מודל האטומי של פרין: מאפיינים, תנוחות - כִּימִיָה - 2025

המודל האטומי פרין לעומת מבנה האטום עם מערכת סולארית שבו כוכבי הלכת יהיה המטענים השליליים לבין השמש יהיה מטען חיובי מרוכזים במרכז האטום. בשנת 1895, הפיזיקאי הצרפתי הבולט הדגים את העברת המטענים השליליים על ידי קרני הקתודה לעבר פני השטח עליהם פגעו.

בכך, הודגם האופי החשמלי של קרני הקתודה ושפך אור על טבעו החשמלי של האטום, תוך הבנתו כיחידת החומר הקטנה והבלתי ניתנת לחלוקה. בשנת 1901 הציע ז'אן בפטיסט פרין כי משיכת המטענים השליליים המקיפים את המרכז (מטען חיובי) מנוגדת על ידי כוח האינרציה.

ז'אן בפטיסט פרין

לאחר מכן, דגם זה הושלם ושוכלל על ידי ארנסט רות'רפורד, שטען כי כל המטען החיובי של האטום נמצא במרכז האטום, ושהאלקטרונים הסתובבו סביבו.

עם זאת, למודל זה היו כמה מגבלות שלא ניתן היה להסביר בזמנו, והמודל נלקח כבסיס על ידי הפיזיקאי הדני נילס בוהר להציע את המודל שלו בשנת 1913.

מאפייני המודל האטומי של פרין

המאפיינים הבולטים של המודל האטומי של פרין הם כדלקמן:

- האטום מורכב מחלקיק חיובי גדול במרכזו, בו מרוכז רוב המסה האטומית.

- כמה מטענים שליליים סובבים סביב המטען החיובי המרוכז הזה שמפצים את המטען החשמלי הכולל.

ההצעה של פרין משווה את המבנה האטומי למערכת סולארית, שם המטען החיובי המרוכז ימלא את תפקיד השמש והאלקטרונים שמסביב ימלאו את תפקיד כוכבי הלכת.

פרין היה החלוץ בהציע את המבנה הבלתי-רצופי של האטום בשנת 1895. עם זאת, הוא מעולם לא התעקש לתכנן ניסוי שיעזור לאמת תפיסה זו.

לְנַסוֹת

כחלק מההכשרה לדוקטורט, שימש פרין כעוזר לפיזיקה במכללת אקול נורמלה בפריס בין השנים 1894 - 1897.

באותה תקופה, פרין פיתח את מרבית מחקריו בבדיקת טיב קרני הקתודה; כלומר, אם קרני הקתודה היו חלקיקים טעונים חשמלית, או אם הם קיבלו צורה של גלים.

קרני קתודה

ניסוי קרני הקתודה נבע ממחקר עם צינורות קרוקס, מבנה שהמציא הכימאי האנגלי וויליאם קרוקס בשנות ה -70 של המאה ה -19.

צינור הקרוקס מורכב מצינור זכוכית שמכיל בתוכו רק גזים. בתצורה זו יש חתיכת מתכת בכל קצה, וכל חתיכה מחוברת למקור מתח חיצוני.

כאשר הצינור מופעל, האוויר בתוכו מתמוסס, וכתוצאה מכך הוא הופך למוליך חשמל וסוגר את המעגל הפתוח בין האלקטרודות בקצותיו.

בתוך הצינור, הגזים מקבלים מראה ניאון, אך עד סוף שנות ה- 90 של המאה העשרים לא היו מדענים ברור לגבי הגורם לתופעה זו.

באותה תקופה לא היה ידוע אם הקרינה נובעת מהמחזור של חלקיקים אלמנטריים בתוך הצינור, או אם הקרניים קיבלו צורה של הגלים שנשאו אותם.

חקירותיו של פרין

בשנת 1895 שיחרר פרין את ניסויי קרני הקתודה על ידי חיבור צינור פריקה למכל ריק גדול יותר.

בנוסף, פרין הציבה קיר אטום למולקולות רגילות ושכפל את תצורת קרוקס על ידי הצבת כלוב פאראדיי, הכלול בתא מגן.

