અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો. સાપેક્ષ લંબાઈનું સંકોચન

· એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ · રેડિયોસ્પેક્ટ્રોસ્કોપી ·

અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર - ભૌતિકશાસ્ત્રની એક શાખા જે અણુઓની રચના અને ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરે છે. અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રનો ઉદ્દભવ થયો XIX ના અંતમાં- 20મી સદીની શરૂઆતમાં એવા પ્રયોગોના પરિણામે કે અણુ એ સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લિયસ અને નકારાત્મક ચાર્જવાળા ઇલેક્ટ્રોનની સિસ્ટમ છે અને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની રચનાના સંદર્ભમાં વિકસાવવામાં આવી હતી, જેણે અણુની રચના સમજાવી હતી. અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં અણુ ન્યુક્લિયસની રચનાનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.

સામાન્ય માહિતી [ | ]

આધુનિક અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર ક્વોન્ટમ યાંત્રિક સિદ્ધાંત પર આધારિત છે, જે વર્ણવે છે ભૌતિક ઘટનાઅણુ-પરમાણુ સ્તરે. અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર અણુને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ ન્યુક્લિયસ અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ ઇલેક્ટ્રોનની સિસ્ટમ તરીકે માને છે. આ સિસ્ટમના ગુણધર્મો અને તેમાં બનતી પ્રાથમિક પ્રક્રિયાઓ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર અને કણ ભૌતિકશાસ્ત્રથી વિપરીત, જ્યાં મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા મૂળભૂત ભૂમિકા ભજવે છે.

વાર્તા [ | ]

અણુનું ગ્રહ મોડેલ

નાનાના અસ્તિત્વનો વિચાર અવિભાજ્ય કણો- અણુઓ, સૌપ્રથમ પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફો લ્યુસિપસ, ડેમોક્રિટસ અને એપીક્યુરસ દ્વારા ઘડવામાં આવ્યા હતા. 17મી સદીમાં, આ વિચાર ફ્રેન્ચ ફિલસૂફો પી. ગેસેન્ડી અને આર. ડેસકાર્ટેસ અને અંગ્રેજી રસાયણશાસ્ત્રી આર. બોયલના કાર્યોમાં ચાલુ રાખવામાં આવ્યો હતો. આ સમયગાળાના અણુવાદને બદલે અણુઓ વિશેના વિચારો સ્થાયી, અવિભાજ્ય કણો જેવા હતા, વિવિધ કદ અને આકારના, રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો, જેનાં સંયોજનમાંથી બધા સમાવે છે ભૌતિક સંસ્થાઓ. આઇ. ન્યૂટન અને એમ. વી. લોમોનોસોવના કાર્યોમાં, અણુઓને વધુ સંયોજિત કરવાની શક્યતા વિશે ધારણાઓ બનાવવામાં આવી હતી. જટિલ રચનાઓ- કોર્પસકલ્સ.

મુખ્ય લક્ષ્યોઅણુ ભૌતિકશાસ્ત્રના ઇતિહાસમાં અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી જે.જે. થોમસન દ્વારા 1897 માં ઇલેક્ટ્રોનની શોધ અને ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિકો એમ. સ્કોલોડોસ્કા-ક્યુરી અને પી. ક્યુરી દ્વારા કિરણોત્સર્ગી સડો, તેઓએ અણુના વિચારને એક સિસ્ટમ તરીકે બદલી નાખ્યો. ડચ ભૌતિકશાસ્ત્રી એચ. લોરેન્ત્ઝના સિદ્ધાંત અનુસાર ચાર્જ કરેલા કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. આ અભ્યાસોના આધારે, થોમસને 1903માં સકારાત્મક ચાર્જ સાથેના ગોળાના રૂપમાં અણુનું એક મોડેલ પ્રસ્તાવિત કર્યું હતું, જે નકારાત્મક ચાર્જ સાથે નાના કણો - ઇલેક્ટ્રોન સાથે છેદાય છે, જે અણુના આકર્ષક બળની સમાનતાને કારણે અણુમાં રાખવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોનના પરસ્પર વિકારના દળો માટે હકારાત્મક ચાર્જ. એફ. સોડી દ્વારા કિરણોત્સર્ગીતાના વધુ અભ્યાસથી આઇસોટોપ્સની શોધ થઈ, જેનાથી નાશ વૈજ્ઞાનિક વિચારોએક રાસાયણિક તત્વના તમામ અણુઓની સંપૂર્ણ ઓળખ વિશે. મહત્વની ભૂમિકાએ.જી. સ્ટોલેટોવના ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરના અભ્યાસ અને એ. આઈન્સ્ટાઈનની આ ઘટના અંગે વધુ સમજૂતીએ પણ ભૂમિકા ભજવી હતી.

અણુના ગ્રહોના મોડેલમાં અસંખ્ય ગેરફાયદા હતા, જેમાંથી સૌથી નોંધપાત્ર ઇલેક્ટ્રોનની સૈદ્ધાંતિક રીતે યોગ્ય ઊર્જાના નુકશાન સાથે સંકળાયેલું હતું: કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન અણુની આસપાસ ફરે છે, તેથી તે પ્રભાવિત થાય છે કેન્દ્રિય પ્રવેગક, અને લાર્મોરના સૂત્ર મુજબ, પ્રવેગક સાથે ફરતા કોઈપણ ચાર્જ કણ ઊર્જા ઉત્સર્જન કરે છે. જો ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા ગુમાવે છે, તો તે આખરે ન્યુક્લિયસમાં આવવું જોઈએ, જે વાસ્તવિકતામાં થતું નથી. જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી દ્વારા શોધાયેલ અણુ વિશેના સંપૂર્ણપણે નવા વિચારોની સ્થિતિથી જ અણુ મોડેલનું શુદ્ધિકરણ શક્ય બન્યું.

અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર

ભૌતિકશાસ્ત્રની એક શાખા જે અણુઓની રચના અને સ્થિતિનો અભ્યાસ કરે છે. એ.એફ. 19મીના અંતમાં - 20મી સદીની શરૂઆતમાં ઉભરી. 10 ના દાયકામાં. 20મી સદી એવું જાણવા મળ્યું કે અણુમાં ન્યુક્લિયસ અને વિદ્યુત દળો દ્વારા જોડાયેલા ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. તેના વિકાસના પ્રથમ તબક્કે, એ. એફ. અણુ ન્યુક્લિયસના બંધારણને લગતા મુદ્દાઓને પણ આવરી લીધા. 30 ના દાયકામાં તે બહાર આવ્યું છે કે અણુ ન્યુક્લિયસમાં થતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિ અણુના બાહ્ય શેલ કરતાં અને 40 ના દાયકામાં અલગ છે. ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ વિજ્ઞાનનું સ્વતંત્ર ક્ષેત્ર બની ગયું. 50 ના દાયકામાં ભૌતિકશાસ્ત્ર તેમાંથી બહાર નીકળ્યું પ્રાથમિક કણો, અથવા ઉચ્ચ ઊર્જા ભૌતિકશાસ્ત્ર.

અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રનો પ્રાગૈતિહાસિક: 17મી-19મી સદીમાં અણુઓનો સિદ્ધાંત.પદાર્થના અવિભાજ્ય કણો તરીકે અણુઓના અસ્તિત્વનો વિચાર પ્રાચીન સમયમાં ઉદ્ભવ્યો; અણુવાદના વિચારો પ્રથમ વ્યક્ત કરવામાં આવ્યા હતા પ્રાચીન ગ્રીક વિચારકોડેમોક્રિટસ અને એપીક્યુરસ. 17મી સદીમાં તેઓ ફ્રેન્ચ ફિલસૂફ પી. ગેસેન્ડી અને અંગ્રેજી રસાયણશાસ્ત્રી આર. બોયલ દ્વારા પુનર્જીવિત થયા હતા.

17મી અને 18મી સદીમાં પ્રચલિત અણુઓ વિશેના વિચારો ખરાબ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા હતા. અણુઓને સંપૂર્ણપણે અવિભાજ્ય અને અપરિવર્તનશીલ ઘન કણો માનવામાં આવતા હતા, જેનાં વિવિધ પ્રકારો કદ અને આકારમાં એકબીજાથી અલગ પડે છે. એક અથવા બીજા ક્રમમાં અણુઓના સંયોજનો વિવિધ સંસ્થાઓ બનાવે છે; આઇ. ન્યૂટન, એમ. વી. લોમોનોસોવ અને કેટલાક અન્ય વૈજ્ઞાનિકો માનતા હતા કે અણુઓ વધુ જટિલ કણો - "કોર્પસકલ્સ" માં એકસાથે વળગી શકે છે. જો કે, અમુક રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો અણુઓને આભારી ન હતા. અણુવાદ હજુ પણ અમૂર્ત, કુદરતી-દાર્શનિક પાત્ર ધરાવે છે.

18મીના અંતમાં - 19મી સદીની શરૂઆતમાં. રસાયણશાસ્ત્રના ઝડપી વિકાસના પરિણામે, માત્રાત્મક વિકાસ માટેનો આધાર બનાવવામાં આવ્યો હતો અણુ સિદ્ધાંત. અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિક જે. ડાલ્ટન પ્રથમ (1803) હતા જેમણે અણુને રાસાયણિક તત્વનો સૌથી નાનો કણ ગણ્યો હતો, જે તેના દળના અન્ય તત્વોના અણુઓથી અલગ હતો. ડાલ્ટનના મતે, અણુની મુખ્ય લાક્ષણિકતા તેનું અણુ સમૂહ છે. રાસાયણિક સંયોજનો એ "સંયોજિત અણુઓ" નો સંગ્રહ છે જેમાં ચોક્કસ (આપેલ જટિલ પદાર્થ માટે લાક્ષણિકતા) દરેક તત્વના અણુઓની સંખ્યા હોય છે. બધા રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનવા જટિલ કણોમાં માત્ર અણુઓની પુન: ગોઠવણી છે. આ જોગવાઈઓના આધારે, ડાલ્ટને તેનો બહુવિધ ગુણોત્તરનો કાયદો ઘડ્યો (જુઓ બહુવિધ ગુણોત્તરનો કાયદો). ઇટાલિયન વૈજ્ઞાનિકો એ. એવોગાડ્રો (1811) અને ખાસ કરીને એસ. કેનિઝારો (1858)ના અભ્યાસોએ અણુ અને પરમાણુ વચ્ચે સ્પષ્ટ રેખા દોરી હતી. 19મી સદીમાં અણુઓના રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે, તેમના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. તે જાણવા મળ્યું હતું કે દરેક તત્વ એક લાક્ષણિકતા ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રમ ધરાવે છે; ખુલ્લું હતું સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ(જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જી. કિર્ચહોફ અને આર. બન્સેન, 1860).

આમ, અણુ ગુણાત્મક રીતે દેખાયો એક પ્રકારનો કણસખત રીતે વ્યાખ્યાયિત ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ પદાર્થ. પરંતુ અણુના ગુણધર્મોને શાશ્વત અને સમજાવી ન શકાય તેવું માનવામાં આવતું હતું. એવું માનવામાં આવતું હતું કે અણુઓની સંખ્યા (રાસાયણિક તત્વો) રેન્ડમ છે અને તેમની વચ્ચે કોઈ જોડાણ નથી. જો કે, ધીમે ધીમે તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે એવા તત્વોના જૂથો છે જે સમાન રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવે છે - સમાન મહત્તમ વેલેન્સી, અને ભૌતિક ગુણધર્મોના પરિવર્તનના સમાન નિયમો (જ્યારે એક જૂથમાંથી બીજામાં જતા હોય છે) - ગલનબિંદુ, સંકોચનક્ષમતા, વગેરે. 1869, ડી.આઈ. મેન્ડેલીવે શોધ કરી સામયિક કોષ્ટકતત્વો (તત્વોનું સામયિક કોષ્ટક જુઓ). તેમણે બતાવ્યું કે તત્વોના અણુ સમૂહમાં વધારો થતાં તેમના રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો સમયાંતરે પુનરાવર્તિત થાય છે ( ચોખા 1 અને 2 ).

