המודל של פודינג השזיפים: ניסיון מוקדם להסביר את האטום

מהו המודל של פודינג השזיפים?

מודל פודינג השזיפים הוא מודל מדעי היסטורי של האטום שהציע ג'יי. ג'יי. תומסון ב-1904, זמן קצר לאחר שגילה את האלקטרון. המודל ניסה להסביר שתי תכונות של אטומים שהיה ידוע באותה עת: אלקטרונים הם חלקיקים טעונים שלילית, ואטומים אין להם טעינה חשמלית כוללת.

המודל של פודינג השזיפים הציע שאטום מורכב מספירה של טעינה חיובית, שנקראת הפודינג, עם אלקטרונים משובצים בה, כמו שזיפים בקינוח. האלקטרונים היו מסודרים בשכבות והיו מאוזנים עם הטעינה החיובית של הספירה.

המודל של פודינג השזיפים היה המודל הראשון שמתן מבנה פנימי ספציפי לאטום, והוא היה מבוסס על עדויות ניסיוניות ונוסחאות מתמטיות. אך הוא הוחלף במהרה במודל יותר מדויק של האטום לאחר שנעשו גילויים חדשים.

איך תומסון הגיע למודל של פודינג השזיפים?

תומסון היה פיזיקאי אנגלי שביצע ניסויים עם קרני קתודה, שהם חיצים של אלקטרונים המשוגרים מצלחת מתכת כאשר מופעל זרם חשמלי. הוא מדד את היחס בין הטעינה למסה של האלקטרונים ומצא שהוא הרבה יותר קטן מאשר זה של כל אטום ידוע. הוא הסיק שהאלקטרונים הם חלקיקים תת-אטומיים שנמצאים בכל אטומים.

תומסון גם ידע שאטומים הם חשמלית ניטרלים, כלומר שאין להם טעינה כוללת. הוא הסיק שיש בו טעינה חיובית שמבטלת את הטעינה השלילית של האלקטרונים. הוא גם עקוב אחרי עבודתו של ויליאם תומסון (לורד קלווין), שהציע מודל של אטום כדור חיובי שנה קודם לכן.

תומסון פרסם את מודל פודינג השזיפים שלו ב-1904 בירחון מדעי בריטי מוביל. הוא תיאר את האטומים כספירות של טעינה חיובית אחידה, עם אלקטרונים מפוזרים כטעינות נקודתיות בשכבות. הוא השתמש בנוסחאות מתמטיות לחישוב הכוחות בין האלקטרונים לספירה ובין האלקטרונים עצמם.

המודל של תומסון היה ניסיון להסביר את המבנה האטומי של החומר ולהסביר את התכונות הכימיות והחשמליות שלו. הוא היה גם תואם עם מכאניקה קלאסית, שהייתה התאוריה הדומיננטית בפיזיקה באותה עת.

מה היו הגבלות המודל של פודינג השזיפים?

המודל של פודינג השזיפים היה בעייתי והיה לו מגבלות שהפכו אותו לבלתי מסוגל להסביר כמה תופעות ותוצאות ניסוייות.

בעיה אחת הייתה שהוא לא יכול היה להסביר את פליטת תדרים שונים של אור מאטומים כשהם מתרגשים על ידי מקורות אנרגיה חיצוניים. למשל, כאשר אטומי מימן מגלים לחשמל, הם פולטים ספקטרום של אור שמכיל צבעים שונים או אורך גל. לפי המודל של תומסון, אטומי מימן היו צריכים לפלוט רק תדר אחד של אור, מכיוון שיש להם אלקטרון אחד בלבד.

בעיה נוספת הייתה שהוא לא יכול היה להסביר את הסטייה של חלקיקי אלפא על ידי אטומים. חלקיקי אלפא הם חלקיקים טעונים חיובית המשוגרים מאלמנטים רדיואקטיביים. בשנת 1909, ארנסט ראתרפורד ביצע ניסוי שבו ירה חלקיקי אלפא על פיסת זהב דקה. הוא מצפה שרובם יעברו דרך הפיסת הזהב עם מעט או ללא סטייה, מכיוון שהטעינה החיובית של האטומים צריכה להיות מפוזרת באופן אחיד במודל של תומסון.

עם זאת, הוא מצא כי חלק מהחלקיקי אלפא סטו בזוויות גדולות, 일부 אפילו נתקלו חזרה. זה הראה שיש תחום מרוכז של טעינה חיובית באטומים שהדוף את חלקיקי האלפא. ראתרפורד קרא לתחום זה הליבה והציע מודל חדש של האטום שבו אלקטרונים מסובבים סביב ליבה קטנה ודחוסה.

המודל הנוקלארי של האטום של ראתרפורד היה מצליח יותר מהמודל של פודינג השזיפים של תומסון בהסבר של תופעות שונות וניסויים. הוא גם פתח דרך לגלויות נוספות על המבנה והתנהגות של האטומים.

מהו המשמעות של מודל פודינג השזיפים?

המודל של פודינג השזיפים אולי היה שגוי, אבל הוא לא היה חסר תועלת. זו הייתה צעד חשוב בהתפתחות התאוריה האטומית והפיזיקה המודרנית. הוא היה מבוסס על עדויות מדעיות ולוגיקה, והוא עודד מחקר וניסוי נוספים.

המודל של פודינג השזיפים גם הראה שאטומים אינם בלתי ניתנים לחלוקה או בלתי משתנים, כפי שחשבו חלק מהפילוסופים העתיקים. הוא חשף שאטומים יש להם מבנים פנימיים וחלקיקים תת-אטומיים, מה שפתח אפשרויות חדשות להבנת החומר והאנרגיה.

המודל של פודינג השזיפים גם השפיע על תחומים אחרים של המדע והתרבות. למשל, הוא השפיע על נילס בוהר לפתח את המודל הקוונטי של האטום, שכלל הן מכאניקה קלאסית והן קוונטית. הוא גם השפיע על אמנים וסופרים להשתמש בו כמטאפורה או סמל לתכונות ותמות שונות.

המודל של פודינג השזיפים אולי הוחלף במודל טוב יותר, אבל עדיין יש לו ערך היסטורי ומדעי. זה היה המודל הראשון שהציע מבנה ספציפי לאטומים, והוא עודד מחקר וגילוי נוספים. הוא גם השפיע על תחומים אחרים של המדע והתרבות, והוא נשאר חלק מההיסטוריה של התאוריה האטומית.

מסקנה

המודל של פודינג השזיפים היה ניסיון מוקדם להסביר את האטום על ידי ג'יי. ג'יי. תומסון ב-1904. הוא הציע שאטום מורכב מספירה של טעינה חיובית עם אלקטרונים משובצים בה. המודל ניסה להסביר את התכונות של האטומים והחומר, אבל נכשל בהסבר של כמה תופעות וניסויים. הוא הוחלף במהרה במודל הנוקלארי של האטום של ראתרפורד, שהציג את המושג של הליבה. המודל של פודינג השזיפים לא היה נכון, אבל הוא היה צעד חשוב בהתפתחות התאוריה האטומית והפיזיקה המודרנית.

הצהרה: כבוד להמקור, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, אם יש פגיעה בזכויות יוצרים נא צרו קשר למחיקה.