थॉमसन के परमाणु मॉडल: विशेषताएँ, पोस्टुलेट, सूक्ष्म कण - शारीरिक - 2025

थॉमसन के परमाणु मॉडल मनाया अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे जे थॉमसन, जो इलेक्ट्रॉन की खोज द्वारा बनाया गया था। इस खोज और गैसों में विद्युत चालन पर उनके काम के लिए, उन्हें भौतिकी में 1906 का नोबेल पुरस्कार दिया गया।

कैथोड किरणों के साथ अपने काम से, यह स्पष्ट हो गया कि परमाणु एक अविभाज्य इकाई नहीं था, क्योंकि डाल्टन ने पूर्ववर्ती मॉडल में पोस्ट किया था, लेकिन इसमें एक अच्छी तरह से परिभाषित आंतरिक संरचना शामिल थी।

थॉमसन ने कैथोड किरणों के साथ अपने प्रयोगों के परिणामों के आधार पर परमाणु का एक मॉडल बनाया। इसमें उन्होंने कहा कि विद्युत तटस्थ परमाणु समान परिमाण के सकारात्मक और नकारात्मक आरोपों से बना था।

थॉमसन के परमाणु मॉडल को क्या कहा जाता था और क्यों?

थॉमसन के अनुसार, सकारात्मक चार्ज पूरे परमाणु में वितरित किया गया था और नकारात्मक आरोपों को इस तरह से एम्बेडेड किया गया था जैसे कि वे एक पुडिंग में किशमिश थे। इस तुलना से "किशमिश हलवा" शब्द आया, क्योंकि मॉडल अनौपचारिक रूप से जाना जाता था।

जोसेफ जॉन थॉमसन

यद्यपि थॉमसन का विचार आज काफी प्राइमेटिव दिखता है, उस समय यह एक उपन्यास योगदान का प्रतिनिधित्व करता था। मॉडल के लघु जीवन (1904 से 1910 तक) के दौरान, इसे कई वैज्ञानिकों का समर्थन प्राप्त था, हालांकि कई अन्य इसे विधर्मी मानते थे।

अंत में 1910 में परमाणु संरचना के बारे में नए साक्ष्य सामने आए और थॉमसन का मॉडल तेजी से पक्ष में आ गया। जैसे ही रदरफोर्ड ने अपने प्रकीर्णन प्रयोगों के परिणामों को प्रकाशित किया, जिससे परमाणु नाभिक के अस्तित्व का पता चला।

हालांकि, थॉमसन का मॉडल सबसे पहले उप-परमाणु कणों के अस्तित्व को दर्शाता था और इसके परिणाम ठीक और कठोर प्रयोग के फल थे। इस तरह उन्होंने सभी खोजों के लिए मिसाल कायम की।

थॉमसन मॉडल के लक्षण और संकेत

थॉमसन कई अवलोकनों के आधार पर अपने परमाणु मॉडल पर पहुंचे। पहला यह था कि Roentgen द्वारा खोजे गए एक्स-रे हवा के अणुओं को आयनित करने में सक्षम थे। तब तक, आयनों का एकमात्र तरीका समाधान में रासायनिक रूप से आयनों को अलग करना था।

लेकिन अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एक्स-रे के माध्यम से भी हीलियम जैसी राक्षसी गैसों को सफलतापूर्वक आयनित करने में कामयाब रहे। इससे उन्हें विश्वास हो गया कि परमाणु के अंदर के चार्ज को अलग किया जा सकता है, और इसलिए यह अविभाज्य नहीं था। उन्होंने उस कैथोड किरणों का भी अवलोकन किया। उन्हें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है।

जे जे थॉमसन, इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता। स्रोत: लिफ्टर

तो थॉमसन ने एक मॉडल तैयार किया जिसने इस तथ्य को सही ढंग से समझाया कि परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ है और कैथोड किरणें नकारात्मक चार्ज कणों से बनी हैं।

प्रायोगिक साक्ष्य का उपयोग करते हुए, थॉमसन ने परमाणु की विशेषता इस प्रकार है:

-परमाणु 10 ^-10 मीटर के अनुमानित त्रिज्या के साथ एक विद्युत रूप से तटस्थ ठोस क्षेत्र है ।