સામયિક કોષ્ટક વચ્ચેના જોડાણનું અસ્તિત્વ સાબિત કરે છે વિવિધ પ્રકારોઅણુ નિષ્કર્ષ એ હતો કે અણુ એક જટિલ માળખું ધરાવે છે જે બદલાય છે અણુ સમૂહ. રસાયણશાસ્ત્ર અને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં અણુની રચનાને જાહેર કરવાની સમસ્યા સૌથી મહત્વપૂર્ણ બની ગઈ છે (વધુ વિગતો માટે, અણુવાદ જુઓ).

અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રનો ઉદભવ.વિજ્ઞાનની સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઘટનાઓ, જેમાંથી ભૌતિકશાસ્ત્રની શરૂઆત થઈ, તે ઇલેક્ટ્રોન અને રેડિયોએક્ટિવિટીની શોધ હતી. અત્યંત દુર્લભ વાયુઓ દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહના માર્ગનો અભ્યાસ કરતી વખતે, કિરણો શોધી કાઢવામાં આવ્યા હતા જે ડિસ્ચાર્જ ટ્યુબ (કેથોડ કિરણો) ના કેથોડ દ્વારા ઉત્સર્જિત થયા હતા અને ત્રાંસી ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોમાં વિચલિત થવાની મિલકત ધરાવતા હતા. તે બહાર આવ્યું છે કે આ કિરણોમાં ઇલેક્ટ્રોન નામના ઝડપી ગતિશીલ નકારાત્મક ચાર્જ કણોનો સમાવેશ થાય છે. 1897 માં, અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી જે.જે. થોમસને ચાર્જ રેશિયો માપ્યો ઇઆ કણો તેમના સમૂહ સુધી mએવું પણ જાણવા મળ્યું છે કે ધાતુઓ, જ્યારે તીવ્ર રીતે ગરમ થાય છે અથવા ટૂંકા તરંગલંબાઇના પ્રકાશથી પ્રકાશિત થાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન કરે છે (જુઓ થર્મિઓનિક ઉત્સર્જન, ફોટોઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન). આના પરથી એવું તારણ કાઢવામાં આવ્યું કે ઇલેક્ટ્રોન કોઈપણ અણુનો ભાગ છે. અહીંથી તે વધુ અનુસર્યું કે તટસ્થ અણુઓમાં પણ સકારાત્મક ચાર્જ કણો હોવા જોઈએ. સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા અણુઓ - આયનો - વાસ્તવમાં દુર્લભ વાયુઓમાં વિદ્યુત વિસર્જનના અભ્યાસ દરમિયાન મળી આવ્યા હતા. ડચ ભૌતિકશાસ્ત્રી એચ. લોરેન્ટ્ઝના સિદ્ધાંત મુજબ, ચાર્જ્ડ કણોની સિસ્ટમ તરીકે અણુનો વિચાર સમજાવવામાં આવ્યો હતો. , અણુ ઉત્સર્જિત પ્રકાશની ખૂબ જ શક્યતા ( ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો): ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન ત્યારે થાય છે જ્યારે ઇન્ટ્રા-એટોમિક ચાર્જ ઓસીલેટ થાય છે; આ ક્રિયા સંશોધનમાં પુષ્ટિ મળી હતી ચુંબકીય ક્ષેત્રપર અણુ સ્પેક્ટ્રા(જુઓ ઝીમન ઘટના). તે બહાર આવ્યું છે કે અંદર ચાર્જ રેશિયો અણુ ઇલેક્ટ્રોનતેમના સમૂહ માટે e/m,લોરેન્ત્ઝ દ્વારા તેમના ઝીમેન ઘટનાના સિદ્ધાંતમાં જોવા મળેલ મૂલ્ય બરાબર છે e/mમફત ઇલેક્ટ્રોન માટે, થોમસનના પ્રયોગોમાં મેળવેલ. ઇલેક્ટ્રોન સિદ્ધાંત અને તેના પ્રાયોગિક પુષ્ટિઅણુની જટિલતાના નિર્વિવાદ પુરાવા પ્રદાન કરે છે.

અણુની અવિભાજ્યતા અને અવિભાજ્યતાના વિચારને અંતે ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિકો એમ. સ્કોલોડોવસ્કા-ક્યુરી (જુઓ સ્કોલોડોવસ્કા-ક્યુરી) અને પી. ક્યુરી (ક્યુરી-સ્કલોડોસ્કા જુઓ)ના કાર્યો દ્વારા રદિયો આપવામાં આવ્યો હતો. . રેડિયોએક્ટિવિટીના અભ્યાસના પરિણામે, તે સ્થાપિત થયું હતું (એફ. સોડી) , કે અણુઓ બે પ્રકારના પરિવર્તનોમાંથી પસાર થાય છે. આલ્ફા કણ (2 ના હકારાત્મક ચાર્જ સાથે હિલીયમ આયન) ઉત્સર્જિત કર્યા પછી ઇ), કિરણોત્સર્ગી રાસાયણિક તત્વનો અણુ સામયિક કોષ્ટક 2 કોષોમાં ડાબી બાજુએ સ્થિત અન્ય તત્વના અણુમાં ફેરવાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, પોલોનિયમ અણુ લીડ અણુમાં ફેરવાય છે. નકારાત્મક ચાર્જ સાથે બીટા કણ (ઇલેક્ટ્રોન) ઉત્સર્જન કરીને - e,કિરણોત્સર્ગી રાસાયણિક તત્વનો અણુ જમણી બાજુએ 1 કોષ સ્થિત તત્વના અણુમાં ફેરવાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, બિસ્મથ અણુ પોલોનિયમ અણુમાં ફેરવાય છે. આવા પરિવર્તનના પરિણામે બનેલા અણુનું દળ ક્યારેક તત્વના અણુ વજનથી અલગ હોવાનું બહાર આવ્યું છે કે જેના કોષમાં તે પડ્યો હતો. આનાથી તે સમાન રાસાયણિક તત્વના અણુઓની જાતોના અસ્તિત્વને અનુસરે છે વિવિધ સમૂહ; આ જાતોને પાછળથી આઇસોટોપ્સ કહેવામાં આવી (એટલે ​​કે, સામયિક કોષ્ટકમાં સમાન સ્થાન ધરાવે છે). તેથી, આપેલ રાસાયણિક તત્વના તમામ અણુઓની સંપૂર્ણ ઓળખનો વિચાર ખોટો હોવાનું બહાર આવ્યું.

ઇલેક્ટ્રોન અને કિરણોત્સર્ગીતાના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવાના પરિણામોએ અણુના વિશિષ્ટ મોડેલો બનાવવાનું શક્ય બનાવ્યું. 1903 માં થોમસન દ્વારા પ્રસ્તાવિત મોડેલમાં, અણુને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા ગોળા તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, જેમાં નાના (અણુની તુલનામાં) નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોન ( ચોખા 3 ).

તેઓ એ હકીકતને કારણે અણુમાં રાખવામાં આવે છે કે તેમના વિતરિત હકારાત્મક ચાર્જના આકર્ષક દળો તેમના પરસ્પર પ્રતિકૂળ દળો દ્વારા સંતુલિત છે. થોમસન મોડેલે અણુ દ્વારા પ્રકાશના ઉત્સર્જન, છૂટાછવાયા અને શોષણની શક્યતા માટે જાણીતું સમજૂતી પ્રદાન કરી હતી. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન સંતુલન સ્થિતિમાંથી વિસ્થાપિત થાય છે, ત્યારે "સ્થિતિસ્થાપક" બળ ઉત્પન્ન થાય છે, જે સંતુલન પુનઃસ્થાપિત કરે છે; આ બળ એમાંથી ઇલેક્ટ્રોનના વિસ્થાપન માટે પ્રમાણસર છે સંતુલન સ્થિતિઅને તેથી દ્વિધ્રુવ ક્ષણ (દ્વિધ્રુવ ક્ષણ જુઓ) અણુ ઘટના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના વિદ્યુત દળોના પ્રભાવ હેઠળ, અણુમાં ઇલેક્ટ્રોન સમાન આવર્તન સાથે ઓસીલેટ થાય છે વિદ્યુત તીવ્રતાપ્રકાશ તરંગમાં; ઓસીલેટીંગ ઇલેક્ટ્રોન, બદલામાં, સમાન આવર્તનનો પ્રકાશ બહાર કાઢે છે. આ રીતે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો પદાર્થના અણુઓ દ્વારા વેરવિખેર થાય છે. પદાર્થની જાડાઈમાં પ્રકાશ બીમના એટેન્યુએશનની ડિગ્રી દ્વારા, તમે શોધી શકો છો કુલ સંખ્યાવિખેરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન, અને એકમ વોલ્યુમ દીઠ અણુઓની સંખ્યા જાણીને, તમે દરેક અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા નક્કી કરી શકો છો.

રધરફોર્ડ દ્વારા સર્જન ગ્રહોનું મોડેલઅણુથોમસનનું અણુનું મોડેલ અસંતોષકારક બહાર આવ્યું. તેના આધારે, અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી ઇ. રધરફોર્ડ અને તેના સહયોગીઓ એચ. ગીગર અને ઇ. માર્સડેનના અણુઓ દ્વારા આલ્ફા કણોના વેરવિખેર પરના પ્રયોગોના સંપૂર્ણ અણધાર્યા પરિણામને સમજાવવું શક્ય ન હતું. આ પ્રયોગોમાં, ઝડપી α કણોનો ઉપયોગ અણુઓની સીધી તપાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. દ્રવ્યમાંથી પસાર થતાં, આલ્ફા કણો અણુઓ સાથે અથડાય છે. દરેક અથડામણ સાથે, એક α-કણ, અણુના વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા ઉડતી, ચળવળની દિશા બદલી નાખે છે - છૂટાછવાયા અનુભવો. મોટાભાગની સ્કેટરિંગ ઘટનાઓમાં, α-કણો (સ્કેટરિંગ એંગલ) ના વિચલનો ખૂબ નાના હતા. તેથી, જ્યારે α-કણોનો બીમ પદાર્થના પાતળા સ્તરમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે બીમમાં થોડો અસ્પષ્ટતા જોવા મળે છે. જો કે, α કણોનો ખૂબ જ નાનો અંશ 90° કરતા વધારે ખૂણા પર વિચલિત થયો હતો. આ પરિણામ થોમસનના મોડેલના આધારે સમજાવી શકાયું નથી, કારણ કે "નક્કર" અણુમાંનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર એટલુ મજબૂત નથી કે તે ઝડપી અને મોટા α કણને મોટા કોણ દ્વારા વિચલિત કરી શકે. α કણોના છૂટાછવાયા પરના પ્રયોગોના પરિણામો સમજાવવા માટે, રધરફોર્ડે સિદ્ધાંતમાં પ્રસ્તાવ મૂક્યો નવું મોડલઅણુ, બંધારણમાં યાદ અપાવે છે સૌર સિસ્ટમઅને ગ્રહ કહેવાય છે. તે આના જેવું દેખાય છે: અણુના કેન્દ્રમાં હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લિયસ છે, જેનાં પરિમાણો (અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર 10 -12 સેમી) એ અણુના કદની તુલનામાં ખૂબ જ નાના છે (અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર 10 -8 સેમી), અને દળ લગભગ અણુના દળ જેટલું છે. ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે, જેમ કે સૂર્યની આસપાસના ગ્રહો; ચાર્જ વગરના (તટસ્થ) અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા તેમના કુલ જેટલી હોય છે નકારાત્મક ચાર્જવળતર આપે છે (તટસ્થ કરે છે) હકારાત્મક ચાર્જકર્નલો ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરવું જોઈએ, અન્યથા તેઓ ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવ હેઠળ તેના પર પડી જશે. અણુ અને વચ્ચેનો તફાવત ગ્રહોની સિસ્ટમએ હકીકતમાં સમાવે છે કે બાદમાં ગુરુત્વાકર્ષણ દળો છે, અને અણુમાં - ઇલેક્ટ્રિક (કુલોમ્બ) દળો. ન્યુક્લિયસની નજીક, જેને પોઈન્ટ પોઝીટીવ ચાર્જ તરીકે ગણી શકાય, ત્યાં ખૂબ જ મજબૂત વિદ્યુત ક્ષેત્ર છે. તેથી, ન્યુક્લિયસની નજીક ઉડતી વખતે, હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ α-કણો (હિલીયમ ન્યુક્લી) મજબૂત વિચલનનો અનુભવ કરે છે (જુઓ. ચોખા 4 ). પાછળથી તે જાણવા મળ્યું (જી. મોસેલી) કે ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ એક રાસાયણિક તત્વથી બીજામાં ચાર્જના પ્રાથમિક એકમ દ્વારા વધે છે, ચાર્જ સમાનઇલેક્ટ્રોન (પરંતુ સાથે સકારાત્મક સંકેત). આંકડાકીય રીતે, અણુના ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ, પ્રાથમિક ચાર્જ eના એકમોમાં દર્શાવવામાં આવે છે, તે બરાબર છે સીરીયલ નંબરસામયિક કોષ્ટકમાં અનુરૂપ તત્વ.

