Wikipedia

Thomsonen eredu atomikoa

Thomsonek 1904an aurkeztu zuen teoria, atomoaren izaera zein itxura azaltzen saiatu zena

Thomsonen eredu atomikoa (maiz, pudinaren edo mahaspasa-pastelaren modeloa deitua) J. J. Thomsonek 1904an proposatutako eredu atomikoa da[1][2], 1897an elektroia aurkitu eta gero[3], protoia eta neutroia aurkitu baino urte batzuk lehenago. Modeloan, atomoa atomo positibo batean karga negatiboko elektroiez osatuta dago, bertan txertatuta, pudin (edo budin) batean mahaspasak bezala. Konparazio hori dela eta, ideiari mahaspasa-budinaren eredua deitu zitzaion[4]. Elektroiak atomoaren barruan uniformeki banatzen zirela zioen, karga positiboko hodei batean esekita. Atomoa karga positiboko esfera bat zen, eta elektroiak zituen, granulu txikiak bailiran banatuta.

Thomsonen eredu atomikoaren diagrama

Laburpena

aldatu

Urte asko ziren atomoek negatiboki kargatutako partikula subatomikoak zituztela ezaguna zela. Thomsonek "korpuskulu" (partikulak) deitzen zien, baina ohikoagoa zen "elektroi" deitzea, hau da, G. J. Stoneyk 1891n "elektrizitatearen oinarrizko kopuru unitarioarentzat" sortu zuen izena[5]. Thomsonen esanetan, atomoek karga positiboren bat ere eduki behar zuten, elektroien karga negatiboa bertan behera uzteko[6][7]. Thomsonek 1904ko martxoko Philosophical Magazine aldizkari zientifiko britainiar nagusiaren edizioan argitaratu zuen bere eredu-proposamena. Thomsonen iritziz[8]:

« ... elementuen atomoak elektrifikazio positiboko esfera uniforme batean itxita dauden korpuskulu elektrifikatu batzuk dira,... »


J.J. Thomsonek William Thomsonen lanari jarraitu zion, 1867an artikulu bat idatzi baitzuen zurrunbilo atomo bat proposatuz[9]. J.J. Thomsonek bertan behera utzi zuen 1890eko "atomo nebularraren" hipotesia, atomoaren zurrunbiloaren teorian oinarritzen zena, non atomoak zurrunbilo ez-materialez osatuak zeuden, eta iradoki zuen bazegoela antzekotasunik zurrunbiloen antolamenduaren eta elementu kimikoen artean aurkitutako erregulartasun periodikoaren artean[10]. Thomsonen eredu atomikoak erradiazioa eta elektrolisia egoki azaltzen zituen, diseinatutako esperimentuek erakutsi zuten bezala[11]. Atomoaren ereduak[12], J.J. Thomsonen proposamenak, karga bolumetriko positiboa duen Kelvinen ereduan oinarrituak, bere aurkikuntzen ikuspegi zientifikoaren izaera islatzen du, hau da, etorkizuneko esperimentuak gidatzeko ideiak proposatzea.

Eredu atomikoak azaltzen dituen bideoa.
 
Bideo hau Jakindun elkarteak egin du. Gehiago dituzu eskuragarri euren gunean. Bideoak dituzten artikulu guztiak ikus ditzakezu hemen.

Eredu honetan, elektroien orbitak egonkorrak ziren mekanika klasikoaren arabera, elektroi bat positiboki kargatutako esferaren erdigunetik urruntzen zenean, barrurantz indar positibo garbi handiagoa zuelako, bere orbitaren barruan karga positibo handiagoa zegoelako (ikus Gaussen legea). Elektroiak eraztunetan biratzeko libre ziren, eta eraztun horiek are gehiago egonkortzen ziren elektroien arteko elkarreraginen ondorioz, eta neurketa espektroskopikoek elektroien eraztun desberdinei lotutako energia-desberdintasunen berri eman behar zuten. Thomson bere eredua birmoldatzen saiatu zen, esperimentalki hainbat elementurentzat ezagutzen diren espektro-lerro nagusietako batzuen berri emateko. 1897an jada, Joseph Larmor fisikari teorikoak elektroien oszilazioagatik espektro lerroen banaketa eremu magnetiko batean azaldu zuen[13]. Nature aldizkarian Bohrren atomoaren mendeurrenaren ospakizun baten arabera, 1912an John William Nicholson izan zen elektroiek espektro lerroak nukleorantz jaistean irradiatzen zituztela lehen aldiz aurkitu zuena, eta bere teoria nuklearra zein kuantikoa zen[14].

