MODEL ATOMOWY PERRINA: CHARAKTERYSTYKA, POSTULATY - CHEMIA - 2026

Model atomowy Perrin porównał strukturę atomu z układem słonecznym, w którym planety byłyby ładunkiem ujemnym, a Słońce ładunkiem dodatnim skoncentrowanym w centrum atomu. W 1895 roku wybitny francuski fizyk zademonstrował przenoszenie ładunków ujemnych przez promienie katodowe w kierunku powierzchni, na którą uderzają.

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

Jean Baptiste Perrin

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

Jednak model ten miał pewne ograniczenia, których nie można było wówczas wyjaśnić, a model został przyjęty jako podstawa przez duńskiego fizyka Nielsa Bohra, który zaproponował swój model w 1913 roku.

Charakterystyka modelu atomowego Perrina

Najważniejsze cechy modelu atomowego Perrina są następujące:

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

- Kilka ładunków ujemnych krąży wokół tego skoncentrowanego ładunku dodatniego, które kompensują całkowity ładunek elektryczny.

Propozycja Perrina porównuje strukturę atomową do układu słonecznego, w którym skoncentrowany ładunek dodatni pełniłby rolę Słońca, a otaczające elektrony pełniłyby rolę planet.

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

Eksperyment

W ramach studiów doktoranckich Perrin był asystentem fizyki w École Normale Supérieure w Paryżu w latach 1894-1897.

Do tego czasu Perrin rozwinął większość swoich badań w zakresie testowania natury promieni katodowych; to znaczy, czy promienie katodowe były cząstkami naładowanymi elektrycznie, czy też przybrały postać fal.

Promienie katodowe

Eksperyment z promieniowaniem katodowym powstał w wyniku badań z lampami Crookesa, strukturą wynalezioną przez angielskiego chemika Williama Crookesa w latach siedemdziesiątych XIX wieku.

Rurka Crookesa składa się ze szklanej rurki, w której znajdują się tylko gazy. Ta konfiguracja ma metalowy element na każdym końcu, a każdy element jest podłączony do zewnętrznego źródła napięcia.

Gdy rura jest zasilana energią, powietrze w niej jonizuje, a tym samym staje się przewodnikiem prądu i zamyka otwarty obwód między elektrodami na końcach.

Wewnątrz rury gazy nabierają fluorescencyjnego wyglądu, ale do późnych lat 90. XIX wieku naukowcy nie byli pewni przyczyny tego zjawiska.

Do tego czasu nie było wiadomo, czy fluorescencja była spowodowana krążeniem cząstek elementarnych w rurze, czy też promienie przyjmowały kształt fal, które je przenosiły.

Dochodzenia Perrina

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

Ponadto Perrin umieścił nieprzepuszczalną ścianę dla zwykłych cząsteczek i odtworzył konfigurację Crookesa, umieszczając klatkę Faradaya, umieszczoną w ochronnej komorze.

Gdyby promienie przechodziły przez nieprzepuszczalną ścianę dla zwykłych cząsteczek wewnątrz klatki Faradaya, automatycznie byłoby pokazane, że promienie katodowe składają się z cząstek o podstawowym ładunku elektrycznym.

Metoda weryfikacji

Aby to potwierdzić, Perrin podłączył elektrometr w pobliżu nieprzepuszczalnej ściany, aby zmierzyć ładunki elektryczne, które zostaną wytworzone, gdy uderzą tam promienie katodowe.

Podczas prowadzenia eksperymentu wykazano, że uderzenie promieni katodowych w nieprzepuszczalną ścianę wywołało niewielki pomiar ujemnego ładunku w elektrometrze.

Następnie Perrin odchylił strumień promieni katodowych, wymuszając działanie układu, indukując pole elektryczne, i zmusił promienie katodowe do uderzenia w elektrometr. Kiedy to się stało, miernik zarejestrował znacznie wyższy ładunek elektryczny w porównaniu z poprzednim rekordem.

Dzięki eksperymentom Perrina wykazano, że promienie katodowe składają się z cząstek z ładunkami ujemnymi.

Później, na początku XX wieku, JJ Thomson na podstawie badań Perrina formalnie odkrył istnienie elektronów i ich związek między ładunkiem a masą.

Postulaty

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

W tym modelu ładunek dodatni rozumiany był jako jednorodna masa, a ładunki ujemne byłyby losowo rozpraszane na tej masie dodatniej.

W analogii ładunek dodatni byłby masą puddingu, a ładunki ujemne reprezentowałyby śliwki. Model ten został obalony przez Perrina w 1907 roku. W swojej propozycji Perrin wskazuje, co następuje:

- Ładunek dodatni nie jest rozszerzany w całej strukturze atomowej. Raczej koncentruje się w centrum atomu.

- Ładunki ujemne nie są rozpraszane w całym atomie. Zamiast tego są ułożone w uporządkowany sposób wokół ładunku dodatniego, w kierunku zewnętrznej krawędzi atomu.

Ograniczenia

Model atomowy Perrina ma dwa główne ograniczenia, które następnie zostały przezwyciężone dzięki wkładowi Bohra (1913) i fizyki kwantowej.

Najważniejsze ograniczenia tej propozycji to:

- Nie ma wyjaśnienia, dlaczego ładunek dodatni pozostaje skoncentrowany w centrum atomu.

- Stabilność orbit ładunków ujemnych wokół środka atomu nie jest znana.

Zgodnie z prawami elektromagnetycznymi Maxwella, ładunki ujemne opisywałyby spiralne orbity wokół ładunków dodatnich, dopóki się z nimi nie zderzyły.

Ciekawe artykuły

Model atomowy Schrödingera.

Model atomowy De Brogliego.

Model atomowy Chadwicka.

Model atomowy Heisenberga.

Model atomowy Thomsona.

Model atomowy Daltona.

Model atomowy Diraca Jordana.

Atomowy model Demokryta.

Model atomowy Bohra.

Bibliografia

1. Jean Perrin (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Źródło: britannica.com
2. Jean Baptiste Perrin (20014). Encyklopedia światowej biografii. Odzyskane z: encyclopedia.com
3. Kubbinga, H. (2013). Hołd dla Jeana Perrina. © Europejskie Towarzystwo Fizyczne. Źródło: europhysicsnews.org
4. Model atomowy (sf). Hawana Kuba. Odzyskany z: ecured.cu
5. Perrin, J (1926). Nieciągła struktura materii. Nobel Media AB. Odzyskany z: nobelprize.org
6. Solbes, J., Silvestre, V. and Furió, C. (2010). Historyczny rozwój modeli atomów i wiązań chemicznych i ich implikacje dydaktyczne. Uniwersytet w Walencji. Walencja, Hiszpania. Odzyskane z: ojs.uv.es