Physical blog

  A Thomson-modell
J.J.Thomson talált először érveket amellett, hogy az atomban található elektronok száma
nem túl nagy, az atom tömegének nagy részét pedig a pozitív töltéső rész adja. Elképzelése szerint az atom egész térfogatát kitölti a folytonosan elosztott pozitív rész, s ebben vannak beágyazva az igen kis méretű elektronok. Ezek vagy nyugalomban vannak az atom középpontjában, vagy meghatározott sugarú pályákon keringenek körbe. Itt vetődött föl elıször az elektronburok héjszerkezete, bár nem sokáig volt az elmélet elfogadható, mert hamar kiderült, hogy az atomban viszonylag sok hely van, és így nem lehet folytonos kitöltésű.

A Rutherford-modell
Nagy energiájú héliumatommagok vékony fémfólián való áthaladásának vizsgálata
során a tapasztalat szerint a pozitív töltésű héliumatommagok nagy számban áthaladtak a
vékony anyagrétegen. Ez mutatja, hogy az atom igen „szellős” szerkezetű, tömegének nagy része igen kis helyen koncentrálódik. Másrészt néhány részecske jelentősen, nagy szögben elkanyarodott, szóródott, ami csak nagy pozitív töltéső centrumokkal való ütközéssel magyarázható. Ez volt a szórási kísérlet.
1911-ben született meg az atommodell. Eszerint az atom középpontja az atom méreténél
három nagyságrenddel kisebb pozitív mag, amely körül, mint bolygók a Nap körül,
keringenek az elektronok. Az elektronokat az elektrosztatikus vonzóerő tartja pályán.
A körpályán keringő elektronok azonban, mivel gyorsul, ezért sugároz, ezért
fokozatosan elveszti energiáját, az atom tehát nem lehetne stabil.
A modell ezen hibája hamar nyilvánvalóvá vált.

A Bohr-modell
Niels Bohr alapkövetelményeket fogalmazott meg indoklás nélkül az atomban kötött
elektronnal szemben. Ezek a Bohr-féle kvantumfeltételek
Az atom elektronjai csak meghatározott pályákon keringhetnek a mag körül. Az ilyen
pályán keringő elektron nem sugároz.
 Az atom csak akkor sugároz, ha az elektron az egyik pályáról a másikra ugrik. Ilyenkor a két pálya közti energiakülönbséget az elektron egyetlen foton formájában kisugározza, amelynek így az energiája: hf = En2 – En1.
Energiaelnyelésnél, gerjesztésnél fordított folyamat játszódik le. A modellt később
Sommerfield fejlesztette tovább, kiegészítve a körpályákat ellipszispályákkal.
A modell végül kiegészült a forgó elektronnal, amelynek így saját perdülete (spinje) és
saját mágneses momentuma van.
 Ezek a külső mágneses térhez képest különböző módon
állhatnak. Egy atom kötelékébe tartozó elektron így négy kvantumszámmal jellemezhető.
Az n főkvantumszám (pozitív egész) a pálya sugarát, és ezzel együtt az energiát is jelzi. Az l mellékkvantumszám (értéke: 1,2,…,n-1) a pálya alakját jelzi.
Az m mágneses
kvantumszám (értéke -1 és +1 közötti egész szám), illetve az s spinkvantumszám (értéke +1/2 vagy -1/2) azt határozza meg, hogy az atomi pálya impulzusmomentuma, illetve az elektron saját impulzusmomentuma a külső mágneses térhez képest milyen helyzetben van. Így értelmezhetık a Zeemann-, ill. Stark-effektus néven ismert jelenségek, amelyekben az atomi energiaszintek mágneses és elektromos terekben megváltoznak, felhasadnak több szintre. 1925-ben fogalmazta meg Pauli a kizárási elvet:
Egy atomban egyensúlyi állapotban minden elektron csak más-más állapotban lehet,
azaz nem lehet két elektronnak azonos a négy kvantumszáma.
Ez a Pauli-elv egy atomra való megfogalmazása. Megjegyezzük, hogy a Pauli-elv
összetett rendszerekben is érvényes.
A valószínűségi modell
1927-ben kísérleti igazolást kapott a deBroglie elektronra vonatkozó hullámhipotézise,
amely nagy lökést adott a korábban említett matematikai vizsgálatoknak. Elfogadottá vált a hullám-részecske kettősség, és a határozatlansági irreláció miatt a konkrét elektronpálya
tarthatatlansága.
Ma azt mondjuk, hogy az atomon belül az elektron lehetséges tartózkodási helyét és az
ott tartózkodás valószínűségét adhatjuk meg. A legvalószínűbb helyek például a
hidrogénatom esetében megegyeznek a Bohr-féle pályáknak megfelelő gömbhéjakkal. A
kvantumszámokat továbbra is használjuk, azonban nem annyira a pálya alakja, sokkal inkább
az elektron energiaszintjeivel kapcsolatban, ami persze szorosan összefügg az előfordulási
tértartomány mintázatával.főkvantumszám (pozitív egész) a pálya sugarát, és ezzel együtt az energiát is jelzi.