Mahaspasa budinaren eredua baliagarria izan zen Ernest Rutherford ikaslearentzat, atomoen konposizioa sakonago esploratzeko esperimentuak asmatzeko. Gainera, Thomsonen eredua Joseph Larmorren eguzki-sistemaren aurreko ereduak eta Nagaokak 1904an proposatutako Saturnoren eraztunen eredua (Saturnoren eraztunen James Clerk Maxwellen ereduari dagokionez) baino hobea izan zen, horiek ezin baitziren mekanika klasikoaren azaldu, eguzki-sistemaren ereduetan elektroiak espiralean sartuko baitziren nukleoan, eta, beraz, bertan behera utzi zituzten Thompsonen ereduaren mesedetan. Hala ere, aurreko eredu atomiko guztiak erabilgarriak izan ziren 1913ko Bohrren eredu atomiko egokienaren aurrekari bezala, eguzki-sistemarenaren antzekoa. Bohrrek bere artikuluan aipatzen duenez, John William Nicholsonen 1912ko eredu nuklearretik maileguan hartu zuen, zeinaren eredu atomiko kuantikoak momentu angeluarra h/2 π bezala kuantifikatzen zuen[15][16][12]. Bohrren eredua hasieran Nagaokaren eredu bezala planteatu zen, baina Sommerfelden antzinako teoria kuantikoak orbita eliptikoak sartu zituen 1914-1925 urteetan, teoria mekanika kuantiko modernoak kendu zuen arte.

 
Ingalaterrako mahaspasa budin ohikoa, Gabonetako errezeta izaten dena. Bertan aranek edo mahaspasek izaten duten distribuzioa Thomsonen eredu atoikoaren metafora gisa erabili da.

Hizkera lauan Thomsonen ereduari "plum pudding" izena eman zitzaion, elektroiak modu positiboan kargatutako espazioaren bere eremuan banatzeak zientzialari asko gogorarazten baitzituen mahaspasak edo aran lehorrak, plum pudding izeneko postre ingeles ezagunean bezala.

1909an, Hans Geiger eta Ernest Marsdenek esperimentuak egin zituzten urrezko xafla finekin. Ernest Rutherford irakasleak Thomsonen eredu atomikoarekin bat zetozen emaitzak aurkitzea espero zuen. 1911ra arte ez zituen Rutherfordek ondo interpretatu urrezko atomo bakoitzaren erdian karga positiboko nukleo oso txiki bat egotea eskatzen zuen esperimentuaren emaitzak[17][18]. Horrek atomoaren Rutherforden eredua garatzera eraman zuen. Rutherfordek bere emaitzak argitaratu eta berehala, Antonius Van den Broekek proposamen intuitiboa egin zuen: atomo baten zenbaki atomikoa bere nukleoan dauden karga unitateen kopuru osoa da. 1913ko Henry Moseleyren esperimentuek Van den Broek-en proposamena babesteko beharrezko frogak eman zituzten. Karga nuklear eraginkorra zenbaki atomikoarekin bat zetorrela aurkitu zen (Moseleyk karga diferentziaren unitate bakarra aurkitu zuen). Lan hau urte berean amaitu zen atomoaren Bohr ereduarekin, eguzki sistemaren antzekoa (baina kuantuek mugatua), non karga positiboen kopuru atomikoa duen nukleo bat elektroi kopuru berdinez inguratua dagoen bilgarri orbitaletan. Thomsonen ereduak Rutherforden esperimentuak gidatzen dituen bezala, Bohrren ereduak Moseleyren ikerketak gidatzen ditu.

