रदरफोर्ड का परमाणु मॉडल: इतिहास, प्रयोग, पोस्टुलेट्स - शारीरिक - 2025

रदरफोर्ड परमाणु मॉडल 1911 में ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट रदरफोर्ड (1871-1937) की खोज की द्वारा बनाई गई परमाणु का वर्णन है जब प्रसिद्ध बिखरने प्रयोगों है कि उनके नाम लेने से परमाणु नाभिक।

परमाणु का विचार (ग्रीक में "अविभाज्य") पदार्थ के सबसे छोटे घटक के रूप में, प्राचीन ग्रीस में पैदा हुआ एक बौद्धिक निर्माण था, लगभग 300 ईसा पूर्व इतने सारे अन्य ग्रीक अवधारणाओं की तरह, परमाणु की अवधारणा को आधार पर विकसित किया गया है तर्क और तर्क, लेकिन प्रयोग नहीं।

रदरफोर्ड का परमाणु मॉडल

सबसे उल्लेखनीय परमाणुवादी दार्शनिक अबेर्दा (460 - 360 ईसा पूर्व) के डेमोक्रिटस, सामोस के एपिकुरस (341 - 270 ईसा पूर्व), और टाइटस लुक्रेटियस (98 - 54 ईसा पूर्व) थे। यूनानियों ने चार अलग-अलग प्रकार के परमाणुओं की कल्पना की, जो उन चार तत्वों के अनुरूप थे जो उनके अनुसार बने थे: वायु, जल, पृथ्वी और अग्नि।

बाद में अरस्तू एक पाँचवाँ तत्व जोड़ देगा: ईथर जिसने तारों का निर्माण किया, क्योंकि अन्य चार तत्व विशुद्ध रूप से स्थलीय थे।

सिकंदर महान की जीत, जिनमें से अरस्तू एक शिक्षक थे, ने स्पेन से लेकर भारत तक, प्राचीन दुनिया भर में अपनी मान्यताओं का विस्तार किया और इस तरह, सदियों से परमाणु का विचार विज्ञान की दुनिया में अपनी जगह बना रहा था।

परमाणु अब अविभाज्य नहीं है

मामले की संरचना के बारे में ग्रीक दार्शनिकों के विचार सैकड़ों वर्षों तक सही थे, जब तक कि जॉन डेल्टन (1776-1844) नामक एक अंग्रेजी रसायनज्ञ और स्कूल शिक्षक ने 1808 में अपने प्रयोगों के परिणामों को प्रकाशित नहीं किया।

डाल्टन सहमत थे कि तत्व अत्यंत छोटे कणों से बने होते हैं, जिन्हें परमाणु कहा जाता है। लेकिन वह यह कहकर आगे बढ़ गया कि एक ही तत्व के सभी परमाणु समान हैं, समान आकार, समान द्रव्यमान और समान रासायनिक गुण हैं, जो उन्हें रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान अपरिवर्तित रखता है।

यह पहला वैज्ञानिक रूप से आधारित परमाणु मॉडल है। यूनानियों की तरह, डाल्टन अभी भी परमाणु को अविभाज्य मानते थे, इसलिए संरचना में कमी थी। हालांकि, डाल्टन की प्रतिभा ने उन्हें भौतिकी के महान संरक्षण सिद्धांतों में से एक का पालन करने के लिए प्रेरित किया:

• रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, परमाणु न तो बनाए जाते हैं और न ही नष्ट होते हैं, वे केवल अपने वितरण को बदलते हैं।

और उन्होंने उस तरीके की स्थापना की जिसमें रासायनिक यौगिक "यौगिक परमाणुओं" (अणुओं) द्वारा निर्मित होते हैं:

• जब विभिन्न तत्वों के दो या अधिक परमाणु एक ही यौगिक बनाने के लिए संयोजित होते हैं, तो वे हमेशा परिभाषित और निरंतर द्रव्यमान अनुपात में ऐसा करते हैं।