ગ્રહોના મોડલને ચકાસવા માટે, રધરફોર્ડ અને તેના સહયોગી ચાર્લ્સ ડાર્વિનએ બિંદુ ન્યુક્લિયસ - કેન્દ્ર દ્વારા વિખેરાયેલા α કણોના કોણીય વિતરણની ગણતરી કરી. કુલોમ્બ દળો. પ્રાપ્ત પરિણામ પ્રાયોગિક રીતે ચકાસવામાં આવ્યું હતું - નીચે વિખરાયેલા α-કણોની સંખ્યાને માપીને વિવિધ ખૂણા. પ્રયોગના પરિણામો સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ સાથે બરાબર એકરૂપ હતા, ત્યાંથી અણુના રુધરફોર્ડના ગ્રહોના મોડેલની તેજસ્વી પુષ્ટિ થાય છે.

જો કે, અણુના ગ્રહોના મોડેલને મૂળભૂત મુશ્કેલીઓનો સામનો કરવો પડ્યો. ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ અનુસાર, પ્રવેગક સાથે ગતિશીલ ચાર્જ થયેલ કણ સતત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરે છે. તેથી, ઇલેક્ટ્રોન, ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરતા, એટલે કે, પ્રવેગક, રેડિયેશન દ્વારા સતત ઊર્જા ગુમાવવી પડશે. પરંતુ તે જ સમયે તેઓ માટે છે એક નજીવો શેરસેકન્ડ તેમની તમામ ગતિ ઊર્જા ગુમાવશે અને કોર પર પડી જશે. બીજી મુશ્કેલી, જે રેડિયેશન સાથે પણ સંકળાયેલી હતી, તે નીચેની હતી: જો આપણે ધારીએ (શાસ્ત્રીય ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ અનુસાર) કે ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશની આવર્તન એ અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનના ઓસિલેશનની આવર્તન સમાન છે (એટલે ​​​​કે, સંખ્યા તે તેની ભ્રમણકક્ષામાં એક સેકન્ડમાં ક્રાંતિ કરે છે) અથવા તેની બહુવિધ હોય છે, પછી ઉત્સર્જિત પ્રકાશ, જેમ જેમ ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની નજીક આવે છે, તેણે તેની આવર્તન સતત બદલવી જોઈએ, અને તેના દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશનો સ્પેક્ટ્રમ સતત હોવો જોઈએ. પરંતુ આ અનુભવનો વિરોધાભાસ કરે છે. અણુ બહાર કાઢે છે પ્રકાશ તરંગોઆપેલ રાસાયણિક તત્વ માટે લાક્ષણિક રીતે સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત ફ્રીક્વન્સીઝ, અને વ્યક્તિગત સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓ - એક રેખા સ્પેક્ટ્રમ ધરાવતા સ્પેક્ટ્રમ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તત્વોના લાઇન સ્પેક્ટ્રામાં પ્રાયોગિક રીતે સંખ્યાબંધ નિયમિતતાઓ સ્થાપિત કરવામાં આવી હતી, જેમાંથી સૌપ્રથમ હાઇડ્રોજનના સ્પેક્ટ્રમમાં સ્વિસ વૈજ્ઞાનિક આઇ. બાલ્મર (1885) દ્વારા શોધ કરવામાં આવી હતી. સૌથી વધુ સામાન્ય પેટર્ન- સંયોજન સિદ્ધાંત - ઑસ્ટ્રિયન વૈજ્ઞાનિક ડબલ્યુ. રિટ્ઝ (1908) દ્વારા મળી આવ્યો હતો. આ સિદ્ધાંત નીચે પ્રમાણે ઘડી શકાય છે: દરેક તત્વના અણુઓ માટે, સંખ્યાઓનો ક્રમ શોધી શકાય છે. ટી 1 ,ટી 2 ,ટી 3,... - કહેવાતા વર્ણપટના શબ્દો જેમ કે આવર્તન વિઆપેલ તત્વની દરેક વર્ણપટ રેખા બે શબ્દોના તફાવત તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે: વિ = ટી k - ટી i . હાઇડ્રોજન અણુ માટે શબ્દ Tn = R/n 2,જ્યાં n-પૂર્ણાંક લેવાનું મૂલ્ય n= 1, 2, 3,..., a આર-કહેવાતા રાયડબર્ગ કોન્સ્ટન્ટ (રાયડબર્ગ કોન્સ્ટન્ટ જુઓ).

આમ, અણુના રધરફર્ડના મોડેલના માળખામાં, કિરણોત્સર્ગના સંદર્ભમાં અણુની સ્થિરતા અને તેના રેડિયેશનના રેખા સ્પેક્ટ્રાને સમજાવી શકાયું નથી. તેના આધારે, ન તો થર્મલ રેડિયેશનના નિયમો અને ન તો પ્રકાશવિદ્યુત ઘટનાના નિયમો કે જે જ્યારે રેડિયેશન પદાર્થ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે ત્યારે ઉદ્ભવે છે તે સમજાવી શકાયું નથી. જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી એમ. પ્લાન્ક (1900) દ્વારા સૌપ્રથમ રજૂ કરાયેલા સંપૂર્ણપણે નવા ક્વોન્ટમ વિભાવનાઓના આધારે આ કાયદાઓને સમજાવવાનું શક્ય બન્યું. થર્મલ રેડિયેશનના સ્પેક્ટ્રમમાં ઉર્જા વિતરણનો કાયદો મેળવવા માટે - ગરમ પદાર્થોમાંથી રેડિયેશન - પ્લાન્કે સૂચવ્યું કે પદાર્થના અણુઓ અલગ ભાગોના સ્વરૂપમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જા (પ્રકાશ) ઉત્સર્જન કરે છે - પ્રકાશ ક્વોન્ટા, જેની ઊર્જા પ્રમાણસર છે. વિ(કિરણોત્સર્ગ આવર્તન): E = hv,જ્યાં h-સતત, લાક્ષણિકતા ક્વોન્ટમ થિયરીઅને પ્લાન્કનો કોન્સ્ટન્ટ કહેવાય છે (જુઓ પ્લાન્કનો કોન્સ્ટન્ટ). 1905 માં, એ. આઈન્સ્ટાઈને ફોટોઈલેક્ટ્રીક ઘટનાની ક્વોન્ટમ સમજૂતી આપી, જે મુજબ ક્વોન્ટમની ઊર્જા hvધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને ફાડવા માટે જાય છે - કાર્ય કાર્ય આર -અને તેને મેસેજ કરવા ગતિ ઊર્જા ટીસંબંધી hv = આર+ Tkin. તે જ સમયે, આઈન્સ્ટાઈને એક ખાસ પ્રકારના કણો તરીકે પ્રકાશ ક્વોન્ટાનો ખ્યાલ રજૂ કર્યો હતો; આ કણોને પછીથી ફોટોન કહેવામાં આવ્યા.

તે બહાર આવ્યું છે કે રૂથરફોર્ડના મોડેલના વિરોધાભાસને ફક્ત સંખ્યાબંધ પરંપરાગત વિચારોને છોડીને જ ઉકેલવું શક્ય હતું. શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર. અણુના સિદ્ધાંતના નિર્માણમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ પગલું ડેનિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી એન. બોહર (1913) દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું.

બોહરની ધારણા અને બોહરનું અણુ મોડેલ. બોહરે અણુના ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતનો આધાર બે ધારણાઓ પર મૂક્યો હતો જે અણુના તે ગુણધર્મોને દર્શાવે છે જે શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રના માળખામાં બંધબેસતા નથી. આ બોહર પોસ્ટ્યુલેટ્સ નીચે પ્રમાણે ઘડી શકાય છે:

1. અસ્તિત્વ સ્થિર અવસ્થાઓ. અણુ વિકિરણ કરતું નથી અને માત્ર અમુક સ્થિર (સમય-અપરિવર્તનશીલ) અવસ્થાઓમાં જ સ્થિર છે જે "મંજૂર" ઉર્જા મૂલ્યોની એક અલગ (અવિરત) શ્રેણીને અનુરૂપ છે. ઇ 1 , ઇ 2 , ઇ 3 , ઇ 4,... ઉર્જામાં કોઈપણ ફેરફાર એક સ્થિર અવસ્થામાંથી બીજી સ્થિતિમાં પરિમાણ (જમ્પ) સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલ છે.

2. રેડિયેશન ફ્રીક્વન્સીઝ માટેની સ્થિતિ (કિરણોત્સર્ગ સાથે ક્વોન્ટમ સંક્રમણો). જ્યારે ઊર્જા સાથે એક સ્થિર સ્થિતિમાંથી સંક્રમણ થાય છે ઇહું ઊર્જા સાથે બીજામાં ઇ k એક અણુ ચોક્કસ આવર્તનનો પ્રકાશ ઉત્સર્જન કરે છે અથવા શોષી લે છે વિરેડિયેશન ક્વોન્ટમ (ફોટન) ના સ્વરૂપમાં hv,ગુણોત્તર અનુસાર hv = ઇ i - ઇ k જ્યારે ઉત્સર્જિત થાય છે, ત્યારે અણુ ઉચ્ચ ઊર્જા સાથેની સ્થિતિમાંથી ખસે છે ઇઓછી ઉર્જા ધરાવતા રાજ્યમાં હું ઇ k , જ્યારે શોષાય છે, તેનાથી વિપરિત, ઓછી ઉર્જાવાળી સ્થિતિમાંથી ઇ k ઉચ્ચ ઉર્જા ધરાવતા રાજ્યમાં ઇ i

બોહરની ધારણાઓ તરત જ અમને સમજવા દે છે ભૌતિક અર્થરિટ્ઝ સંયોજન સિદ્ધાંત (ઉપર જુઓ); ગુણોત્તરની સરખામણી hv = ઇ i - ઇ k અને v = ટી k - ટી i બતાવે છે કે વર્ણપટની શરતો સ્થિર અવસ્થાઓને અનુરૂપ છે, અને બાદની ઉર્જા સમાન હોવી જોઈએ (અચલ પદ સુધી) ઇ i = - hT i , ઇ k = - hT k

જ્યારે પ્રકાશ ઉત્સર્જિત અથવા શોષાય છે, ત્યારે અણુની ઊર્જા બદલાય છે; અણુનું રેખા વર્ણપટ એ તેની ઊર્જાના સંભવિત મૂલ્યોની વિવેકબુદ્ધિનું પરિણામ છે.