Thomsonen eredu atomikoaren arrakasta

aldatu
 
Cavendish Laborategiko Richard Smitek sortutako izpi katodikoen deskarga tutuaren erreprodukzioa. Tresna honekin aurkitu zuen Thomsonek elektroia. Gaur egun Cambridgeko Unibertsitatean dago ikusgai.

Eredu atomiko berritzaile honek XIX. mendearen bigarren erdian zehar izpi katodikoen azterketari esker lortutako ebidentzia zabala erabili zuen. Daltonen eredu atomikoak prozesu kimikoen eraketaren berri ematen bazuen ere, atomo zatiezinak postulatuz, izpi katodikoek emandako ebidentzia gehigarriak atomo horiek karga negatiboko partikula elektrikoak zituztela iradokitzen zuen. Daltonen ereduak ez zuen barne egitura ezagutzen, baina Thomsonen ereduak Daltonen ereduaren bertuteak gehitzen zituen eta aldi berean izpi katodikoen gertaerak azal zitzakeen.

Eredu atomikoaren hutsuneak

aldatu

Thomsonen ereduak kimikan eta izpi katodikoetan ikusitako gertaera asko behar bezala azaltzen bazituen ere, atomoen barruan karga positiboaren banaketari buruzko iragarpen okerrak egiten zituen. Thomsonen ereduaren iragarpenak bateraezinak ziren Rutherforden esperimentuaren emaitzekin[17], zeinak iradokitzen baitzuen karga positiboa atomoaren erdiguneko eskualde txiki batean kontzentratuta zegoela, geroago nukleo atomiko bezala ezagutu zena. Rutherforden eredu atomikoak azken hau azaltzea ahalbidetu zuen, positiboki kargatutako eta dentsitate handiko nukleo atomiko baten existentzia azaleratuz[19].

Thomsonen ereduak azaltzeke utzitako beste egitate bat Mendeleieven taula periodikoaren erregulartasuna zen. Bohr, Sommerfeld eta Schrödingerren modeloek, azkenik, taulako elementu kimikoen propietateen erregulartasun periodikoak azalduko zituzten, atomoko elektroien antolaketa egituratuago baten ondorioz, Thomsonen ereduak eta Rutherforden ereduak aintzat hartu ez zutena.

Lotutako problema zientifikoak

aldatu

Eredu zientifikoaren adibide garrantzitsu gisa, aran-budinaren ereduak hainbat problema zientifiko motibatu eta gidatu ditu.

Atomoaren tamaina

aldatu

Elektroi bakarreko aranen budinaren eredua Arthur Erich Haas fisikariak erabili zuen neurri batean 1910ean, Plancken konstantearen eta hidrogeno atomoen Bohrren erradioaren zenbakizko balioa kalkulatzeko. Haasen lana izan zen balio horiek magnitude-ordena zehatz batekin estimatzen lehena, eta Niels Bohr-en lanaren aurretik hiru urte eman zituen[20].

Thomsonen problema matematikoa

aldatu

Aran-budinaren ereduarekin lotutako problema matematiko bat da esfera unitario batean zein den karga puntual berdinen banaketa optimoa, Thomsonen problema deritzona. Thomsonen problema aran-budinaren ereduaren ondorio naturala da, hondo positiboko karga uniformea ez duenean[21][22].

