نموذج بودنغ البرقوق هو واحد من العديد من النماذج العلمية للذرة. تم طرحه لأول مرة بواسطة JJ Thomson في عام 1904 بعد اكتشاف الإلكترون بفترة وجيزة ، ولكن قبل اكتشاف النواة الذرية ، مثل النموذج محاولة لتوحيد الخواص المعروفة للذرات في ذلك الوقت: 1) يتم شحن الإلكترونات سالبة الشحنة الجزيئات و 2) ذرات مشحونة بحيادية. في هذا النموذج ، كانت الذرات معروفة بتكوين إلكترونات سالبة الشحنة. على الرغم من أن تومسون أطلق عليها "الأجسام" ، إلا أنها كانت تسمى "الإلكترونات" بشكل أكثر شيوعًا كما اقترح جى جيه ستوني في عام 1894. في ذلك الوقت ، كانت الذرات مشحونة بحيادية. لمراعاة ذلك ، عرف طومسون أن الذرات يجب أن يكون لها أيضًا مصدر شحنة موجبة لموازنة الشحنة السالبة للإلكترونات. فكر في ثلاثة نماذج معقولة تفي بالخصائص المعروفة للذرات في ذلك الوقت: تم إقران كل إلكترون مشحون سالبًا بجسيم ذي شحنة موجبة تبعه في كل مكان داخل الذرة. تدور الإلكترونات المشحونة سالبًا في منطقة مركزية ذات شحنة موجبة لها نفس حجم الإلكترونات. احتلت الإلكترونات السالبة منطقة من الفضاء كانت بحد ذاتها شحنة موجبة موحدة (غالبًا ما تُعتبر نوعًا من "الحساء" أو "السحابة" من الشحنة الموجبة). اختار طومسون الاحتمال الثالث باعتباره التركيب الأكثر احتمالًا للذرات. نشر طومسون نموذجه المقترح في عدد مارس 1904 من مجلة الفلسفية ، المجلة العلمية البريطانية الرائدة في ذلك اليوم. في رأي طومسون: ... تتكون ذرات العناصر من عدد من الجسيمات المكهربة سالبًا والموجودة في مجال كهربة موجبة موجبة ، ... من خلال هذا النموذج ، تخلى طومسون عن فرضيته السابقة "ذرة السدم" التي كانت الذرات تتألف من دوامات غير مادية. كونه عالمًا ذكيًا وعمليًا ، اعتمد طومسون على نموذجه الذري على أدلة تجريبية معروفة اليوم. يعكس اقتراحه بشحنة حجم موجبة طبيعة مقاربته العلمية للاكتشاف التي كانت تقترح أفكارًا لتوجيه التجارب المستقبلية. استقرت مدارات الإلكترونات داخل النموذج بحقيقة أنه عندما ابتعد الإلكترون عن مركز الكرة المشحونة إيجابياً ، تعرض لقوة صافية موجبة أكبر إلى الداخل ، لأن هناك شحنة أكثر إيجابية داخل مداره (انظر قانون غاوس). كانت الإلكترونات حرة في الدوران في حلقات استقرت أكثر من خلال التفاعلات بين الإلكترونات ، وكانت القياسات الطيفية تهدف إلى حساب اختلافات الطاقة المرتبطة بحلقات الإلكترون المختلفة. حاول طومسون دون جدوى إعادة تشكيل نموذجه لحساب بعض الخطوط الطيفية الرئيسية المعروفة تجريبياً لعدة عناصر. قام نموذج بودنج البرقوق بتوجيه طلابه ، إرنست رذرفورد ، على نحو مفيد لاستنباط تجارب لاستكشاف تركيب الذرات. كذلك ، كان نموذج طومسون (إلى جانب نموذج حلقة زحل مماثل للإلكترونات الذرية التي طرحها Nagaoka في عام 1904 بعد نموذج جيمس كليرك ماكسويل لعصابات زحل) ، أسلاف مفيدة لنموذج Bohr الشبيه بالنظام الشمسي الأكثر دقة للنظام الذري. سُرعان ما يُعزى الاسم المستعار العامية "بودنغ البرقوق" إلى نموذج طومسون حيث إن توزيع الإلكترونات في منطقة الفضاء المشحونة إيجابياً ذكر