تبلیغات
همه چیز - اتم

همه چیز

فقط مسی Best Player Of The World LIONEL MESSI

درباره وبلاگ


نویسندگان

نظر سنجی

به نظر شما کدام یک از این بازیکنان را برترین بازیکن می دانید؟






آمار سایت

بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :

اتم

اتم
« : 06 شهریور 1389,ساعت 17:07:50 »

سیری در تاریخچه اتم
بسمه تعالی
سیری در تاریخچه اتم
درقرن پنجم قبل ازمیلاد دموکریتوس معتقد بود که جهان از دو چیز ساخته شده است: یکی فضای خالی ودیگری ذرات بسیار کوچکی که او آن هارا اتم نامید . اتم از واژه‌ی یونانی atomo به معنای تقسیم ناپذیر آمده است. او می پنداشت اتم ها کوچکترین ذرات ممکن ماده اند و هر یک از مواد موجود در جهان اتم های متفاوتی دارند.نظر وی بسیار کلی بود وبه شواهد تجربی متکی نبود.درقرن چهارم قبل از میلاد ارسطو این نظریه را مطرح کرد که ماده پیوسته و یکپارچه است و از ذرات کوچک تری ساخته نشده است .اواین ماده ی خالص پیوسته را هایلی نامید.این اعتقاد 2000 سال به طول انجامید تااین که دوتن از مخالفان نظر ارسطو به نام های رابرت بویل وآیزاک نیوتن عقیده داشتند که عناصر ماهیت اتمی دارند. بویل درسال 1661 درکتاب خود تحت عنوان کیمیاگر شکاک ونیوتن درسال 1687 درکتاب پرینکیپا و سپس درسال 1704 درکتاب اوپتیکس وجود اتم راپذیرفتند اما دراثبات این موضوع هیچ مدرک آزمایشگاهی ارائه نکردند تااینکه جان دالتون طی سال های 1803 تا 1808 یک فرضیه ی منطقی درباره ی وجود اتم ها مطرح کرد.وی ابتدا نتایج مشاهدات آزمایشی دیگران درباره ی واکنش های شیمیایی رابررسی کرد. آنتوان لاووازیه دریافته بود که درواکنش های شیمیایی معمولی ، ماده تغییرات بسیاری می کند اما خلق یا نابود نمی شود. این همان قانون پایستگی جرم است .ژوزف پروست نیز مشاهده کرده بود که مواد خالص همیشه شامل عناصری با نسبت جرمی یکسانند.این اصل نیز به قانون نسبت های معین معروف است . وقتی دالتون تئوری خود را پی ریزی می کرد، می کوشید تایافته های لاووازیه وپروست را توضیح دهد.اوهمچنین معتقد بود که همه ی اتم‌های یک عنصر دقیقأ به هم شبیه اند واتم های عناصر مختلف کاملأ با هم فرق دارند.اندیشه های دالتون قانون های پایستگی جرم ونسبت های معین را توضیح می دهد. اگر اتم ها نمی توانند تخریب شوند دراین صورت آن ها باید در یک تغییر شیمیایی فقط آرایش جدیدی یافته باشند به طوری که تعداد و نوع اتم ها تغییر نکند.بنابراین جرم مواد پیش از واکنش باید با جرم مواد پس از واکنش برابر باشند.درتوضیح قانون نسبت‌های معین دالتون معتقد بود که به عنوان مثال درمورد سدیم کلرید ، همه ی اتم های سدیم جرم یکسان و همه ی اتم های کلرنیز جرم یکسان دارند.وقتی یک اتم سدیم با یک اتم کلر ترکیب می شود سدیم کلرید بوجود می آید.این امر درمورد هر جفت از این اتم ها صادق است بنابراین نسبت جرم سدیم به جرم کلر باید برای هر نمونه ای از نمک یکسان باشد. دالتون معتقد بود که این استدلال برای هر ماده ی معینی درست است (هرچند بعدها مشاهده شد که همه ی اتم های یک عنصر دقیقأ جرم یکسان ندارند اما با با تغییر واژه ی جرم به جرم میانگین می توانیم تئوری دالتون را امروزه نیز به کاربریم) .
دالتون براساس تئوری اتمی خود قانونی را بیان کرد که مبتنی بر داده های آزمایشی نبود . این قانون به عناصری مربوط می شود که بیش از یک ماده مرکب ایجادمی کنند. مثلأ اکسیژن می تواند به نسبت های جرمی متفاوتی باقلع ترکیب شود. بنابراین قانون نسبت جرم هایی از یک عنصر را که با جرم معینی از عنصر دیگر ترکیب می شوند را می توان با اعداد صحیح کوچک بیان کرد.این قانون را قانون نسبت های چند گانه می نامند.
جرم sn در یک نمونه جرم o در یک نمونه نسبت جرم های o که با جرم معینی (gr119)ازsn ترکیب می شود
119 16 1
119 32 2





