Atommodellek:
Demokritész atommodellje
A Thomson-atommodell
A Bohr-atommodell
Az atom hullámmodellje
Az atom cseppmodellje
Az atom héjmodellje
A Thomson-féle atommodell vagy más néven mazsolás puding modell egy olyan atommodell, amely szerint az atomban egyenletesen oszlik el a tömeg nagy része, mely pozitív töltésű, és abban mozognak a kis tömegű elektronok. A modellt 1904-ben Joseph John Thomson fejlesztette ki.
Alapállapotban az elektronok úgy oszlanak el, hogy a helyzeti energiájuk minimális legyen. Ha megzavarják az elektronokat, akkor rezegni kezdenek. Thomson kísérleteket végzett röntgensugárzással, melynek eredménye azt mutatta, hogy az elektronok száma nagyjából a tömegszámmal egyezik.
Thomson atommodelljét Philipp Lenard német fizikus cáfolta meg, aki elektronokkal bombázott egy fémfóliát amin eltérülés nélkül haladtak át az elektronok. Tehát az atom nem lehet tömör.
A modellt Ernest Rutherford aranyfólián végzett szórási kísérlete döntötte meg, ami kimutatta, hogy az atom tömegének nagy része koncentráltan, kis térfogatban helyezkedik el, amit ma atommagnak hívunk.
A Rutherford-kísérlet vagy Geiger-Marsden kísérlet Ernest Rutherford vezetése alatt Manchasteri Egyetemen 1909 és 1911 között Hans Geiger és Ernest Marsden által elvégzett, az anyag szerkezetének felderítésére szolgáló szóráskísérletek elnevezése. A kísérletekben ?-részecskékkel (hélium atommaggokkal) bombáztak vékony aranylemezt, és meglepő eredményt kaptak: az alfa-részecskék kis hányada igen nagy eltérülést szenvedett.
Ha az atommag belsejében az anyag többé-kevésbé egyenletesen oszlana el az akkor leginkább elfogadott mazsolás puding modell szerint, akkor az ?-részecskék a lemezen, bár lassulva, de eltérülés nélkül haladnának keresztül, hasonlóan, mint a puskagolyó a vízben. Az ?-részecskéknél néha jelentős irányváltozás volt megfigyelhető. Többségük (miközben energiájuk egy részét elveszítették) egyenesen haladt át a lemezen, néhányuk iránya azonban jelentősen megváltozott.
[szerkesztés] Következtetések
Az eredmény teljesen váratlan volt, Rutherford erre így emlékezett vissza:
Határozottan ez volt a leghihetetlenebb eredmény, amellyel életemben találkoztam. Majdnem olyan hihetetlen volt, mintha valaki egy 15 hüvelykes gránáttal egy selyempapír-darabkára tüzelne, és az visszatérve őt magát találná el.
1911 elején Rutherford publikálta módosított atommodelljét, a Rutherford-féle atommodellt. A megfigyelések szerint a szétszórt pozitív töltéssel rendelkező atom modellje helytelen volt, valójában a pozitív rész kis térfogatban összpontosul. Arra következtetett, hogy az atom döntő része üres, az atom nagy része egy kis térrészre, a magba koncentrálódik, és az elektronok ekörül a mag körül keringenek az elektrosztatikus vonzás hatására. Az atommag a mérésekből 10-15 méter átmérőjűnek adódott egy 10-10 méter átmérőjű atomban. Azok az alfa-részecskék, amelyek közel jutottak a maghoz, erősen eltérültek, míg a legtöbb elég nagy távolságban haladt el, hogy ne térüljön el jelentősen.
Az atommodellel egy alapvető gond volt: az atommag körül keringő elektronoknak a klasszikus elektrodinamika szerint sugározniuk kell (mivel állandóan gyorsuló mozgást végeznek). Ennek következtében energiát veszítenek, ami miatt mind közelebb kerülnek az atommaghoz. A kisebb körpálya kisebb sugara nagyobb gyorsulást jelent, így az elektron még több energiát sugároz, egész addig, amíg bele nem csapódik a magba.
A Rutherford-modellt a Bohr-féle atommodell váltotta fel, bár magyarázatot az sem adott a fenti problémára.
A Bohr-féle atommodell a Rutherford-féle atommodell javított változata. A pozitívan töltött atommag körül keringenek az elektronok – hasonlóan a Naprendszerhez. Ez a modell sikeresen magyarázta a Rydberg-formulát és a hidrogén spektrumát, viszont más, finomabb részleteket azonban nem tudott megindokolni. Ma már az atom kvantummechanikai leírása teljesebb, ezt a modellt azonban egyszerűsége miatt még mindig tanítják.
A Bohr modell félig kvantumos jellegű, és így posztulátumokra támaszkodik:
Az elektron a proton körül körpályán mozog a klasszikus mechanika törvényei szerint. (A centripetális erőt a Coulomb-erő szolgáltatja.)
Az elektronok csak bizonyos megengedett sugarú pályákon keringhetnek, amelyeken nem sugároznak. Mivel az E energia ezeken a pályákon állandó, az elektron stacionárius állapotban van.
A stacionárius állapotok közti átmenetek úgy mennek végbe, hogy az elektron átugrik egyik állapotból a másikba, és eközben az atom elektromágneses hullámokat bocsát ki. A két energiaállapot közti különbség egyenlő a kibocsátott vagy elnyelt sugárzás energiakvantumával.
az energiaszintek a impulzusmomentum (L) diszkrét értékeitől függenek:
ahol az n a főkvantumszám, a h pedig a Planck-állandó
[szerkesztés] A hidrogén energiaszintjei
A Bohr modell jó eredményeket csak az egy elektronnal rendelkező rendszerek esetében ad, ilyenek a hidrogén vagy az ionizált hélium.
A modell abból indul ki, hogy az elektronokat a Coulomb-erő tartja pályán, illetve hogy a Coulomb erő egyenlő a centripetális erővel:
ahol k = 1 / 4??0, és qe az elemi töltés.
A kvantum-posztulátum a következő: a pálya hossza meg kell hogy egyezzen az elektron de Broglie-féle hullámhosszának egész számú többszörösével:
2?r = n?
A két egyenletből kifejezzük a sugarat:
Innen az első energiaszint sugara r=0.0529 nm, ez a klasszikus Bohr-sugár. Az elektron energiája ezek szeint:
Ha behelyettesítjük az állandók értékeit:
Ezek szerint a hidrogén legalacsonyabb energiaszintje -13,6 eV, a második -3,4 eV, a harmadik -1,5 eV és így tovább. Tehát, egy alapállapotban lévő hidrogénatom ionizációs energiája 13,6 eV.
[szerkesztés] A Rydberg-formula
A Bohr-posztulátumok szerint egy elektron kibocsát egy fotont, ha egy magasabb energiaszintről egy alacsonyabbra ugrik:
ahol nf jelöli a végső energiaszintet, a ni pedig a kezdetit.
A foton energiája a következőképpen számolható:
ebből a hullámhossz reciproka a hullámszám kifejezhető:
A fenti Rydberg-formula már a XIX. században ismert volt, kísérleti alapon jutottak el hozzá. A Bohr-modell megadta az elméleti alapjait, és a Rydberg-állandóra is jó értéket adott.
Vissza a lap tetejére
Tudomány és Technika
(test@t-es-t.hu)
Atommodell 
Model of the atom 
Die Atommodell