-इस धनात्मक आवेश को पूरे क्षेत्र में समान रूप से वितरित किया जाता है।

-इस परमाणु में ऋणात्मक रूप से आवेशित "कॉर्पस्यूल्स" होते हैं, जो इसकी तटस्थता सुनिश्चित करते हैं।

-तभी सभी पदार्थों के लिए एक समान कोष हैं।

-जब परमाणु संतुलन में है, सकारात्मक चार्ज के क्षेत्र में रिंगों में नियमित रूप से व्यवस्थित एन कॉर्पस है।

परमाणु का द्रव्यमान समान रूप से वितरित किया जाता है।

कैथोड किरणें

इलेक्ट्रॉनों के बीम को कैथोड से एनोड तक निर्देशित किया जाता है।

थॉमसन ने 1859 में खोजी गई कैथोड किरणों का उपयोग करते हुए अपने प्रयोग किए। कैथोड किरणें नकारात्मक रूप से आवेशित कणों के बंडल हैं। उन्हें उत्पन्न करने के लिए, वैक्यूम ग्लास ट्यूबों का उपयोग किया जाता है, जिसमें दो इलेक्ट्रोड रखे जाते हैं, जिन्हें कैथोड और एनोड कहा जाता है।

एक विद्युत प्रवाह तब पास किया जाता है जो कैथोड को गर्म करता है, जो इस तरह से अदृश्य विकिरण का उत्सर्जन करता है जो सीधे विपरीत इलेक्ट्रोड को निर्देशित किया जाता है।

विकिरण का पता लगाने के लिए, जो कैथोड किरणों के अलावा और कुछ नहीं है, एनोड के पीछे ट्यूब की दीवार एक फ्लोरोसेंट सामग्री के साथ कवर की गई है। जब विकिरण वहां पहुंचता है, तो ट्यूब की दीवार एक तीव्र चमक छोड़ देती है।

यदि एक ठोस वस्तु कैथोड किरणों के रास्ते में मिल जाती है, तो यह ट्यूब की दीवार पर एक छाया डालती है। यह इंगित करता है कि किरणें एक सीधी रेखा में यात्रा करती हैं, और यह भी कि उन्हें आसानी से अवरुद्ध किया जा सकता है।

कैथोड किरणों की प्रकृति पर व्यापक रूप से चर्चा की गई थी, क्योंकि उनकी प्रकृति अज्ञात थी। कुछ ने सोचा कि वे विद्युत-चुंबकीय प्रकार की तरंगें हैं, जबकि अन्य का तर्क था कि वे कण थे।

थॉमसन के परमाणु मॉडल से उप-परमाणु कण

थॉमसन का परमाणु मॉडल है, जैसा कि हमने कहा, उप-परमाणु कणों के अस्तित्व को स्थगित करने वाला पहला। थॉमसन के कॉर्पस्यूल्स इलेक्ट्रॉनों के अलावा और कुछ नहीं हैं, परमाणु के मौलिक नकारात्मक चार्ज किए गए कण हैं।

अब हम जानते हैं कि अन्य दो मौलिक कण सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन और अपरिवर्तित न्यूट्रॉन हैं।

लेकिन जब थॉमसन ने अपना मॉडल विकसित किया, उस समय इनकी खोज नहीं की गई थी। परमाणु में धनात्मक आवेश को इसमें वितरित किया गया था, इस आवेश को ले जाने के लिए उसने किसी भी कण पर विचार नहीं किया और फिलहाल उसके अस्तित्व का कोई सबूत नहीं था।

इस कारण से उनके मॉडल का एक क्षणभंगुर अस्तित्व था, क्योंकि कुछ वर्षों के दौरान, रदरफोर्ड के प्रकीर्णन प्रयोगों ने प्रोटॉन की खोज का मार्ग प्रशस्त किया। और न्यूट्रॉन के लिए, रदरफोर्ड ने खुद को अंतिम रूप से खोजे जाने से कुछ साल पहले अपना अस्तित्व प्रस्तावित किया था।