این نسبت ها دلالت براین دارندکه اتم هابصورت واحدهای کامل برهم اثر می کنند ودرواکنش های شیمیایی به قسمت های کوچکی تقسیم نمی شوند.
درهمان محدوده ی زمانی که تئوری اتمی دالتون شکل می گرفت ، شارل گیلوساک متوجه شدکه درشرایط ثابت حجم گازهای واکنش دهنده باحجم محصولات گازی به نسبت اعداد صحیح کوچکی هستند.چندسال بعد آمادئو آووگادرو این مشاهده را بااستفاده ازتئوری دالتون توضیح داد.فرضیه ی آووگادروبه گازهایی که همانند آزمایشات گیلوساک درفشار ودمای یکسان بودند، مربوط می شد. فرضیه ی این بود که حجم های مساوی از گازها درشرایط یکسان تعداد مولکول های یکسانی دارند. این مشاهدات پذیرفته شدن تئوری دالتون را تسریع کرد.
یکی از مهم ترین مفاهیم حاصل از کارهای دالتون مفهوم جرم اتمی وامکان تعیین عددی برای جرم اتم های عناصر گوناگون است . دالتون توانست نشان دهد که با استفاده از قانون نسبت های معین و داده های تجربی حاصل از واکنش های شیمیایی مقادیر نسبی جرم های اتمی را می توان یافت . وی با این فرض که مولکول های یک ماده ی مرکب همیشه شامل یک اتم از عنصر های سازنده ی آن است، توانست مقادیری رابرای جرم های نسبی اتم های گوناگون بیابد. اوبابررسی ترکیب آب ودیگرموادمرکب دریافت که اتم هیدروژن ، ظاهرأ جرمی کمتر ازاتم های عناصردیگردارد. به همین سبب پیشنهاد کرد که جرم اتم های دیگرعناصر نسبت به جرم یک اتم هیدروژن بیان شود.ازآن جایی که اکسیژن می توانست با بسیاری ازعناصر ترکیب شود،جرم اتمی بعدها نسبت به اکسیژن اندازه گیری می شداین مبنا تاسال 1960 تاپیش ازآن که مقادیر واقعی جرم های تک تک اتم هابه روش طیف نگارجرمی به طورمستقیم امکان اندازه گیری پیداکنند،مورداستفاده ی شیمیدان ها قرارگرفت .پس از آن اتم کربن 12 به عنوان مقیاس در نظر گرفته شد . امروزه هم فیزیکدانان وهم شیمیدان ها جرم اتمی کربن 12 را واحد جرم اتمی می دانند .دلیل عمده ی انتخاب کربن آنست که کربن مواد مرکبی تولید می کند که از لحاظ تنوع استثنائی است . بعضی سبک وبعضی بسیار سنگینند و می توانند برای مأخذ مقایسه در طیف نگار جرمی مورد استفاده قرار گیرند.
درحالی که شیمیدان ها درنخستین دهه ی قرن نوزدهم سرگرم کارباتئوری اتمی دالتون بودند، فعالیت دیگری درشرف تکوین بود که راه مهمی رابرای درک دانشمندان از اتم بازکرد . مطالعه ی برقکافت بااختراع سلول الکتریکی که درسال 1800 توسط ولتا به وقوع پیوست ، آغاز شد.چندهفته پس ازکشف ولتامعلوم شدکه آب بوسیله ی جریان الکتریسیته به کسیژن وهیدروژن تجزیه می شود.دراین عمل گازهای هیدروژن واکسیژن به نسبت وزنی g 94/7 اکسیژن به g 1 هیدروژن تولید می شوند. این نسبت درست همان نسبتی است که این عنصرهاباهم ترکیب شده وآب تولیدمی کنند.پیش ازآن زمان تجزیه ی آب امکان ناپذیر بوده است وقرن ها آب رابه عنوان یک عنصر در نظر می گرفتند .
استفاده شیمیایی از الکتریسیته سبب شد تا بسیاری تحقیقات دیگر درباره ی برقکافت انجام شود .مهم ترین آنها، کار همفری دیوی در بین سال های 1807 تا 1808 بوده است . وی در بررسی اثر برقکافت برمحلول سود و پتاس توانست مواد فلزی راتهیه کند. این فلزات راسدیم وپتاسیم نامیدند. پس از آن وی مؤفق شد تا فلزات کلسیم، استرونسیم وباریم را به دست آورد. کار دیوی درمورد برقکافت بیشتر کیفی بود ولی پرسش های کمی نیز دراین میان مطرح می شد از جمله آن که وقتی مقدار معینی بار ازیک محلول می گذرد تا چه اندازه تغییر شیمیایی صورت می گیرد؟ اگر همان مقدار بار از محلول های متفاوت بگذرد مقدار تغییر شیمیایی چه تفاوتی می کند؟ نخستین پاسخ های این پرسش ها بوسیله ی مایکل فاراده به دست آمد . وی دو قانون اساسی تجربی در برقکافت را کشف کرد . این قوانین طی آزاد
تحقیقاتی که طی سال های 1832 تا 1833 انجام شد، به دست آمد. قانون اول : جرم هر عنصری که هنگام برقکافت آزاد می شود، متناسب با مقدار باری است که از الکترود می گذرد. قانون دوم : هرگاه A جرم اتمی یک عنصر و v ظرفیت ترکیبی آن ( والانس ) باشد، انتقال 96540 کولن بار الکتریکی ، گرم از آن عنصر را آزاد می کند.
● در قرن سیزدهم آلبرت ماگنولس فیلسوف و متخصص الهیات فکرمیل ترکیبی را به منظور اشاره به یک نیروی جاذبه ی میان مواد که موجب وارد شدن آن ها در عمل ترکیب شیمیایی می شود ، ارائه کرد . 600 سال طول کشید تا ممکن شد به جای این تصور کیفی مفاهیم کمی جانشین شود . ظرفیت ترکیبی یکی از این مفاهیم است .
قانون دوم فاراده نشان می دهد که مقدار معینی از بار الکتریکی با جرم اتمی وظرفیت ترکیبی یک عنصر وابسته است . از آن جایی که جرم و ظرفیت از ویژگی های اتم های یک عنصر است ، شاید مقدار معینی الکتریسیته به طریقی با یک اتم آن عنصر مربوط باشد . به عبارتی الکتریسیته ممکن است ویژگی های اتمی داشته باشد . فاراده در این باره گفته است : من به واژه ی اتم با تردید می نگرم .گر چه سخن گفتن از اتم ها بسیار آسا ن است ولی ایجاد تصویری روشن از آن ها بسیار دشوار است خصوصأ وقتی که اجسام مرکب مد نظر باشد . به هر حال کار فاراده در آن زمان ابزار لازمی را برای شیمیدانان فراهم آورد تا در تعیین وزن های اتمی وظرفیت های ترکیبی بسیاری از عناصر به مور استفاده قرار گیرد .
ارتباط میان الکتریسیته و اتم تا زمان اختراع تلمبه ی تخلیه توسط گیسلر در سال 1885 همچنان مجهول باقی مانده بود . گیسلر با کمک تلمبه‌ی تخلیه لامپی تهیه کرد که مقدار زیادی از هوای درون آن خارج شده بود . پلوکر با اتصال این لامپ به باتری مشاهده کرد که الکتریسیته در لامپ جاری می شود و لامپ با نور سبز کم رنگی می درخشد. 20 سال بعد ویلیام کروکس لامپ خلأ خمیده ای طراحی کرده بود که نشان می داد درخشش سبزی که در ناحیه ی مقابل کاتد مشاهده می شود با چیزی تولید می شود که از کاتد خارج شده طول شیشه را می پیماید و سپس به شیشه برخورد می کند . گولد اشتاین این پرتوها را پرتو کاتدی نامید . در سال 1897 تامسون سلسله آزمایش هایی را بر روی این پرتوها انجام داد. در آزمایش های انجام شده مشخص شد که میدان مغناطیسی پرتوهای کاتدی را به همان طریقی منحرف می کند که بارهای منفی را منحرف می کند بنابر این فیزیکدان ها معتقد شدند که پرتوهای کاتدی نیز از ذرات باردار منفی تشکیل شده اند . این ذرات باردار منفی همان الکترون هایی هستند که شش سال قبل جان استونی بر اساس قوانین فاراده بار الکتریکی مرتبط با ماده را الکترون نامیده بود .