અણુની ઊર્જાના અનુમતિપાત્ર મૂલ્યો નક્કી કરવા - તેની ઊર્જાનું પરિમાણ - અને અનુરૂપ સ્થિર અવસ્થાઓની લાક્ષણિકતાઓ શોધવા માટે, બોહરે ક્લાસિકલ (ન્યુટોનિયન) મિકેનિક્સનો ઉપયોગ કર્યો. બોહરે 1913માં લખ્યું હતું કે, "જો આપણે સામાન્ય રીતે સ્થિર અવસ્થાઓનું વિઝ્યુઅલ પ્રતિનિધિત્વ રચવા માંગીએ છીએ, તો અમારી પાસે ઓછામાં ઓછું અત્યારે, સામાન્ય મિકેનિક્સ સિવાય બીજું કોઈ સાધન નથી," બોહરે 1913માં લખ્યું હતું ("અણુઓના સ્પેક્ટ્રા અને બંધારણ પરના ત્રણ લેખ," એમ.- એલ., 1923, પૃષ્ઠ 22). સૌથી સરળ અણુ માટે - હાઇડ્રોજન અણુ, જેમાં ચાર્જ સાથે ન્યુક્લિયસ હોય છે + ઇ(પ્રોટોન) અને ચાર્જ સાથે ઇલેક્ટ્રોન - ઇ, બોહરે વર્તુળાકાર ભ્રમણકક્ષામાં ન્યુક્લિયસની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને ધ્યાનમાં લીધી. અણુની ઊર્જાની સરખામણી ઇસ્પેક્ટ્રલ શરતો સાથે Tn = R/n 2હાઇડ્રોજન અણુ માટે, તેની વર્ણપટ રેખાઓની ફ્રીક્વન્સીઝમાંથી ખૂબ જ ચોકસાઈ સાથે મળી, તેણે અણુની ઊર્જાના સંભવિત મૂલ્યો મેળવ્યા ઇ એન= -hT n = -hR/n 2(જ્યાં એન= 1, 2, 3,...). તેઓ ત્રિજ્યાની પરિપત્ર ભ્રમણકક્ષાને અનુરૂપ છે a n = a 0 n 2 ,જ્યાં a 0 = 0.53·10 -8 સેમી -બોહર ત્રિજ્યા - સૌથી નાની ગોળાકાર ભ્રમણકક્ષાની ત્રિજ્યા (એટ n= 1). બોહરે પરિભ્રમણ આવર્તનની ગણતરી કરી વિઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાના આધારે વર્તુળાકાર ભ્રમણકક્ષામાં ન્યુક્લિયસની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોન. તે બહાર આવ્યું છે કે અણુ દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશની આવર્તન ક્રાંતિ આવર્તન સાથે સુસંગત નથી. વિ n , ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ દ્વારા જરૂરી છે, અને સંબંધ અનુસાર પ્રમાણસર છે hv = ઇ i - ઇ k, બે સંભવિત ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જામાં તફાવત.

ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષાની આવર્તન અને કિરણોત્સર્ગ આવર્તન વચ્ચેનું જોડાણ શોધવા માટે, બોહરે એવી ધારણા કરી કે ક્વોન્ટમના પરિણામો અને શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંતોનીચા રેડિયેશન ફ્રીક્વન્સીઝ પર એકરૂપ થવું જોઈએ (લાંબી તરંગલંબાઇ માટે; આવો સંયોગ થર્મલ રેડિયેશન માટે થાય છે, જેના નિયમો પ્લાન્ક દ્વારા લેવામાં આવ્યા હતા). તેમણે મોટા માટે સમાન nસંક્રમણ આવર્તન વિ = (ઇ n+1 - ઇ n)/ hપરિભ્રમણની આવર્તન વિ n માહિતી સાથે ભ્રમણકક્ષામાં nઅને મૂલ્યની ગણતરી કરી રાયડબર્ગ સતત આર,જે મૂલ્ય સાથે મહાન ચોકસાઈ સાથે એકરુપ છે આર,અનુભવમાંથી મળી, જેણે બોહરની ધારણાની પુષ્ટિ કરી. બોહરે માત્ર હાઇડ્રોજનના સ્પેક્ટ્રમને સમજાવવા માટે જ નહીં, પણ ખાતરીપૂર્વક દર્શાવવા માટે પણ વ્યવસ્થાપિત કરી હતી કે હાઇડ્રોજનને આભારી કેટલીક વર્ણપટ રેખાઓ હિલિયમની છે. બોહરની ધારણા કે ક્વોન્ટમ અને શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંતોના પરિણામો ઓછા કિરણોત્સર્ગ ફ્રીક્વન્સીના મર્યાદિત કિસ્સામાં એકરૂપ હોવા જોઈએ તે કહેવાતા મૂળ સ્વરૂપને રજૂ કરે છે. પત્રવ્યવહારનો સિદ્ધાંત. ત્યારબાદ, બોહરે સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓની તીવ્રતા શોધવા માટે સફળતાપૂર્વક તેનો ઉપયોગ કર્યો. આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રના વિકાસે દર્શાવ્યું છે તેમ, પત્રવ્યવહાર સિદ્ધાંત ખૂબ સામાન્ય હોવાનું બહાર આવ્યું છે (જુઓ પત્રવ્યવહાર સિદ્ધાંત) .

બોહરના અણુ સિદ્ધાંતમાં, ઉર્જાનું પ્રમાણીકરણ, એટલે કે, તેના સંભવિત મૂલ્યો શોધવા, "મંજૂર" ભ્રમણકક્ષા શોધવાની સામાન્ય પદ્ધતિનો એક વિશેષ કેસ બન્યો. ક્વોન્ટમ થિયરી મુજબ, આવી ભ્રમણકક્ષાઓ માત્ર તે જ હોય ​​છે જેના માટે અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનનો કોણીય વેગ પૂર્ણાંક ગુણાંક સમાન હોય છે. h/2π.દરેક માન્ય ભ્રમણકક્ષા અણુની ઊર્જાના ચોક્કસ સંભવિત મૂલ્યને અનુરૂપ છે (જુઓ અણુ).

અણુના ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતની મુખ્ય જોગવાઈઓ - બોહરની 2 પોસ્ટ્યુલેટ્સ - પ્રાયોગિક રીતે વ્યાપકપણે પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી. ખાસ કરીને સ્પષ્ટ પુષ્ટિ જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જે. ફ્રેન્ક અને જી. હર્ટ્ઝ (1913-16) ના પ્રયોગો દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવી હતી. આ પ્રયોગોનો સાર આ છે. ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ, જેની ઉર્જા નિયંત્રિત કરી શકાય છે, પારાના વરાળ ધરાવતા જહાજમાં પ્રવેશ કરે છે. ઇલેક્ટ્રોનને ઊર્જા આપવામાં આવે છે, જે ધીમે ધીમે વધે છે. જેમ જેમ ઈલેક્ટ્રોન ઉર્જા વધે છે તેમ ગેલ્વેનોમીટરમાં વર્તમાન સાથે જોડાયેલ છે ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટ, વધે છે; જ્યારે ઈલેક્ટ્રોન ઉર્જા ચોક્કસ મૂલ્યો (4.9; 6.7; 10.4) જેટલી થાય છે ev), વર્તમાનમાં તીવ્ર ઘટાડો થાય છે ( ચોખા 5 ). તે જ સમયે, તે શોધી શકાય છે કે પારાની વરાળ ઉત્સર્જિત થાય છે અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોચોક્કસ આવર્તન.

પ્રસ્તુત તથ્યો ફક્ત એક અર્થઘટનની મંજૂરી આપે છે. જ્યારે ઈલેક્ટ્રોન ઉર્જા 4.9 કરતા ઓછી છે ev,પારાના અણુઓ સાથે અથડાતી વખતે ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા ગુમાવતા નથી - અથડામણ પ્રકૃતિમાં સ્થિતિસ્થાપક હોય છે. જ્યારે ઊર્જા ચોક્કસ મૂલ્યની બરાબર થાય છે, બરાબર 4.9 ev,ઇલેક્ટ્રોન તેમની ઊર્જાને પારાના અણુઓમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, જે પછી તેને અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશના ક્વોન્ટાના સ્વરૂપમાં ઉત્સર્જન કરે છે. ગણતરી બતાવે છે કે આ ફોટોનની ઉર્જા ઈલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે તેટલી બરાબર છે. આ પ્રયોગોએ સાબિત કર્યું કે અણુની આંતરિક ઉર્જા માત્ર ચોક્કસ અલગ મૂલ્યો ધરાવી શકે છે, કે અણુ બહારથી ઊર્જાને શોષી લે છે અને તેને તરત જ સંપૂર્ણ ક્વોન્ટામાં બહાર કાઢે છે, અને છેવટે, અણુ દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશની આવર્તન અનુલક્ષે છે. અણુ દ્વારા ખોવાયેલી ઊર્જા.

A. f નો વધુ વિકાસ. બોહરની ધારણાઓની માન્યતા માત્ર અણુઓ માટે જ નહીં, પણ અન્ય સૂક્ષ્મ પ્રણાલીઓ માટે પણ - પરમાણુઓ અને માટે અણુ ન્યુક્લી. આ ધારણાઓને નિશ્ચિતપણે સ્થાપિત પ્રાયોગિક તરીકે ગણવામાં આવે છે ક્વોન્ટમ કાયદા. તેઓ બોહરના સિદ્ધાંતનો તે ભાગ બનાવે છે જે માત્ર ક્વોન્ટમ થિયરીના વધુ વિકાસ દરમિયાન જ સાચવવામાં આવ્યો ન હતો, પરંતુ તેનું સમર્થન પણ પ્રાપ્ત થયું હતું. અણુના બોહર મોડલ સાથે પરિસ્થિતિ અલગ છે, જ્યારે સુપરઇમ્પોઝ કરવામાં આવે ત્યારે ક્લાસિકલ મિકેનિક્સના નિયમો અનુસાર અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને ધ્યાનમાં રાખીને વધારાની શરતોપરિમાણ આ અભિગમથી સંખ્યાબંધ મહત્વપૂર્ણ પરિણામો મેળવવાનું શક્ય બન્યું, પરંતુ તે અસંગત હતું: ક્વોન્ટમ પોસ્ટ્યુલેટ્સ કૃત્રિમ રીતે ક્લાસિકલ મિકેનિક્સના નિયમો સાથે જોડાયેલા હતા. 20 ના દાયકામાં એક સુસંગત સિદ્ધાંત બનાવવામાં આવ્યો હતો. 20મી સદી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ. તેની રચના વધુ વિકાસ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવી હતી મોડેલ રજૂઆતોબોહરનો સિદ્ધાંત, જે દરમિયાન તેની શક્તિ અને નબળાઈઓ સ્પષ્ટ થઈ ગઈ.

બોહરના અણુના મોડેલ સિદ્ધાંતનો વિકાસ.ખૂબ મહત્વપૂર્ણ પરિણામબોહરનો સિદ્ધાંત હાઇડ્રોજન અણુના વર્ણપટનું સમજૂતી હતું. અણુ સ્પેક્ટ્રાના સિદ્ધાંતના વિકાસમાં એક વધુ પગલું જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી એ. સોમરફેલ્ડ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. અણુમાં (લંબગોળ ભ્રમણકક્ષા સાથે) ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલના વધુ જટિલ ચિત્રના આધારે અને પરિમાણના ક્ષેત્રમાં બાહ્ય (કહેવાતા સંયોજક) ઇલેક્ટ્રોનની સ્ક્રીનીંગને ધ્યાનમાં રાખીને, પરિમાણના નિયમો વધુ વિગતવાર વિકસિત કર્યા પછી. ન્યુક્લિયસ અને આંતરિક ઇલેક્ટ્રોન, તે આલ્કલી ધાતુઓના સ્પેક્ટ્રામાં સંખ્યાબંધ પેટર્ન સમજાવવા સક્ષમ હતા.

બોહરના પરમાણુ સિદ્ધાંતે કહેવાતા ની રચના પર પણ પ્રકાશ પાડ્યો હતો. એક્સ-રે રેડિયેશનનું લાક્ષણિક સ્પેક્ટ્રા. અણુઓના એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રા, તેમના ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રાની જેમ, આપેલ તત્વ (તેથી નામ) ની એક અલગ રેખા માળખું ધરાવે છે. લાક્ષણિક એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રાની તપાસ વિવિધ તત્વો, અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી જી. મોસેલીએ નીચેની પેટર્ન શોધી કાઢી હતી: ચોરસ મૂળતત્વની અણુ સંખ્યાના પ્રમાણમાં મેન્ડેલીવની સામયિક પ્રણાલીમાં ઉત્સર્જિત રેખાઓની ફ્રીક્વન્સી એક તત્વથી તત્વમાં સમાનરૂપે વધે છે. એક રસપ્રદ તથ્ય એ છે કે મોસેલીના કાયદાએ મેન્ડેલીવની શુદ્ધતાની સંપૂર્ણ પુષ્ટિ કરી હતી, જેમણે કેટલાક કિસ્સાઓમાં અણુ વજનમાં વધારો અનુસાર કોષ્ટકમાં તત્વો મૂકવાના સિદ્ધાંતનું ઉલ્લંઘન કર્યું હતું અને કેટલાક વધુ મૂક્યા હતા. ભારે તત્વોઆગળ હળવા છે.