العديد من العلماء بـ "البرقوق" في الحلوى الإنجليزية الشائعة ، بودنغ البرقوق. في عام 1909 ، أجرى هانز جيجر وإرنست مارسدن تجارب على صفائح رقيقة من الذهب. أستاذهم ، إرنست رذرفورد ، يتوقع أن يجد نتائج متوافقة مع نموذج تومسون الذري. لم يكن حتى عام 1911 أن روثرفورد يفسر بشكل صحيح نتائج التجربة التي تنطوي على وجود نواة صغيرة جدا من الشحنة الإيجابية في وسط ذرات الذهب. هذا أدى إلى تطوير نموذج راذرفورد للذرة. مباشرة بعد نشر راذرفورد نتائجه ، قدم أنتونيوس فان دن بروك اقتراحًا بديهيًا مفاده أن العدد الذري للذرة هو إجمالي عدد الوحدات المشحونة الموجودة في النواة. قدمت تجارب هنري موسيلي عام 1913 (انظر قانون موسيلي) الأدلة اللازمة لدعم اقتراح فان دن بروك. تبين أن الشحنة النووية الفعالة تتوافق مع العدد الذري (عثر موسيلي على وحدة واحدة فقط من فرق الشحنة). وقد توج هذا العمل بنموذج بوهر الشبيه بالنظام الشمسي (ولكن محدود الكم) للذرة في نفس العام ، حيث تحيط النواة التي تحتوي على عدد ذري ​​من الشحنات الموجبة بعدد متساوٍ من الإلكترونات في الأصداف المدارية. كما قاد نموذج تومسون تجارب راذرفورد ، قاد نموذج بور أبحاث موسلي. المشاكل العلمية استخدم عالم الفيزياء آرثر إريش هاس نموذج بودنغ البرقوق مع إلكترون واحد في عام 1910 لتقدير القيمة العددية لثابت بلانك ونصف قطر بوهر لذرات الهيدروجين. قدر عمل هاس هذه القيم في حدود حجمها وسبق عمل نيلز بور بثلاث سنوات. من الجدير بالذكر أن نموذج بوهر نفسه يوفر فقط تنبؤات معقولة إلى حد كبير للأنظمة الذرية والأيونية التي لها إلكترون واحد فعال. تتمثل مشكلة الرياضيات المفيدة بشكل خاص والمتعلقة بنموذج بودنغ البرقوق في التوزيع الأمثل لشحنات نقطة المساواة على كرة وحدة تسمى مشكلة طومسون. مشكلة طومسون هي نتيجة طبيعية لنموذج بودنج البرقوق في غياب شحنتها الخلفية الإيجابية الموحدة. كما أن المعالجة الإلكتروستاتيكية الكلاسيكية للإلكترونات المحصورة في النقاط الكمومية الكروية تشبه أيضًا معالجتها في نموذج بودنج البرقوق. في هذه المشكلة الكلاسيكية ، يتم تصميم النقطة الكمومية ككرة عازلة بسيطة (بدلاً من كرة موحدة ذات شحنة موجبة كما في نموذج بودنج البرقوق) حيث توجد الإلكترونات الحرة أو الزائدة. تم العثور على تكوينات N- الإلكترون الكهربائي لتكون قريبة بشكل استثنائي من الحلول الموجودة في مشكلة طومسون مع الإلكترونات الموجودة في دائرة نصف قطرها نفسه داخل الكرة العازلة. والجدير بالذكر أن التوزيع المزمع لعلم الطاقة الذي يعتمد على الهندسة قد أظهر تشابهًا ملحوظًا في توزيع المدارات الإلكترونية المتوقعة في الذرات الطبيعية وفقًا لما هو موضح في الجدول الدوري للعناصر. تثير حلول مشكلة Thomson توزيعًا كبيرًا للاهتمام ، وذلك بمقارنة طاقة كل محلول N-electron مع الطاقة الموجودة في محلول الإلكترون المجاور (N-1) مع شحنة واحدة في الأصل. ومع ذلك ، عند التعامل مع نموذج المجال العازل ، تكون ميزات التوزيع أكثر وضوحًا وتوفر دقة أكبر فيما يتعلق بالترتيبات المدارية للإلكترون في ذرات حقيقية.