آزمایشات تامسون در این زمینه مشخص کرد که ذرات پرتوکاتدی یا الکترون ها دو خاصیت مهم دارند : 1) از مواد کاتدی بسیار متنوعی گسیل می شوند و 2) از لحاظ جرم بسیار کوچکتر از هیدروژن هستند . پس از تعیین نسبت بار به جرم الکترون توسط تامسون ، در سال 1909 میلیکان نخستین اندازه گیری دقیق بار الکترون را با آزمایش قطره ی روغن به دست آورد و به این ترتیب جرم الکترون
(kg 30- 10 ×91/0 )تعیین شد.
اشعه‌ی مثبت
اشعه‌ی کاتدی در اثر برخورد با اتم های گاز درون لوله الکترون های آن ها را جدا کرده یون هایی با بار مثبت ایجاد می کنند . این یون ها به علت مثبت بودن در جهتی خلاف جهت حرکت اشعه ی کاتدی حرکت می کنند یعنی از قطب مثبت دور و به قطب منفی نزدیک می شوند . بسیاری از این یون ها با جذب الکترون ( از اشعه ی کاتدی ) مجددأبه اتم های خنثی تبدیل می شوند ولی بعضی از آن ها به کاتد می رسند و اگر کاتد سوراخی داشته باشد از آن عبور می کنند . این جریان یون های مثبت که اشعه ی مثبت یا اشعه ی کانالی نامیده می شوند ، نخستین بار توسط یوجین گولد اشتاین در سال 1886 مشاهده شد . پس از آن انحراف اشعه ی مثبت در میدان های الکتریکی و مغناطیسی توسط ویلهلم وین (1898) و تامسون (1906) مورد مطالعه قرا رگرفت . با پیروی از اصول روش هایی که تامسون در سال 1912 ارائه کرده بود ، ساخت طیف نگار جرمی به وسیله ی آرتور دمپستر(1918) و فرانسیس استون (1919) آغاز شد و با اندازه گیری برای یون های مثبت امکان اندازه گیری دقیق جرم های اتمی فراهم آمد .
طی سال های 1887 تا 1905 بررسی پدیده های فوتوالکتریک و جسم سیاه منجر شد تا تئوری های پلانک و اینشتین انقلاب بزرگی را در فیزیک قرن بیستم به وجود آورد . هاینریش هرتز در سال 1887 ضمن بررسی تئوری ماکسول درباره ی امواج الکترومغناطیسی دریافت که هرگاه نور با طول موج بسیار کوتاه به یک صفحه ی فلزی بتابد ، بارهای الکتریکی از سطح آن گسیل می شوند. چون در این عمل نور والکتریسیته هردو دخالت دارند، این پدیده را فوتو الکتریک نامیدند. وقتی بارهای الکتریکی تولید شده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی می گذشتند، جهت مسیر آنها همچون مسیر پرتوهای کاتدی دستخوش تغییر می شد. بنابراین چنین استنباط شد که این بارهای الکتریکی مرکب از ذرات باردار منفی هستند . درسال 1898 تامسون نسبت ذرات گسیل یافته ی فوتوالکتریکی را همانند پرتوهای کاتدی محاسبه و در مقایسه مقدار یکسانی را به دست آورد . با این آزمایش ها (وآزمایش های دیگر) معلوم شد که ذرات فوتوالکتریک همان خواص الکترون ها را دارند. کارهای بعدی نشان داد که همه ی مواد(جامدات،مایعات و گازها) در شرایط مناسب اثر فوتو الکتریک را از خود نشان می دهند اماآسان تر آنست که بررسی این اثر با سطوح فلزی انجام شود. آزمایشات نشان داد که هر فلزی اثر فوتوالکتریک را از خود نشان می دهد به این شرط که فرکانس نور تابیده شده بر فلز از یک مقدار معین بیشتر باشد .این مقدار معین برای هر فلز را فرکانس آستانه ی فلز می‌نامند. اگر نور فرودی فرکانسی کمتر از فرکانس آستانه داشته باشد، حتی اگر شدت تابش یا مدت تابش زیاد باشد، هیچ الکترونی گسیل نمی شود .
هنگام ایجاد جریان مشخص شد که فاصله ی زمانی میان فرود نور بر صفحه ی فلزی و ظهور الکترون حداکثر s 9-10 ×3 و احتمالأ خیلی کمتر است . در بعضی از آزمایش ها با فرکانس لازم و شدت نور بسیار کم بر خلاف تئوری کلاسیک که انتظار می رفت چند صد ثانیه طول بکشد تا یک الکترون انرژی کافی از نور جمع آوری کند، الکترون ها گاهی حدود یک میلیونیم ثانیه پس از برخورد نور به سطح از آن خارج می شدند (در فیزیک کلاسیک نور دارای انرژی پیوسته است) . و بالاخره در این آزمایش ها مشخص شد که ماکزیمم انرژی جنبشی الکترون ها با فرکانس نور رابطه ی مستقیم دارد و مستقل از شدت نور فرودی است. این یافته ها بر مبنای تئوری الکترومغناطیسی نور قابل توجیه نبود و هیچ راهی در توضیح این مطلب نبود که یک سری امواج نور با شدت کم برروی عده ی زیادی از اتم ها فرود آیند و بتوانند در فاصله ی زمانی کوتاه انرژی کافی برای الکترون متمرکز کنند و آن الکترون را از فلز بیرون بیندازند . از این گذشته تئوری موجی کلاسیک نمی توانست وجود یک فرکانس آستانه را توجیه کند .
تئوری اینشتین در سال 1905 نقش عمده ای را در گسترش فیزیک اتمی ایفا کرد . وی فرض کرد که انرژی نور بر کل جبهه ی موج در حال گسترش به طور یکسان و یکنواخت توزیع نشده است بلکه به صورت متمرکز در تکه‌های جدا از هم باقی مانده است . از این گذشته میزان انرژی در هر یک از این ناحیه ها هر مقداری نیست بلکه مقدارمعینی است که متناسب با فرکانس موج است . پس در این مدل انرژی نور با فرکانس f تکه تکه است و مقدار هر تکه برابر hf است . مقدار انرژی هر تکه را یک کوانتوم انرژی می نامند. کوانتوم انرژی بعدها فوتون نامیده شد .بنابراین تئوری یک الکترون فقط وقتی می تواند گسیل شود که فرکانس نور فرودی بیشتر از کمترین مقدار فرکانس لازم(f0 ) باشد. از این دیدگاه آنچه الکترون را بیرون می راند، یک فوتون تنهاست و انرژی نور در فوتون ها متمر کز است لذا برای جمع آوری انرژی نور زمان لازم نیست. در حقیقت کوانتوم ها انرژی خود را بی درنگ به الکترون ها منتقل می کنند و این الکترون ها پس از مدت زمان کوتاهی که برای فرا رآنها لازم است ، از سطح فلز بیرون می روند .
طبق معادلات اینشتین انرژی فوتون به طور مستقیم با فرکانس نور متناسب است . کمترین انرژی لازم برای خروج یک الکترون انرژی لازمی است که آن الکترون را از سطح فلز رها کند – که این خود توضیحی است برای آنکه چرا نور با فرکانسی کمتر از f0 نمی تواند هیچ الکترونی را بیرون کند.انرژی جنبشی الکترون رها شده نیز تفاوت میان انرژی فوتون جذب شده و انرژ ی الکترون گریخته از سطح است .
باید خاطر نشان کرد که نخستین پیشنهاد درباره ی این که انرژی در تابش الکترومغناطیسی کوانتیده است ، نه به سبب مطالعه ی اثر فوتوالکتریک بلکه به سبب گرما ونوری که از اجسام داغ تابش می شود (جسم سیاه) مطرح شد. مفهوم کوانتوم های انرژی در سال 1900 یعنی پنج سال قبل از تئوری اینشتین بوسیله‌ی ماکس پلانک ارائه شد (به همین دلیل h به عنوان ثابت پلانک معروف است ).پلانک می کوشید تا چگونگی رابطه ی میان انرژی گرمایی تابیده شده از یک جسم داغ را با فرکانس تابش توضیح دهد. در آن زمان فیزیک کلاسیک (ترمودینامیک و الکترومغناطیس قرن 19) نمی توانست واقعیت های تجربی را توجیه کند.پلانک دریافت که این واقعیت ها را فقط با این فرض می توان تفسیر کرد که اتم ها در موقع تابش انرژی خود را به طور ناپیوسته با مقدارهای کوانتیده تغییر می دهند. تئوری اینشتین درباره ی فوتوالکتریک دنباله ی کاربرد تئوری کوانتومی پلانک است . اینشتین فرض پلانک را اصلی مسلم در نظر گرفت که تغییر در انرژی اتم به جای آنکه پیوسته بر موج نور توزیع شده باشد، به صورت یک فوتون متمایز منتقل می شود . تاکنون تصورات پلانک واینشتین از راه های بسیار آزموده شده اند.در تمامی این موارد ثابت پلانک h ، همان وضع بنیادی در فیزیک کوانتومی دارد که ثابت جهانی نیوتن (G ) در فیزیک گرانش داشته است.