19 वीं सदी बिजली और चुंबकत्व की महान सदी थी। डाल्टन के प्रकाशनों के कुछ वर्षों बाद, कुछ प्रयोगों के परिणामों ने वैज्ञानिकों को परमाणु की अविभाज्यता के बारे में संदेह दिया।

क्रोक्स ट्यूब

क्रोक्स ट्यूब ब्रिटिश रसायनज्ञ और मौसम विज्ञानी विलियम क्रुकस (1832-1919) द्वारा डिजाइन किया गया उपकरण था। 1875 में क्रोक्स ने जो प्रयोग किया, उसमें कम दबाव पर गैस से भरी एक ट्यूब के अंदर, दो इलेक्ट्रोड, एक को कैथोड और दूसरे को एनोड कहा जाता था।

दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक संभावित अंतर स्थापित करके, गैस एक रंग के साथ चमकती थी जो उपयोग की गई गैस की विशेषता थी। इस तथ्य ने सुझाव दिया कि परमाणु के भीतर एक विशेष संगठन था और इसलिए यह अविभाज्य नहीं था।

इसके अलावा, इस विकिरण ने कैथोड के सामने ग्लास ट्यूब की दीवार पर एक कमजोर प्रतिदीप्ति का उत्पादन किया, जो ट्यूब के अंदर स्थित क्रॉस-आकार के निशान की छाया को काटता है।

यह एक रहस्यमय विकिरण था जिसे "कैथोड किरणों" के रूप में जाना जाता था, जो कि एक सीधी रेखा में एनोड तक जाती थी और अत्यधिक ऊर्जावान थी, जो यांत्रिक प्रभावों को उत्पन्न करने में सक्षम थी, और जिसे सकारात्मक चार्ज प्लेट या मैग्नेट के माध्यम से भी विस्थापित किया गया था।

इलेक्ट्रॉन की खोज

क्रोकस ट्यूब के अंदर विकिरण तरंगों के रूप में नहीं हो सकता है, क्योंकि यह एक नकारात्मक चार्ज करता है। जोसेफ जॉन थॉमसन (1856 - 1940) 1887 में उत्तर के साथ आए जब उन्होंने इस विकिरण के आवेश और द्रव्यमान के बीच संबंध पाया, और पाया कि यह हमेशा समान था: 1.76 x 10 ¹¹ C / Kg।, गैस के बावजूद। कैथोड बनाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली ट्यूब या सामग्री में संलग्न।

थॉमसन ने इन कणों को कॉरस्प्यूसर कहा। अपने विद्युत आवेश के संबंध में इसके द्रव्यमान को मापने के द्वारा, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि प्रत्येक कोष एक परमाणु से काफी छोटा था। इसलिए, उन्होंने सुझाव दिया कि उन्हें इनका हिस्सा होना चाहिए, इस प्रकार इलेक्ट्रॉन की खोज करनी चाहिए।

ब्रिटिश वैज्ञानिक पहले परमाणु के एक ग्राफिक मॉडल को स्केच करने वाले थे, सम्मिलित बिंदुओं के साथ एक गोले को खींचकर, जिसके आकार के कारण, इसे "प्लम पुडिंग" उपनाम दिया गया था। लेकिन इस खोज ने अन्य प्रश्न खड़े कर दिए:

• यदि पदार्थ तटस्थ है, और इलेक्ट्रॉन में ऋणात्मक आवेश है: जहां परमाणु में वह सकारात्मक आवेश होता है जो इलेक्ट्रॉनों को बेअसर करता है?
• यदि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान परमाणु से कम है, तो बाकी परमाणु किससे मिलकर बनता है?
• इस प्रकार कणों को हमेशा इलेक्ट्रॉन और दूसरे प्रकार का क्यों नहीं प्राप्त किया गया?

