Model atomowy Perrina: charakterystyka, eksperyment, postulaty

Model atomowy Perrina porównał strukturę atomu z układem słonecznym, w którym planety byłyby ładunkami ujemnymi, a Słońce byłoby ładunkiem dodatnim skoncentrowanym w środku atomu. W 1895 roku wybitny francuski fizyk zademonstrował przeniesienie ujemnych ładunków promieniami katodowymi na powierzchnię, na którą oddziałują.

W ten sposób wykazano elektryczną naturę promieni katodowych, która dała światło na elektryczną naturę atomu, rozumiejąc go jako najmniejszą i niepodzielną jednostkę materii. W 1901 roku Jean Baptiste Perrin zasugerował, że przyciąganiu ładunków ujemnych otaczających centrum (ładunek dodatni) przeciwdziała siła bezwładności.

Model ten został uzupełniony i udoskonalony później przez Ernesta Rutherforda, który zapewnił, że cały ładunek dodatni atomu znajduje się w środku atomu, a elektrony krążą wokół niego.

Jednakże model ten miał pewne ograniczenia, których nie można było wówczas wyjaśnić, a model został przyjęty jako podstawa przez duńskiego fizyka Nielsa Bohra do zaproponowania jego modelu w 1913 roku.

Charakterystyka modelu atomowego Perrina

Najbardziej wyróżniające cechy modelu atomowego Perrina są następujące:

- Atom składa się z dużej dodatniej cząstki w środku, w której koncentruje się większość masy atomowej.

- Wokół tego skoncentrowanego ładunku dodatniego orbituje kilka ładunków ujemnych, które kompensują całkowity ładunek elektryczny.

Propozycja Perrina porównuje strukturę atomową z układem słonecznym, gdzie skoncentrowany ładunek dodatni spełniałby funkcję Słońca, a otaczające elektrony spełniałyby rolę planet.

Perrin był pionierem w sugerowaniu nieciągłej struktury atomu w 1895 roku. Jednak nigdy nie nalegał na zaprojektowanie eksperymentu, który pomógłby udowodnić tę koncepcję.

Eksperymentuj

W ramach szkolenia doktoranckiego Perrin pracował jako asystent fizyki w Ecole Normale Supérieure de Paris, w latach 1894–1897.

Do tego czasu Perrin opracował większość swoich badań w celu sprawdzenia natury promieni katodowych; to znaczy, jeśli promienie katodowe są cząstkami naładowanymi elektrycznie lub jeśli przybierają kształt fal.

Promienie katodowe

Eksperyment z promieniami katodowymi pojawia się podczas prowadzenia badań rurami Crookesa, struktury wynalezionej przez angielskiego chemika Williama Crookesa w latach 70. XIX wieku.

Rurka Crookesa składa się ze szklanej rurki zawierającej tylko gazy wewnątrz. Ta konfiguracja ma metalową część na każdym końcu, a każdy element jest podłączony do zewnętrznego źródła napięcia.

Gdy rura jest zasilana, powietrze w niej jest zjonizowane, aw konsekwencji staje się przewodnikiem elektryczności i zamyka otwarty obwód między elektrodami na końcach.

Wewnątrz rury gazy nabierają fluorescencyjnego aspektu, ale do końca lat 90. XIX wieku naukowcy nie mieli jasności co do przyczyny tego zjawiska.

Do tego czasu nie było wiadomo, czy fluorescencja była spowodowana cyrkulacją cząstek elementarnych wewnątrz rury, czy też promienie przybrały formę fal, które je transportowały.

Dochodzenia Perrina

W 1895 roku Perrin powtórzył eksperymenty z katodą, podłączając rurę wyładowczą do większego pustego pojemnika.

Ponadto Perrin umieścił wodoszczelną ścianę dla zwykłych cząsteczek i powtórzył konfigurację Crookesa, umieszczając klatkę Faradaya zawartą w komorze ochronnej.

Jeśli promienie przechodzą przez nieprzepuszczalną ścianę dla zwykłych cząsteczek w klatce Faradaya, automatycznie zostanie wykazane, że promienie katodowe składają się z podstawowych naładowanych elektrycznie cząstek.

Metoda weryfikacji

Aby to potwierdzić, Perrin połączył elektrometr w pobliżu wodoszczelnej ściany, aby zmierzyć ładunki elektryczne, które wystąpiłyby, gdy promienie katodowe tam uderzą.

Podczas przeprowadzania eksperymentu wykazano, że wstrząs promieni katodowych na nieprzepuszczalną ścianę wywołał mały pomiar ujemnego ładunku w elektrometrze.

Następnie Perrin zmienił przepływ promieni katodowych przez wymuszenie układu poprzez indukcję pola elektrycznego i wymusił uderzenie promieni katodowych w elektrometr. Kiedy to się stało, miernik odnotował znacznie wyższy ładunek elektryczny w porównaniu z poprzednim rekordem.

Dzięki eksperymentom z Perrin wykazano, że promienie katodowe składają się z cząstek o ładunkach ujemnych.

Później, na początku XX wieku, JJ Thomson formalnie odkrył istnienie elektronów i ich związek ładunek-masa, w oparciu o badania Perrina.

Postulaty

W 1904 roku brytyjski naukowiec JJ Thomson przedstawił swoją propozycję modelu atomowego, znanego również jako model puddingu śliwkowego.

W tym modelu ładunek dodatni rozumiano jako jednorodną masę, a ładunki ujemne byłyby rozproszone losowo na wspomnianej masie dodatniej.

Analogicznie ładunek dodatni będzie masą budyniu, a ładunki ujemne będą reprezentowane przez śliwki. Model ten został obalony przez Perrina w 1907 roku. W swojej propozycji Perrin wskazuje:

- Ładunek dodatni nie jest rozszerzany w całej strukturze atomowej. Wręcz przeciwnie, koncentruje się w środku atomu.

- Ładunki ujemne nie są rozproszone przez atom. Zamiast tego są uporządkowane w sposób uporządkowany wokół ładunku dodatniego, w kierunku zewnętrznej krawędzi atomu.