अल्फा कण प्रकीर्णन के अध्ययन पर रदरफोर्ड के प्रयोग। रदरफोर्ड का अल्फा कण प्रकीर्णन प्रयोग (संक्षेप में)

अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर रदरफोर्ड के प्रयोग। परमाणु का परमाणु मॉडल।

यह ज्ञात है कि ग्रीक से अनुवादित "परमाणु" शब्द का अर्थ "अविभाज्य" है। अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे. थॉमसन ने (19वीं शताब्दी के अंत में) पहला "परमाणु का मॉडल" विकसित किया, जिसके अनुसार परमाणु एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया क्षेत्र है जिसके भीतर इलेक्ट्रॉन तैरते हैं। थॉमसन द्वारा प्रस्तावित मॉडल को प्रायोगिक सत्यापन की आवश्यकता थी, क्योंकि रेडियोधर्मिता और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना को थॉमसन के परमाणु मॉडल का उपयोग करके समझाया नहीं जा सकता था। इसलिए, 1911 में, अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने परमाणुओं की संरचना और संरचना का अध्ययन करने के लिए प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की। इन प्रयोगों में, एक संकीर्ण किरण ए -एक रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित कणों को पतली सोने की पन्नी पर निर्देशित किया गया था। इसके पीछे एक स्क्रीन थी जो तेज़ कणों के प्रभाव में चमकने में सक्षम थी। यह पाया गया कि बहुसंख्यक हैं ए -कण पन्नी से गुजरने के बाद रैखिक प्रसार से विचलित हो जाते हैं, यानी बिखर जाते हैं, और कुछ ए -कण 1800 वापस फेंके जाते हैं।

ट्रेजेकटोरीज़ ए-कण नाभिक से अलग-अलग दूरी पर उड़ते हैं

लेजर

विकिरण के क्वांटम सिद्धांत के आधार पर, रेडियो तरंगों के क्वांटम जनरेटर और दृश्य प्रकाश के क्वांटम जनरेटर - लेजर - बनाए गए। लेज़र बहुत उच्च शक्ति का सुसंगत विकिरण उत्पन्न करते हैं। लेजर विकिरण का उपयोग विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में बहुत व्यापक रूप से किया जाता है, उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष में संचार के लिए, रिकॉर्डिंग और भंडारण जानकारी (लेजर डिस्क) और वेल्डिंग के लिए, चिकित्सा में।

परमाणुओं द्वारा प्रकाश का उत्सर्जन और अवशोषण

बोहर की अभिधारणाओं के अनुसार, एक इलेक्ट्रॉन कई विशिष्ट कक्षाओं में हो सकता है। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन कक्षा एक निश्चित ऊर्जा से मेल खाती है। जब एक इलेक्ट्रॉन निकट से दूर की कक्षा में जाता है, तो एक परमाणु प्रणाली ऊर्जा की एक मात्रा को अवशोषित करती है। जब एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के सापेक्ष अधिक दूर की कक्षा से निकटतम कक्षा की ओर बढ़ता है, तो परमाणु प्रणाली एक ऊर्जा क्वांटम उत्सर्जित करती है।

स्पेक्ट्रा

बोह्र के सिद्धांत ने रेखा स्पेक्ट्रा के अस्तित्व की व्याख्या करना संभव बना दिया।
सूत्र (1) इस बात का गुणात्मक विचार देता है कि परमाणु उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा क्यों पंक्तिबद्ध हैं। वास्तव में, एक परमाणु केवल उन्हीं आवृत्तियों की तरंगें उत्सर्जित कर सकता है जो ऊर्जा मूल्यों में अंतर के अनुरूप होती हैं ई 1 , ई 2 , . . . , ई एन ,. . इसीलिए परमाणुओं के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में अलग-अलग स्थित तेज चमकीली रेखाएँ होती हैं। उसी समय, एक परमाणु किसी फोटॉन को नहीं, बल्कि केवल ऊर्जा वाले फोटॉन को अवशोषित कर सकता है hνजो बिल्कुल अंतर के बराबर है ई एन − इककुछ दो अनुमत ऊर्जा मान ई एनऔर इक. उच्च ऊर्जा अवस्था की ओर बढ़ना ई एन, परमाणु ठीक उसी फोटॉन को अवशोषित करते हैं जो वे मूल स्थिति में विपरीत संक्रमण के दौरान उत्सर्जित करने में सक्षम होते हैं इक. सीधे शब्दों में कहें तो, परमाणु निरंतर स्पेक्ट्रम से उन रेखाओं को लेते हैं जिन्हें वे स्वयं उत्सर्जित करते हैं; यही कारण है कि ठंडी परमाणु गैस के अवशोषण स्पेक्ट्रम की अंधेरी रेखाएँ ठीक उन्हीं स्थानों पर स्थित होती हैं जहाँ गर्म अवस्था में उसी गैस के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की चमकीली रेखाएँ स्थित होती हैं।

सतत स्पेक्ट्रम

अर्नेस्ट रदरफोर्ड (1871-1937)।

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी, परमाणु भौतिकी के संस्थापक, रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन के सदस्य (1903, 1925-1930 में अध्यक्ष) और दुनिया भर की अधिकांश अकादमियों के सदस्य। ब्राइटवाटर (न्यूजीलैंड) में जन्म। 1899 में 1900 में अल्फा और बीटा किरणों की खोज की - रेडियम (उत्सर्जन) का एक क्षय उत्पाद और आधे जीवन की अवधारणा पेश की। 1902-1903 में एफ. सोड्डी के साथ। रेडियोधर्मी क्षय का सिद्धांत विकसित किया और रेडियोधर्मी परिवर्तनों का नियम स्थापित किया। 1903 में साबित हुआ कि अल्फा किरणें धनात्मक आवेशित कणों से बनी होती हैं (रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार, 1908)।

1908 में जी. गीगर के साथ मिलकर, उन्होंने व्यक्तिगत आवेशित कणों (गीजर काउंटर) को रिकॉर्ड करने के लिए एक उपकरण डिजाइन किया। 1911 में स्थापित विभिन्न तत्वों के परमाणुओं द्वारा अल्फा कणों के प्रकीर्णन का नियम (रदरफोर्ड का सूत्र), जिसने 1911 में परमाणु का एक नया मॉडल - ग्रहीय (रदरफोर्ड का मॉडल) बनाना संभव बना दिया।

उन्होंने परमाणु नाभिक के कृत्रिम परिवर्तन (1914) का विचार सामने रखा। 1919 में पहली कृत्रिम परमाणु प्रतिक्रिया को अंजाम दिया, नाइट्रोजन को ऑक्सीजन में परिवर्तित किया, जिससे संयुक्त परमाणु भौतिकी की नींव पड़ी, प्रोटॉन की खोज की। 1920 में न्यूट्रॉन और ड्यूटेरॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी की। एम. ओलिफैंट के साथ मिलकर उन्होंने 1933 में इसे प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया। परमाणु प्रतिक्रियाओं में द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध के नियम की वैधता। 1934 में ट्रिटियम के निर्माण के साथ ड्यूटेरॉन की संलयन प्रतिक्रिया को अंजाम दिया।

परमाणु की संरचना का अध्ययन करने के लिए पहला प्रयोग 1911 में अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा किया गया था। वे रेडियोधर्मिता की घटना की खोज के कारण संभव हुए, जिसमें भारी तत्वों के प्राकृतिक रेडियोधर्मी क्षय के परिणामस्वरूप भारी तत्व निकलते हैं। -कण. यह पता चला कि इन कणों पर दो इलेक्ट्रॉनों के चार्ज के बराबर सकारात्मक चार्ज होता है; उनका द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान से लगभग 4 गुना अधिक होता है, यानी। वे हीलियम परमाणु () के आयन हैं। कणों की ऊर्जा यूरेनियम के लिए eV से थोरियम के लिए eV तक भिन्न होती है। कणों की गति m/s है, इसलिए उनका उपयोग पतली धातु की पन्नी को "शूट" करने के लिए किया जा सकता है। कणों के प्रकीर्णन की जानकारी चित्र में दिखाई गई है। 1.

शोध से पता चला है कि बहुत कम संख्या में कण गति की मूल दिशा से काफी विचलित हो गए हैं। कुछ मामलों में प्रकीर्णन कोण 180 डिग्री के करीब था। प्राप्त आंकड़ों के आधार पर, ई. रदरफोर्ड ने निष्कर्ष निकाला जो आधार बना परमाणु का ग्रहीय मॉडल:

एक नाभिक होता है जिसमें परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान और उसका सारा धनात्मक आवेश केंद्रित होता है, और नाभिक के आयाम परमाणु के आयामों से बहुत छोटे होते हैं;

परमाणु बनाने वाले इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर गोलाकार कक्षाओं में घूमते हैं।

इन दो परिसरों के आधार पर और यह मानते हुए कि एक आपतित कण और एक धनात्मक आवेशित नाभिक के बीच परस्पर क्रिया कूलम्ब बलों द्वारा निर्धारित होती है, रदरफोर्ड ने स्थापित किया कि परमाणु नाभिक के आयाम ()m हैं, अर्थात। वे परमाणुओं के आकार से () गुना छोटे हैं।

रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित परमाणु का मॉडल सौर मंडल जैसा दिखता है, यानी। परमाणु के केंद्र में एक नाभिक ("सूर्य") होता है, और इलेक्ट्रॉन - "ग्रह" - इसके चारों ओर कक्षाओं में घूमते हैं। इसी कारण रदरफोर्ड का मॉडल कहा गया ग्रहीय परमाणु मॉडल.

