रदरफोर्ड का प्रयोग: इतिहास, विवरण और निष्कर्ष - विज्ञान - 2025

प्रयोग रदरफोर्ड, 1908 और 1913 के बीच किए गए अल्फा कण के साथ 0.0004 मिमी की सोने की पतली फिल्म को बम से उड़ाने मोटी, और कहा एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर बाईं ओर कणों के फैलाव पद्धति का विश्लेषण शामिल थे।

वास्तव में, रदरफोर्ड ने कई प्रयोग किए, जिसमें विवरणों को अधिक से अधिक परिष्कृत किया गया। परिणामों का सावधानीपूर्वक विश्लेषण करने के बाद, दो बहुत महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकले:

-परमाणु का धनात्मक आवेश नाभिक नामक क्षेत्र में केंद्रित होता है।

-यह परमाणु नाभिक परमाणु के आकार की तुलना में अविश्वसनीय रूप से छोटा है।

चित्र 1. रदरफोर्ड का प्रयोग। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स Kurzon

अर्नेस्ट रदरफोर्ड (1871-1937) न्यूजीलैंड में जन्मे भौतिक विज्ञानी थे जिनकी रुचि का क्षेत्र रेडियोधर्मिता और पदार्थ की प्रकृति थी। रेडियोधर्मिता एक हालिया घटना थी जब रदरफोर्ड ने अपने प्रयोग शुरू किए, इसकी खोज हेनरी बेकरेल ने 1896 में की थी।

1907 में रदरफोर्ड इंग्लैंड में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में परमाणु की संरचना का अध्ययन करने के लिए चले गए, इन अल्फ़ा कणों का उपयोग करके इस तरह के एक छोटे से ढांचे के अंदर सहकर्मी के रूप में। भौतिक विज्ञानी हंस गेइगर और अर्नेस्ट मार्सडेन उनके साथ काम पर गए।

उन्होंने आशा व्यक्त की कि कैसे एक अल्फा कण, जो एक दोगुनी आयनित हीलियम परमाणु है, एक एकल सोने के परमाणु के साथ बातचीत करेगा, यह सुनिश्चित करने के लिए कि किसी भी विचलन का अनुभव केवल विद्युत बल के कारण होता है।

हालांकि, अधिकांश अल्फा कण केवल एक मामूली विचलन के साथ सोने की पन्नी के माध्यम से पारित हुए।

यह तथ्य थॉमसन के परमाणु मॉडल के साथ पूर्ण समझौते में था, हालांकि, शोधकर्ताओं के आश्चर्य के लिए, अल्फा कणों का एक छोटा प्रतिशत एक बल्कि उल्लेखनीय विचलन का अनुभव करता था।

और कणों का एक छोटा प्रतिशत भी पूरी तरह से वापस उछलता हुआ वापस आ जाएगा। इन अप्रत्याशित परिणामों के कारण क्या थे?

प्रयोग का विवरण और निष्कर्ष

वास्तव में, रदरफोर्ड ने एक जांच के रूप में जिन अल्फा कणों का उपयोग किया, वे हीलियम नाभिक हैं, और उस समय यह केवल ज्ञात था कि इन कणों को सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया था। आज यह ज्ञात है कि अल्फा कण दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से बने होते हैं।

अल्फा कणों और बीटा कणों की पहचान रदरफोर्ड ने यूरेनियम से दो अलग-अलग प्रकार के विकिरण के रूप में की थी। अल्फा कण, इलेक्ट्रॉन की तुलना में अधिक बड़े पैमाने पर, एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, जबकि बीटा कण इलेक्ट्रॉन या पॉज़िट्रॉन हो सकते हैं।

चित्रा 2. रदरफोर्ड, गीगर और मार्सडेन प्रयोग की विस्तृत योजना। स्रोत: आर। नाइट वैज्ञानिकों और इंजीनियरिंग के लिए भौतिकी: एक रणनीति दृष्टिकोण। पियर्सन।

प्रयोग की एक सरलीकृत योजना चित्र 2 में दिखाई गई है। अल्फा कण किरण एक रेडियोधर्मी स्रोत से आती है। गीजर और मार्सडेन ने एमिटर के रूप में रेडॉन गैस का उपयोग किया।