در سال 1895 کشف شگفت انگیز دیگری به عمل آمده بود که همچون اثر فوتوالکتریک و تابش جسم سیاه با اندیشه های پذیرفته شده درباره ی امواج الکترومغناطیس جور در نمی آمد و سرانجام برای توضیح آن لازم بود که پای کوانتوم به میان کشیده شود . این کشف ، کشف پرتوهای x به وسیله ی ویلهم رونتگن بود . پس از آن با کشف پدیده ای که در اوایل سال 1896 به وسیله ی هانری بکرل (دو ماه پس از کشف پرتوهای x ) به عمل آمد و به نام رادیو اکتیویته مشهور است ، فصلی افسانه ای در فیزیک آغاز شد .این یکی از حوادث دیگری بود که نشان می داد چگونه ذهن آماده و تربیت یافته می تواند پاسخگوی مشاهده ای غیر منتظره باشد .
سال های 1896 و 1897 به علت توجهی که به پرتوهای تازه کشف شده‌ی x وکاتدی می‌شد، سال‌های پرهیجانی بود.طولی نکشید که کاربرد پرتوهای x در پزشکی آشکارشد و این خود موضوع پژوهش وسیعی شد و سبب شد تا خواص پرتوهای بکرل کمتر مورد توجه واقع شده و از اواخر نیمه ی سال 1896 تا آخر1897 کار چندانی در مورد آنها صورت نگیرد .
بررسی کوری ها از پرتوهای بکرل منجر به کشف تابش های توریم شد(بکرل نیز نتیجه ی مشابهی را برای ترکیبات اورانیم یافته بود). آنها در بررسی خواص رادیواکتیویته در کانی ها مؤفق شدند تا عناصر پلونیم و رادیم راکشف کنند .سپس با کوشش بسیار برای تهیه ی مدارک قانع کننده تر در تعیین خواص عناصر کشف شده توانستند جرم اتمی رادیم را به دست آورند.
پس از تعیین خواص غیر عادی رادیم (فعالیت رادیم بیشتر از یک میلیون برابر فعالیت همان جرم از اورانیم است ) شمار کسانی که به مطالعه ی رادیو اکتیویته پرداختند به سرعت فزونی یافت . پرسش عمده ای که جلب نظر می کرد این بود که تابش های مرموزی که از اجسام رادیواکتیو گسیل می یابد چیست؟
در سال 1899 ارنست رادرفورد در جستجوی پاسخ این پرسش برآمد. وی دریافت که یک نمونه از اورانیم دست کم دو نوع پرتو متمایز از هم گسیل می دارد : یکی آنکه به آسانی جذب می شود و او آن را از نظر سهولت پرتو آلفا (α) نامید و دیگری قدرت نفوذ بیشتری داشت و آن را پرتو بتا (β ) نامید . در سال 1900 ویلارد مشاهده کرد که تابش رادیم شامل پرتوهایی بسیار با نفوذتر از پرتوهای بتااست . به این نوع تابش پرتو گاما(γ) اطلاق شد . جدول زیر که نخستین بار در سال 1903 به وسیله ی رادرفورد منتشر گردید ، قدرت نفوذ این سه پرتو را نشان می دهد .
نوع تابش ضخامت آلومینیم(cm)
α 005/0
β 05/0
γ 8
(ضخامت آلومینیومی که برای کاهش دادن تابش به نصف مقدار اولیه لازم است.)
از این سه پرتو خاصیت یونیزه کنندگی پرتوهای آلفا از همه بیشتر و پرتوهای گاما ا زهمه کمتر است. قدرت نفوذ متناسب با عکس قدرت یونیزه کنندگی است . این امر غیر منتظره ای نیست قدرت نفوذ پرتوهای آلفا کم است زیرا این پرتوها انرژی خود را برای ایجاد یونش جدید به سرعت زیاد صرف می کنند .بکرل ، کوری ها ودیگران پی برده بودند که پرتوهای α ، β و γ در یک میدان مغناطیسی رفتاری متفاوت با یکدیگردارند. پس از شناسایی بار این پرتوها بکرل توانست نسبت را برای پرتوهای بتا همانند روش تامسون به دست آورد و دریافت که به مقداری که تامسون برای الکترون به دست آورده بسیار نزدیک است و بنابراین چنین قیاسی که ذرات بتا الکترون هستند ، قیاسی بی جا نبود.
مشخص کردن ماهیت آلفا مشکل تر بود . مقدار برای ذره ی آلفا درست نصف برای یون هیدروژن به دست آمد بنابراین اگر ذره ی آلفا چیزی شبیه به یک مولکول هیدروژن منهای یک الکترون (H2+) یا اگرشبیه یک اتم هلیم بدون دو الکترون (He2+) باشد، مقدار به دست آمده ی به طریق منطقی قابل توجیه بود .رادرفورد در جریان اداره ی یک سری آزمایش که از سال 1909 تا 1906 به طول انجامید مؤفق شد درستی فرضیه ی خود مبنی بر این که ذره ی آلفا از یک اتم هلیم دو بار یونیده است را از چند جهت متفاوت اثبات کند . آخرین و قانع کننده ترین این آزمایش ها را به کمک دستگاه جیمس جین که معروف به تله موش ذرات آلفا بود انجام داد .
تله موش ذرات آلفا
همانطور که گفته شد این دستگاه برای شناخت ماهیت پرتوهای آلفا توسط رادرفورد به کار گرفته شد. پیرکوری و آندره دبیرن پی برده بودند که نوعی گاز از رادیم تولید می شود . وقتی مقدار کمی از این گاز جمع آوری گردید ، معلوم شد که گاز مذکور به شدت ذره ی آلفا گسیل می دارد . همچنین مشخص شد که این گاز یک عنصر جدید است . این گاز ابتدا بخا ررادیم و سپس رادن نام گرفت . رامسی و سدی دریافته بودند که وقتی رادن در ظرف مسدودی ذخیره شود همواره گاز هلیم نیز در ظرف پدیدار می‌گردد .بنابراین معلوم شد که گاز هلیم به وسیله ی رادن می تواند تولید شود . رادر فورد و رویدز مقدار کمی رادن را در لوله ی شیشه ای ظریفی که ضخامت جدار آن فقط 01/0 میلی متر بود جای دادند . جدار این لوله به قدری نازک بود که ذرات آلفا از آن عبور می کردند لیکن خود رادن نمی توانست از آن بگذرد. این لوله در یک لوله‌ی شیشه‌ای بزرگتر که جداری ضخیم داشت و تخلیه ی الکتریکی نیز در بالای آن جای داده شد و به خوبی مسدود گردید . سپس هوای لوله ی بیرونی به وسیله ی پمپ خارج شد و دستگاه به مدت یک هفته به حال خود باقی ماند(شکل الف) . در طول این مدت درحالی که ذرات آلفا از رادن تولید می شد و از دیواره های لوله ی داخلی می گذشت،مشخص می شد که به تدریج گازی درفضا ی خالی جمع می شود (شکل ب). در این موقع جیوه را از قسمت پایین به وسیله ی پمپ وارد لوله ی بیرونی کردند تا مقدار بسیار اندک گاز تولید شده را فشرده و در لوله ی تخلیه محصور کند . وقتی یک اختلاف پتانسیل مناسب به الکترود ها ی لوله ی تخلیه متصل شد(شکل پ) ، تخلیه ی الکتریکی در گاز صورت گرفت و نور حاصل به وسیله ی طیف نما بررسی شد. خطوط طیفی ویژگی های طیفی هلیم را نشان می داد . رادر فورد نتیجه گرفت که گاز هلیم جمع آوری شده در لوله ی خارجی بر اثر عبور ذرات آلفا از جدار لوله ی داخلی تشکیل شده است زیرا الکترون های آزاد شده از کاتد دراثر تخلیه ی الکتریکی به یون ها ی مثبت هلیم برخورد کرده و پس از جذب اتم های هلیم خنثی بوجود می آید (در یک آزمایش کنترل شده گاز هلیم را در لوله ی جدار نازک داخلی وارد کردند و مشخص شد که ا زجدار داخلی گاز هلیم نشت نمی کند) .