Erreferentziak

aldatu
  1. ↑ Plazaola, F.. (2001). «Atomoaren eta egitura atomikoaren ekarpenak XX. mendean» EKAIA EHUko Zientzia eta Teknologia aldizkaria (14)  doi:10.1387/ekaia.2523. ISSN 2444-3255. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  2. ↑ (Ingelesez) «What Is The Plum Pudding Atomic Model? - Universe Today» Universe Today 2016-01-19 (Noiz kontsultatua: 2018-05-31).
  3. ↑ «Stoney Uses the Term Electron» web.archive.org 2005-08-08 (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  4. ↑ Burns, Ralph A.. (2005). Fundamentos de química 2 (4a. ed.).. Pearson Educación ISBN 978-607-32-0360-9. PMC 989815973. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  5. ↑ (Ingelesez) «George Johnstone Stoney, F. R. S. and the concept of the electron» Notes and Records of the Royal Society of London 29 (2): 265–276. 1975-03-31  doi:10.1098/rsnr.1975.0018. ISSN 0035-9149. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  6. ↑ (Ingelesez) «Discovery of the electron and nucleus (article)» Khan Academy (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  7. ↑ (Ingelesez) «4.3: The Nuclear Atom» Chemistry LibreTexts 2016-04-04 (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  8. ↑ Thomson, J.J.. (1904-03-01). «XXIV. On the structure of the atom: an investigation of the stability and periods of oscillation of a number of corpuscles arranged at equal intervals around the circumference of a circle; with application of the results to the theory of atomic structure» The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 7 (39): 237–265.  doi:10.1080/14786440409463107. ISSN 1941-5982. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  9. ↑ «Lord Kelvin | On Vortex Atoms» zapatopi.net (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  10. ↑ Kragh, Helge. (1999). Quantum generations : a history of physics in the twentieth century. Princeton University Press ISBN 0-691-01206-7. PMC 40734901. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  11. ↑ Chalmers, Alan. (2019). Zalta, Edward N. ed. «Atomism from the 17th to the 20th Century» The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Metaphysics Research Lab, Stanford University) (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  12. ↑ a b Kumar, Manjit. (2011). Quantum : Einstein, Bohr, and the great debate about the nature of reality. W.W. Norton ISBN 0-393-33988-2. PMC 703805101. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  13. ↑ (Ingelesez) «IX. A dynamical theory of the electric and luminiferous medium.— Part III. relations with material media» Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character 190: 205–300. 1897-12-31  doi:10.1098/rsta.1897.0020. ISSN 0264-3952. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  14. ↑ (Ingelesez) Heilbron, John L.. (2013-06). «The path to the quantum atom» Nature 498 (7452): 27–30.  doi:10.1038/498027a. ISSN 0028-0836. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  15. ↑ McCormmach, Russell. (1966). «The Atomic Theory of John William Nicholson» Archive for History of Exact Sciences 3 (2): 160–184. ISSN 0003-9519. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  16. ↑ Niels Bohr : on the constitution of atoms and molecules. 2022 ISBN 978-3-030-97664-4. PMC 1331520820. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  17. ↑ a b Angelo, Joseph A.. (2004). Nuclear technology. Greenwood Press ISBN 0-313-05907-1. PMC 61253172. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  18. ↑ Lakhtakia, Akhlesh; Salpeter, Edwin E.. (1997-09-01). «Models and Modelers of Hydrogen» American Journal of Physics 65 (9): 933–934.  doi:10.1119/1.18691. ISSN 0002-9505. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  19. ↑ «ChemTeam: J.J. Thomson on the Structure of the Atom» web.archive.org 2007-09-09 (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  20. ↑ Hermann, Armin. (1971). The genesis of quantum theory (1899-1913). MIT Press ISBN 0-262-08047-8. PMC 257720. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  21. ↑ Levin, Y; Arenzon, J. J. (2003-08). «Why charges go to the surface: A generalized Thomson problem» Europhysics Letters (EPL) 63 (3): 415–418.  doi:10.1209/epl/i2003-00546-1. ISSN 0295-5075. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).
  22. ↑ Roth, J.. (2007-10-24). «Description of a highly symmetric polytope observed in Thomson's problem of charges on a hypersphere» Physical Review E 76 (4): 047702.  doi:10.1103/PhysRevE.76.047702. (Noiz kontsultatua: 2023-04-16).

Ikus, gainera

aldatu

Kanpo estekak

aldatu
"https://eu.wikipedia.org/w/index.php?title=Thomsonen_eredu_atomikoa&oldid=9941098"(e)tik eskuratuta