क्रोक्स ट्यूब

सर विलियम क्रुक (1832-1919) ने कैथोड किरणों की प्रकृति का सावधानीपूर्वक अध्ययन करने के इरादे से 1870 के आसपास अपना नाम रखने वाली नली को डिजाइन किया। उन्होंने विद्युत क्षेत्रों और चुंबकीय क्षेत्रों को जोड़ा, और देखा कि किरणें उनके द्वारा विक्षेपित थीं।

कैथोड रे ट्यूब योजना। स्रोत: नाइट, आर।

इस तरह से, थॉमसन और थॉमसन सहित अन्य शोधकर्ताओं ने पाया कि:

1. कैथोड रे ट्यूब के अंदर एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न किया गया था
2. चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति से किरणों को विक्षेपित किया गया था, उसी तरह से नकारात्मक कणों का आरोप लगाया गया था।
3. कैथोड बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली कोई भी धातु कैथोड किरणों को बनाने में समान रूप से अच्छी थी, और उनका व्यवहार सामग्री से स्वतंत्र था।

इन टिप्पणियों ने कैथोड किरणों की उत्पत्ति के बारे में चर्चा को हवा दी। जिन लोगों ने कहा कि वे लहरें हैं, वे इस तथ्य पर आधारित थे कि कैथोड किरणें एक सीधी रेखा में यात्रा कर सकती हैं। इसके अलावा, इस परिकल्पना ने बहुत अच्छी तरह से उस छाया को समझाया जो ट्यूब की दीवार पर और कुछ परिस्थितियों में एक ठोस ठोस वस्तु डाली गई थी, यह ज्ञात था कि तरंगें प्रतिदीप्ति का कारण बन सकती हैं।

लेकिन इसके बजाय यह नहीं समझा गया था कि चुंबकीय क्षेत्र के लिए कैथोड किरणों का बचाव कैसे संभव था। यह केवल समझाया जा सकता है अगर इन किरणों को कणों के रूप में माना जाता था, एक परिकल्पना जो थॉमसन ने साझा की थी।

समान विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र में चार्ज कण

चार्ज क्यू के साथ एक आवेशित कण, एक समान विद्युत क्षेत्र E के मध्य में बल का अनुभव करता है, परिमाण का:

फे = क्यूई

जब एक आवेशित कण एक समान विद्युत क्षेत्र से होकर गुजरता है, जैसे कि विपरीत आरोपों के साथ दो प्लेटों के बीच उत्पन्न होने वाला, यह एक विक्षेपण का अनुभव करता है, और परिणामस्वरूप एक त्वरण:

क्यूई = मा

ए = क्यूई / एम

दूसरी ओर, यदि आवेशित कण परिमाण v के वेग के साथ चलता है, परिमाण B के एक समान चुंबकीय क्षेत्र के बीच में, चुंबकीय बल Fm यह अनुभव करता है कि निम्न तीव्रता है:

Fm = qvB

जब तक वेग और चुंबकीय क्षेत्र वैक्टर लंबवत होते हैं। जब एक आवेशित कण एक सजातीय चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत होता है, तो यह एक विक्षेपण से भी गुजरता है और इसकी गति एक समान गोलाकार होती है।

इस मामले में सेंट्रिपेटल त्वरण _c है:

qvB = ma _c

बदले में, केन्द्रक त्वरण कण v की गति और वृत्ताकार पथ के त्रिज्या R से संबंधित है:

a _c = v ² / R

इस प्रकार:

qvB = mv ² / R

वृत्ताकार पथ की त्रिज्या की गणना निम्नानुसार की जा सकती है:

आर = एमवी / क्यूबी

बाद में, इन समीकरणों का उपयोग थॉमसन द्वारा इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान संबंध को प्राप्त करने के तरीके को फिर से बनाने के लिए किया जाएगा।

थॉमसन का प्रयोग

थॉमसन ने कैथोड किरणों के एक बीम, इलेक्ट्रॉनों के एक बीम को पारित कर दिया, हालांकि वह इसे अभी तक नहीं जानता था, एक समान विद्युत क्षेत्रों के माध्यम से। ये क्षेत्र दो आवेशित प्रवाहकीय प्लेटों के बीच एक छोटी दूरी द्वारा अलग किए जाते हैं।