બોહરના સિદ્ધાંતના આધારે, અણુઓના ગુણધર્મોની સામયિકતાને સમજાવવાનું શક્ય હતું. જટિલ પરમાણુમાં, ઇલેક્ટ્રોન શેલ રચાય છે, જે ક્રમિક રીતે ભરાયેલા હોય છે, જે અંદરથી શરૂ થાય છે, ચોક્કસ સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન સાથે (શેલ્સની રચનાનું ભૌતિક કારણ ફક્ત પાઉલી સિદ્ધાંતના આધારે સ્પષ્ટ થયું હતું, નીચે જુઓ). બાહ્યનું માળખું ઇલેક્ટ્રોનિક શેલોસમયાંતરે પુનરાવર્તિત થાય છે, જે સામયિક સિસ્ટમના સમાન જૂથમાં સ્થિત તત્વોના રાસાયણિક અને ઘણા ભૌતિક ગુણધર્મોની સામયિક પુનરાવર્તન નક્કી કરે છે. બોહરના સિદ્ધાંતના આધારે, જર્મન રસાયણશાસ્ત્રી ડબલ્યુ. કોસેલે સમજાવ્યું (1916) રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાકહેવાતા માં હેટરોપોલર પરમાણુઓ.

જો કે, અણુ સિદ્ધાંતના તમામ પ્રશ્નો બોહરના સિદ્ધાંતના મોડેલ ખ્યાલોના આધારે સમજાવી શકાયા નથી. તે સ્પેક્ટ્રાના સિદ્ધાંતની ઘણી સમસ્યાઓનો સામનો કરી શક્યો ન હતો; તેણે હાઇડ્રોજન અણુ અને હાઇડ્રોજન-જેવી અણુઓની સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓની ફ્રીક્વન્સીઝના માત્ર યોગ્ય મૂલ્યો મેળવવાની મંજૂરી આપી હતી, જ્યારે આ રેખાઓની તીવ્રતા અસ્પષ્ટ રહી હતી; બોહરે તીવ્રતા સમજાવવા માટે પત્રવ્યવહાર સિદ્ધાંત લાગુ કરવો પડ્યો.

જ્યારે હાઇડ્રોજન અણુ કરતાં અણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ વધુ જટિલ સમજાવવા માટે ખસેડવામાં આવે છે, ત્યારે બોહરની મોડેલ થિયરી મૃત અંતમાં જોવા મળી હતી. પહેલેથી જ હિલીયમ પરમાણુ, જેમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે, તે સ્વીકાર્યું નથી સૈદ્ધાંતિક અર્થઘટનતેના આધારે. મુશ્કેલીઓ અનુભવ સાથે માત્રાત્મક વિસંગતતાઓ સુધી મર્યાદિત ન હતી. અણુઓને પરમાણુમાં સંયોજિત કરવા જેવી સમસ્યાને હલ કરવામાં પણ સિદ્ધાંત શક્તિહીન હોવાનું બહાર આવ્યું છે. શા માટે 2 તટસ્થ હાઇડ્રોજન પરમાણુ હાઇડ્રોજન પરમાણુ બનાવવા માટે ભેગા થાય છે? આપણે વેલેન્સની પ્રકૃતિને કેવી રીતે સમજાવી શકીએ? શું અણુઓને જોડે છે નક્કર? આ પ્રશ્નો અનુત્તર રહ્યા. બોહરના મોડેલના માળખામાં તેમને ઉકેલવા માટેનો અભિગમ શોધવાનું અશક્ય હતું.

અણુનો ક્વોન્ટમ યાંત્રિક સિદ્ધાંત.અણુના બોહર મોડલની મર્યાદાઓ માઇક્રોપાર્ટિકલ્સની હિલચાલ વિશેના શાસ્ત્રીય વિચારોની મર્યાદાઓમાં મૂળ હતી. તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે અણુ સિદ્ધાંતના વધુ વિકાસ માટે માઇક્રોપાર્ટિકલ્સની ચળવળ અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના મૂળભૂત ખ્યાલો પર વિવેચનાત્મક રીતે પુનર્વિચાર કરવો જરૂરી છે. પર આધારિત મોડેલની અસંતોષકારક પ્રકૃતિ શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સપરિમાણની સ્થિતિના ઉમેરા સાથે, બોહરે પોતે સ્પષ્ટપણે સમજી લીધું હતું, જેમના મંતવ્યો પ્રભાવિત થયા હતા મહાન પ્રભાવપર વધુ વિકાસએ.એફ. એ.એફ.ના વિકાસમાં નવા તબક્કાની શરૂઆત. વ્યક્ત કરેલા વિચારથી પ્રેરિત હતો ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીએલ. ડી બ્રોગ્લી (1924) માઇક્રો-ઓબ્જેક્ટ્સની હિલચાલની બેવડી પ્રકૃતિ વિશે, ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોન (જુઓ ડી બ્રોગ્લી વેવ્સ). આ વિચાર ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો પ્રારંભિક બિંદુ બન્યો (જુઓ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ), જે 1925-26માં ડબલ્યુ. હેઇસેનબર્ગ અને એમ. બોર્ન (જર્મની), ઇ. શ્રોડિન્જર (ઓસ્ટ્રિયા) અને પી. ડિરાક (ઇંગ્લેન્ડ) દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. તેના આધારે અણુના આધુનિક ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ સિદ્ધાંતનો વિકાસ થયો.

ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ વિશે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની વિભાવનાઓ (સામાન્ય રીતે, માઇક્રોપાર્ટિકલ્સ) શાસ્ત્રીય રાશિઓથી મૂળભૂત રીતે અલગ છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અનુસાર, ઇલેક્ટ્રોન નક્કર બોલની જેમ બોલ (ભ્રમણકક્ષા) સાથે આગળ વધતું નથી; ઇલેક્ટ્રોનની ગતિમાં તરંગોના પ્રસારની લાક્ષણિકતા પણ છે. એક તરફ, ઇલેક્ટ્રોન હંમેશા અવિભાજ્ય ચાર્જ અને સમૂહ સાથેના કણ તરીકે, એક સંપૂર્ણ તરીકે (ઉદાહરણ તરીકે, અથડામણમાં) કાર્ય કરે છે; તે જ સમયે, ચોક્કસ ઉર્જા અને વેગવાળા ઇલેક્ટ્રોન ચોક્કસ આવર્તન (અને ચોક્કસ તરંગલંબાઇ) સાથે પ્લેન તરંગની જેમ પ્રચાર કરે છે. ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા ઇકણો આવર્તન સાથે કેવી રીતે સંબંધિત છે? વિ ઇલેક્ટ્રોન તરંગગુણોત્તર E=hv,અને તેનો આવેગ આર -તરંગલંબાઇ સાથે λ ગુણોત્તર р = h/λ.

અણુમાં ઈલેક્ટ્રોનની સ્થિર ગતિ, જેમ કે શ્રોડિંગર (1926) દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે, તે કેટલીક બાબતોમાં સ્થાયી તરંગો સમાન છે (સ્ટેન્ડિંગ વેવ્સ જુઓ) , જેનાં કંપનવિસ્તાર વિવિધ બિંદુઓ પર અલગ અલગ હોય છે. તદુપરાંત, અણુમાં, જેમ કે ઓસીલેટરી સિસ્ટમ, અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનના કોણીય વેગના ઉર્જા, કોણીય વેગ અને પ્રક્ષેપણના ચોક્કસ મૂલ્યો સાથે માત્ર અમુક "પસંદ કરેલ" હલનચલન શક્ય છે. અણુની દરેક સ્થિર સ્થિતિનું વર્ણન ચોક્કસ વેવ ફંક્શનનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે (વેવ ફંક્શન જુઓ) , જે ઉકેલ છે તરંગ સમીકરણએક ખાસ પ્રકાર - શ્રોડિન્જર સમીકરણ; વેવ ફંક્શન "ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડ" ને અનુરૂપ છે, જે અણુમાં ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ ઘનતાનું વિતરણ (સરેરાશ) દર્શાવે છે (જુઓ અણુ , ત્યાં જ ચોખા 3 હાઇડ્રોજન અણુના "ઇલેક્ટ્રોન વાદળો" ના અંદાજો બતાવવામાં આવ્યા છે). 20-30 ના દાયકામાં. માં ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ ઘનતાના વિતરણની ગણતરી કરવા માટે અંદાજિત પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી હતી જટિલ અણુઓ, ખાસ કરીને થોમસ-ફર્મી પદ્ધતિ (1926, 1928). આ મૂલ્ય અને કહેવાતા સંબંધિત મૂલ્ય. અણુ પરિબળ(પરમાણુ પરિબળ જુઓ) અણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોન અથડામણના અભ્યાસમાં તેમજ તેમના દ્વારા એક્સ-રેના વિખેરવામાં મહત્વપૂર્ણ છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના આધારે, શ્રોડિન્જર સમીકરણને હલ કરીને જટિલ અણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાની યોગ્ય રીતે ગણતરી કરવી શક્ય હતું. આવી ગણતરીઓ માટેની અંદાજિત પદ્ધતિઓ 1928માં ડી. હાર્ટરી (ઈંગ્લેન્ડ) દ્વારા અને 1930માં વી.એ. ફોક (યુએસએસઆર) દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી. અણુ સ્પેક્ટ્રાના અભ્યાસોએ અણુના ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ સિદ્ધાંતની સંપૂર્ણ પુષ્ટિ કરી. તે બહાર આવ્યું છે કે અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિ તેના સ્પિન પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે - વેગની પોતાની યાંત્રિક ક્ષણ. અણુ પર બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોની ક્રિયા માટે સમજૂતી આપવામાં આવી હતી (જુઓ સ્ટાર્ક ઘટના (સ્ટાર્ક અસર જુઓ), ઝીમેન ઘટના). સ્વિસ ભૌતિકશાસ્ત્રી ડબલ્યુ. પાઉલી (1925) દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન સંબંધિત એક મહત્વપૂર્ણ સામાન્ય સિદ્ધાંતની શોધ કરવામાં આવી હતી (પાઉલી સિદ્ધાંત જુઓ), આ સિદ્ધાંત અનુસાર, અણુમાં દરેક ઇલેક્ટ્રોનિક સ્થિતિમાં માત્ર એક ઇલેક્ટ્રોન હોઈ શકે છે; જો આ રાજ્યપહેલાથી જ કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજો કરવામાં આવે છે, પછી અનુગામી ઇલેક્ટ્રોન, અણુની રચનામાં પ્રવેશીને, અન્ય રાજ્ય પર કબજો કરવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે. પાઉલી સિદ્ધાંતના આધારે, જટિલ અણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોન શેલની વ્યવસાય સંખ્યા, જે તત્વોના ગુણધર્મોની સામયિકતા નક્કી કરે છે, આખરે સ્થાપિત કરવામાં આવી હતી. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ પર આધારિત, જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ ડબલ્યુ. હીટલર અને એફ. લંડન (1927) એ કહેવાતા સિદ્ધાંત આપ્યો. હોમિયોપોલર રાસાયણિક બંધનબે સરખા અણુઓ (ઉદાહરણ તરીકે, H 2 પરમાણુમાં હાઇડ્રોજન અણુ), જે અણુના બોહર મોડેલના માળખામાં સમજાવી શકાતા નથી.

30 ના દાયકામાં ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશનો. અને પાછળથી ત્યાં બંધાયેલા અણુઓના અભ્યાસો હતા જે પરમાણુ અથવા સ્ફટિક બનાવે છે. પરમાણુનો ભાગ હોય તેવા અણુની સ્થિતિઓ મુક્ત અણુની સ્થિતિઓથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ પડે છે. અણુમાં પણ ઇન્ટ્રાક્રિસ્ટલાઇન ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ સ્ફટિકમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો થાય છે, જેનો સિદ્ધાંત સૌપ્રથમ એચ. બેથે (1929) દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. આ ફેરફારોનો અભ્યાસ કરીને, તેના પર્યાવરણ સાથે અણુની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રકૃતિ સ્થાપિત કરવી શક્ય છે. આ ક્ષેત્રમાં સૌથી મોટી પ્રાયોગિક સિદ્ધિ એફ. ઇલેક્ટ્રોન પેરામેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (જુઓ ઇલેક્ટ્રોન પેરામેગ્નેટિક રેઝોનન્સ) ની શોધ ઇ.કે. , અભ્યાસ કરવાની તક આપી વિવિધ જોડાણોપર્યાવરણ સાથે અણુઓ.