از این آزمایش چنین استنباط شد که اتمی از یک عنصر (رادن) می تواند خود پاره ای (یک ذره ی آلفا) گسیل نماید که هسته ی عنصر (هلیم) دیگری است . این فکری تکان دهنده بود لیکن فقط آغازی بود از اندیشه های تکان دهنده تری که در پی آن می آمد.
مدل اتمی تامسون
در آغاز قرن بیستم اطلاعات فیزیکی و شیمیایی به اندازه ای بود که برخی فیزیکدان ها توانستند مدل هایی از اتم طرح کنند . پس از شناسایی الکترون ها به عنوان اجزاء سازنده ی اتم ها ، وجود مقدار معادلی بار مثبت در اتم الزامی بود زیرا توده ای از یک عنصر به طور معمول از نظر الکتریکی خنثی است . مقایسه ی برای الکترون و اتم های باردار هیدروژن نشان دادند که جرم اتم های هیدروژن تقریبأ دو هزار بار از جرم الکترون ها بیشتر است . همچنین آزمایشات مشخص می کرد که الکترون ها فقط بخش بسیار کوچکی از جرم اتمی هر اتم را تشکیل می دهند. اکنون برای ارائه ی مدل از ساختار اتم باید موارد زیر در نظر گرفته می شد : 1) اتمی که از نظر الکتریکی خنثی است و شامل مقادیر مساوی از بار مثبت و منفی است 2) بار منفی فقط با بخش کوچکی از جرم اتم همراه است. ضمن آنکه مدل پیشنهادی باید به دو پرسش پاسخ دهد . اول آنکه چند الکترون در یک اتم وجود دارد؟ و دیگر آرایش الکترون ها و بار مثبت یک اتم چگونه است؟ . تا سال 1911 عام ترین مدل برای اتم مدلی بود که درسال 1904 به وسیله ی تامسون مطرح شده بود .
مدل اتمی رادر فورد
در طول سال های 1909 تا 1911 ارنست رادرفورد مدل هسته ای خود را مطرح کرد . د رآزمایش ورقه ی طلا د رجعبه ی سربی ماده ی رادیواکتیو رادن را قرار داد که از خود ذرات آلفا گسیل می کند. رادر فورد با کمک دستگاه شمارشگر گایگر توانست عده ی ذرات آلفا درزوایای متفاوت را تعیین کند. شمارشگرگایگر مرکب از یک استوانه ی فلزی C محتوی گاز و یک سیم باریک A است که در محل ورود به استوانه عایق بندی شده است . اختلاف پتانسیلی که اندکی کمتر از اختلاف پتانسیل لازم برای ایجاد تخلیه ی الکتریکی درگاز است ، میان سیم (آندA ) و استوانه (کاتدC )برقرار می شود . وقتی یک ذره ی آلفا از دریچه ی W وارد می شود ، تعدادی الکترون از مولکول های گاز را آزاد می کند . این الکترون ها به طرف آند شتاب می گیرند و در طول مسیر خود ضمن برخورد با مولکول های گاز الکترون های بیشتری آزاد می کنند . یورش الکترون ها یک موج ناگهانی جریان بوجود می آورد که پس از تقویت ممکن است در گوشی ها صدا ایجاد کنند یا دستگاه ثباتی را به کار اندازد .