उन्होंने एक समान चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से कैथोड किरणों को भी पारित किया, यह बीम पर पड़ने वाले प्रभाव को देखते हुए। एक क्षेत्र के साथ-साथ दूसरे क्षेत्र में, किरणों में एक विक्षेपण था, जिसके कारण थॉमसन को सही ढंग से सोचना पड़ा, कि किरण आवेशित कणों से बनी थी।

इसे सत्यापित करने के लिए, थॉमसन ने कैथोड किरणों के साथ कई रणनीतियों को अंजाम दिया:

1. उन्होंने बिजली और चुंबकीय क्षेत्र को तब तक अलग किया जब तक कि बलों को रद्द नहीं कर दिया गया। इस तरह से विक्षेपण का अनुभव किए बिना कैथोड किरणें गुजरती हैं। विद्युत और चुंबकीय बलों की बराबरी करके, थॉमसन बीम में कणों की गति निर्धारित करने में सक्षम था।
2. इसने विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को मिटा दिया, इस तरह से कणों ने चुंबकीय क्षेत्र के बीच में एक परिपत्र पथ का अनुसरण किया।
3. उन्होंने चरण 1 और 2 के परिणामों को संयुक्त करके "कॉर्पस्यूडर्स" के चार्ज-मास रिलेशनशिप को निर्धारित किया।

इलेक्ट्रॉन का आवेश-द्रव्यमान अनुपात

थॉमसन ने निर्धारित किया कि कैथोड किरण किरण से बने कणों के आवेश-द्रव्यमान अनुपात का निम्न मान है:

q / m = 1.758820 x 10 11 C.kg-1।

जहाँ q "कॉर्पसकल" के आवेश का प्रतिनिधित्व करता है, जो वास्तव में इलेक्ट्रॉन है, और m इसका द्रव्यमान है। थॉमसन ने पिछले अनुभाग में वर्णित प्रक्रिया का पालन किया, जिसे हमने यहां कदम-दर-कदम फिर से बनाया, जिसके साथ उन्होंने समीकरणों का उपयोग किया।

जब कैथोड किरणें पार किए गए विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों से गुजरती हैं, तो वे विक्षेपण के बिना गुजरती हैं। जब विद्युत क्षेत्र को रद्द कर दिया जाता है, तो वे ट्यूब के ऊपरी हिस्से को मारते हैं (इलेक्ट्रोड के बीच नीले बिंदुओं द्वारा चुंबकीय क्षेत्र का संकेत दिया जाता है)। स्रोत: नाइट, आर।

चरण 1

लंबवत विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से बीम को पार करते हुए, विद्युत बल और चुंबकीय बल को बराबर करें:

qvB = qE

चरण 2

जब वे सीधे विक्षेपण के बिना गुजरते हैं, तो किरण में कणों द्वारा प्राप्त वेग का निर्धारण करें:

v = ई / बी

चरण 3

केवल चुंबकीय क्षेत्र (अब विक्षेपण है) को छोड़कर, विद्युत क्षेत्र को रद्द करें:

आर = एमवी / क्यूबी

वी = ई / बी के साथ यह परिणाम है:

आर = एमई / क्यूबी ^२

कक्षा की त्रिज्या को मापा जा सकता है, इसलिए:

क्यू / एम = वी / आरबी

ओ अच्छा:

क्यू / एम = ई / आरबी ^२

अगला कदम

थोमसन ने जो अगली चीज की, वह विभिन्न सामग्रियों से बने कैथोड का उपयोग करके q / m अनुपात को मापने की थी। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, सभी धातु समान विशेषताओं के साथ कैथोड किरणों का उत्सर्जन करते हैं।

तब थॉमसन ने इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त हाइड्रोजन आयन के अनुपात q / m के उन लोगों के साथ अपने मूल्यों की तुलना की और जिनका मूल्य लगभग 1 x 10 ⁸ C / kg है। इलेक्ट्रॉन का आवेश-द्रव्यमान अनुपात हाइड्रोजन आयन के लगभग 1750 गुना है।