આધુનિક અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર.આધુનિક એ.એફ.ના મુખ્ય વિભાગો. એટોમિક થિયરી, એટોમિક (ઓપ્ટિકલ) સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, રેડિયો સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (તે પરમાણુઓના રોટેશનલ સ્તરનો પણ અભ્યાસ કરે છે), અણુ અને આયનીય અથડામણનું ભૌતિકશાસ્ત્ર છે. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી કવરની વિવિધ શાખાઓ વિવિધ શ્રેણીઓરેડિયેશન ફ્રીક્વન્સીઝ અને તે મુજબ, ક્વોન્ટમ એનર્જીની વિવિધ શ્રેણીઓ. જ્યારે એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી સેંકડો હજારો સુધીની ક્વોન્ટમ ઊર્જા સાથે અણુઓના રેડિયેશનનો અભ્યાસ કરે છે. ev,રેડિયો સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી ખૂબ જ નાના ક્વોન્ટા સાથે વ્યવહાર કરે છે - 10 -6 કરતા ઓછા ક્વોન્ટા સુધી ev

A. f નું સૌથી મહત્વપૂર્ણ કાર્ય. - અણુ અવસ્થાઓની તમામ લાક્ષણિકતાઓનું વિગતવાર નિર્ધારણ. અમે અણુની ઊર્જાના સંભવિત મૂલ્યો - તેના ઉર્જા સ્તરો, કોણીય ગતિના મૂલ્યો અને અણુની સ્થિતિઓને દર્શાવતા અન્ય જથ્થાઓ નક્કી કરવા વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. ઉર્જા સ્તરોની ઝીણી અને અતિસૂક્ષ્મ રચનાઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે (જુઓ એટોમિક સ્પેક્ટ્રા) , વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોના પ્રભાવ હેઠળ ઊર્જા સ્તરોમાં ફેરફાર - બાહ્ય, મેક્રોસ્કોપિક અને આંતરિક, માઇક્રોસ્કોપિક બંને. મહાન મૂલ્યઊર્જા સ્તર પર ઇલેક્ટ્રોનના જીવનકાળ જેવી અણુ અવસ્થાઓની લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. છેવટે, મહાન ધ્યાનઅણુ સ્પેક્ટ્રાના ઉત્તેજનાની પદ્ધતિને સમર્પિત છે.

ભૌતિકશાસ્ત્રના વિવિધ વિભાગો દ્વારા અભ્યાસ કરાયેલ ઘટનાના ક્ષેત્રો ઓવરલેપ થાય છે. એક્સ-રેના ઉત્સર્જન અને શોષણને માપીને એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી મુખ્યત્વે અણુના ન્યુક્લિયસ (આયનીકરણ ઊર્જા) સાથે આંતરિક ઇલેક્ટ્રોનની બંધનકર્તા ઊર્જા અને અણુની અંદરના વિદ્યુત ક્ષેત્રનું વિતરણ નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે. ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી અભ્યાસ અણુઓ દ્વારા ઉત્સર્જિત સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓના સમૂહો, અણુ ઊર્જા સ્તરોની લાક્ષણિકતાઓ, સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓની તીવ્રતા અને ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં અણુના સંકળાયેલ જીવનકાળ નક્કી કરે છે, સરસ માળખુંઊર્જા સ્તર, તેમનું વિસ્થાપન અને વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોમાં વિભાજન. રેડિયો સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓની પહોળાઈ અને આકાર, તેમની હાયપરફાઈન માળખું, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પાળી અને વિભાજન, અને સામાન્ય રીતે આંતર-પરમાણુ પ્રક્રિયાઓના કારણે ખૂબ જ વિગતવાર અભ્યાસ કરે છે. નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓઅને પર્યાવરણીય પ્રભાવો.

અણુઓ સાથે ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની અથડામણના પરિણામોનું વિશ્લેષણ અણુની અંદર ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ ઘનતા ("ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડ") ના વિતરણ વિશે, અણુની ઉત્તેજના ઊર્જા અને આયનીકરણ ઊર્જા વિશેની માહિતી મેળવવાનું શક્ય બનાવે છે.

અણુઓની રચનાના વિગતવાર અભ્યાસના પરિણામો માત્ર ભૌતિકશાસ્ત્રની ઘણી શાખાઓમાં જ નહીં, પણ રસાયણશાસ્ત્ર, એસ્ટ્રોફિઝિક્સ અને વિજ્ઞાનના અન્ય ક્ષેત્રોમાં પણ વ્યાપક એપ્લિકેશનો શોધે છે. સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓના વિસ્તરણ અને સ્થળાંતરના અભ્યાસના આધારે, વ્યક્તિ આ ફેરફારોનું કારણ બનેલા માધ્યમ (પ્રવાહી, સ્ફટિક)માં સ્થાનિક ક્ષેત્રો અને આ માધ્યમની સ્થિતિ (તાપમાન, ઘનતા, વગેરે) નું મૂલ્યાંકન કરી શકે છે. અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનિક ચાર્જ ઘનતાના વિતરણનું જ્ઞાન અને બાહ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન તેના ફેરફારો અમને અણુ રચી શકે તેવા રાસાયણિક બોન્ડના પ્રકાર, આયનની વર્તણૂકની આગાહી કરવા દે છે. સ્ફટિક જાળી. ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉપકરણો માટે અણુઓ અને આયનોના ઊર્જા સ્તરોની રચના અને લાક્ષણિકતાઓ વિશેની માહિતી અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે (જુઓ.

અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર, ભૌતિકશાસ્ત્રની એક શાખા જે અણુઓની રચના અને ગુણધર્મો અને તેમની સાથે સંકળાયેલ પ્રાથમિક પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરે છે. અણુ એ વિદ્યુતભારિત કણોની સિસ્ટમ છે, તેથી તેની રચના અને ગુણધર્મો મુખ્યત્વે 1 eV ની ઉર્જા સાથે 10 -8 સે.મી.ના ક્રમના અંતરે કાર્ય કરતા કણો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

દ્રવ્યના સૌથી નાના અવિભાજ્ય અને અપરિવર્તનશીલ કણો તરીકે અણુઓના અસ્તિત્વ વિશેના પ્રથમ વિચારો પૂર્વે 5મી-3જી સદીમાં વ્યક્ત કરવામાં આવ્યા હતા. પ્રાચીન ગ્રીસ(ડેમોક્રિટસ, એપીક્યુરસ, વગેરે). 17મી અને 18મી સદીમાં, ચોક્કસ પ્રાકૃતિક વિજ્ઞાનની રચના દરમિયાન, અણુવિષયક વિચારોનો વિકાસ આઈ. કેપ્લર, પી. ગેસેન્ડી, આર. ડેસકાર્ટેસ, આર. બોગીન, આઈ. ન્યૂટન, એમ.વી. લોમોનોસોવ વગેરે દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો 18મી સદીના અંતમાં - 19મી સદીની શરૂઆતમાં પ્રાયોગિક અભ્યાસપ્રથમ અણુ સિદ્ધાંતોની રચના તરફ દોરી. માત્રાત્મક રાસાયણિક કાયદા અને કાયદાઓ પર આધારિત આદર્શ વાયુઓ 19મી સદીની શરૂઆતમાં, રાસાયણિક અણુવાદનો વિકાસ થવા લાગ્યો (જે. ડાલ્ટન, એ. એવોગાડ્રો, આઈ. બર્ઝેલિયસ), અને 19મી સદીના મધ્ય સુધીમાં અણુ અને પરમાણુના ખ્યાલોને અલગ પાડવામાં આવ્યા (એસ. કેનિઝારો). 1869 માં, ડી.આઈ. મેન્ડેલીવે સામયિક શોધ્યું કાયદોઅને રાસાયણિક તત્વોની સામયિક પ્રણાલી બનાવી જે તેનું નામ ધરાવે છે. પરમાણુ વિભાવનાઓએ ખાસ કરીને મોલેક્યુલર ફિઝિક્સનો આધાર બનાવ્યો ગતિ સિદ્ધાંતવાયુઓ (19મી સદીના મધ્યમાં), અને આંકડાકીય ભૌતિકશાસ્ત્ર (આર. ક્લોસિયસ, જે. સી. મેક્સવેલ, એલ. બોલ્ટ્ઝમેન, જે. ડબલ્યુ. ગિબ્સ). તે જ સમયે, આંતરિક સિદ્ધાંત અણુ માળખુંસ્ફટિકો અને તેમની સમપ્રમાણતા (R. Gayuy, O. Brave, E.S. Fedorov, જર્મન ક્રિસ્ટલોગ્રાફર A. Schönflies).

20મી સદીની શરૂઆતમાં આધુનિક અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રનું નિર્માણ ઇલેક્ટ્રોન (1897, જે. જે. થોમસન) અને રેડિયોએક્ટિવિટી (1895, એ. બેકરેલ) ની શોધો દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું, જેણે અણુ અવિભાજ્ય છે તેવા મતનું ખંડન કર્યું હતું. સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઘટનાઅણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઇ. રધરફોર્ડ દ્વારા 1911 માં અણુ ન્યુક્લિયસની શોધ કરવામાં આવી હતી, જે અણુની તુલનામાં નાના પરિમાણો ધરાવે છે અને તેમાં મોટાભાગનો સમૂહ અને હકારાત્મક હોય છે. ચાર્જઅણુ રધરફોર્ડે અણુના કહેવાતા ગ્રહોના મોડલની દરખાસ્ત કરી હતી: પ્રકાશ નકારાત્મક ચાર્જવાળા ઇલેક્ટ્રોન સકારાત્મક ચાર્જવાળા વિશાળ ન્યુક્લિયસની આસપાસ ભ્રમણકક્ષામાં ફરે છે. જો કે, કાયદાઓ અનુસાર ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સજેમ કે અણુઅસ્થિર હશે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન સતત વિદ્યુતચુંબકીય ઊર્જા ઉત્સર્જન કરશે અને વિભાજિત સેકન્ડમાં ન્યુક્લિયસ પર પડશે. 1913 માં, એન. બોહરે એક સ્થિર અણુનો સિદ્ધાંત બનાવ્યો, તેને તેણે અનુભવપૂર્વક રજૂ કરેલા ક્વોન્ટમ પોસ્ટ્યુલેટ્સ (બોહરની ધારણા) પર આધારિત.

1) અણુ માત્ર અલગ સ્થિર અવસ્થાઓમાં જ અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે, જે ચોક્કસ આંતરિક ઊર્જા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, અને, આ અવસ્થાઓમાં (ચોક્કસ ઉર્જા સ્તરે) હોવાથી, અણુ સ્થિર છે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરતું નથી;

2) સ્થિર અવસ્થાઓ વચ્ચેના સંક્રમણો અચાનક થાય છે (એટલે ​​​​કે, તેની ઊર્જા સતત બદલાતી નથી, પરંતુ અચાનક); આવા સંક્રમણ દરમિયાન (ક્વોન્ટમ સંક્રમણ), અણુ શોષી લે છે અથવાઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાના ચોક્કસ ભાગને ઉત્સર્જિત કરે છે - ઊર્જા ક્વોન્ટમ E = hv ik, જ્યાં h પ્લાન્કનો સ્થિરાંક છે, અને v ik એ કહેવાતી ક્વોન્ટમ સંક્રમણ આવર્તન છે, જે સ્થિર સ્થિતિ i અને k ની ઊર્જા દ્વારા નિર્ધારિત થાય છે, જેની વચ્ચે સંક્રમણ થાય છે.

એન. બોહરના અણુના સિદ્ધાંતથી માત્ર અણુની સ્થિરતા જ નહીં, પણ અણુ સ્પેક્ટ્રાની રેખીયતા, ઓપ્ટિકલ અને એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રાની અવલોકન કરાયેલ પેટર્ન તેમજ સામયિક કાયદોમેન્ડેલીવ. શક્ય નક્કી કરવા માટે અલગ મૂલ્યોહાઇડ્રોજન અણુની ઉર્જા, બોહરે સૂચવ્યું કે ખૂબ જ નાના v ક્વોન્ટમ અને શાસ્ત્રીય પરિણામો એકસરખા હોવા જોઈએ (કહેવાતા પત્રવ્યવહાર સિદ્ધાંત), અને તેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનની ગતિનું વર્ણન કરવા અને તેની ઊર્જાની ગણતરી કરવા માટે કર્યો. શાસ્ત્રીય કાયદાઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ જો કે, બોહરનો સિદ્ધાંત હિલીયમ અણુ અને વધુ જટિલ અણુઓ માટે અયોગ્ય હોવાનું બહાર આવ્યું.