यह मॉडल परमाणु की संरचना की आधुनिक समझ की दिशा में एक कदम आगे था। अंतर्निहित अवधारणा परमाणु नाभिक, जिसमें परमाणु का संपूर्ण धनात्मक आवेश और उसका लगभग संपूर्ण द्रव्यमान केंद्रित होता है,ने आज तक अपना अर्थ बरकरार रखा है।

हालाँकि, यह धारणा कि इलेक्ट्रॉन वृत्ताकार कक्षाओं में घूमते हैं असंगतन तो शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के साथ, न ही परमाणु गैसों के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा की रेखा प्रकृति के साथ।

आइए हम हाइड्रोजन परमाणु के उदाहरण का उपयोग करके रदरफोर्ड के ग्रहीय मॉडल के बारे में जो कहा गया है, उसे स्पष्ट करें, जिसमें एक विशाल नाभिक (प्रोटॉन) और एक गोलाकार कक्षा में इसके चारों ओर घूमने वाला एक इलेक्ट्रॉन होता है। कक्षीय त्रिज्या के बाद से मी (पहली बोह्र कक्षा) और इलेक्ट्रॉन गति मी/से, इसका सामान्य त्वरण . वृत्ताकार कक्षा में त्वरण के साथ गतिमान एक इलेक्ट्रॉन एक द्वि-आयामी थरथरानवाला है। इसलिए, शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, इसे विद्युत चुम्बकीय तरंग के रूप में ऊर्जा विकीर्ण करनी चाहिए। परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन अनिवार्य रूप से समय एस में नाभिक के पास पहुंचेगा। हालाँकि, वास्तव में, हाइड्रोजन परमाणु एक स्थिर और "दीर्घकालिक" विद्युत यांत्रिक प्रणाली है।

परमाण्विक संरचनाजटिल है. इसकी पुष्टि इलेक्ट्रॉन, एक्स-रे और रेडियोधर्मिता जैसी घटनाओं की खोजों से होती है। सैद्धांतिक अनुसंधान और कई प्रयोगों के परिणामस्वरूप, ए परमाणु संरचना का सिद्धांत. परमाणु संरचना के सिद्धांत के निर्माण में विशेष रूप से महत्वपूर्ण योगदान अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट द्वारा किया गया था रदरफोर्ड(1871 - 1937), जिन्होंने सोने और प्लैटिनम की पतली धातु प्लेटों के माध्यम से अल्फा कणों के पारित होने का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किए।

1906 में रदरफोर्ड ने 4.05 MeV की ऊर्जा वाले अल्फा कणों के साथ भारी तत्वों के परमाणुओं की जांच करने का प्रस्ताव रखा, जो यूरेनियम या रेडियम नाभिक द्वारा उत्सर्जित होते थे। इस प्रकार, पदार्थ में अल्फा कणों के प्रकीर्णन (गति की दिशा में परिवर्तन) का अध्ययन करने का प्रस्ताव किया गया था।

एक अल्फा कण का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का लगभग 8000 गुना होता है। धनात्मक आवेश इलेक्ट्रॉन 2e के आवेश के दोगुने परिमाण के बराबर होता है। एक अल्फा कण की गति प्रकाश की गति का 1/15 या 2 * 10 7 मीटर/सेकेंड है। अल्फा कणपूर्णतः आयनित हीलियम परमाणु है।

रदरफोर्ड के प्रयोगों का एक सरलीकृत आरेख चित्र में दिखाया गया है। 1.1. अल्फा कणों को एक रेडियोधर्मी स्रोत 1 द्वारा उत्सर्जित किया गया था जो एक संकीर्ण चैनल 3 के साथ एक लीड सिलेंडर 2 के अंदर रखा गया था। चैनल से अल्फा कणों की एक संकीर्ण किरण अध्ययन के तहत सामग्री से बने पन्नी 4 पर गिरी, जो पन्नी की सतह के लंबवत थी। सीसा सिलेंडर से, अल्फा कण केवल चैनल से होकर गुजरे, और बाकी सीसे द्वारा अवशोषित कर लिए गए। पन्नी से गुजरते हुए और इसके द्वारा बिखरे हुए अल्फा कण एक पारभासी स्क्रीन 5 पर गिरे, जो एक ल्यूमिनसेंट पदार्थ (जिंक सल्फेट) से लेपित था। यह पदार्थ तब चमकने में सक्षम था जब एक अल्फा कण इस पर टकराया। स्क्रीन के साथ प्रत्येक कण की टक्कर प्रकाश की चमक के साथ हुई। इस फ़्लैश को कहा जाता है जगमगाहट(लैटिन जगमगाहट से - चमकदार, प्रकाश की अल्पकालिक चमक)। स्क्रीन के पीछे एक माइक्रोस्कोप 6 था। हवा में अल्फा कणों के अतिरिक्त बिखराव को रोकने के लिए, पूरे उपकरण को पर्याप्त वैक्यूम वाले एक बर्तन में रखा गया था।

चावल। 1.1. रदरफोर्ड के प्रयोगों की सरलीकृत योजना।

फ़ॉइल की अनुपस्थिति में, स्क्रीन पर एक चमकीला वृत्त दिखाई दिया, जिसमें अल्फा कणों की एक पतली किरण के कारण होने वाली जगमगाहट शामिल थी। लेकिन जब अल्फा कणों के पथ में लगभग 0.1 माइक्रोन (माइक्रोन) की मोटाई वाली एक पतली सोने की पन्नी रखी गई, तो स्क्रीन पर देखी गई तस्वीर बहुत बदल गई: व्यक्तिगत चमक न केवल पिछले सर्कल के बाहर दिखाई दीं, बल्कि वे हो भी सकती थीं। सोने की पन्नी के विपरीत दिशा से देखा गया।

स्क्रीन पर विभिन्न स्थानों पर प्रति यूनिट समय में जगमगाहट की संख्या की गणना करके, अंतरिक्ष में बिखरे हुए अल्फा कणों के वितरण को स्थापित करना संभव है। बढ़ते प्रकीर्णन कोण के साथ अल्फा कणों की संख्या तेजी से घटती है।

स्क्रीन पर देखी गई तस्वीर से यह निष्कर्ष निकला कि अधिकांश अल्फा कण अपनी गति की दिशा में ध्यान देने योग्य परिवर्तन के बिना सोने की पन्नी से गुजरते हैं। हालाँकि, कुछ कण अल्फा कणों की मूल दिशा (लगभग 135 o ... 150 o) से बड़े कोणों पर विचलित हो गए और यहाँ तक कि वापस फेंक दिए गए। अनुसंधान से पता चला है कि जब अल्फा कण पन्नी से गुजरते हैं, तो प्रत्येक 10,000 गिरते कणों में से केवल एक कण गति की मूल दिशा से 10° से अधिक के कोण से विचलित होता है। केवल एक दुर्लभ अपवाद के रूप में बड़ी संख्या में अल्फा कणों में से एक अपनी मूल दिशा से विचलित हो जाता है।

तथ्य यह है कि कई अल्फा कण अपनी गति की दिशा से विचलित हुए बिना पन्नी से गुजर गए, यह बताता है कि परमाणु एक ठोस इकाई नहीं है। चूँकि एक अल्फा कण का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से लगभग 8000 गुना अधिक होता है, फ़ॉइल परमाणुओं की संरचना में शामिल इलेक्ट्रॉनों में उल्लेखनीय परिवर्तन नहीं हो सकता है प्रक्षेपवक्रअल्फा कण. अल्फा कणों का प्रकीर्णन किसी परमाणु के धनात्मक आवेशित कण - परमाणु नाभिक के कारण हो सकता है।

परमाणु नाभिक- यह एक छोटा पिंड है जिसमें परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान और लगभग सारा धनात्मक आवेश केंद्रित होता है।

अल्फ़ा कण नाभिक के जितना करीब आता था, विद्युत संपर्क का बल उतना ही अधिक होता था और कण उतने ही अधिक कोण पर विक्षेपित होता था। नाभिक से कम दूरी पर, एक धनात्मक रूप से आवेशित अल्फा कण नाभिक से एक महत्वपूर्ण प्रतिकारक बल F का अनुभव करता है, जो कूलम्ब के नियम द्वारा निर्धारित होता है:

एफ=

जहाँ r नाभिक से अल्फा कण तक की दूरी है; ε 0 - एसआई इकाइयों में विद्युत स्थिरांक; पी - नाभिक में प्रोटॉन की संख्या; ई = 1.6*10-19 सी - प्राथमिक विद्युत आवेश (इलेक्ट्रॉन आवेश) का पूर्ण मूल्य; 2e - अल्फा कण आवेश

चित्र 1.2 नाभिक से विभिन्न दूरी पर उड़ने वाले अल्फा कणों के प्रक्षेप पथ को दर्शाता है।

रदरफोर्ड एक परमाणु के नाभिक में अल्फा कणों और प्रोटॉन पी की ऊर्जा के साथ एक निश्चित कोण पर बिखरे हुए अल्फा कणों की संख्या को जोड़ने वाला एक सूत्र पेश करने में सक्षम थे। सूत्र के एक प्रयोगात्मक सत्यापन ने इसकी वैधता की पुष्टि की और दिखाया कि नाभिक में प्रोटॉन की संख्या इंट्रा-परमाणु इलेक्ट्रॉनों Z की संख्या के बराबर है और रासायनिक तत्व की परमाणु संख्या (यानी परमाणु संख्या) द्वारा निर्धारित की जाती है। डी.आई. मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में तत्व):

चावल। 1.2. अल्फा कण प्रक्षेप पथ.