रदरफोर्ड बिखरने वाले प्रयोग: परमाणु नाभिक और प्रोटॉन

1898 तक रदरफोर्ड ने यूरेनियम से दो प्रकार के विकिरण की पहचान की थी, जिसे उन्होंने अल्फा और बीटा नाम दिया था।

मैरी क्यूरी द्वारा 1896 में प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज की जा चुकी थी। अल्फा कण सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और वे केवल हीलियम नाभिक होते हैं, लेकिन उस समय एक नाभिक की अवधारणा अभी तक ज्ञात नहीं थी। रदरफोर्ड यह पता लगाने वाला था।

1911 में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में रदरफोर्ड द्वारा किए गए प्रयोगों में से एक में, हंस गीगर की सहायता से, अल्फा कणों के साथ एक पतली सोने की पन्नी पर बमबारी की गई, जिसका आरोप सकारात्मक है। सोने की पन्नी के चारों ओर उन्होंने एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन लगाई जिससे उन्हें बमबारी के प्रभाव की कल्पना करने की अनुमति मिली।

टिप्पणियों

फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर प्रभावों का अध्ययन करते हुए, रदरफोर्ड और उनके सहायकों ने देखा कि:

1. अल्फा कणों का एक बहुत अधिक प्रतिशत ध्यान देने योग्य विचलन के बिना शीट से गुजरता है।
2. कुछ काफी खड़ी कोणों पर भटक गए
3. और बहुत कुछ वापस सभी तरह से उछाल दिया

रदरफोर्ड बिखरे हुए प्रयोग। स्रोत:

टिप्पणियों 2 और 3 ने शोधकर्ताओं को आश्चर्यचकित किया और उन्हें यह मानने के लिए प्रेरित किया कि किरणों के प्रकीर्णन के लिए जिम्मेदार व्यक्ति के पास एक सकारात्मक चार्ज होना चाहिए और अवलोकन संख्या 1 के आधार पर, वह व्यक्ति जो अल्फा कणों की तुलना में बहुत छोटा था। ।

रदरफोर्ड ने स्वयं इसके बारे में कहा था कि यह "था… जैसे कि आपने कागज की शीट पर 15 इंच की नौसैनिक प्रक्षेप्य को निकाल दिया हो और प्रक्षेप्य वापस उछलकर आप पर गिर पड़े।" यह निश्चित रूप से थॉम्पसन मॉडल द्वारा समझाया नहीं जा सकता है।

शास्त्रीय दृष्टिकोण से अपने परिणामों का विश्लेषण करते हुए, रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक के अस्तित्व की खोज की थी, जहां परमाणु का सकारात्मक चार्ज केंद्रित था, जिसने इसे इसकी तटस्थता प्रदान की थी।

रदरफोर्ड ने अपने बिखरे हुए प्रयोगों को जारी रखा। 1918 तक अल्फा कणों के लिए नया लक्ष्य नाइट्रोजन गैस परमाणु थे।

इस तरह उन्होंने हाइड्रोजन नाभिक का पता लगाया और तुरंत ही जान गए कि ये नाभिक जिस जगह से आ सकते हैं, वह नाइट्रोजन से ही था। यह कैसे संभव था कि हाइड्रोजन नाभिक नाइट्रोजन का हिस्सा थे?

रदरफोर्ड ने तब सुझाव दिया कि हाइड्रोजन का नाभिक, एक तत्व जो पहले से ही परमाणु संख्या 1 को सौंपा गया था, एक मौलिक कण होना चाहिए। उन्होंने इसे प्रोटॉन, पहली बार एक ग्रीक शब्द कहा। इस प्रकार, परमाणु नाभिक और प्रोटॉन की खोज इस शानदार न्यू उत्साही के कारण होती है।

रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल को दर्शाता है

नया मॉडल थॉम्पसन से बहुत अलग था। ये थे उनके पद:

• परमाणु में एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया नाभिक होता है, जो बहुत छोटा होने के बावजूद परमाणु के लगभग सभी द्रव्यमान को समाहित करता है।
• इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक को बड़ी दूरी पर और गोलाकार या अण्डाकार कक्षाओं में परिक्रमा करते हैं।
• परमाणु का शुद्ध प्रभार शून्य है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों के चार्ज नाभिक में मौजूद सकारात्मक चार्ज के लिए क्षतिपूर्ति करते हैं।