نموذج بودنغ البرقوق هو واحد من العديد من النماذج العلمية للذرة. تم طرحه لأول مرة بواسطة JJ Thomson في عام 1904 بعد اكتشاف الإلكترون بفترة وجيزة ، ولكن قبل اكتشاف النواة الذرية ، مثل النموذج محاولة لتوحيد الخواص المعروفة للذرات في ذلك الوقت: 1) يتم شحن الإلكترونات سالبة الشحنة الجزيئات و 2) ذرات مشحونة بحيادية.
في هذا النموذج ، كانت الذرات معروفة بتكوين إلكترونات سالبة الشحنة. على الرغم من أن تومسون أطلق عليها "الأجسام" ، إلا أنها كانت تسمى "الإلكترونات" بشكل أكثر شيوعًا كما اقترح جى جيه ستوني في عام 1894. في ذلك الوقت ، كانت الذرات مشحونة بحيادية. لمراعاة ذلك ، عرف طومسون أن الذرات يجب أن يكون لها أيضًا مصدر شحنة موجبة لموازنة الشحنة السالبة للإلكترونات. فكر في ثلاثة نماذج معقولة تفي بالخصائص المعروفة للذرات في ذلك الوقت:
  1. تم إقران كل إلكترون مشحون سالبًا بجسيم ذي شحنة موجبة تبعه في كل مكان داخل الذرة.    
  2. تدور الإلكترونات المشحونة سالبًا في منطقة مركزية ذات شحنة موجبة لها نفس حجم الإلكترونات.    
  3. احتلت الإلكترونات السالبة منطقة من الفضاء كانت بحد ذاتها شحنة موجبة موحدة (غالبًا ما تُعتبر نوعًا من "الحساء" أو "السحابة" من الشحنة الموجبة).    
اختار طومسون الاحتمال الثالث باعتباره التركيب الأكثر احتمالًا للذرات. نشر طومسون نموذجه المقترح في عدد مارس 1904 من مجلة الفلسفية ، المجلة العلمية البريطانية الرائدة في ذلك اليوم. في رأي طومسون:
... تتكون ذرات العناصر من عدد من الجسيمات المكهربة سالبًا والموجودة في مجال كهربة موجبة موجبة ، ...
من خلال هذا النموذج ، تخلى طومسون عن فرضيته السابقة "ذرة السدم" التي كانت الذرات تتألف من دوامات غير مادية. كونه عالمًا ذكيًا وعمليًا ، اعتمد طومسون على نموذجه الذري على أدلة تجريبية معروفة اليوم. يعكس اقتراحه بشحنة حجم موجبة طبيعة مقاربته العلمية للاكتشاف التي كانت تقترح أفكارًا لتوجيه التجارب المستقبلية.
استقرت مدارات الإلكترونات داخل النموذج بحقيقة أنه عندما ابتعد الإلكترون عن مركز الكرة المشحونة إيجابياً ، تعرض لقوة صافية موجبة أكبر إلى الداخل ، لأن هناك شحنة أكثر إيجابية داخل مداره (انظر قانون غاوس). كانت الإلكترونات حرة في الدوران في حلقات استقرت أكثر من خلال التفاعلات بين الإلكترونات ، وكانت القياسات الطيفية تهدف إلى حساب اختلافات الطاقة المرتبطة بحلقات الإلكترون المختلفة. حاول طومسون دون جدوى إعادة تشكيل نموذجه لحساب بعض الخطوط الطيفية الرئيسية المعروفة تجريبياً لعدة عناصر.
قام نموذج بودنج البرقوق بتوجيه طلابه ، إرنست رذرفورد ، على نحو مفيد لاستنباط تجارب لاستكشاف تركيب الذرات. كذلك ، كان نموذج طومسون (إلى جانب نموذج حلقة زحل مماثل للإلكترونات الذرية التي طرحها Nagaoka في عام 1904 بعد نموذج جيمس كليرك ماكسويل لعصابات زحل) ، أسلاف مفيدة لنموذج Bohr الشبيه بالنظام الشمسي الأكثر دقة للنظام الذري.
سُرعان ما يُعزى الاسم المستعار العامية "بودنغ البرقوق" إلى نموذج طومسون حيث إن توزيع الإلكترونات في منطقة الفضاء المشحونة إيجابياً ذكر العديد من العلماء بـ "البرقوق" في الحلوى الإنجليزية الشائعة ، بودنغ البرقوق.