विभिन्न कोणों पर बिखरे अल्फा कणों की संख्या की गणना करके, रदरफोर्ड नाभिक के रैखिक आयामों का अनुमान लगाने में सक्षम थे। एक सकारात्मक नाभिक के लिए एक अल्फा कण को वापस फेंकने के लिए, परमाणु नाभिक की सीमाओं पर इलेक्ट्रोस्टैटिक (कूलम्ब) प्रतिकर्षण की संभावित ऊर्जा अल्फा कण की गतिज ऊर्जा के बराबर होनी चाहिए:

यह पता चला कि कोर का एक व्यास है:

डी मैं = 10 -13 ...10 -12 सेमी = 10 -15 ...10 -14 मीटर

परमाणु का रैखिक व्यास स्वयं:

डी ए = 10 -8 सेमी = 10 -10 मीटर

परमाणु का ग्रहीय मॉडल

कई प्रयोगों का विश्लेषण करने के बाद, रदरफोर्ड ने 1911 में प्रस्ताव रखा ग्रहीय परमाणु मॉडल(परमाणु का परमाणु मॉडल)।

इस मॉडल के अनुसार, परमाणु के केंद्र में एक धनावेशित नाभिक होता है, जिसमें परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान केंद्रित होता है। ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करते हैं। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर अपेक्षाकृत लंबी दूरी तक घूमते हैं, जैसे ग्रह सूर्य की परिक्रमा करते हैं। इन्हीं के संग्रह से इलेक्ट्रॉन का निर्माण होता है इलेक्ट्रॉन कवचया इलेक्ट्रॉन बादल.

संपूर्ण परमाणु तटस्थ है, इसलिए, इलेक्ट्रॉनों के कुल नकारात्मक चार्ज का पूर्ण मूल्य नाभिक के सकारात्मक चार्ज के बराबर है: नाभिक में प्रोटॉन की संख्या Z*e इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर है इलेक्ट्रॉन बादल और डी. आई. मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में किसी दिए गए रासायनिक तत्व के परमाणु की क्रम संख्या (परमाणु संख्या) Z के साथ मेल खाता है।

उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन परमाणु का परमाणु क्रमांक Z = 1 होता है, इसलिए, एक हाइड्रोजन परमाणु में एक धनात्मक नाभिक होता है जिसका आवेश इलेक्ट्रॉन आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है। एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाता है। हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक को प्रोटॉन कहा जाता है। लिथियम परमाणु की परमाणु संख्या Z = 3 है, इसलिए, 3 इलेक्ट्रॉन लिथियम परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमते हैं।

परिचय

परमाणु, जिन्हें मूल रूप से अविभाज्य माना जाता था, जटिल प्रणालियाँ हैं। इनमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक विशाल नाभिक होता है, जिसके चारों ओर खाली जगह में इलेक्ट्रॉन घूमते रहते हैं। परमाणु बहुत छोटे होते हैं - उनका आयाम लगभग 10 -10 -10 -9 मीटर होता है, और नाभिक का आयाम अभी भी लगभग 100,000 गुना छोटा (10 -15 -10 -14 मीटर) होता है। इसलिए, परमाणुओं को केवल बहुत अधिक आवर्धन वाली छवि में (उदाहरण के लिए, क्षेत्र-उत्सर्जन प्रोजेक्टर का उपयोग करके) अप्रत्यक्ष रूप से "देखा" जा सकता है। लेकिन इस स्थिति में भी परमाणुओं को विस्तार से नहीं देखा जा सकता है। उनकी आंतरिक संरचना के बारे में हमारा ज्ञान बड़ी मात्रा में प्रयोगात्मक डेटा पर आधारित है, जो अप्रत्यक्ष रूप से लेकिन उपरोक्त का दृढ़ता से समर्थन करता है। 20वीं सदी में परमाणु की संरचना के बारे में विचार मौलिक रूप से बदल गए। नए सैद्धांतिक विचारों और प्रयोगात्मक डेटा से प्रभावित। परमाणु नाभिक की आंतरिक संरचना के वर्णन में अभी भी अनसुलझे प्रश्न हैं, जो गहन शोध का विषय हैं। निम्नलिखित अनुभाग समग्र रूप से परमाणु की संरचना के बारे में विचारों के विकास के इतिहास को रेखांकित करते हैं; एक अलग लेख नाभिक की संरचना (परमाणु नाभिक संरचना) के लिए समर्पित है, क्योंकि ये विचार काफी हद तक स्वतंत्र रूप से विकसित हुए हैं। किसी परमाणु के बाहरी कोश का अध्ययन करने के लिए आवश्यक ऊर्जा तापीय या रासायनिक ऊर्जा के क्रम पर अपेक्षाकृत कम होती है। इस कारण से, नाभिक की खोज से बहुत पहले इलेक्ट्रॉनों की प्रायोगिक खोज की गई थी। नाभिक, अपने छोटे आकार के बावजूद, बहुत मजबूती से बंधा होता है, इसलिए इसे परमाणुओं के बीच लगने वाले बलों की तुलना में लाखों गुना अधिक तीव्र बलों की मदद से ही नष्ट और अध्ययन किया जा सकता है। नाभिक की आंतरिक संरचना को समझने में तीव्र प्रगति कण त्वरक के आगमन के साथ ही शुरू हुई। यह आकार और बंधनकारी ऊर्जा में इतना बड़ा अंतर है जो हमें परमाणु की संरचना को नाभिक की संरचना से अलग करके विचार करने की अनुमति देता है। किसी परमाणु के आकार और उसके द्वारा घेरी गई खाली जगह का अंदाज़ा लगाने के लिए, उन परमाणुओं पर विचार करें जो 1 मिमी व्यास वाली पानी की एक बूंद बनाते हैं। यदि आप मानसिक रूप से इस बूंद को पृथ्वी के आकार तक बढ़ा दें, तो पानी के अणु में शामिल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं का व्यास 1-2 मीटर होगा। प्रत्येक परमाणु के द्रव्यमान का बड़ा हिस्सा इसके मूल, व्यास में केंद्रित है जो केवल 0.01 मिमी थी।

मुख्य हिस्सा

मैं। परमाणुओं की संरचना के बारे में विचारों का विकास

आधुनिक भौतिकी के विकास में परमाणु की जटिल संरचना की खोज सबसे महत्वपूर्ण चरण है। परमाणु संरचना का एक मात्रात्मक सिद्धांत बनाने की प्रक्रिया में, जिसने परमाणु प्रणालियों की व्याख्या करना संभव बना दिया, सूक्ष्म कणों के गुणों के बारे में नए विचार बने, जो क्वांटम यांत्रिकी द्वारा वर्णित हैं।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, पदार्थों के अविभाज्य सबसे छोटे कणों के रूप में परमाणुओं का विचार प्राचीन काल (डेमोक्रिटस, एपिकुरस, ल्यूक्रेटियस) में उत्पन्न हुआ था। मध्य युग में परमाणुओं के सिद्धांत को भौतिकवादी होने के कारण मान्यता नहीं मिली। 18वीं सदी की शुरुआत तक. परमाणु सिद्धांत बढ़ती लोकप्रियता प्राप्त कर रहा है। इस समय तक, फ्रांसीसी रसायनज्ञ ए. लावोइसियर (1743-1794), महान रूसी वैज्ञानिक एम.वी. के कार्य सामने आ चुके थे। लोमोनोसोव और अंग्रेजी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी डी. डाल्टन (1766-1844) ने परमाणुओं के अस्तित्व की वास्तविकता को साबित किया। हालाँकि, इस समय परमाणुओं की आंतरिक संरचना का प्रश्न ही नहीं उठता था, क्योंकि परमाणुओं को अविभाज्य माना जाता था।

परमाणु सिद्धांत के विकास में एक प्रमुख भूमिका उत्कृष्ट रूसी रसायनज्ञ डी.आई. ने निभाई। मेंडेलीव थे, जिन्होंने 1869 में तत्वों की आवर्त प्रणाली विकसित की, जिसमें पहली बार वैज्ञानिक आधार पर परमाणुओं की एकीकृत प्रकृति का प्रश्न उठाया गया। 19वीं सदी के उत्तरार्ध में. यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो चुका है कि इलेक्ट्रॉन किसी भी पदार्थ के मुख्य भागों में से एक है। इन निष्कर्षों, साथ ही कई प्रयोगात्मक आंकड़ों ने इस तथ्य को जन्म दिया कि 20वीं सदी की शुरुआत में। परमाणु की संरचना का प्रश्न गंभीरता से उठा।

मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में स्पष्ट रूप से व्यक्त सभी रासायनिक तत्वों के बीच एक प्राकृतिक संबंध का अस्तित्व बताता है कि सभी परमाणुओं की संरचना एक सामान्य संपत्ति पर आधारित है: वे सभी एक-दूसरे से निकटता से संबंधित हैं।

हालाँकि, 19वीं सदी के अंत तक। रसायन विज्ञान में, आध्यात्मिक दृढ़ विश्वास प्रचलित है कि परमाणु सरल पदार्थ का सबसे छोटा कण है, जो पदार्थ की विभाज्यता की अंतिम सीमा है। सभी रासायनिक परिवर्तनों के दौरान, केवल अणु नष्ट होते हैं और फिर से बनते हैं, जबकि परमाणु अपरिवर्तित रहते हैं और उन्हें छोटे भागों में विभाजित नहीं किया जा सकता है।

लंबे समय तक, परमाणु की संरचना के बारे में विभिन्न धारणाओं की किसी भी प्रयोगात्मक डेटा द्वारा पुष्टि नहीं की गई थी। केवल 19वीं सदी के अंत में। ऐसी खोजें की गईं जिनसे परमाणु की संरचना की जटिलता और कुछ शर्तों के तहत कुछ परमाणुओं को दूसरों में बदलने की संभावना का पता चला। इन खोजों के आधार पर परमाणु की संरचना का सिद्धांत तेजी से विकसित होने लगा।

परमाणुओं की जटिल संरचना का पहला अप्रत्यक्ष प्रमाण अत्यधिक दुर्लभ गैसों में विद्युत निर्वहन के दौरान उत्पन्न कैथोड किरणों के अध्ययन से प्राप्त हुआ था। इन किरणों के गुणों के अध्ययन से यह निष्कर्ष निकला कि ये छोटे कणों की एक धारा हैं जो नकारात्मक विद्युत आवेश ले जाती हैं और प्रकाश की गति के करीब गति से उड़ती हैं। विशेष तकनीकों का उपयोग करके, कैथोड कणों के द्रव्यमान और उनके आवेश के परिमाण को निर्धारित करना और यह पता लगाना संभव था कि वे न तो ट्यूब में शेष गैस की प्रकृति पर, न ही उस पदार्थ पर निर्भर करते हैं जिससे इलेक्ट्रोड निकलते हैं। बनाये जाते हैं, या अन्य प्रायोगिक शर्तों पर। इसके अलावा, कैथोड कण केवल आवेशित अवस्था में ही जाने जाते हैं और उनके आवेशों को छीनकर विद्युत रूप से तटस्थ कणों में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है: विद्युत आवेश उनकी प्रकृति का सार है। इन कणों, जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहा जाता है, की खोज 1897 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे. थॉमसन ने की थी।

परमाणु की संरचना का अध्ययन व्यावहारिक रूप से 1897-1898 में शुरू हुआ, जब इलेक्ट्रॉनों की एक धारा के रूप में कैथोड किरणों की प्रकृति अंततः स्थापित हो गई और इलेक्ट्रॉन का आवेश और द्रव्यमान निर्धारित हो गया। थॉमसन ने परमाणु का पहला मॉडल प्रस्तावित किया, जिसमें परमाणु को एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाले पदार्थ के एक समूह के रूप में प्रस्तुत किया गया, जिसमें इतने सारे इलेक्ट्रॉन आपस में जुड़े हुए हैं कि यह इसे विद्युत रूप से तटस्थ गठन में बदल देता है। इस मॉडल में, यह माना गया कि, बाहरी प्रभावों के प्रभाव में, इलेक्ट्रॉन दोलन कर सकते हैं, यानी त्वरित दर से आगे बढ़ सकते हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि इससे पदार्थ के परमाणुओं द्वारा प्रकाश के उत्सर्जन और रेडियोधर्मी पदार्थों के परमाणुओं द्वारा गामा किरणों के उत्सर्जन के बारे में प्रश्नों का उत्तर देना संभव हो गया है।

थॉमसन के परमाणु मॉडल में परमाणु के अंदर धनावेशित कणों को नहीं माना गया। लेकिन फिर हम रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा धनावेशित अल्फा कणों के उत्सर्जन की व्याख्या कैसे कर सकते हैं? थॉमसन के परमाणु मॉडल ने कुछ अन्य प्रश्नों का उत्तर नहीं दिया।

1911 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ई. रदरफोर्ड ने गैसों और अन्य पदार्थों में अल्फा कणों की गति का अध्ययन करते हुए परमाणु के एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हिस्से की खोज की। आगे और अधिक गहन अध्ययनों से पता चला है कि जब समानांतर किरणों की किरण गैस की परतों या पतली धातु की प्लेट से गुजरती है, तो समानांतर किरणें नहीं निकलती हैं, बल्कि कुछ हद तक अलग हो जाती हैं: अल्फा कण बिखरे हुए होते हैं, यानी, वे मूल पथ से विचलित हो जाते हैं। विक्षेपण कोण छोटे होते हैं, लेकिन हमेशा बहुत कम संख्या में कण (कई हजार में से एक) होते हैं जो बहुत दृढ़ता से विक्षेपित होते हैं। कुछ कण ऐसे वापस फेंके जाते हैं मानो उन्हें किसी अभेद्य अवरोध का सामना करना पड़ा हो। ये इलेक्ट्रॉन नहीं हैं - इनका द्रव्यमान अल्फा कणों के द्रव्यमान से बहुत कम है। विक्षेपण तब हो सकता है जब वे सकारात्मक कणों से टकराते हैं जिनका द्रव्यमान अल्फा कणों के द्रव्यमान के समान क्रम का होता है। इन विचारों के आधार पर, रदरफोर्ड ने परमाणु की संरचना का निम्नलिखित चित्र प्रस्तावित किया।

परमाणु के केंद्र में एक धनावेशित नाभिक होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन विभिन्न कक्षाओं में घूमते हैं। इनके घूमने के दौरान उत्पन्न होने वाला केन्द्रापसारक बल नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच आकर्षण से संतुलित होता है, जिसके परिणामस्वरूप वे नाभिक से निश्चित दूरी पर रहते हैं। चूँकि एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान नगण्य होता है, परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान उसके नाभिक में केंद्रित होता है। नाभिक और इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा, जिनकी संख्या अपेक्षाकृत कम है, परमाणु प्रणाली द्वारा व्याप्त कुल स्थान का केवल एक नगण्य हिस्सा है।

रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित परमाणु की संरचना का आरेख, या, जैसा कि वे आमतौर पर कहते हैं, परमाणु का ग्रहीय मॉडल, अल्फा कणों के विक्षेपण की घटना को आसानी से समझाता है। दरअसल, पूरे परमाणु के आकार की तुलना में नाभिक और इलेक्ट्रॉनों का आकार बेहद छोटा होता है, जो नाभिक से सबसे दूर इलेक्ट्रॉनों की कक्षाओं द्वारा निर्धारित होता है, इसलिए अधिकांश अल्फा कण ध्यान देने योग्य विक्षेपण के बिना परमाणुओं के माध्यम से उड़ते हैं। केवल ऐसे मामलों में जहां अल्फा कण नाभिक के बहुत करीब आता है, विद्युत प्रतिकर्षण के कारण यह अपने मूल पथ से तेजी से विचलित हो जाता है। इस प्रकार, अल्फा कणों के प्रकीर्णन के अध्ययन ने परमाणु के परमाणु सिद्धांत की नींव रखी।

द्वितीय. बोह्र की अभिधारणाएँ

परमाणु के ग्रहीय मॉडल ने पदार्थ के अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या करना संभव बना दिया, लेकिन परमाणुओं की स्थिरता को उचित ठहराने में मूलभूत कठिनाइयाँ उत्पन्न हुईं। परमाणु के गुणात्मक रूप से नए - क्वांटम - सिद्धांत के निर्माण का पहला प्रयास 1913 में नील्स बोह्र द्वारा किया गया था। उन्होंने लाइन स्पेक्ट्रा के अनुभवजन्य कानूनों, परमाणु के रदरफोर्ड परमाणु मॉडल और प्रकाश के उत्सर्जन और अवशोषण की क्वांटम प्रकृति को एक पूरे में जोड़ने का लक्ष्य निर्धारित किया। बोह्र ने अपना सिद्धांत रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल पर आधारित किया। उन्होंने सुझाव दिया कि इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर गोलाकार कक्षाओं में घूमते हैं। वृत्तीय गति में, स्थिर गति पर भी, त्वरण होता है। चार्ज की यह त्वरित गति प्रत्यावर्ती धारा के बराबर है, जो अंतरिक्ष में एक प्रत्यावर्ती विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाती है। इस क्षेत्र को बनाने में ऊर्जा की खपत होती है। नाभिक के साथ इलेक्ट्रॉन की कूलम्ब अंतःक्रिया की ऊर्जा के कारण क्षेत्र ऊर्जा का निर्माण किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन को एक सर्पिल में घूमना चाहिए और नाभिक पर गिरना चाहिए। हालाँकि, अनुभव से पता चलता है कि परमाणु बहुत स्थिर संरचनाएँ हैं। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि मैक्सवेल के समीकरणों पर आधारित शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के परिणाम, अंतर-परमाणु प्रक्रियाओं पर लागू नहीं होते हैं। नए पैटर्न ढूंढना जरूरी है. बोह्र ने परमाणु के अपने सिद्धांत को निम्नलिखित अभिधारणाओं पर आधारित किया।