इसलिए कैथोड किरणों में बहुत अधिक चार्ज था, या शायद हाइड्रोजन आयन की तुलना में बहुत कम था। हाइड्रोजन आयन केवल एक प्रोटॉन है, जिसका अस्तित्व रदरफोर्ड के बिखरे प्रयोगों के लंबे समय बाद ज्ञात हुआ।

आज यह ज्ञात है कि प्रोटॉन इलेक्ट्रॉन की तुलना में लगभग 1800 गुना अधिक है और इलेक्ट्रॉन के बराबर परिमाण और विपरीत संकेत के साथ।

एक और महत्वपूर्ण विवरण यह है कि थॉमसन के प्रयोगों के साथ इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश सीधे निर्धारित नहीं किया गया था, न ही इसके द्रव्यमान का मूल्य अलग से। ये मूल्य मिलिकन प्रयोगों द्वारा निर्धारित किए गए थे, जो 1906 में शुरू हुआ था।

थॉमसन और डाल्टन मॉडल अंतर

इन दो मॉडलों का मूल अंतर यह है कि डाल्टन ने सोचा था कि परमाणु एक क्षेत्र है। थॉमसन के विपरीत, उन्होंने सकारात्मक या नकारात्मक आरोपों के अस्तित्व का प्रस्ताव नहीं किया। डाल्टन के लिए एक परमाणु इस तरह दिखता था:

डाल्टन परमाणु

जैसा कि हमने पहले देखा है, थॉमसन ने सोचा कि परमाणु विभाज्य था, और जिसकी संरचना एक सकारात्मक क्षेत्र और इसके चारों ओर इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाई गई है।

मॉडल की खामियां और सीमाएं

उस समय, थॉमसन के परमाणु मॉडल पदार्थों के रासायनिक व्यवहार को बहुत अच्छी तरह से समझाने में कामयाब रहे। उन्होंने कैथोड रे ट्यूब में होने वाली घटनाओं की भी सटीक व्याख्या की।

लेकिन वास्तव में थॉमसन ने अपने कणों को "इलेक्ट्रॉन्स" भी नहीं कहा था, हालांकि यह शब्द पहले ही जॉर्ज जॉनस्टोन स्टोनी द्वारा गढ़ा गया था। थॉमसन ने बस उन्हें "कॉर्पसुडर" कहा।

यद्यपि थॉमसन ने उस समय उपलब्ध सभी ज्ञान का उपयोग किया, लेकिन उनके मॉडल में कई महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं, जो बहुत जल्दी स्पष्ट हो गए:

- सकारात्मक चार्ज पूरे परमाणु में वितरित नहीं किया जाता है । रदरफोर्ड के बिखरने के प्रयोगों से पता चला कि परमाणु का सकारात्मक चार्ज आवश्यक रूप से परमाणु के एक छोटे से क्षेत्र तक ही सीमित है, जिसे बाद में परमाणु नाभिक के रूप में जाना जाता है।

- इलेक्ट्रॉनों का प्रत्येक परमाणु में एक विशिष्ट वितरण होता है । इलेक्ट्रॉनों को समान रूप से वितरित नहीं किया जाता है, जैसे कि प्रसिद्ध हलवा में किशमिश, लेकिन इसके बजाय ऑर्बिटल्स में एक व्यवस्था है जो बाद के मॉडल से पता चला है।

यह परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों की ठीक व्यवस्था है जो तत्वों को उनकी विशेषताओं और गुणों द्वारा आवर्त सारणी में व्यवस्थित करने की अनुमति देता है। यह थॉमसन मॉडल की एक महत्वपूर्ण सीमा थी, जो यह नहीं बता सकती थी कि इस तरह से तत्वों को कैसे व्यवस्थित करना संभव था।

- परमाणु नाभिक वह है जिसमें अधिकांश द्रव्यमान होता है। थॉमसन के मॉडल ने कहा कि परमाणु का द्रव्यमान समान रूप से उसके भीतर वितरित किया गया था। लेकिन आज हम जानते हैं कि परमाणु का द्रव्यमान नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में व्यावहारिक रूप से केंद्रित होता है।

यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि परमाणु के इस मॉडल ने परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों के आंदोलन के प्रकार का उल्लेख नहीं करने दिया।

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संदर्भ

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