النموذج الذري لبيرين: الخصائص ، التجربة ، المسلمات

قارن النموذج الذري لبيرين بنية الذرة مع النظام الشمسي ، حيث ستكون الكواكب شحنة سالبة والشمس ستكون شحنة موجبة مركزة في وسط الذرة. في عام 1895 ، أظهر الفيزيائي الفرنسي المتميز نقل الشحنات السلبية بواسطة أشعة الكاثود إلى السطح الذي تؤثر عليه.

وبهذه الطريقة ، تم توضيح الطبيعة الكهربية لأشعة الكاثود وأعطت الضوء على الطبيعة الكهربائية للذرة ، مع فهمها على أنها أصغر وحدة غير قابلة للتجزئة للمادة. في عام 1901 ، اقترح جان بابتيست بيرين أن يتم جذب قوة الشحنات السلبية التي تحيط بالمركز (الشحنة الإيجابية) بقوة القصور الذاتي.

وقد استكمل هذا النموذج وكماله في وقت لاحق من قبل إرنست راذرفورد ، الذي أكد أن كل الشحنة الإيجابية للذرة كانت تقع في وسط الذرة ، وأن الإلكترونات تدور حولها.

ومع ذلك ، كان لهذا النموذج بعض القيود التي لا يمكن تفسيرها في ذلك الوقت ، وقد تم أخذ هذا النموذج كأساس من قبل الفيزيائي الدنماركي نيلز بور لاقتراح نموذجه في عام 1913.

خصائص نموذج بيرين الذري

أهم الخصائص المميزة للنموذج الذري لبيرين هي:

- تتكون الذرة من جسيم إيجابي كبير في وسطها ، حيث تتركز معظم الكتلة الذرية.

- حول هذا مدار موجب الشحنة الإيجابية عدة شحنة سالبة التي تعوض عن الشحنة الكهربائية الإجمالية.

يقارن اقتراح بيرين بين التركيب الذري والنظام الشمسي ، حيث ستؤدي الشحنة الإيجابية المركزة إلى أداء وظيفة الشمس ، وستؤدي الإلكترونات المحيطة دور الكواكب.

كان بيرين رائداً في اقتراح البنية غير المستمرة للذرة في عام 1895. ومع ذلك ، لم يصر أبدًا على تصميم تجربة من شأنها أن تساعد على إثبات هذا المفهوم.

تجربة

كجزء من تدريب الدكتوراه ، عملت بيرين كمساعد في الفيزياء في المدرسة العليا في باريس بين عامي 1894 و 1897.

بحلول ذلك الوقت ، طور بيرين معظم أبحاثه في التحقق من طبيعة أشعة الكاثود ؛ أي إذا كانت أشعة الكاثود عبارة عن جسيمات مشحونة كهربائياً ، أو إذا أخذت شكل الأمواج.

أشعة الكاثود

تنشأ تجربة أشعة الكاثود عند إجراء البحوث مع أنابيب كروكس ، وهي بنية اخترعها الكيميائي الإنجليزي وليام كروكس في سبعينيات القرن التاسع عشر.

يتكون أنبوب كروكس من أنبوب زجاجي يحتوي فقط على غازات بداخله. يحتوي هذا التكوين على جزء معدني في كل طرف ، ويتم توصيل كل قطعة بمصدر خارجي للجهد.

عندما يتم تنشيط الأنبوب ، يكون الهواء الموجود داخله مؤينًا ، وبالتالي يصبح موصلًا للكهرباء ويغلق الدائرة المفتوحة بين الأقطاب عند النهايات.

تأخذ الغازات داخل الأنبوب جانبًا مضيئًا ، ولكن حتى أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر لم يكن العلماء واضحين حول سبب هذه الظاهرة.

بحلول ذلك الوقت ، لم يكن معروفًا ما إذا كان التألق يرجع إلى دوران الجسيمات الأولية داخل الأنبوب ، أو إذا كانت الأشعة قد اتخذت شكل الأمواج التي نقلتها.

تحقيقات بيرين

في عام 1895 قام بيرين بتكرار تجارب أشعة الكاثود من خلال توصيل أنبوب التصريف بحاوية فارغة أكبر.

بالإضافة إلى ذلك ، وضع بيرين جدارًا مقاومًا للجزيئات العادية وكرر تكوين كروكس بوضع قفص فاراداي ، داخل غرفة واقية.

إذا مرت الأشعة من خلال الجدار غير المنفعل للجزيئات العادية داخل قفص فاراداي ، فسيتم إثبات أن أشعة الكاثود تتألف تلقائيًا من جزيئات أساسية مشحونة كهربائيًا.

طريقة التحقق

لتأكيد هذا ، وصل Perrin الإلكتروميتر بالقرب من الجدار المضاد للماء لقياس الشحنات الكهربائية التي قد تحدث عندما ضربت أشعة الكاثود هناك.

عند إجراء التجربة ، اتضح أن صدمة الكاثود تتعارض مع الجدار غير المنفعل ، مما أدى إلى قياس صغير للشحنة السالبة في الإلكتروميتر.

بعد ذلك ، قام بيرين بتحويل تدفق أشعة الكاثود عن طريق إجبار النظام من خلال تحريض مجال كهربائي ، وأجبر أشعة الكاثود على ضرب الإلكتروميتر. عندما حدث ذلك ، سجل العداد شحنة كهربائية أعلى بكثير مقارنة بالسجل السابق.

بفضل تجارب بيرين ، تم إثبات أن أشعة الكاثود تشكلت من جزيئات ذات شحنة سالبة.

في وقت لاحق ، في بداية القرن العشرين ، اكتشف جيه جيه تومسون رسميًا وجود الإلكترونات وعلاقتها بالشحن الشامل ، بناءً على بحث بيرين.

المسلمات

في عام 1904 أعلن العالم البريطاني جي. جيه تومسون اقتراحه للنموذج الذري ، المعروف أيضًا باسم نموذج البرقوق.

في هذا النموذج ، تم فهم الشحنة الموجبة ككتلة متجانسة وستنتشر الشحنات السلبية بشكل عشوائي على الكتلة الإيجابية المذكورة.

في القياس ، تكون الشحنة الموجبة هي كتلة البودنغ ، وستكون الشحنة السالبة ممثلة في الخوخ. تم تدوين هذا النموذج من قبل بيرين في عام 1907. في اقتراحه ، بيرين يشير إلى ما يلي:

- لا يتم توسيع الشحنة الموجبة في جميع أنحاء التركيب الذري بأكمله. على العكس ، يتركز في وسط الذرة.

- لا يتم تفريق الشحنات السلبية من خلال الذرة. بدلاً من ذلك ، يتم ترتيبها بطريقة منظمة حول الشحنة الموجبة ، نحو الحافة الخارجية للذرة.