बोहर की पहली अभिधारणा(स्थिर अवस्थाओं का अभिधारणा): एक परमाणु में स्थिर (समय के साथ न बदलने वाली) अवस्थाएँ होती हैं जिनमें वह ऊर्जा उत्सर्जित नहीं करता है। किसी परमाणु की स्थिर अवस्थाएँ स्थिर कक्षाओं के अनुरूप होती हैं जिनके साथ इलेक्ट्रॉन चलते हैं। स्थिर कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की गति विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उत्सर्जन के साथ नहीं होती है।यह अभिधारणा शास्त्रीय सिद्धांत के विरोध में है। एक परमाणु की स्थिर अवस्था में, एक गोलाकार कक्षा में घूम रहे एक इलेक्ट्रॉन में कोणीय गति के असतत क्वांटम मान होने चाहिए।

बोहर की दूसरी अभिधारणा(आवृत्ति नियम): जब एक इलेक्ट्रॉन एक स्थिर कक्षा से दूसरी कक्षा में जाता है, तो ऊर्जा वाला एक फोटॉन उत्सर्जित (अवशोषित) होता है

संगत स्थिर अवस्थाओं की ऊर्जाओं के बीच अंतर के बराबर (En और Em, क्रमशः, विकिरण/अवशोषण से पहले और बाद में परमाणु की स्थिर अवस्थाओं की ऊर्जाएँ हैं)।एक स्थिर कक्षा संख्या m से एक स्थिर कक्षा संख्या में एक इलेक्ट्रॉन का संक्रमण एनऊर्जा वाली अवस्था से परमाणु के संक्रमण से मेल खाता है एमऊर्जा En वाली अवस्था में (चित्र 1)।

चित्र .1। बोह्र की अभिधारणाओं की व्याख्या के लिए

рEn>Em फोटॉन उत्सर्जन होता है (एक परमाणु का उच्च ऊर्जा वाले राज्य से कम ऊर्जा वाले राज्य में संक्रमण, यानी, नाभिक से अधिक दूर की कक्षा से एक इलेक्ट्रॉन का निकटतम कक्षा में संक्रमण), एन पर<Еm – его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот क्वांटम संक्रमण और एक परमाणु के लाइन स्पेक्ट्रम को निर्धारित करता है। बोह्र के सिद्धांत ने हाइड्रोजन के प्रयोगात्मक रूप से देखे गए लाइन स्पेक्ट्रम को शानदार ढंग से समझाया। हाइड्रोजन परमाणु के सिद्धांत की सफलताएं शास्त्रीय यांत्रिकी के मूलभूत सिद्धांतों को त्यागने की कीमत पर हासिल की गईं, जो 200 से अधिक वर्षों से बिना शर्त मान्य हैं। इसलिए, बोह्र के अभिधारणाओं की वैधता का प्रत्यक्ष प्रायोगिक प्रमाण, विशेषकर पहला - स्थिर राज्यों के अस्तित्व के बारे में - बहुत महत्वपूर्ण था। दूसरे अभिधारणा को ऊर्जा संरक्षण के नियम और फोटॉन के अस्तित्व के बारे में परिकल्पना का परिणाम माना जा सकता है। जर्मन भौतिक विज्ञानी डी. फ्रैंक और जी. हर्ट्ज़ ने मंदक क्षमता विधि (1913) का उपयोग करके गैस परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर का अध्ययन करते हुए प्रयोगात्मक रूप से स्थिर राज्यों के अस्तित्व और परमाणु ऊर्जा मूल्यों की विसंगति की पुष्टि की। हाइड्रोजन परमाणु के संबंध में बोह्र की अवधारणा की निस्संदेह सफलता के बावजूद, जिसके लिए स्पेक्ट्रम का एक मात्रात्मक सिद्धांत बनाना संभव हो गया, आधार पर हाइड्रोजन के बगल में हीलियम परमाणु के लिए एक समान सिद्धांत बनाना संभव नहीं था। बोह्र के विचारों का. हीलियम परमाणु और अधिक जटिल परमाणुओं के संबंध में, बोह्र के सिद्धांत ने हमें केवल गुणात्मक (यद्यपि बहुत महत्वपूर्ण) निष्कर्ष निकालने की अनुमति दी। कुछ कक्षाओं का विचार जिसके साथ एक इलेक्ट्रॉन बोर परमाणु में चलता है, बहुत सशर्त निकला। वास्तव में, किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की गति का कक्षा में ग्रहों की गति से बहुत कम संबंध है। वर्तमान में क्वांटम यांत्रिकी की सहायता से किसी भी तत्व के परमाणुओं की संरचना और गुणों से संबंधित कई प्रश्नों का उत्तर देना संभव है।

तृतीय. परमाणु नाभिक की संरचना

परमाणु नाभिक की संरचना

न्यूक्लियॉन स्तर

रदरफोर्ड द्वारा परमाणु की गहराई में इसके नाभिक की "खोज" करने के लगभग 20 साल बाद, न्यूट्रॉन की खोज की गई - एक कण जो अपने सभी गुणों में हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक के समान है - एक प्रोटॉन, लेकिन केवल विद्युत आवेश के बिना। नाभिक के अंदर की जांच के लिए न्यूट्रॉन बेहद सुविधाजनक साबित हुआ। चूँकि यह विद्युत रूप से तटस्थ है, इसलिए नाभिक का विद्युत क्षेत्र इसे प्रतिकर्षित नहीं करता है - तदनुसार, धीमी गति से चलने वाले न्यूट्रॉन भी आसानी से उन दूरी पर नाभिक तक पहुंच सकते हैं, जिन पर परमाणु बल स्वयं प्रकट होने लगते हैं। न्यूट्रॉन की खोज के बाद, सूक्ष्म जगत की भौतिकी तेजी से आगे बढ़ी।

न्यूट्रॉन की खोज के तुरंत बाद, दो सैद्धांतिक भौतिकविदों - जर्मन वर्नर हाइजेनबर्ग और सोवियत दिमित्री इवानेंको - ने परिकल्पना की कि परमाणु नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन होते हैं। नाभिक की संरचना की आधुनिक समझ इसी पर आधारित है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को न्यूक्लियॉन शब्द द्वारा संयोजित किया जाता है। प्रोटॉन प्राथमिक कण हैं जो सबसे हल्के रासायनिक तत्व - हाइड्रोजन के परमाणुओं के नाभिक हैं। नाभिक में प्रोटॉन की संख्या आवर्त सारणी में तत्व की परमाणु संख्या के बराबर है और इसे Z (न्यूट्रॉन की संख्या - N) नामित किया गया है। एक प्रोटॉन में एक धनात्मक विद्युत आवेश होता है, जो प्राथमिक विद्युत आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है। यह एक इलेक्ट्रॉन से लगभग 1836 गुना भारी है। एक प्रोटॉन में Q = + 2/3 चार्ज वाले दो अप-क्वार्क और Q = - 1/3 चार्ज वाला एक d-क्वार्क होता है, जो ग्लूऑन फ़ील्ड से जुड़ा होता है। इसमें 10-15 मीटर के क्रम के अंतिम आयाम हैं, हालांकि इसकी एक ठोस गेंद के रूप में कल्पना नहीं की जा सकती है, बल्कि यह धुंधली सीमा वाले बादल जैसा दिखता है, जिसमें निर्मित और नष्ट आभासी कण शामिल हैं।

न्यूट्रॉन का विद्युत आवेश 0 है, इसका द्रव्यमान लगभग 940 MeV है। एक न्यूट्रॉन में एक यू-क्वार्क और दो डी-क्वार्क होते हैं। यह कण केवल स्थिर परमाणु नाभिक की संरचना में ही स्थिर है; एक मुक्त न्यूट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन, एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो में विघटित होता है। न्यूट्रॉन का आधा जीवन (न्यूट्रॉन की मूल संख्या के आधे को क्षय होने में लगने वाला समय) लगभग 12 मिनट है। पदार्थ में, नाभिक द्वारा उनके मजबूत अवशोषण के कारण न्यूट्रॉन और भी कम समय के लिए मुक्त रूप में मौजूद रहते हैं। प्रोटॉन की तरह, न्यूट्रॉन विद्युत चुम्बकीय सहित सभी प्रकार की अंतःक्रियाओं में भाग लेता है: सामान्य तटस्थता के साथ, इसकी जटिल आंतरिक संरचना के कारण, इसमें विद्युत धाराएं मौजूद होती हैं।