रदरफोर्ड की गणना में एक नाभिक के साथ एक गोलाकार आकृति और त्रिज्या होती है जो 10 ^-15 मीटर जितना छोटा होता है, परमाणु त्रिज्या का मान लगभग 100,000 गुना अधिक होता है, क्योंकि नाभिक तुलनात्मक रूप से बहुत दूर हैं: 10 ^-10 के क्रम के म।

यंग अर्नेस्ट रदरफोर्ड। स्रोत: अज्ञात, 1939 में रदरफोर्ड में प्रकाशित: आरटी माननीय के जीवन और पत्र होने के नाते। लॉर्ड रदरफोर्ड, ओ। एम।

यह बताता है कि अधिकांश अल्फा कण शीट के माध्यम से सुचारू रूप से क्यों गुजरते हैं या उनमें केवल बहुत ही कम विक्षेपण होता है।

रोजमर्रा की वस्तुओं के पैमाने पर देखा जाता है, रदरफोर्ड परमाणु एक नाभिक से बना होता है जो एक बेसबॉल के आकार का होता है, जबकि परमाणु का दायरा लगभग 8 किमी होगा। इसलिए, परमाणु को लगभग हर जगह खाली जगह माना जा सकता है।

एक लघु सौर प्रणाली के समान होने के कारण, इसे "परमाणु के ग्रहों के मॉडल" के रूप में जाना जाता है। नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण बल सूर्य और ग्रहों के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के अनुरूप होगा।

सीमाएं

हालाँकि, कुछ देखे गए तथ्यों के बारे में कुछ असहमतियाँ थीं:

• यदि यह विचार कि इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करता है, तो ऐसा होता है कि इलेक्ट्रॉन को तब तक विकिरण का उत्सर्जन करना चाहिए, जब तक कि वह नाभिक से टकरा न जाए, जिसके परिणामस्वरूप परमाणु एक सेकंड में नष्ट हो जाता है। यह, सौभाग्य से, वास्तव में ऐसा नहीं है।
• इसके अलावा, कुछ अवसरों पर परमाणु विद्युत चुम्बकीय विकिरण की कुछ आवृत्तियों का उत्सर्जन करता है जब कम ऊर्जा वाले उच्च ऊर्जा वाले राज्य के बीच संक्रमण होते हैं, और केवल उन आवृत्तियों, अन्य नहीं। इस तथ्य की व्याख्या कैसे करें कि ऊर्जा की मात्रा निर्धारित है?

इन सीमाओं के बावजूद, आज के बाद से मनाया तथ्यों के अनुरूप बहुत अधिक परिष्कृत मॉडल हैं, रदरफोर्ड का परमाणु मॉडल अभी भी छात्र के लिए परमाणु और उसके घटक कणों के लिए एक सफल पहला दृष्टिकोण रखने के लिए उपयोगी है।

परमाणु के इस मॉडल में, न्यूट्रॉन दिखाई नहीं देता है, नाभिक का एक और घटक है, जिसे 1932 तक खोजा नहीं गया था।

1913 में रदरफोर्ड ने अपने ग्रहीय मॉडल को प्रस्तावित करने के कुछ समय बाद, डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोहर ने यह बताने के लिए इसे संशोधित किया कि परमाणु क्यों नष्ट नहीं हुआ है और हम अभी भी इस कहानी को बताने के लिए यहाँ हैं।

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संदर्भ

1. रेक्स, ए। 2011. बुनियादी बातों के भौतिकी। पियर्सन। 618-621।
2. Zapata, F. 2007. रेडियोबायोलॉजी और रेडियोलॉजिकल प्रोटेक्शन की कुर्सी के लिए क्लास नोट्स। वेनेजुएला के केंद्रीय विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ पब्लिक हेल्थ।