1923 માં, એલ. ડી બ્રોગ્લીએ તરંગ-કણ દ્વૈતતાની પૂર્વધારણા આગળ મૂકી: દ્રવ્યના તમામ કણો ગુણધર્મો ધરાવે છે, બંને કણો અને તરંગ ગુણધર્મો, પદાર્થના દરેક કણને ચોક્કસ તરંગલંબાઇ સોંપી શકાય છે. ડી બ્રોગલીના વિચારથી અણુની સ્થિર અવસ્થાઓના અસ્તિત્વને સમજાવવાનું શક્ય બન્યું: ફક્ત તે જ શક્ય છે જેમાં લંબાઈ મોજાઈલેક્ટ્રોન તેની ભ્રમણકક્ષામાં પૂર્ણાંક સંખ્યાની વખત બંધબેસે છે. આમ, ચોક્કસ સ્થિતિમાં ઇલેક્ટ્રોન સમાન છે સ્થાયી તરંગલંબાઈ λ સાથે જે તેની ઊર્જા E = hc/λ (જ્યાં c એ પ્રકાશની ગતિ છે) અને વેગ ρ = h/λ નક્કી કરે છે. ડી બ્રોગલીના વિચારના વિકાસથી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ (ડબલ્યુ. હેઇસેનબર્ગ, એમ. બોર્ન, ઇ. શ્રોડિન્જર) ની રચના થઈ, જેના આધારે અણુનો સુસંગત સિદ્ધાંત બનાવવામાં આવ્યો. આ સિદ્ધાંત અનુસાર, અણુની દરેક સ્થિર સ્થિતિનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે તરંગ કાર્ય, જે શ્રોડિન્જર સમીકરણનો ઉકેલ છે. ચોક્કસ ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલનો વિચાર ખોટો હોવાનું બહાર આવ્યું છે, કારણ કે અવકાશમાં આપેલ બિંદુ પર ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનના કોઓર્ડિનેટ્સને એકસાથે ચોક્કસપણે સૂચવવું અશક્ય છે અને અર્થતેની ગતિ (1927માં ડબલ્યુ. હેઇઝનબર્ગ દ્વારા રજૂ કરાયેલ અનિશ્ચિતતા સંબંધ). અમે ફક્ત ઇલેક્ટ્રોન ઘનતાના વિતરણ અથવા ઇલેક્ટ્રોન શોધવાની સંભાવના વિશે વાત કરી શકીએ છીએ આ ક્ષણેઅવકાશમાં આપેલ બિંદુ પરનો સમય, જે તેના તરંગ કાર્ય દ્વારા નક્કી થાય છે.

1925 માં, એક નવું ભૌતિક તીવ્રતા- ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન - તેની પોતાની યાંત્રિક ક્ષણ, જે તેની પોતાની સાથે સંકળાયેલ છે ચુંબકીય ક્ષણઇલેક્ટ્રોન તે બહાર આવ્યું છે કે અન્ય અણુ કણો અને સમગ્ર અણુ સ્પિન ધરાવે છે. સ્પિનને ધ્યાનમાં લેવાથી વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોમાં અણુના ઊર્જા સ્તરો અને વર્ણપટ રેખાઓના વિભાજનને સમજાવવાનું શક્ય બન્યું (ઝીમન અસર અને સ્ટાર્ક અસર), વિવિધ રાસાયણિક તત્વોના અણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની ગોઠવણીનો ક્રમ સમજવા માટે (જુઓ પાઉલી સિદ્ધાંત, વ્યવસાય નંબરો).

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સસહસંયોજક રાસાયણિક બોન્ડની રચના (1927, ડબલ્યુ. હીટલર, એફ. લંડન), સ્ફટિકોમાં અણુઓનું જોડાણ, તેમના પર ઇન્ટ્રાક્રિસ્ટલાઇન ક્ષેત્રનો પ્રભાવ (1929, એચ. બેથે), આંતર-પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને તેથી વધુ સમજાવ્યું.

1930 ના દાયકામાં, તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે અણુ ન્યુક્લિયસમાં, તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નથી જે તેમાં પ્રવેશતા કણો વચ્ચે કાર્ય કરે છે, પરંતુ નવો પ્રકારક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ - મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. અણુ ન્યુક્લિયસનું ભૌતિકશાસ્ત્ર એક સ્વતંત્ર ક્ષેત્ર બન્યું - પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર. 1940-50ના દાયકામાં પાર્ટિકલ ફિઝિક્સ અને પ્લાઝ્મા ફિઝિક્સની રચના થઈ. આધુનિક અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઓપ્ટિકલ, એક્સ-રે અને રેડિયો રેન્જમાં અણુ સ્પેક્ટ્રાનો અભ્યાસ કરવા માટે સિદ્ધાંત અને પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. તે વ્યક્તિને સ્થિર અવસ્થાઓની શક્તિઓ, કોણીય વેગ અને અણુઓની અન્ય લાક્ષણિકતાઓના ચોક્કસ મૂલ્યો મેળવવાની મંજૂરી આપે છે, તેમની ઉત્તેજના, અથડામણ અને મિકેનિઝમનો અભ્યાસ કરે છે. આંતરિક પ્રક્રિયાઓ. આ ડેટા બનાવવા માટે જરૂરી છે વિવિધ પ્રકારોલેસર, પ્લાઝ્મા ફિઝિક્સ માટે, એસ્ટ્રોફિઝિકલ અને કોસ્મોલોજિકલ સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે, વિદ્યુત, ચુંબકીય અને પદાર્થના અન્ય ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે. સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓનું વિસ્તરણ અને સ્થળાંતર સ્થાનિક ક્ષેત્રોને કન્ડેન્સ્ડ દ્રવ્યમાં નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે જે આ ફેરફારોનું કારણ બને છે, માધ્યમનું તાપમાન અને ઘનતા અને માપન. ઉચ્ચ દબાણવગેરે કન્ડેન્સ્ડ દ્રવ્યમાં ઇલેક્ટ્રોન ઘનતાનું વિતરણ, જે નક્કી કરવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, એક્સ-રે માળખાકીય વિશ્લેષણ પદ્ધતિઓ દ્વારા, ઇન્ટરએટોમિક બોન્ડ્સની પ્રકૃતિ નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે.

નક્કી કરવા માટે ચોક્કસ મૂલ્યોઅણુની લાક્ષણિકતાઓ અણુ પરના પ્રભાવને દૂર કરવા માટે જરૂરી છે પર્યાવરણઅને તેને “રોકો”, ​​કારણ કે અણુઓની હિલચાલ તેમના સ્પેક્ટ્રાને વિકૃત કરે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ડોપ્લર સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓના વિસ્તૃતીકરણનું કારણ બને છે). "ઠંડા" (રોકાયેલા) અણુઓનો અભ્યાસ કરવાની પદ્ધતિઓનો વિકાસ તેને મેળવવાનું શક્ય બનાવે છે અણુ સ્પેક્ટ્રાકુદરતીની નજીક સ્પેક્ટ્રલ રેખાની પહોળાઈ સાથે. મહત્વની સિદ્ધિવિજ્ઞાન સ્કેનીંગ ટનલીંગ માઈક્રોસ્કોપ અને એટોમિક ફોર્સ માઈક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને વ્યક્તિગત અણુઓની વાસ્તવિક છબીઓ મેળવી રહ્યું હતું.

એટમ લેખ હેઠળનું સાહિત્ય જુઓ.

વી.આઈ. બાલિકીન. એમ. એ. એલ્યાશેવિચ.

વાયુઓના ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રા, ઈલેક્ટ્રોનની શોધ અને રેડિયોએક્ટિવિટીના અભ્યાસના આધારે 19મી અને 20મી સદીના વળાંક પર અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રનો ઉદભવ થયો. તેના વિકાસના પ્રથમ તબક્કે (20મી સદીના પ્રથમ ક્વાર્ટરમાં), અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર મુખ્યત્વે અણુની રચનાને ઓળખવા અને તેના ગુણધર્મોના અભ્યાસ સાથે સંબંધિત હતું. E. રૂથરફોર્ડના પાતળા ધાતુના વરખ (1908-1911) દ્વારા આલ્ફા કણોના છૂટાછવાયા પરના પ્રયોગો અણુના ગ્રહોના નમૂનાની રચના તરફ દોરી ગયા; આ મોડેલનો ઉપયોગ કરીને, એન. બોહર (1913) અને એ. સોમરફેલ્ડ (1915) એ અણુનો પ્રથમ માત્રાત્મક સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો (જુઓ અણુ). ઇલેક્ટ્રોન અને અણુઓના ગુણધર્મોના અનુગામી અભ્યાસો 20 ના દાયકાના મધ્યમાં સર્જનમાં પરિણમ્યા. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ - એક ભૌતિક સિદ્ધાંત જે માઇક્રોવર્લ્ડના નિયમોનું વર્ણન કરે છે અને અસાધારણ ઘટનાની માત્રાત્મક વિચારણાને મંજૂરી આપે છે જેમાં માઇક્રોપાર્ટિકલ્સ ભાગ લે છે (જુઓ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ).

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એ અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રનો સૈદ્ધાંતિક પાયો છે. તે જ સમયે, અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ માટે "પરીક્ષણ ગ્રાઉન્ડ" ની ભૂમિકા ભજવે છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની વિભાવનાઓ અને નિષ્કર્ષો, જે ઘણીવાર આપણા રોજિંદા અનુભવ સાથે અસંગત હોય છે, અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પ્રાયોગિક રીતે પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. એક આકર્ષક ઉદાહરણફ્રેન્ક-હર્ટ્ઝ (1913) અને સ્ટર્ન-ગેર્લાચ (1922) ના પ્રખ્યાત પ્રયોગો ઉદાહરણ તરીકે સેવા આપી શકે છે; ચાલો તેમને નીચે વધુ વિગતમાં જોઈએ.

20મી સદીની શરૂઆત સુધીમાં. અણુઓના ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રા પર સમૃદ્ધ સામગ્રી સંચિત કરવામાં આવી છે. એવું જાણવા મળ્યું કે દરેક રાસાયણિક તત્વતેના પોતાના રેખા સ્પેક્ટ્રમને અનુરૂપ છે, જે વર્ણપટ રેખાઓની નિયમિત, ક્રમબદ્ધ ગોઠવણી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ સ્પેક્ટ્રમમાં અવલોકન કરાયેલ પેટર્નને સિસ્ટમ સાથે સંબંધિત કરે છે ઊર્જા સ્તરોઆ અણુનું. 1913 માં, જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જે. ફ્રેન્ક અને જી. હર્ટ્ઝે એક પ્રયોગ કર્યો હતો જેણે પ્રત્યક્ષ પ્રાયોગિક પુષ્ટિ પૂરી પાડી હતી કે અણુની આંતરિક ઉર્જા પરિમાણિત છે અને તેથી તે માત્ર સ્પષ્ટ રીતે બદલાઈ શકે છે, એટલે કે અમુક ભાગોમાં. તેઓએ પારાના અણુઓને ઉત્તેજિત કરવા માટે ખર્ચવામાં આવતા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાને માપી. ઇન્સ્ટોલેશનનું મુખ્ય તત્વ એ ત્રણ સોલ્ડર ઇલેક્ટ્રોડ સાથેનું ખાલી કાચનું સિલિન્ડર છે: એક કેથોડ, એનોડ અને ગ્રીડ (આધુનિક વેક્યુમ ટ્રાયોડનો પ્રોટોટાઇપ). સિલિન્ડરમાં 1 mmHg ના દબાણ હેઠળ પારાની વરાળ હતી. કલા. કેથોડમાંથી બહાર નીકળેલા ઈલેક્ટ્રોન કેથોડ અને ગ્રીડ (એક્સીલેટીંગ વોલ્ટેજ U) ની વચ્ચેના ક્ષેત્રમાં ત્વરિત થયા હતા અને પછી ગ્રીડ અને એનોડ (બ્રેકિંગ વોલ્ટેજ U 1) વચ્ચેના ક્ષેત્રમાં મંદ થયા હતા. કેથોડથી એનોડ તરફના માર્ગમાં, ઇલેક્ટ્રોન પારાના અણુઓ સાથે અથડાયા. વોલ્ટેજ U 1 એ U\ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછું હોવાનું પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું, તેથી, પારાના અણુઓ સાથેની સ્થિતિસ્થાપક અથડામણના પરિણામે એનોડમાંથી માત્ર પૂરતા પ્રમાણમાં ધીમા ઇલેક્ટ્રોનને ભગાડવામાં આવ્યા હતા. પ્રયોગમાં, પ્રવેગક વોલ્ટેજ U ના આધારે એનોડ પ્રવાહની મજબૂતાઈ માપવામાં આવી હતી. પ્રાયોગિક વળાંકમાં સ્પષ્ટ મેક્સિમાની સંખ્યા છે, જે એકબીજાથી 4.9 V અંતરે છે. આ વળાંકનો દેખાવ નીચે મુજબ છે. ખાતે યુ< 4,9 В столкновения электронов с атомами ртути являются упругими (возбуждение атомов не происходит), поэтому сила тока плавно нарастает с увеличением U. По достижении значения U = 4,9 В начинаются неупругие столкновения, связанные с возбуждением атомов ртути; в результате сила тока резко падает. При дальнейшем повышении U ток снова нарастает до тех пор, пока напряжение не достигнет 9,8 В, когда электрон оказывается в состоянии возбудить два атома. При достижении 14,7 В электроны способны испытать три неупругих столкновения с атомами ртути и т. д. При напряжении 4,9 В электрон приобретает энергию 4,9 эВ. Таким образом вид кривой 1(10 показывает, что для возбуждения атома ртути необходима энергия, равная 4,9 эВ. Это и есть, очевидно, та самая порция энергии, которой атом ртути обменивается с электроном.