नाभिक में, न्यूक्लियॉन एक विशेष प्रकार के बल - परमाणु से बंधे होते हैं। उनकी विशिष्ट विशेषताओं में से एक लघु-अभिनय है: 10-15 मीटर या उससे कम की दूरी पर वे किसी भी अन्य बल से अधिक होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप समान-आवेशित प्रोटॉन के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के प्रभाव में न्यूक्लियॉन अलग नहीं होते हैं। . बड़ी दूरी पर, परमाणु बल बहुत जल्दी शून्य हो जाते हैं।

परमाणु बलों की कार्रवाई का तंत्र विद्युत चुम्बकीय बलों के समान सिद्धांत पर आधारित है - आभासी कणों के साथ परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुओं के आदान-प्रदान पर।

क्वांटम सिद्धांत में आभासी कण ऐसे कण होते हैं जिनकी क्वांटम संख्या (स्पिन, इलेक्ट्रिक और बैरियन चार्ज इत्यादि) संबंधित वास्तविक कणों के समान होती है, लेकिन जिनके लिए ऊर्जा, गति और द्रव्यमान के बीच सामान्य संबंध नहीं होता है।

चतुर्थ. रदरफोर्ड के प्रयोग

चुंबकीय क्षेत्र में, रेडियोधर्मी विकिरण का प्रवाह तीन घटकों में टूट जाता है: अल्फा किरणें, बीटा किरणें और गामा किरणें।

रेडियोधर्मिता की घटना ने परमाणु की जटिल संरचना का संकेत दिया

निष्कर्ष

निष्कर्ष में, हम इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि रदरफोर्ड-बोह्र अवधारणा पहले से ही पूर्ण सत्य के कणों से अधिक है, हालांकि भौतिकी के आगे के विकास ने इस अवधारणा में कई त्रुटियां प्रकट की हैं। बिल्कुल सही ज्ञान का एक बड़ा हिस्सा परमाणु के क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत में निहित है।

परमाणु की जटिल संरचना की खोज भौतिकी में एक प्रमुख घटना थी, क्योंकि पदार्थ की ठोस और अविभाज्य संरचनात्मक इकाइयों के रूप में परमाणुओं के बारे में शास्त्रीय भौतिकी के विचारों का खंडन किया गया था।

लेजर

स्पेक्ट्रा

सतत स्पेक्ट्रम हाइड्रोजन उत्सर्जन स्पेक्ट्रम हाइड्रोजन अवशोषण स्पेक्ट्रम

ग्रीक से अनुवादित शब्द "परमाणु" का अर्थ है "अविभाज्य।" लंबे समय तक, 20वीं सदी की शुरुआत तक, परमाणु का मतलब पदार्थ के सबसे छोटे अविभाज्य कण था। 20वीं सदी की शुरुआत तक. विज्ञान ने ऐसे कई तथ्य एकत्रित किये हैं जो परमाणुओं की जटिल संरचना का संकेत देते हैं।

पदार्थ की पतली परतों से गुजरते समय अल्फा कणों के बिखरने पर अंग्रेजी वैज्ञानिक अर्नेस्ट रदरफोर्ड के प्रयोगों में परमाणुओं की संरचना के अध्ययन में बड़ी प्रगति हासिल की गई थी। इन प्रयोगों में, रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित α कणों की एक संकीर्ण किरण को पतली सोने की पन्नी पर निर्देशित किया गया था। फ़ॉइल के पीछे एक स्क्रीन लगाई गई थी, जो तेज़ कणों के प्रभाव में चमकने में सक्षम थी। यह पाया गया कि अधिकांश α-कण पन्नी से गुजरने के बाद सीधी-रेखा प्रसार से विचलित हो जाते हैं, अर्थात वे बिखर जाते हैं, और कुछ α-कण आम तौर पर वापस फेंक दिए जाते हैं। रदरफोर्ड ने α-कणों के प्रकीर्णन को इस तथ्य से समझाया कि धनात्मक आवेश 10 -10 मीटर की त्रिज्या वाली गेंद में समान रूप से वितरित नहीं होता है, जैसा कि पहले माना गया था, लेकिन परमाणु के मध्य भाग - परमाणु नाभिक में केंद्रित होता है। जब कोई धनात्मक आवेश वाला कण नाभिक के पास से गुजरता है तो वह उससे विकर्षित हो जाता है और जब वह नाभिक से टकराता है तो उसे विपरीत दिशा में वापस फेंक दिया जाता है। समान आवेश वाले कण इस प्रकार व्यवहार करते हैं, इसलिए, परमाणु का एक केंद्रीय धनात्मक आवेशित भाग होता है, जिसमें परमाणु का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान केंद्रित होता है। गणना से पता चला कि प्रयोगों को समझाने के लिए परमाणु नाभिक की त्रिज्या लगभग 10 -15 मीटर लेना आवश्यक है।

रदरफोर्ड ने सुझाव दिया कि परमाणु एक ग्रह प्रणाली की तरह संरचित है। परमाणु की संरचना के रदरफोर्ड के मॉडल का सार इस प्रकार है: परमाणु के केंद्र में एक धनात्मक रूप से आवेशित नाभिक होता है, जिसमें सारा द्रव्यमान केंद्रित होता है; इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर बड़ी दूरी पर गोलाकार कक्षाओं में घूमते हैं (ग्रहों की तरह) सूर्य के चारों ओर)। नाभिक का आवेश आवर्त सारणी में रासायनिक तत्व की संख्या से मेल खाता है।

h प्लैंक स्थिरांक है।

1. ग्रीक से अनुवादित शब्द "परमाणु" का अर्थ "अविभाज्य" है। लंबे समय तक, 20वीं सदी की शुरुआत तक, परमाणु का मतलब पदार्थ के सबसे छोटे अविभाज्य कण था। 20वीं सदी की शुरुआत तक. विज्ञान ने ऐसे कई तथ्य एकत्रित किये हैं जो परमाणुओं की जटिल संरचना का संकेत देते हैं।

पदार्थ की पतली परतों से गुजरते समय अल्फा कणों के बिखरने पर अंग्रेजी वैज्ञानिक अर्नेस्ट रदरफोर्ड के प्रयोगों में परमाणुओं की संरचना के अध्ययन में बड़ी प्रगति हासिल की गई। इन प्रयोगों में, रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों की एक संकीर्ण किरण को पतली सोने की पन्नी पर निर्देशित किया गया था। फ़ॉइल के पीछे एक स्क्रीन लगाई गई थी, जो तेज़ कणों के प्रभाव में चमकने में सक्षम थी। यह पाया गया कि अधिकांश α-कण पन्नी से गुजरने के बाद सीधी-रेखा प्रसार से विचलित हो जाते हैं, यानी, वे बिखर जाते हैं, और कुछ α-कण आम तौर पर वापस फेंक दिए जाते हैं। रदरफोर्ड ने अल्फा कणों के प्रकीर्णन को इस तथ्य से समझाया कि सकारात्मक चार्ज 10^~10 मीटर की त्रिज्या वाली गेंद में समान रूप से वितरित नहीं होता है, जैसा कि पहले माना गया था, लेकिन परमाणु के केंद्रीय भाग - परमाणु नाभिक में केंद्रित है। जब कोई धनात्मक आवेश वाला कण नाभिक के पास से गुजरता है तो वह उससे विकर्षित हो जाता है और जब वह नाभिक से टकराता है तो उसे विपरीत दिशा में वापस फेंक दिया जाता है। समान आवेश वाले कण इस प्रकार व्यवहार करते हैं, इसलिए, परमाणु का एक केंद्रीय धनात्मक आवेशित भाग होता है, जिसमें परमाणु का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान केंद्रित होता है। गणना से पता चला कि प्रयोगों को समझाने के लिए परमाणु नाभिक की त्रिज्या लगभग 10^~15 मीटर लेना आवश्यक है।

परमाणु की संरचना का रदरफोर्ड का ग्रहीय मॉडल कई प्रसिद्ध तथ्यों की व्याख्या नहीं कर सका: चार्ज वाले एक इलेक्ट्रॉन को कूलम्ब आकर्षण बल के कारण नाभिक पर गिरना चाहिए, और एक परमाणु एक स्थिर प्रणाली है; जब एक गोलाकार कक्षा में घूमते हुए, नाभिक के पास पहुंचते हैं, तो परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन को सभी संभावित आवृत्तियों की विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करना चाहिए, अर्थात, उत्सर्जित प्रकाश में एक निरंतर स्पेक्ट्रम होना चाहिए, लेकिन व्यवहार में परिणाम अलग होता है: परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन प्रकाश उत्सर्जित करते हैं जिसमें एक लाइन स्पेक्ट्रम है। डेनिश भौतिक विज्ञानी नीलियर बोर परमाणु संरचना के ग्रहीय परमाणु मॉडल में विरोधाभासों को हल करने का प्रयास करने वाले पहले व्यक्ति थे।

बोह्र ने अपने सिद्धांत को दो अभिधारणाओं पर आधारित किया। पहला अभिधारणा: एक परमाणु प्रणाली केवल विशेष स्थिर या क्वांटम अवस्थाओं में हो सकती है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी ऊर्जा होती है; स्थिर अवस्था में, एक परमाणु उत्सर्जन नहीं करता है। इसका मतलब है कि एक इलेक्ट्रॉन (उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु में) कई अच्छी तरह से परिभाषित कक्षाओं में स्थित हो सकता है। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन कक्षा एक बहुत ही विशिष्ट ऊर्जा से मेल खाती है।