सोने के पन्नी की ओर विकिरण को निर्देशित करने और इसे सीधे फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर जाने से रोकने के लिए लीड ब्लॉकों का उपयोग किया गया था। सीसा एक ऐसी सामग्री है जो विकिरण को अवशोषित करती है।

इसके बाद, बीम को इस प्रकार निर्देशित किया गया था, एक पतली सोने की पन्नी पर लगाया गया था और अधिकांश कण फ्लोरोसेंट जिंक सल्फेट स्क्रीन के लिए अपने रास्ते पर चलते रहे, जहां उन्होंने एक छोटा सा प्रकाश ट्रेस छोड़ा। गीगर उन्हें एक-एक करके गिनने के प्रभारी थे, हालांकि बाद में उन्होंने एक ऐसा उपकरण तैयार किया, जिसने इसे किया।

तथ्य यह है कि कुछ कणों को एक छोटे से विक्षेपन के दौर से गुजरते हुए रदरफोर्ड, गीगर और मार्सडेन ने आश्चर्यचकित नहीं किया। आखिरकार, परमाणु पर सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज होते हैं जो अल्फा कणों पर बल डालते हैं, लेकिन चूंकि परमाणु तटस्थ है, जो वे पहले से ही जानते थे, विचलन को छोटा होना था।

प्रयोग का आश्चर्य यह है कि कुछ सकारात्मक कणों को लगभग सीधे वापस उछाल दिया गया था।

निष्कर्ष

8000 अल्फा कणों में से लगभग 90 particles से अधिक कोणों पर विक्षेपण का अनुभव होता है। कुछ, लेकिन कुछ चीजों पर सवाल उठाने के लिए पर्याप्त है।

प्रचलन में परमाणु मॉडल थॉमसन द्वारा राइडिन का हलवा था, कैवेंडिश प्रयोगशाला में रदरफोर्ड के पूर्व प्रोफेसर, लेकिन रदरफोर्ड ने सोचा कि अगर एक नाभिक के बिना परमाणु के विचार और किशमिश के रूप में एम्बेडेड इलेक्ट्रॉनों के साथ, सही था।

क्योंकि यह पता चलता है कि अल्फा कणों के ये बड़े विक्षेप, और तथ्य यह है कि कुछ वापस करने में सक्षम हैं, केवल तभी समझाया जा सकता है जब एक परमाणु में एक छोटा, भारी, सकारात्मक नाभिक होता है। रदरफोर्ड ने माना कि केवल बिजली के आकर्षक और प्रतिकारक बल, जैसा कि कूलम्ब के नियम से संकेत मिलता है, किसी भी विचलन के लिए जिम्मेदार थे।

जब अल्फा कणों में से कुछ सीधे इस नाभिक की ओर आते हैं और चूंकि विद्युत बल दूरी के व्युत्क्रम वर्ग के साथ भिन्न होता है, तो वे एक प्रतिकर्षण महसूस करते हैं जो उन्हें चौड़े कोण के बिखरने या पिछड़े विक्षेपण का कारण बनता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए, गीजर और मार्सडेन ने विभिन्न धातुओं की बमबारी शीशों के साथ प्रयोग किया, न कि केवल सोना, हालांकि यह धातु अपने पतलेपन के लिए सबसे उपयुक्त थी, बहुत पतली चादरें बनाने के लिए।

इसी तरह के परिणाम प्राप्त करके, रदरफोर्ड को यह विश्वास हो गया कि परमाणु पर धनात्मक आवेश नाभिक में स्थित होना चाहिए, और इसकी मात्रा भर में फैलाया नहीं जाना चाहिए, जैसा कि थॉमसन ने अपने मॉडल में पोस्ट किया है।

दूसरी ओर, चूंकि भारी मात्रा में अल्फा कण विचलन के बिना पारित हुए, परमाणु के आकार की तुलना में नाभिक को बहुत, बहुत छोटा होना पड़ा। हालांकि, इस नाभिक को परमाणु के अधिकांश द्रव्यमान को केंद्रित करना था।