આ પ્રકારના પ્રયોગોના વધુ સાવચેતીપૂર્વક સેટઅપ સાથે, અણુઓના નીચેના ઉર્જા સ્તરોની ઉત્તેજના શોધવાનું શક્ય હતું: પારો માટે તે 6.7 છે; 8.3 eV, વગેરે. (10.4 eV એ આયનીકરણ સંભવિત છે). ગેસ ગ્લોનું અવલોકન પારાના અણુઓ માટે સંપૂર્ણ સ્પેક્ટ્રમનો દેખાવ દર્શાવે છે.

અણુ ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરતા ઇલેક્ટ્રોનને પ્રાથમિક સાથે સરખાવી શકાય છે વિદ્યુત પ્રવાહ; તે ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રો વિવિધ ઇલેક્ટ્રોન, ઉમેરીને, અણુનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે. તેને લાક્ષણિકતા આપવા માટે અમે રજૂ કરીએ છીએ વેક્ટર જથ્થો, ચુંબકીય ક્ષણ કહેવાય છે. જો ઇલેક્ટ્રોન સંપૂર્ણપણે એક અથવા બીજા શેલ (1s, 2s, 2p, વગેરે) ભરે છે, તો પછી તેમના ચુંબકીય ક્ષેત્રો એકબીજાને રદ કરે છે; અનુરૂપ અણુઓની ચુંબકીય ક્ષણો શૂન્ય છે.

જર્મનીમાં 1922 માં, ઓ. સ્ટર્ન અને ડબલ્યુ. ગેરલાચે એક પ્રયોગ કર્યો હતો જેમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે અણુની ચુંબકીય ક્ષણ અવકાશી રીતે પરિમાણિત છે. તેઓએ બિન-સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા ચુંબકીય ક્ષણ ધરાવતા અણુઓનો બીમ મોકલ્યો અને આ ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ અણુઓના વિચલનોનો અભ્યાસ કર્યો. વિચલનની ડિગ્રી અને પ્રકૃતિ ક્ષેત્રની દિશાની તુલનામાં અણુના ચુંબકીય ક્ષણની દિશા પર આધાર રાખે છે. જો બીમમાં ચુંબકીય ક્ષણોની તમામ સંભવિત દિશાઓ સાથે અણુઓ હોય, તો મૂળ બીમનું સતત કોણીય "અસ્પષ્ટતા" જોવામાં આવશે. પ્રાયોગિક રીતે, અણુઓના બીમનું સ્પષ્ટ વિભાજન અનેક બીમમાં જોવા મળ્યું હતું; આનો અર્થ એ થયો કે અણુની ચુંબકીય ક્ષણ અવકાશી રીતે પરિમાણિત છે - ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશામાં તેના પ્રક્ષેપણમાં માત્ર ચોક્કસ ચોક્કસ (અલગ) મૂલ્યો હોઈ શકે છે.

ચાલો આપણે બિન-સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્ર (1930 માં મેળવેલ) માં સોડિયમ અણુઓના વિચલનોના વિતરણ તરફ વળીએ. આ વિતરણમાં બે સ્પષ્ટ મેક્સિમા છે. સોડિયમ અણુમાં ત્રણ ભરેલા શેલ (1s, 2s, 2p) અને એક 3s ઈલેક્ટ્રોન હોય છે. s-ઇલેક્ટ્રોનનો ઇલેક્ટ્રોન વાદળ ગોળાકાર રીતે સપ્રમાણ હોય છે (અણુ જુઓ), તેથી ન્યુક્લિયસના ક્ષેત્રમાં તેમની હિલચાલ ચુંબકીય ક્ષણના દેખાવ તરફ દોરી જતી નથી. સોડિયમ પરમાણુના બીમના બે ઘટકોમાં જોવા મળેલા વિભાજનને સમજાવવા માટે, એવું માનવું જરૂરી છે કે ઇલેક્ટ્રોનની પોતાની ચુંબકીય ક્ષણ છે, જે ન્યુક્લિયસની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ સાથે સંકળાયેલ નથી. આ ચુંબકીય ક્ષણ પરંપરાગત રીતે તેની પોતાની ધરીની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોનના પરિભ્રમણ સાથે સંકળાયેલ છે અને તેને સ્પિન મોમેન્ટ કહેવામાં આવે છે (જુઓ સ્પિન). ન્યુક્લિયસની ફરતે તેની ગતિ સાથે સંકળાયેલ ઇલેક્ટ્રોનની ચુંબકીય ક્ષણને ભ્રમણકક્ષાની ક્ષણ કહેવામાં આવે છે. તેથી, સોડિયમ અણુના કિસ્સામાં, ભરેલા શેલના ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષા અને સ્પિન બંને ક્ષણો પરસ્પર વળતર આપવામાં આવે છે; 3s ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષાની ક્ષણ શૂન્ય બરાબર, અને આ ઇલેક્ટ્રોનની સ્પિન મોમેન્ટ બિનસમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં સોડિયમ અણુઓના બીમના વિભાજનનું કારણ બને છે. હકીકત એ છે કે બે બીમમાં વિભાજન જોવા મળે છે તેનો અર્થ એ છે કે ઇલેક્ટ્રોનની સ્પિન મોમેન્ટ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા પર બે અંદાજો ધરાવે છે.

30 ના દાયકામાં અમારી સદી શરૂ થઈ છે નવો તબક્કોઅણુ ભૌતિકશાસ્ત્રના વિકાસમાં. આ વર્ષો દરમિયાન, તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું છે કે અણુ ન્યુક્લિયસની અંદરની પ્રક્રિયાઓ માટે જવાબદાર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની પ્રકૃતિ અને ન્યુક્લિયસની સ્થિરતા અથવા કિરણોત્સર્ગીતાને સમજાવતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અણુના ઇલેક્ટ્રોનિક શેલમાં થતી પ્રક્રિયાઓને નિર્ધારિત કરતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની તુલનામાં સંપૂર્ણપણે અલગ છે (જુઓ. પ્રકૃતિની શક્તિઓની એકતા). આ સંદર્ભે, અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાંથી એક અલગ શાખા ઊભી થઈ છે. વૈજ્ઞાનિક દિશાઅણુ ન્યુક્લીના ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સંશોધન સાથે સંબંધિત; 40 ના દાયકામાં આ દિશા સ્વતંત્ર બની છે ભૌતિક વિજ્ઞાન- પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર. છેવટે, 50 ના દાયકામાં. થી પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રપ્રાથમિક કણોના વ્યવસ્થિત અને આંતરરૂપાંતરણના અભ્યાસને લગતી એક દિશા ઉભી થઈ - પ્રાથમિક કણોનું ભૌતિકશાસ્ત્ર.

અંતે તે સંપૂર્ણપણે જાહેર થયું ચોક્કસ વર્તુળપ્રશ્નો કે જે આધુનિક અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રની સામગ્રી બનાવે છે. તેણીને અણુ ન્યુક્લિયસમાં થતી પ્રક્રિયાઓ તેમજ પ્રાથમિક કણોના આંતરરૂપાંતરણોમાં રસ નથી. અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર અણુઓ અથવા આયનોને સંડોવતા પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરે છે, અને માત્ર તે પ્રક્રિયાઓ કે જે અણુના મધ્યવર્તી કેન્દ્રમાં કોઈપણ ફેરફારો તરફ દોરી જતી નથી. આથી, અમે વાત કરી રહ્યા છીએમાત્ર અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક શેલોને અસર કરતી પ્રક્રિયાઓ વિશે. સમાન

પ્રક્રિયાઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક અથવા ચુંબકીય ક્ષેત્રોના પ્રભાવ હેઠળ અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિમાં ફેરફાર (ઉદાહરણ તરીકે, બાહ્ય ક્ષેત્રોના પ્રભાવ હેઠળ, અણુઓના ઊર્જા સ્તરો વિભાજિત થાય છે); અણુઓ દ્વારા શોષણ અને ઉત્સર્જન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન(જુઓ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, એક્સ-રે, ફોટોઇફેક્ટ, લેસરો); મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન સાથે અણુઓની અથડામણ, તેમજ અન્ય અણુઓ, આયનો, પરમાણુઓ (ઇલેક્ટ્રોન અથવા અન્ય સૂક્ષ્મ પદાર્થો સાથેની અથડામણના પરિણામે, અણુઓ ઉત્તેજિત થઈ શકે છે, ઉત્તેજિત સ્થિતિમાંથી ઓછી ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં પરિવર્તિત થઈ શકે છે, અને પરિવર્તિત થઈ શકે છે. આયનો, જુઓ ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જવાયુઓમાં); વિવિધ અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક શેલો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, જે પરમાણુઓ અને સ્ફટિકોની રચના તરફ દોરી જાય છે. આ બધી પ્રક્રિયાઓ થાય છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. આ પ્રક્રિયાઓની સંભાવનાઓની ગણતરી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.

આધુનિક અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર મેસોએટોમ નામના ખાસ પ્રકારના અણુઓનો પણ અભ્યાસ કરે છે. ઇલેક્ટ્રોનમાંથી એકને મ્યુઓન (μ-), એન્ટિપ્રોટોન (π-, K-), એન્ટિપ્રોટોન અથવા નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ હાયપરન (જુઓ હેડ્રોન્સ, લેપ્ટોન્સ) વડે બદલવાના પરિણામે સામાન્ય અણુમાંથી મેસોએટોમ ઉત્પન્ન થાય છે. ત્યાં વિસંગત "હાઇડ્રોજન" અણુઓ પણ છે - પોઝિટ્રોનિયમ, મ્યુઓનિયમ, જેમાં પ્રોટોનની ભૂમિકા પોઝિટ્રોન અથવા પોઝિટિવલી ચાર્જ્ડ એન્ટિમ્યુઅન્સ (μ+) દ્વારા ભજવવામાં આવે છે. આ બધા અણુઓ અસ્થિર છે; તેમનું જીવનકાળ ઉપરોક્ત કણોના જીવનકાળ અથવા e+ e- અને pp-વિનાશની પ્રક્રિયાઓ દ્વારા મર્યાદિત છે. મેસોએટોમ્સ કણોની મંદીની પ્રક્રિયામાં રચાય છે - અણુ ન્યુક્લીના કુલોમ્બ ક્ષેત્ર દ્વારા નકારાત્મક ચાર્જ કણોને પકડવાના પરિણામે અથવા પોઝિટ્રોન અને એન્ટિમ્યુઅન્સ દ્વારા અણુ ઇલેક્ટ્રોનને પકડવાના પરિણામે. વિવિધ વિસંગત અણુઓ સાથેના પ્રયોગો દ્રવ્યના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા અને મધ્યવર્તી કેન્દ્ર અને પ્રાથમિક કણોનો અભ્યાસ કરવા બંને માટે ખૂબ રસ ધરાવે છે.