شمارشگر گایگر

رادرفورد سرعت ذره‌ی آلفا وضخامت ورقه را درمیزان پراکندگی مؤثر می دانست و این پیش بینی با آزمایش به اثبات رسید . وی توانست با شلیک ذره ی آلفا به طرف هسته و تعیین انحراف آن ها شعاع هسته را اندازه گیری کند . او توانست فرمولی به دست آورد که رابطه ی دقیق تعداد ذرات پراکنده شده و زاویه ی پراکندگی را بر مبنای میدان الکتریکی مشخص کند و این فرمول را برای زوایای 0 تا 180 درجه امتحان کرد .علاوه بر آن فرمول رادرفورد تابع عدد اتمی (Z) هسته های هدف نیز بود و به این ترتیب آزمایش پراکندگی روش سرراستی رابرای تعیین Z یک اتم فراهم آورد .
مفهوم عدد اتمی
در بررسی طبقه بندی جدول مندلیف بسیاری از شیمیدانان عقیده داشتند که یک خاصیت بنیادی اتمی غیر از وزن اتمی موجب پیدایش خاصیت تناوبی شده است . پیشنهاد شد که این خاصیت بنیادی به نحوی به عدد اتمی که در آن زمان فقط یک شماره ترتیب در طبقه بندی بود ، مربوط است . کار هنری موزلی در سال های 1913 و1914 این مسئله را حل کرد. موزلی برای توجیه نتایج کار های خود از نظریه ی بور که تازه منتشر شده بود استفاده کرد . وقتی اشعه ی کاتدی پرانرژی روی یک هدف متمرکز شود ، اشعه ی x تولید می شود. طول موج های تشکیل دهنده ی اشعه ی x را می توان از هم جدا کردو طیف خطی حاصل را روی یک صفحه ی عکاسی ثبت نمود . وقتی عناصر مختلف به عنوان هدف به کار برده می شوند، طیف های متفاوتی به دست می آید که هر طیف فقط از چند خط تشکیل شده است . موزلی طیف اشعه‌ی x ، 38 عنصر را که اعداد اتمی آنها بین 13 (الومینیم) تا79 (طلا) قرارداشت ، بررسی کرد. او با مطالعه‌ی خطوط مشابه در طیف های این عناصر دریافت که بین جذر فرکانس خط طیفی و عدد اتمی عنصر مربوط یک رابطه ی خطی وجود دارد. به عبارت دیگر وقتی که عناصر به ترتیب افزایش عدد اتمی مرتب شده باشند، جذر فرکانس خط طیفی از یک عنصر به عنصر بعدی همیشه به مقدار ثابتی افزایش می یابد.چون معادله ی بور نشان می دهد که فرکانس یک خط طیفی با مربع تعداد واحدهای بار مثبت هسته ،z2 ، نسبت مستقیم دارد موزلی پیشنهاد کرد که عدد اتمی هر عنصر تعداد واحدهای بار مثبت هسته ی آن اتم است .
نتیجه ی دیگر از آزمایش های پراکندگی ، امکان تخمین زدن اندازه ی هسته است.اگر فرض شود که یک ذره ی آلفا به طور مستقیم به طرف یک هسته حرکت کند ، انرژی جنبشی این ذره به هنگام نزدیک شدن به هسته به انرژی پتانسیل الکتریکی تبدیل می شود. در نتیجه مانند گلوله ای که به سوی تپه بالا می رود، حرکت آن کند و سرانجام متوقف می شود. کوتاه ترین فاصله ی ذره به هسته را می توان از روی انرژی جنبشی اصلی ذره های آلفا و بارهای ذره ی آلفا محاسبه کرد .مقدار محاسبه شده برای کوتاه ترین فاصله تقریبأ m 14-10 ×3 است . اگر ذره ی آلفا در هسته نفوذ نکند ، این فاصله را باید دست کم برابر مجموع شعاع های ذره ی آلفا و هسته بدانیم . بنابراین شعاع هسته نمی تواند بزرگتر از حدود m 14-10 باشد و این فقط حدود یک ده هزارم شعاع شناخته شده ی یک اتم است . این مطلب به نوبه ی خود توضیحی است برای آنکه ذره ی آلفا یا الکترون ها به سهولت ازمیان هزاران لایه از اتم ها و ورقه های نازک فلزی و یا در گازها نفوذ کرده و فقط گاه گاهی انحراف بزرگ به سوی عقب برای آنها صورت می پذیرد .
کشف پروتون
راهی که به بهتر فهمیدن ترکیب هسته انجامید ، در سال 1919 تقریبأ به طور تصادفی گشوده شد. در آن سال رادرفورد دریافت که وقتی گاز نیتروژن با ذرات آلفای حاصل از بیسموت 214 بمباران می شود، ذرات سریعی تولید می گردد که می تواند بیشتر از خود ذرات آلفا در گاز سیر کند. هرگاه این ذرات به یک پرده ی جرقه زن برخورد می کردند ، برق های نوری ضعیف تر از آنچه که ذرات آلفا تولید می کردند ، ایجادمی شد .شدت این برق ها چنان بود که از یون های هیدروژن مثبت انتظار می رفت . اندازه گیری های اثر میدان مغناطیسی و مسیرهای این ذرات نشان می داد که آنها در واقع پروتون اند .(پروتون از کلمه ی یونانی protos به معنای نخست گرفته شده است . معلوم نیست چه کسی دراصل این نام را پیشنهاد کرده است .در نوشته های فیزیکی این نام تا سال 1908 سابقه دارد . درسال 1920 پیشنهاد رسمی رادرفورد برای نام پروتون مورد پذیرش قرار گرفت) .