परमाणु के मॉडल पर प्रभाव

परिणामों ने रदरफोर्ड को बहुत आश्चर्यचकित किया, जिन्होंने कैम्ब्रिज में एक सम्मेलन में घोषणा की: "… ऐसा तब है जब आप टिशू पेपर की शीट पर 15 इंच के तोप का गोला फेंकते हैं और प्रक्षेप्य सीधे आपकी ओर उछलता है और आपको टकराता है"।

चूंकि इन परिणामों को थॉमसन के परमाणु मॉडल द्वारा समझाया नहीं जा सकता था, रदरफोर्ड ने प्रस्तावित किया कि परमाणु एक नाभिक से बना था, बहुत छोटा, बहुत विशाल और सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया था। इलेक्ट्रॉन एक लघु सौर मंडल की तरह, उसके चारों ओर कक्षाओं में बने रहे।

चित्र 3. बाईं ओर रदरफोर्ड का परमाणु मॉडल और दाईं ओर थॉमसन का किशमिश का हलवा मॉडल। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स बाईं छवि: Jcymc90

यह परमाणु के परमाणु मॉडल को बाईं ओर चित्र 3 में दिखाया गया है। जैसा कि इलेक्ट्रॉनों बहुत, बहुत छोटे हैं, यह पता चला है कि परमाणु लगभग सब कुछ है…। खाली! इसलिए, अधिकांश अल्फा कण शीट के माध्यम से मुश्किल से विक्षेपित होते हैं।

और एक लघु सौर प्रणाली के साथ सादृश्य बहुत सटीक है। परमाणु नाभिक सूर्य की भूमिका निभाता है, जिसमें लगभग सभी द्रव्यमान और धनात्मक आवेश होते हैं। इलेक्ट्रॉन अपने चारों ओर ग्रहों की तरह परिक्रमा करते हैं और एक नकारात्मक आवेश को वहन करते हैं। विधानसभा विद्युत तटस्थ है।

परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के वितरण के बारे में, रदरफोर्ड के प्रयोग ने कुछ नहीं दिखाया। आप सोच सकते हैं कि अल्फा कणों का उनके साथ कुछ इंटरैक्शन होगा, लेकिन इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान बहुत छोटा है और वे कणों को महत्वपूर्ण रूप से विक्षेपित करने में सक्षम नहीं थे।

रदरफोर्ड मॉडल का नुकसान

इस परमाणु मॉडल के साथ एक समस्या ठीक इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार की थी।

यदि ये स्थिर नहीं थे, लेकिन विद्युत आकर्षण द्वारा संचालित परिपत्र या अण्डाकार कक्षाओं में परमाणु नाभिक की परिक्रमा करते हैं, तो वे नाभिक की ओर भागते हुए समाप्त हो जाएंगे।

इसका कारण यह है कि त्वरित इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खो देते हैं, और यदि ऐसा होता है, तो यह परमाणु और पदार्थ का पतन होगा।

सौभाग्य से ऐसा नहीं होता है। एक प्रकार की गतिशील स्थिरता है जो पतन को रोकती है। रदरफोर्ड के बाद अगला परमाणु मॉडल, बोहर का था, जिसने कुछ जवाब दिए कि परमाणु पतन क्यों नहीं होता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन

रदरफोर्ड ने प्रकीर्णन प्रयोग करना जारी रखा। 1917 और 1918 के बीच, उन्होंने और उनके सहायक विलियम के ने बिस्मथ -214 से अत्यधिक ऊर्जावान अल्फा कणों के साथ गैसीय नाइट्रोजन परमाणुओं पर बमबारी करना चुना।

उन्होंने फिर से आश्चर्यचकित किया, जब उन्होंने हाइड्रोजन नाभिक का पता लगाया। यह प्रतिक्रिया का समीकरण है, जो पहले कृत्रिम परमाणु संचरण है जिसे कभी भी प्राप्त किया गया है:

जवाब था: उसी नाइट्रोजन से। रदरफोर्ड ने हाइड्रोजन को परमाणु संख्या 1 सौंपा था, क्योंकि यह सभी का सबसे सरल तत्व है: एक सकारात्मक नाभिक और एक नकारात्मक इलेक्ट्रॉन।

रदरफोर्ड ने एक मौलिक कण पाया था जिसे उन्होंने एक प्रोटॉन नाम दिया था, एक नाम जो पहले ग्रीक शब्द से निकला था। इस तरह, प्रोटॉन हर परमाणु नाभिक का एक आवश्यक घटक है।

