākā enerģijas līmenī (tas mainīs stāvokli), tad tas pārlēks atpakaļ uz zemāku enerģijas līmeni, atbrīvojot tajā esošo enerģiju. Šo jauno modeli nosauca par Bora modeli jeb Roterforda-Bora modeli. Ar to tika izveidota pilnīgi jauna zinātnes nozare: Kvantu fizika.

Kvantu modelis

1926. gadā Ervins Šrēdingers (Erwin Schrödinger) izmantoja ideju, ka elektroni darbojas gan kā vilnis, gan kā daļiņa; to dēvē par viļņu un daļiņu dualitāti. Tas atomu modelim un kvantu fizikai pievienoja pavisam jaunu slāni. Ar daļiņu var zināt, kur tā atrodas telpā, ja to novēro (skatās). Bet viļņa gadījumā tas ir visur, tāpēc nav iespējams noteikt, kur tieši tas atrodas. To sauc par kvantu nenoteiktību. Attiecībā uz elektronu jūs varat zināt tikai varbūtību, ka tas atrodas kādā vietā, jo tas ir gan vilnis, gan daļiņa. (Skatīt diagrammu iepriekš)

Attēls, kurā redzama elektronu enerģijas līmeņa maiņa, kā arī enerģijas iegūšana un atbrīvošana fotonu veidā.

Tiek parādīts pašreizējais atomu modelis. Melnais ēnojums ap atomu parāda varbūtību, ka tajā atradīsies elektrons. Jo tumšāks tas ir, jo lielāka iespēja, ka šajā vietā atradīsiet elektronu.

Saistītās lapas

Autors

Izveides datums: 2022. gada 20. aprīlis

Pēdējā atjaunināšana: 2025. gada 23. augusts