طرح دستگاه رادرفورد که برای آشکارسازی پروتون های حاصل از فروپاشی ذرات آلفا مورد استفاده قرارگرفت . منبع آلفا بر پایه ی متحرک D جای دارد . هسته های نیتروژن در گاز نیتروژنی که جعبه را پرکرده است ، تحت تابش ذرات آلفا قرارمی گیرند . در انتهای جعبه یک ورقه ی نقره (f) قرار دارد. ضخامت این ورقه به حدی است که ذرات آلفارا متوقف می کند لیکن پروتون ها از آن عبور نمی کنند. در پشت این ورقه پرده ای ا ز جنس سرب سولفید (s) قراردارد که وقتی پروتون ها به آن برخورد می‌کنند، جرقه هایی از نور تولید می شود .
رادرفورد نتیجه گرفت که یک ذره ی آلفا به هنگام برخورد با هسته های نیتروژن می تواند گاه و بی گاه یک ذره ی کوچک (یک پروتون) از هسته ی نیتروژن خارج کند . نتایج تجربی نشان داد که تقریبأ از هر یک میلیون ذره ی آلفا که از میان گاز عبور می کند، فقط یک پروتون تولید می شود .
کشف نوترون
در سال 1920 رادرفورد اظهار داشت که پروتون درون هسته ممکن است دارای یک الکترون باشد .در چنین صورتی این الکترون چنان محکم به آن بسته شده است که یک ذره ی خنثی ایجاد کرده است. رادرفورد حتی برای این ذره‌ی فرضی نام نوترون (به معنای خنثی) راپیشنهاد کرد . تحقیق در یافتن نوترون تا سال 1932 به دو دلیل نامؤفق ماند .اول آنکه دانشمندان نمی توانستند ماده ی طبیعی بیابند که گسیل کننده ی نوترون باشد و دیگر آنکه روش هایی که برای آشکارسازی ذرات اتمی به کار برده می شد ، همگی به آثار بار الکتریکی ذرات بستگی داشت.
در سال 1930 بث و بکر دریافتند که وقتی نمونه هایی از بور یا بریلیم با ذرات آلفا بمباران شوند، تابش هایی از آنها گسیل می شود که در آن وقت به نظر می رسید که از نوع پرتوهای گاما هستند زیرا این پرتوها فاقد بار الکتریکی بودند . فردریک ژولیو و ایرن کوری به بررسی جذب تابش مذکور در پارافین پرداختند(پارافین ماده ی غنی از هیدروژن است) . آنها دریافتند که تابش حاصل ا زبریلیم وقتی به پارافین برخورد می کند، تعداد بسیاری هسته ی هیدروژن (پروتون) از پارافین می راند .چادویک به مطالعه ی انرژی پروتون های رانده شده پرداخت و بر اساس قوانین پایستگی و اندازه حرکت در فیزیک کلاسیک ، این فرض را بنا نهاد که ماهیت تابش حاصل از بمباران بریلیم نوترونی است که بار صفر و جرم برابر یک دارد . به عبارت دیگر وقتی بریلیم با ذره ی آلفا بمباران شود ، واکنش هسته ای صورت می گیرد و نوترون تولید می‌شود:
وقتی نوترون ها به درون پارافین راه می یابند، گاه و بی گاه با هسته های هیدروژن برخوردهای رودرو پیدا می کنند و به دلیل یونشی که ایجاد می کنند پروتون هایی پس زده مشاهده می شود . چنین نوترون هایی بنا به فرض چادویک به علت آنکه بار الکتریکی ندارند می توانند در اجزای ماده ی متراکمی همچون سرب نفوذ کنند بدون آنکه انرژی خود را از دست بدهند .
از سال 1932 به بعد درباره ی خواص و برهم کنش بین نوترون ها و اتم ها پژوهش های بسیاری به عمل آمده و شاخه ای به نام فیزیک نوترونی بوجود آمد . فیزیک نوترونی با تولید نوترون ها ، آشکارسازی آنها و برهم کنش آنها با هسته های اتمی و با ماده ی توده ای سروکار دارد .این پژوهش ها در میان پژوهش های دیگر به کشف شکافت هسته ای انجامید .
مدل اتمی بور
مدل اتم هسته دار رادرفورد که در توضیح پدیده های پراکندگی مؤفق بود ، بسیاری پرسش های تازه مطرح کرد. ا زجمله آنکه آرایش الکترون ها در اطراف هسته چگونه است ؟ اگر اتم مرکب از هسته ای با بار مثبت است و شماری از الکترون ها با بار منفی آنها را احاطه کرده است ، چه چیز مانع می شود که الکترون ها بر روی هسته سقوط نکنند ؟یک پاسخ ممکن به این پرسش آنست که اتم را می توان همچون یک منظومه ی سیاره ای دانست که الکترون ها در مدارهایی به دور هسته می گردند و به جای نیروی گرانش نیروی جاذبه ی الکتریکی میان هسته والکترون یک نیروی مرکزگرا ایجاد می کند که الکترون را در مدار خود نگه می دارد . اما یک مسئله ای جدی درباره ی پایداری اتم سیاره‌ای خودنمایی می کند. بنابر تئوری الکترومغناطیسی ماکسول یک ذره ی باردار وقتی شتاب پیدا کند، انرژی می تاباند .الکترونی که در مداری حول یک هسته حرکت می کند پیوسته بردار سرعت خود را تغییر می دهد و همواره به وسیله ی نیروی الکتریکی مرکز گرا شتاب می گیرد. بنابراین الکترون باید با گسیل تابش انرژی از دست بدهد .تحلیل دقیق تر الکترون نشان می دهد که الکترون باید به هسته نزدیک تر شود و طی مدتی بسیار کوتاه به هسته برسد. لذا بر مبنای فیزیک کلاسیک یک اتم سیاره ای بیش از کسر بسیار کوچکی از یک ثانیه پایدار نخواهد ماند. بور در سال های 1912 تا 1913 د رطی دست یافتن به تئوری دیگری که شامل ساختمان سیاره ای پایدار باشد و طیف های خطی ناپیوسته ی عنصرها را پیش گویی کند ، دو اصل موضوع جدید ارائه کرد:
1) برخلاف انتظاری که بر مبنای فیزیک کلاسیک داریم یک منظومه ی اتمی می تواند دریکی از چند حالتی که درآنها هیچ گونه نشر تابشی صورت نگیرد ، وجود داشته باشد حتی اگر ذرات باردار در آن اتم حرکت شتابدار داشته باشند . این حالت ها را حالت های مانای اتم می نامند .
2) هرگونه گسیل یا جذب تابش خواه به صورت نور مرئی یا دیگر تابش های الکترومغناطیسی با یک انتقال ناگهانی میان دو حالت مانا همراه است . تابش گسیل یافته یا جذب شده در یک عمل انتقال دارای فرکانس f است که با رابطه ی (1) hf = Ei - Ef معین می شود ( Eiو Ef به ترتیب انرژی اتم د رحالت های مانای آغازی و پایانی است ) .
تئوری کوانتومی با این اندیشه ی پلانک که نور گسیل یافته از اتم ها فقط بر حسب مقادیر معینی از انرژی است، آغاز شد و با این اندیشه ی اینشتین که سیر نور فقط به صورت بسته های معینی از انرزی است ادامه یافت و سرانجام با این اندیشه ی بور که اتم ها فقط در حالت های انرژی معینی وجود دارند ، گسترش بیشتری پیدا کرد .
طبق نظریه ی بور شعاع های مدارهای ممکن عبارت است از: (2) که در آن a یک مقدار ثابت m 11-10 ×3/5 است و n نماینده ی هر عدد صحیح 1، 2 ، 3 ،..... است . د رفاصله ی بین شعاع های متفاوت شعاع های مجازی وجود ندارد .از آن جایی که از مدت ها قبل اندازه ی اتمی که با تفسیر مشخصات اندازه گیری شده گازها از طریق تئوری جنبشی m 11-10 ×5 به دست آمده بود این مقدار با پیش گویی شعاع اتم از روی معادله‌ی بور در صورتی که n کمترین مقدار یعنی 1 باشد به نحو عالی مطابقت دارد. لذا برای نخستین بار راهی برای فهم اندازه ی اتم هیدروژن خنثی و برانگیخته نشده یافته شده بود . اندازه ی هر اتم با اندازه ی دورترین مدار مجاز الکترون مطابقت دارد و این امر آنچنان که با قاعده ی کوانتش توصیف می شود به وسیله ی طبیعت توصیف شده است.
بور علاوه بر شعاع مدار مجاز توانست انرژی کل الکترون در مدار را حساب کند . نسبت دادن یک مقدار مطلق به انرژی پتانسیل هیچ معنایی ندارد . چون تغییر در انرژی معنای فیزیکی دارد می‌توان هر تراز مناسبی را صفر در نظر گرفت . برای الکترونی که در یک میدان الکتریکی در مداری می گردد. اگر انرژی حالت n = ∞ یعنی حالتی را که الکترون بسیار دور از هسته ( و بنابراین آزاد از هسته) است به عنوان تراز صفر انتخاب شود، محاسبه های ریاضی سادگی خاصی خواهند داشت. دراین صورت انرژی هر حالت دیگر یعنی En تفاوت آن با انرژی حالت آزاد است .اکنون می توان حالت‌های انرژی ممکن برای اتم هیدروژن را به صورت : (3) نوشت که در آن E1 انرژی کل اتم در زمانی است که الکترون در نخستین مدار باشد و برابر با ev 6/13 - است (مقدار منفی به معنای آنست که انرژی ev 6/13 کمتر از مقدار حالت آزاد E∞ است ) . این حالت را حالت پایه می نامند . در چنین حالتی الکترون محکم ترین پیوند را با هسته دارد . مقدار E2 یعنی انرژی نخستین حالت برانگیخته بالاتر از حالت پایه است : ev 4/3 - =ev( 6/13 –) (22 /1 )= E2
یعنی فقط ev 4/3 کمتر از حالت آزاد است . بنابراین در مدارهای بالاتر میدان نیروی هسته به سرعت سقوط می کند و کار لازم برای خارج کردن الکترون از مدار بزرگتر بعدی ، کوچک و کوچکتر می شود و جهش ها در انرژی از یک تراز انرژی مجاز به دیگری کوچکتر و کوچکتر می شود .
معمولأ برجسته ترین مؤفقیت مدل بور را این می دانند که توانسته است برای توضیح تمامی خطوط نشری (وجذبی) در طیف هیدروژن به کار رود .وی توانست با استفاده از مدل خود فرمول بالمر را استخراج کند و آن را تو ضیح دهد .
بررسی طیف اتم هیدروژن
در سال 1885 یوهان یاکوب بالمر رابطه ی تجربی یافت که طول موج‌های خطوط شناخته شده در طیف هیدروژن را به صورت روبرو نشان می داد : (4)