אם הקרניים עברו דרך הקיר הבלתי חדיר למולקולות רגילות בתוך כלוב פאראדיי, היה מראה אוטומטית שקרני הקתודה היו מורכבות מחלקיקים בסיסיים טעונים חשמליים.

שיטת אימות

כדי לאשש זאת, פרין חיבר אלקטרומטר ליד הקיר הבלתי חדיר כדי למדוד את המטענים החשמליים שיופקו כאשר קרני הקתודה יפגעו שם.

בעת ביצוע הניסוי הוכח כי השפעת קרני הקתודה על הקיר הבלתי חדיר גרמה למדידה קטנה של מטען שלילי באלקטרומטר.

בהמשך, הסיט פרין את זרימת קרני הקתודה בכך שאילץ את המערכת על ידי גרימת שדה חשמלי, ואילץ את קרני הקתודה להשפיע על האלקטרומטר. כשזה קרה, המונה רשם מטען חשמלי גבוה משמעותית בהשוואה לרשומה הקודמת.

בזכות הניסויים של פרין, הוכח כי קרני הקתודה היו מורכבות מחלקיקים עם מטענים שליליים.

מאוחר יותר, בראשית המאה העשרים, גילה ג'יי ג'יי תומסון רשמית את קיומם של אלקטרונים ויחסי המטען-המוניים שלהם, על סמך המחקר של פרין.

מוצבים

בשנת 1904 הגה המדען הבריטי ג'יי ג'יי תומסון את הצעתו למודל אטומי, המכונה גם מודל פודינג השזיף.

במודל זה, המטען החיובי הובן כמסה הומוגנית והמטענים השליליים יתפזרו באופן אקראי על המסה החיובית האמורה.

באנלוגיה המטען החיובי יהיה מסת הפודינג, והמטענים השליליים יוצגו על ידי השזיפים. פרין הופרכה בשנת 1907. בהצעתו, פרין מציין את הדברים הבאים:

- המטען החיובי אינו מורחב לאורך כל המבנה האטומי. במקום זאת, הוא מרוכז במרכז האטום.

- מטענים שליליים אינם מפוזרים ברחבי האטום. במקום זאת, הם מסודרים בצורה מסודרת סביב המטען החיובי, לכיוון הקצה החיצוני של האטום.

מגבלות

למודל האטומי של פרין יש שתי מגבלות עיקריות, אשר לאחר מכן התגברו בזכות תרומתם של בוהר (1913) ופיזיקת הקוונטים.

המגבלות המשמעותיות ביותר של הצעה זו הן:

- אין הסבר מדוע המטען החיובי נשאר מרוכז במרכז האטום.

- לא מובנת יציבות מסלולי המטענים השליליים סביב מרכז האטום.

על פי החוקים האלקטרומגנטיים של מקסוול, מטענים שליליים יתארו מסלולי ספירלה סביב מטענים חיוביים, עד שהם התנגשו בהם.

מאמרי עניין

המודל האטומי של שרדינגר.

מודל האטומי של דה ברוגלי.

המודל האטומי של צ'אדוויק.

מודל אטומי של הייזנברג.

המודל האטומי של תומסון.

המודל האטומי של דלתון.

מודל אטומי של דיראק ירדן.

מודל אטומי של דמוקריטוס.

המודל האטומי של בוהר.

הפניות

1. ז'אן פרין (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. התאושש מ: britannica.com
2. ז'אן בפטיסט פרין (20014). אנציקלופדיה לביוגרפיה עולמית. התאושש מ: encyclopedia.com
3. Kubbinga, H. (2013). מחווה לז'אן פרין. © החברה הפיזית האירופית. התאושש מ: europhysicsnews.org
4. מודל אטומי (sf). הוואנה קובה. התאושש מ: ecured.cu
5. Perrin, J (1926). מבנה בלתי רצוף של חומר. נובל מדיה א.ב. התאושש מ: nobelprize.org
6. Solbes, J., Silvestre, V. ו- Furió, C. (2010). ההתפתחות ההיסטורית של דגמי הקשר האטום והכימי והשלכותיהם הדידקטיות. אוניברסיטת ולנסיה. ולנסיה ספרד. התאושש מ: ojs.uv.es