Mô hình nguyên tử của Perrin: Đặc điểm, thí nghiệm, định đề

Mô hình nguyên tử của Perrin đã so sánh cấu trúc của nguyên tử với một hệ mặt trời, trong đó các hành tinh sẽ là các điện tích âm và Mặt trời sẽ là một điện tích dương tập trung ở trung tâm của nguyên tử. Năm 1895, nhà vật lý xuất sắc người Pháp đã chứng minh sự chuyển điện tích âm bằng tia catốt lên bề mặt mà chúng tác động.

Với điều này, bản chất điện của các tia âm cực đã được chứng minh và đưa ra ánh sáng về bản chất điện của nguyên tử, hiểu nó là đơn vị nhỏ nhất và không thể chia cắt của vật chất. Năm 1901, Jean Baptiste Perrin cho rằng sự hấp dẫn của các điện tích âm bao quanh trung tâm (điện tích dương) bị chống lại bởi lực quán tính.

Mô hình này đã được bổ sung và hoàn thiện sau đó bởi Ernest Rutherford, người đã khẳng định rằng tất cả điện tích dương của nguyên tử nằm ở trung tâm của nguyên tử và các electron quay quanh.

Tuy nhiên, mô hình này có một số hạn chế không thể giải thích được vào thời điểm đó, và mô hình được lấy làm cơ sở bởi nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr để đề xuất mô hình của ông vào năm 1913.

Đặc điểm của mô hình nguyên tử Perrin

Các đặc điểm nổi bật nhất của mô hình nguyên tử của Perrin là:

- Nguyên tử được tạo thành từ một hạt dương lớn ở trung tâm của nó, trong đó phần lớn khối lượng nguyên tử được tập trung.

- Xung quanh quỹ đạo tích điện dương này tập trung một số điện tích âm bù cho tổng điện tích.

Đề xuất của Perrin so sánh cấu trúc nguyên tử với một hệ mặt trời, trong đó điện tích dương tập trung sẽ hoàn thành chức năng của Mặt trời và các electron xung quanh sẽ hoàn thành vai trò của các hành tinh.

Perrin là người tiên phong trong việc đề xuất cấu trúc không liên tục của nguyên tử vào năm 1895. Tuy nhiên, ông không bao giờ khăng khăng thiết kế một thí nghiệm có thể giúp chứng minh quan niệm đó.

Thí nghiệm

Là một phần của khóa đào tạo tiến sĩ, Perrin làm trợ lý Vật lý tại Ecole Normale Supérieure de Paris, giữa năm 1894 và 1897.

Đến lúc đó, Perrin đã phát triển hầu hết nghiên cứu của mình trong việc kiểm tra bản chất của tia catốt; nghĩa là, nếu các tia âm cực là các hạt tích điện, hoặc nếu chúng có hình dạng của sóng.

Tia Cathode

Thí nghiệm với tia catốt phát sinh khi tiến hành nghiên cứu với ống Crookes, một cấu trúc được phát minh bởi nhà hóa học người Anh William Crookes vào những năm 1870.

Ống Crookes bao gồm một ống thủy tinh chỉ chứa khí bên trong. Cấu hình này có một phần kim loại ở mỗi đầu và mỗi phần được kết nối với nguồn điện áp bên ngoài.

Khi ống được cung cấp năng lượng, không khí bên trong nó bị ion hóa và do đó, nó trở thành một chất dẫn điện và đóng mạch hở giữa các điện cực ở hai đầu.

Bên trong ống, các chất khí mang một khía cạnh huỳnh quang, nhưng cho đến cuối những năm 1890, các nhà khoa học vẫn chưa rõ về nguyên nhân của hiện tượng này.

Đến lúc đó, người ta không biết liệu huỳnh quang là do sự lưu thông của các hạt cơ bản bên trong ống, hay nếu các tia có dạng sóng vận chuyển chúng.

Điều tra của Perrin

Năm 1895, Perrin đã sao chép các thí nghiệm tia catốt bằng cách nối một ống phóng với một thùng rỗng lớn hơn.

Ngoài ra, Perrin đã đặt một bức tường không thấm nước cho các phân tử thông thường và sao chép cấu hình của Crookes bằng cách đặt một lồng Faraday, được chứa trong một buồng bảo vệ.

Nếu các tia đi qua bức tường không thấm nước đối với các phân tử thông thường trong lồng của Faraday, nó sẽ tự động chứng minh rằng các tia âm cực được cấu tạo từ các hạt tích điện cơ bản.

Phương pháp xác minh

Để chứng thực điều này, Perrin đã kết nối một điện kế gần tường không thấm nước để đo các điện tích sẽ xảy ra khi các tia âm cực chiếu vào đó.

Khi thực hiện thí nghiệm, người ta đã chứng minh rằng cú sốc của các tia cực âm đối với bức tường không thấm nước gây ra một phép đo nhỏ điện tích âm trong điện kế.

Sau đó, Perrin chuyển hướng dòng tia catốt bằng cách buộc hệ thống thông qua cảm ứng của điện trường và buộc các tia catốt tấn công vào điện kế. Khi điều đó xảy ra, đồng hồ ghi lại một điện tích cao hơn đáng kể so với kỷ lục trước đó.

Nhờ các thí nghiệm của Perrin, người ta đã chứng minh rằng các tia âm cực được cấu thành bởi các hạt có điện tích âm.

Sau đó, vào đầu thế kỷ 20, JJ Thomson chính thức phát hiện ra sự tồn tại của các electron và mối quan hệ khối lượng điện tích của chúng, dựa trên nghiên cứu của Perrin.

Định đề

Năm 1904, nhà khoa học người Anh JJ Thomson đã đưa ra đề xuất về mô hình nguyên tử, còn được gọi là mô hình bánh mận.

Trong mô hình này, điện tích dương được hiểu là một khối đồng nhất và các điện tích âm sẽ được phân tán ngẫu nhiên trên khối lượng dương nói trên.

Trong tương tự, điện tích dương sẽ là khối lượng của bánh pudding và các điện tích âm sẽ được biểu thị bằng mận. Mô hình này đã được Perrin bác bỏ vào năm 1907. Trong đề xuất của mình, Perrin chỉ ra những điều sau đây:

- Điện tích dương không được mở rộng trong toàn bộ cấu trúc nguyên tử. Trái lại, nó tập trung ở trung tâm của nguyên tử.

- Các điện tích âm không bị phân tán qua nguyên tử. Thay vào đó, chúng được sắp xếp một cách có trật tự xung quanh điện tích dương, hướng ra rìa ngoài của nguyên tử.