في عام 1909 ، أجرى هانز جيجر وإرنست مارسدن تجارب على صفائح رقيقة من الذهب. أستاذهم ، إرنست رذرفورد ، يتوقع أن يجد نتائج متوافقة مع نموذج تومسون الذري. لم يكن حتى عام 1911 أن روثرفورد يفسر بشكل صحيح نتائج التجربة التي تنطوي على وجود نواة صغيرة جدا من الشحنة الإيجابية في وسط ذرات الذهب. هذا أدى إلى تطوير نموذج راذرفورد للذرة. مباشرة بعد نشر راذرفورد نتائجه ، قدم أنتونيوس فان دن بروك اقتراحًا بديهيًا مفاده أن العدد الذري للذرة هو إجمالي عدد الوحدات المشحونة الموجودة في النواة. قدمت تجارب هنري موسيلي عام 1913 (انظر قانون موسيلي) الأدلة اللازمة لدعم اقتراح فان دن بروك. تبين أن الشحنة النووية الفعالة تتوافق مع العدد الذري (عثر موسيلي على وحدة واحدة فقط من فرق الشحنة). وقد توج هذا العمل بنموذج بوهر الشبيه بالنظام الشمسي (ولكن محدود الكم) للذرة في نفس العام ، حيث تحيط النواة التي تحتوي على عدد ذري ​​من الشحنات الموجبة بعدد متساوٍ من الإلكترونات في الأصداف المدارية. كما قاد نموذج تومسون تجارب راذرفورد ، قاد نموذج بور أبحاث موسلي.
  • المشاكل العلمية
استخدم عالم الفيزياء آرثر إريش هاس نموذج بودنغ البرقوق مع إلكترون واحد في عام 1910 لتقدير القيمة العددية لثابت بلانك ونصف قطر بوهر لذرات الهيدروجين. قدر عمل هاس هذه القيم في حدود حجمها وسبق عمل نيلز بور بثلاث سنوات. من الجدير بالذكر أن نموذج بوهر نفسه يوفر فقط تنبؤات معقولة إلى حد كبير للأنظمة الذرية والأيونية التي لها إلكترون واحد فعال.
تتمثل مشكلة الرياضيات المفيدة بشكل خاص والمتعلقة بنموذج بودنغ البرقوق في التوزيع الأمثل لشحنات نقطة المساواة على كرة وحدة تسمى مشكلة طومسون. مشكلة طومسون هي نتيجة طبيعية لنموذج بودنج البرقوق في غياب شحنتها الخلفية الإيجابية الموحدة. 
كما أن المعالجة الإلكتروستاتيكية الكلاسيكية للإلكترونات المحصورة في النقاط الكمومية الكروية تشبه أيضًا معالجتها في نموذج بودنج البرقوق. في هذه المشكلة الكلاسيكية ، يتم تصميم النقطة الكمومية ككرة عازلة بسيطة (بدلاً من كرة موحدة ذات شحنة موجبة كما في نموذج بودنج البرقوق) حيث توجد الإلكترونات الحرة أو الزائدة. تم العثور على تكوينات N- الإلكترون الكهربائي لتكون قريبة بشكل استثنائي من الحلول الموجودة في مشكلة طومسون مع الإلكترونات الموجودة في دائرة نصف قطرها نفسه داخل الكرة العازلة. والجدير بالذكر أن التوزيع المزمع لعلم الطاقة الذي يعتمد على الهندسة قد أظهر تشابهًا ملحوظًا في توزيع المدارات الإلكترونية المتوقعة في الذرات الطبيعية وفقًا لما هو موضح في الجدول الدوري للعناصر. تثير حلول مشكلة Thomson توزيعًا كبيرًا للاهتمام ، وذلك بمقارنة طاقة كل محلول N-electron مع الطاقة الموجودة في محلول الإلكترون المجاور (N-1) مع شحنة واحدة في الأصل. ومع ذلك ، عند التعامل مع نموذج المجال العازل ، تكون ميزات التوزيع أكثر وضوحًا وتوفر دقة أكبر فيما يتعلق بالترتيبات المدارية للإلكترون في ذرات حقيقية.
Share To:

Mohamed Hassan

Post A Comment:

0 comments so far,add yours