दूसरा अभिधारणा: एक स्थिर अवस्था से दूसरे में संक्रमण के दौरान, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की एक मात्रा उत्सर्जित या अवशोषित होती है। एक फोटॉन की ऊर्जा दो अवस्थाओं में एक परमाणु की ऊर्जा के बीच के अंतर के बराबर होती है:

h प्लैंक स्थिरांक है।

जब एक इलेक्ट्रॉन पास की कक्षा से अधिक दूर की कक्षा में जाता है, तो एक परमाणु प्रणाली ऊर्जा की एक मात्रा को अवशोषित करती है। जब एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के सापेक्ष अधिक दूर की कक्षा से निकटतम कक्षा की ओर बढ़ता है, तो परमाणु प्रणाली एक ऊर्जा क्वांटम उत्सर्जित करती है।

विज्ञान में बहुत लम्बे समय से यह माना जाता रहा है कि परमाणु पदार्थ का सबसे छोटा, अविभाज्य कण है।

1. इन विचारों का उल्लंघन करने वाले पहले व्यक्ति थॉमसन थे: उनका मानना था कि परमाणु एक प्रकार का सकारात्मक पदार्थ है जिसमें इलेक्ट्रॉन "कपकेक में किशमिश की तरह" बिखरे हुए होते हैं। इस सिद्धांत का महत्व यह है कि परमाणु को अब अविभाज्य के रूप में मान्यता नहीं दी गई थी
2. रदरफोर्ड ने अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर एक प्रयोग किया। भारी तत्वों (सोने की पन्नी) पर रेडियोधर्मी पदार्थ की बमबारी की गई। रदरफोर्ड को चमकते हुए घेरे देखने की उम्मीद थी, लेकिन उसने चमकते हुए छल्ले देखे।
रदरफोर्ड की व्याख्या: परमाणु के केंद्र में सभी सकारात्मक चार्ज होते हैं, और इलेक्ट्रॉनों का अल्फा कणों के प्रवाह पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।
3. बोरू के अनुसार हाइड्रोजन परमाणु का ग्रहीय मॉडल	ऊर्जा के एक हिस्से (दृश्यमान) को उत्सर्जित करके, एक परमाणु केवल तरंग दैर्ध्य का अपना सेट - एक स्पेक्ट्रम देता है। स्पेक्ट्रा के प्रकार: 1. विकिरण (उत्सर्जन) स्पेक्ट्रम: (गर्म अवस्था में निकायों द्वारा प्रदान किया गया) ए) ठोस - सभी परमाणुओं को ठोस, तरल या सघन गैसों में दें बी) पंक्तिबद्ध - परमाणुओं को गैसीय अवस्था में दें 1. अवशोषण स्पेक्ट्रम: यदि प्रकाश को किसी पदार्थ से गुजारा जाता है, तो यह पदार्थ ठीक उन्हीं तरंगों को अवशोषित करेगा जो वह गर्म अवस्था में उत्सर्जित करता है (निरंतर स्पेक्ट्रम पर गहरी धारियां दिखाई देती हैं) वर्णक्रमीय विश्लेषणकिसी पदार्थ की रासायनिक संरचना को उसके उत्सर्जन या अवशोषण स्पेक्ट्रम से निर्धारित करने की एक विधि है। यह विधि इस तथ्य पर आधारित है कि प्रत्येक रासायनिक तत्व की तरंग दैर्ध्य का अपना सेट होता है। वर्णक्रमीय विश्लेषण का अनुप्रयोग:अपराध विज्ञान, चिकित्सा, खगोल भौतिकी में। स्पेक्ट्रोग्राफ वर्णक्रमीय विश्लेषण करने के लिए एक उपकरण है। एक स्पेक्ट्रोस्कोप एक स्पेक्ट्रोग्राफ से इस मायने में भिन्न होता है कि इसका उपयोग न केवल स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि स्पेक्ट्रम की तस्वीर लेने के लिए भी किया जा सकता है। टिकट नंबर 21 1. भौतिक घटनाओं के अध्ययन के लिए थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण। आंतरिक ऊर्जा और इसे बदलने के उपाय। ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम. आइसोथर्मल, आइसोकोरिक और एडियाबेटिक प्रक्रियाओं के लिए थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम का अनुप्रयोग। 2. परमाणु नाभिक की संरचना के मॉडल; परमाणु बल; नाभिक का न्यूक्लियॉन मॉडल; परमाणु बंधन ऊर्जा; परमाणु प्रतिक्रियाएँ. 1. प्रत्येक पिंड की एक बहुत विशिष्ट संरचना होती है; इसमें ऐसे कण होते हैं जो अव्यवस्थित रूप से चलते हैं और एक दूसरे के साथ संपर्क करते हैं, इसलिए किसी भी पिंड में आंतरिक ऊर्जा होती है। आंतरिक ऊर्जा एक मात्रा है जो शरीर की अपनी स्थिति को दर्शाती है, यानी सिस्टम के सूक्ष्म कणों के अराजक (थर्मल) आंदोलन की ऊर्जा (अणु, परमाणु, इलेक्ट्रॉन, नाभिक, आदि) और इन कणों की परस्पर क्रिया की ऊर्जा। एक मोनोआटोमिक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा सूत्र U = 3/2 t/M RT द्वारा निर्धारित की जाती है। किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा अन्य पिंडों के साथ उसकी अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप ही बदल सकती है। आंतरिक ऊर्जा को बदलने के दो तरीके हैं: गर्मी हस्तांतरण और यांत्रिक कार्य (उदाहरण के लिए, घर्षण या संपीड़न के दौरान हीटिंग, विस्तार के दौरान ठंडा करना)। ऊष्मा स्थानांतरण बिना कार्य किए आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन है: ऊर्जा अधिक गर्म पिंडों से कम गर्म पिंडों में स्थानांतरित होती है। ऊष्मा स्थानांतरण तीन प्रकार का होता है: तापीय चालकता (अंतःक्रिया करने वाले पिंडों या एक ही पिंड के भागों के अव्यवस्थित रूप से गतिमान कणों के बीच ऊर्जा का सीधा आदान-प्रदान); संवहन (तरल या गैस के प्रवाह द्वारा ऊर्जा का स्थानांतरण) और विकिरण (विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा ऊर्जा का स्थानांतरण)। ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान स्थानांतरित ऊर्जा का माप ऊष्मा की मात्रा (Q) है। इन विधियों को मात्रात्मक रूप से ऊर्जा के संरक्षण के नियम में जोड़ा जाता है, जो थर्मल प्रक्रियाओं के लिए निम्नानुसार पढ़ता है: एक बंद प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन सिस्टम में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा और बाहरी के काम के योग के बराबर है सिस्टम पर बल कार्य करते हैं। , आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन कहां है, क्यू सिस्टम में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा है, ए बाहरी बलों का कार्य है। यदि सिस्टम स्वयं कार्य करता है, तो इसे पारंपरिक रूप से A* नामित किया जाता है। फिर तापीय प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा संरक्षण का नियम, जिसे ऊष्मागतिकी का पहला नियम कहा जाता है, इस प्रकार लिखा जा सकता है: , अर्थात। सिस्टम में स्थानांतरित ऊष्मा की मात्रा सिस्टम द्वारा कार्य करने और उसकी आंतरिक ऊर्जा को बदलने में खर्च होती है। आइसोबैरिक हीटिंग के दौरान, गैस बाहरी ताकतों पर काम करती है, जहां V1 और V2 गैस की प्रारंभिक और अंतिम मात्रा हैं। यदि प्रक्रिया आइसोबैरिक नहीं है, तो काम की मात्रा निर्भरता पी (वी) और गैस वी की प्रारंभिक और अंतिम मात्रा को व्यक्त करने वाली रेखा के बीच संलग्न एबीसीडी आकृति के क्षेत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है। आइए एक आदर्श गैस के साथ होने वाली आइसोप्रोसेस पर थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम के अनुप्रयोग पर विचार करें। इज़ोटेर्माल प्रक्रिया में, तापमान स्थिर रहता है, इसलिए, आंतरिक ऊर्जा नहीं बदलती है। तब थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम का समीकरण इस प्रकार बनेगा: यानी, सिस्टम में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा इज़ोटेर्मल विस्तार के दौरान काम करने में जाती है, जिसके कारण तापमान में बदलाव नहीं होता है। एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में, गैस का विस्तार होता है और गैस में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा इसकी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने और कार्य करने के लिए जाती है:। एक समद्विबाहु प्रक्रिया के दौरान, गैस अपना आयतन नहीं बदलती है, इसलिए, इसके द्वारा कोई कार्य नहीं किया जाता है, अर्थात A = 0, और पहले नियम के समीकरण का रूप होता है, अर्थात, ऊष्मा की हस्तांतरित मात्रा आंतरिक वृद्धि में जाती है गैस की ऊर्जा. रुद्धोष्म एक ऐसी प्रक्रिया है जो पर्यावरण के साथ ताप विनिमय के बिना होती है। Q = 0, इसलिए, जब कोई गैस फैलती है, तो वह अपनी आंतरिक ऊर्जा को कम करके काम करती है, इसलिए, गैस ठंडी हो जाती है। रुद्धोष्म प्रक्रिया को दर्शाने वाले वक्र को रुद्धोष्म कहा जाता है। 2. परमाणु के नाभिक की संरचना. परमाणु बल. परमाणु नाभिक का द्रव्यमान दोष और बंधन ऊर्जा। परमाणु प्रतिक्रियाएँ. परमाणु ऊर्जा। किसी भी पदार्थ के परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का सामान्य नाम न्यूक्लियॉन है।) प्रोटॉन की संख्या नाभिक के आवेश के बराबर होती है और आवर्त सारणी में तत्व संख्या के साथ मेल खाती है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या का योग द्रव्यमान संख्या के बराबर होता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु के नाभिक में 8 प्रोटॉन और 16 - 8 = 8 न्यूट्रॉन होते हैं। एक परमाणु के नाभिक में 92 प्रोटॉन और 235 - 92 = 143 न्यूट्रॉन होते हैं। वे बल जो नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को धारण करते हैं, कहलाते हैं परमाणु बल. यह बातचीत का सबसे शक्तिशाली प्रकार है. 1932 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स चैडविक ने शून्य विद्युत आवेश और इकाई द्रव्यमान वाले कणों की खोज की। इन कणों को न्यूट्रॉन कहा गया। न्यूट्रॉन को n नामित किया गया है। न्यूट्रॉन की खोज के बाद, भौतिक विज्ञानी डी. डी. इवानेंको और डब्ल्यू. हाइजेनबर्ग ने 1932 में परमाणु नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल को सामने रखा। इस मॉडल के अनुसार किसी भी पदार्थ के परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का सामान्य नाम न्यूक्लियॉन है।) प्रोटॉन की संख्या नाभिक के आवेश के बराबर होती है और आवर्त सारणी में तत्व संख्या के साथ मेल खाती है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या का योग द्रव्यमान संख्या के बराबर होता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु के नाभिक में 8 प्रोटॉन और 16 - 8 = 8 न्यूट्रॉन होते हैं। एक परमाणु के नाभिक में 92 प्रोटॉन और 235 - 92 = 143 न्यूट्रॉन होते हैं। वे रासायनिक पदार्थ जो आवर्त सारणी में एक ही स्थान रखते हैं, लेकिन उनके परमाणु द्रव्यमान भिन्न-भिन्न होते हैं, आइसोटोप कहलाते हैं। समस्थानिक नाभिक न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक होते हैं: प्रोटियम - नाभिक में एक प्रोटॉन होता है, ड्यूटेरियम - नाभिक में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है, ट्रिटियम - नाभिक में एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। यदि हम नाभिक के द्रव्यमान की तुलना नाभिक के द्रव्यमान से करते हैं, तो यह पता चलता है कि भारी तत्वों के नाभिक का द्रव्यमान नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से अधिक है, और हल्के तत्वों के लिए नाभिक का द्रव्यमान नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से कम है। इसलिए, नाभिक के द्रव्यमान और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग के बीच एक द्रव्यमान अंतर होता है, जिसे द्रव्यमान दोष कहा जाता है। एम = एमएन - (एमपी + एमएन)। चूंकि द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध है, तो भारी नाभिक के विखंडन के दौरान और प्रकाश नाभिक के संश्लेषण के दौरान, ऊर्जा जारी होनी चाहिए जो द्रव्यमान दोष के कारण मौजूद होती है, और इस ऊर्जा को परमाणु नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा कहा जाता है। इस ऊर्जा का विमोचन परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान हो सकता है। परमाणु प्रतिक्रिया एक नाभिक के आवेश और उसके द्रव्यमान को बदलने की एक प्रक्रिया है, जो एक नाभिक की अन्य नाभिक या प्राथमिक कणों के साथ बातचीत के दौरान होती है। जब परमाणु प्रतिक्रियाएं होती हैं, तो विद्युत आवेशों और द्रव्यमान संख्याओं के संरक्षण के नियम संतुष्ट होते हैं: परमाणु प्रतिक्रिया में प्रवेश करने वाले नाभिकों और कणों के आवेशों (द्रव्यमान संख्याओं) का योग आवेशों (द्रव्यमान संख्याओं) के योग के बराबर होता है। प्रतिक्रिया के अंतिम उत्पाद (नाभिक और कण)। विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया एक परमाणु प्रतिक्रिया है जिसमें प्रतिक्रिया पैदा करने वाले कण प्रतिक्रिया के उत्पादों के रूप में बनते हैं। शृंखला विकास के लिए एक आवश्यक शर्त

