Ploomipudingi mudel (Thomson, 1904) — definitsioon ja ülevaade

Ploomipudingi mudel (Thomson, 1904) – ajalooline aatomimudel: definitsioon, põhimõte, kriitika ja mõju teadusele. Lühike ja selge ülevaade.

Ploomipudingi mudel oli 20. sajandi alguse aatomimudel, mille pakkus välja J. J. Thomson 1904. aastal. See mudel tekkis pärast elektroni avastamist (Thomson 1897) ja enne aatomituuma avastamist. Thomson oletaski, et aatomis on positiivne laeng, mis tasakaalustab elektronide negatiivseid laenguid, muutes aatomi neutraalseks. Kuna tol ajal ei tuntud laengu koondumist keskseks tuumaks, kirjeldas Thomson aatomit kui ühtlast positiivse laengu "ruumi" sees paiknevaid elektronide osakesi.

Mudeli põhiomadused

• Positiivne laeng on jaotunud ühtlaselt kogu aatomi ruumis (pudingu massiivne osa).
• Negatiivsed elektronid on selles positiivses keskkonnas sarnaselt "ploomidele" või punktidele, mis on püsivalt paigutatud.
• Kogu aatom on elektriliselt neutraalne, kuna positiivse ja negatiivse laengu summa on null.
• Mudel püüdis seletada, kuidas elektronid püsivad aatomi sees ilma, et laengud lihtsalt eralduksid — positiivne taust toimib siduva keskkonnana.
• Mudelit hakati kõnekeeles nimetama "ploomipudingi" mudeliks, sest positiivne aine meenutas pudingut, milles elektronid on nagu ploomid.

Piirangud ja miks mudel osutus ebaõigeks

• Thomsoni mudel ei seletanud korrektselt aatomite hajumist ja tugevaid laengupeegeldusi. Kui positiivne laeng oleks ühtlaselt jaotunud, ei peaks osakesed saama väga tugevalt tagasi põrgatuna nähtavaid suuri kallet.
• Mudel ei andnud seaduspärast seletust aatomite spektrijoonte ega kemikaalsete omaduste täpseks prognoosimiseks.
• 1909. aastal läbiviidud kuldplaadi (Rutherfordi) hajutuskatsed Geigeri ja Marsdeni juhendamisel näitasid, et enamik α-osakestest läbib aatomi peaaegu muutumatuna, kuid mõned põrkuvad väga tugevalt tagasi — see viitas sagedasele, väga kontsentreeritud positiivsele massi- ja laengukoondumisele, mida Thomsoni mudel ei ennustanud.
• Seetõttu asendati Thomsoni kirjeldus 1911. aastal Rutherfordi mudeliga, mis sisaldas väikest, tihedat ja positiivselt laetud aatomituuma ning elektronide ringikujulist või hilisemates mudelites kvantiseeritud liikumist.

Milles oli mudeli tähtsus

• Kuigi mudel osutus lõplikult valeks, oli see oluline samm aatomi struktuuri mõistmisel ja näitas teadlaste valmisolekut konstruktiivsete hüpoteeside tegemiseks uute avastuste valguses.
• Thomsoni töö tõstatas küsimusi aatomisisese laengu jaotuse ning elektronide käitumise kohta, mis andsid tõuke edasistele teaduslikele katsetele ja teoreetilistele mudelitele (Rutherford, Bohr, hiljem kvantmehaanika).
• Mudel aitab illustreerida teadusprotsessi: hüpoteesid seatakse üles olemasoleva teadmise põhjal ja parendatakse uute vaatluste abil.

Kokkuvõttes oli ploomipudingi mudel tähtis etapp aatomiteooria ajaloos: lihtsustatud ja nüüdseks asendatud, kuid siiski vajalik samm, mis andis aluse täpsematele mudelitele ja eksperimentidele.

Areng kaasaegseks aatomimudeliks

Rutherfordi mudel

Põhimõtteliselt 1909. aastal, mitte kaua aega pärast Thomsoni mudeli esitamist, tegid Hans Geiger ja Ernest Marsden katse õhukeste kullalehtedega, et testida Thomsoni mudelit. Nende professor Ernest Rutherford ootas, et tulemused tõestaksid Thomsoni õigsust, kuid nende tulemused erinesid väga palju sellest, mida nad ootasid. Rutherford avastas 1911. aastal, et positiivsed laengud pärinevad pisikestest osakestest, mida nimetatakse prootoniteks, ja et prootonid asuvad pisikeses keskuses, mida nimetatakse tuumaks, ning et elektronid tiirlevad ümber tuuma.

Bohri mudel

Rutherfordi mudel oli üsna lihtne, kuid see oli vale, sest elektronidel on laeng ja nad peaksid tõmbuma positiivselt laetud tuuma poole. 1913. aastal lisas Niels Bohr aatomimudelile "energiatasemed". Elektronid ei lange tuuma sisse, sest nad sisalduvad energiatasemetes ja kõrgematele energiatasemetele üleminekuks on vaja lisaenergiat, madalamatele energiatasemetele üleminekuks aga energia vabanemist. Energiatasandeid ei ole võimalik muuta ilma elektroni energiat muutmata. Kui elektroni tabab fotoon (elektromagnetilist kiirgust kandev osakese), saab ta lisaenergiat ja läheb kõrgemale energiatasemele (ta muudab olekut), seejärel hüppab ta tagasi madalamale energiatasemele, vabastades oma sisalduvat energiat. Seda uut mudelit nimetati Bohri mudeliks või Rutherfordi-Bohri mudeliks. See lisas täiesti uue teadusharu: Kvantfüüsika.

Kvantmudel

1926. aastal kasutas Erwin Schrödinger ideed, et elektronid toimivad nii lainena kui ka osakesena, seda nimetatakse laine-osakese duaalsuseks. See lisas aatomimudelile ja kvantfüüsikale täiesti uue kihi. Osakese puhul saab teada, kus ta on ruumis, kui teda jälgida (vaadata). Kuid laine puhul on see kõikjal, nii et te ei saa määratleda, kus täpselt ta on. Seda nimetatakse kvantmääramatuseks. Elektroni puhul saab teada ainult tõenäosust, et ta on mingis kohas, sest ta on nii laine kui ka osakese. (Vt diagrammi eespool)

Pilt, mis näitab elektroni energiataseme muutumist ning energia saamist ja loovutamist fotoonidena.


See näitab praegust aatomimudelit. Mustad varjundid aatomi ümber näitavad elektroni leidmise tõenäosust. Mida tumedam see on, seda suurem on tõenäosus, et selles kohas leidub elektron.

Otsing