बाद में, 1920 के आसपास, रदरफोर्ड ने प्रस्तावित किया कि प्रोटॉन के समान द्रव्यमान के साथ एक तटस्थ कण होना चाहिए। उन्होंने इस कण को ​​न्यूट्रॉन कहा और यह लगभग सभी ज्ञात परमाणुओं का हिस्सा है। भौतिक विज्ञानी जेम्स चैडविक ने अंततः 1932 में इसकी पहचान की।

हाइड्रोजन परमाणु का एक स्केल मॉडल कैसा दिखता है?

हाइड्रोजन परमाणु है, जैसा कि हमने कहा है, सबसे सरल। हालांकि, इस परमाणु के लिए एक मॉडल विकसित करना आसान नहीं था।

क्रमिक खोजों ने क्वांटम भौतिकी और एक संपूर्ण सिद्धांत को जन्म दिया जो एक परमाणु पैमाने पर घटना का वर्णन करता है। इस प्रक्रिया के दौरान, परमाणु मॉडल भी विकसित हुआ। लेकिन आइए आकारों के प्रश्न पर एक नज़र डालें:

हाइड्रोजन परमाणु में एक प्रोटॉन (धनात्मक) से बना एक नाभिक होता है और एक इलेक्ट्रॉन (ऋणात्मक) होता है।

हाइड्रोजन परमाणु की त्रिज्या का अनुमान 2.1 x 10 ^-10 मीटर है, जबकि प्रोटॉन 0.85 x 10 ^-15 मीटर या 0.85 महिलामीटर है। इस छोटी इकाई का नाम एनरिको फर्मी के कारण है और इस पैमाने पर काम करते समय इसका बहुत उपयोग किया जाता है।

खैर, परमाणु के त्रिज्या और नाभिक के बीच का भाग 10 ⁵ मीटर के क्रम का है, अर्थात परमाणु नाभिक से 100,000 गुना बड़ा है!

हालांकि, यह ध्यान में रखना चाहिए कि समकालीन मॉडल में, क्वांटम यांत्रिकी के आधार पर, इलेक्ट्रॉन एक नाभिक को एक बादल के रूप में कवर करता है जिसे ऑर्बिटल (एक कक्षीय कक्षा नहीं है) और इलेक्ट्रॉन, परमाणु पैमाने पर नहीं है। समयनिष्ठ।

यदि हाइड्रोजन परमाणु को बड़ा किया गया - कल्पनाशील रूप से - एक फुटबॉल मैदान के आकार के लिए, तो एक सकारात्मक प्रोटॉन से बना नाभिक मैदान के केंद्र में एक चींटी के आकार का होगा, जबकि नकारात्मक इलेक्ट्रॉन एक तरह के भूत की तरह होगा पूरे क्षेत्र में और सकारात्मक कोर के आसपास बिखरे हुए।

परमाणु मॉडल आज

यह "ग्रहों का प्रकार" परमाणु मॉडल बहुत ही सघन है और यह छवि है कि ज्यादातर लोगों के पास परमाणु है, क्योंकि यह कल्पना करना बहुत आसान है। हालाँकि, यह वैज्ञानिक क्षेत्र में आज स्वीकृत मॉडल नहीं है।

समकालीन परमाणु मॉडल क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित हैं। वह बताती हैं कि परमाणु में इलेक्ट्रॉन एक नकारात्मक रूप से आवेशित बिंदी नहीं है जो सटीक कक्षाओं का अनुसरण करता है, जैसा कि रदरफोर्ड ने कल्पना की थी।

बल्कि, इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक कहे जाने वाले सकारात्मक नाभिक के आसपास के क्षेत्रों में बिखरे हुए हैं। उससे हम एक राज्य या दूसरे में होने की संभावना को जान सकते हैं।

इसके बावजूद, रदरफोर्ड के मॉडल ने परमाणु की आंतरिक संरचना के ज्ञान में एक विशाल अग्रिम का प्रतिनिधित्व किया। और इसे और अधिक शोधकर्ताओं के लिए इसे परिष्कृत करने के लिए जारी रखने का मार्ग प्रशस्त किया।

संदर्भ

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