परमाणु की संरचना के अध्ययन पर क्लासिक प्रयोग 1911 में सर अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा किए गए थे। रदरफोर्ड ने धातु की पन्नी की पतली शीटों द्वारा अल्फा कणों के प्रकीर्णन का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किए। परमाणुओं पर भारी कणों की किरण से बमबारी करके उन पर प्रभाव डाला गया। प्रायोगिक आरेख चित्र में दिखाया गया है। 1.

पतली सोने की पन्नी F (पन्नी की मोटाई लगभग 10 -7 मीटर थी, इस पर लगभग 400 परमाणु रखे गए थे) को एक गोलाकार स्क्रीन E के अंदर रखा गया था। स्क्रीन में एक छेद के माध्यम से, एक रेडियोधर्मी द्वारा उत्सर्जित तेज अल्फा कणों की एक किरण सीसे के कंटेनर में मौजूद दवा प्लेट आर पर लंबवत गिरी। अल्फा कण 4.0015 एएमयू के बराबर द्रव्यमान के साथ एक पूरी तरह से आयनित हीलियम परमाणु हैं। और चार्ज + 2e के बराबर है

(ई प्राथमिक विद्युत आवेश का मान है)। अल्फा कण की गति 10 7 m/s के क्रम की थी, ऊर्जा 4.05 MeV थी। जब पन्नी की मोटाई छोटी होती है, तो अल्फा कणों की टक्कर लगभग एकल होती है, यानी। प्रत्येक कण केवल एक परमाणु से टकराता है, जिससे उसकी उड़ान की दिशा बदल जाती है।

स्क्रीन की भीतरी दीवारें फॉस्फोर से लेपित थीं, एक ऐसा पदार्थ जिसमें अल्फा कण टकराने पर चमक उत्पन्न होती थी। इससे मूल दिशा से विभिन्न कोणों पर परमाणुओं द्वारा बिखरे हुए अल्फा कणों को एम डिवाइस के साथ पंजीकृत करना संभव हो गया। अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर प्रयोगों ने निम्नलिखित पैटर्न स्थापित करना संभव बना दिया।

1. अधिकांश अल्फा कण लगभग स्वतंत्र रूप से पन्नी से गुजरते हैं: वे विक्षेपित नहीं होते हैं और ऊर्जा नहीं खोते हैं।

2. कणों का केवल एक छोटा सा अंश (≈ 0.01%, यानी एक दस-हजारवां हिस्सा) पीछे मुड़ गया, यानी 90 डिग्री से अधिक कोण से गति की दिशा बदल दी।

रदरफोर्ड के प्रयोगों के परिणामों को इस धारणा के आधार पर समझाया जा सकता है कि सभी सकारात्मक चार्ज और परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान परमाणु के एक छोटे से क्षेत्र - नाभिक में केंद्रित है, जिसका आयाम लगभग 10 -14 मीटर है। नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर एक विशाल (नाभिक की तुलना में) क्षेत्र में घूमते हैं, जिसका आकार लगभग 10 -10 मीटर है।

यह धारणा अंतर्निहित है परमाणु का परमाणु मॉडल, जिसे ग्रहीय भी कहा जाता है। किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या मेंडेलीव आवर्त सारणी में तत्व की परमाणु संख्या के बराबर होती है। इसके अलावा, यह दिखाया गया कि इलेक्ट्रॉनों को नाभिक से जोड़ने वाली ताकतें कूलम्ब के नियम के अधीन हैं।

हालाँकि, परमाणु मॉडल शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों का खंडन करता है। वास्तव में, यदि कोई इलेक्ट्रॉन किसी परमाणु में आराम की स्थिति में है, तो उसे कूलम्ब आकर्षण बल के प्रभाव में नाभिक पर गिरना चाहिए। यदि कोई इलेक्ट्रॉन किसी नाभिक की परिक्रमा करता है, तो उसे एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्सर्जित करना चाहिए। साथ ही, यह विकिरण के माध्यम से अपनी ऊर्जा खो देता है, गति की गति कम हो जाती है, और इलेक्ट्रॉन को अंततः नाभिक पर गिरना पड़ता है। इस मामले में परमाणुओं का उत्सर्जन स्पेक्ट्रा निरंतर होना चाहिए, और एक परमाणु का जीवनकाल 10 -7 सेकंड से अधिक नहीं होना चाहिए। वास्तव में, परमाणु स्थिर होते हैं, और परमाणुओं का उत्सर्जन स्पेक्ट्रा अलग-अलग होता है।