b مقدار ثابتی است و بالمر آن را به طور تجربی برابر با m 9-10 ×56/364 معین کرد و n عددی صحیح است که برای هر خط تفاوت می کند n برای نخستین خط طیف نشری هیدروژن یعنی خط قرمز که Hα نامیده می شود برابر 3 ، برای خط سبز یا Hβ برابر 4 ، برای خط آبی یا Hγ برابر 5 و بالاخره برای خط بنفش یا Hδ برابر 6 است . شکل مفیدتر فرمول بالمر عبارت است از :
(5)
RH مقدار ثابتی است و برابر است که به افتخار یوهانس ریدبرگ متخصص طیف سنجی ثابت ریدبرگ برای هیدروژن نامیده شد.
با توجه به مدل بور اگر nf عدد کوانتومی حالت نهایی و ni عدد کوانتومی حالت آغازی باشد در اینصورت :Ei = 1/ni2 E1 و Ef = 1/nf2 E1 می باشد. لذا فرکانس تابش گسیل یافته یا جذب شده به هنگامی که اتم از حالت آغازی به حالت پایانی می رود با معادله ی (6) معین می شود :
(6)
اگر بجای فرکانس ازطول موج (همانند فرمول بالمر)استفاده شود رابطه (6) خواهد شد :
(7)

با مقایسه ی فرمول بالمر مشخص می شود که فرمول 7 همان رابطه ی بالمر است به شرط آنکه و2= nf باشد . مقدار ثابت ریدبرگ با رابطه ی در توافقی عالی بود ولذا مشخص می‌شدکه می‌توان مقدار ثابت ریدبرگ را با استفاده از ثابت های شناخته شده ای چون جرم ،بارالکترون ، ثابت پلانک و سرعت نور محاسبه کرد . اکنون می توان فرمول تجربی قدیمی برای خط های Hα ، Hβ و ... از سری بالمر را با اصطلاحات فیزیکی مشخص کرد . به عنوان مثال فوتون هایی که فرکانس یا طول موج های Hα رادارند، هنگامی گسیل می شوند که الکترون های اتم های گاز هیدروژن از حالت 3= n به حالت 2=n جهش کنند . خط Hβ منطبق با جهش از 4=n به 2= n و همینطور .....
زمانی که تئوری بور در سال 1913 مطرح شد خطوط نشری برای هیدروژن در سری بالمر و سری پاشن (انتقال از حالت های آغازی گوناگون به حالت پایانی 3= nf ) به طور قطعی معلوم شده بودند . بنا به پیش بینی بالمر و تأیید بور سری های دیگر لیمان دربخش فرابنفش (جهش به 1=nf ) در سال 1922 و سری پفوند (جهش به5=nf ) در سال 1924 مشخص شد . در هر سری معلوم شد که فرکانس ها ی اندازه گیری شده ی خطوط ، همان هایی هستند که از تئوری بور برمی آمد . 





فروشگاه اینترنتی ایران آرنا