జె.జె.థామ్సన్, రూథర్ఫర్డ్, నీల్స్‌బోర్‌ లాంటి శాస్త్రవేత్తలు పరమాణు నమూనాలను ప్రతిపాదించారు.
జె.జె.థామ్సన్ పరమాణు నమూనా
పరమాణు నమూనాను మొదటిసారి ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త జె.జె.థామ్సన్. దీని ప్రకారం, పరమాణువు ధనావేశంతో సమంగా నిండి ఉన్న గోళంలా ఉంటుంది. ఇందులో అక్కడక్కడా ఎలక్ట్రాన్‌లు అమరి ఉంటాయి. దీన్ని ‘ప్లమ్‌ పుడ్డింగ్‌’ లేదా ‘పుచ్చకాయ నమూనా’ [watermelon model] అంటారు.
* పుచ్చకాయను ధనావేశంగా, దాని గుజ్జులో పొదిగి ఉన్న విత్తనాలను ఎలక్ట్రాన్‌లుగా ఊహించవచ్చని థామ్సన్ తెలిపాడు.
* ఈ నమూనాను శాస్త్రవేత్తలు అంగీకరించలేదు. వ్యతిరేక ఆవేశాలు కలిగిన ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్లు కలిసి ఉండటం అసాధ్యమని వారు భావించారు.
* పరమాణు ద్రవ్యరాశి పరమాణువు అంతటా సమంగా పంపిణీ అవుతుందనేది జె.జె.థామ్సన్ పరమాణు నమూనాలోని ముఖ్యమైన అంశం.
కృష్ణ పదార్థ వికిరణాలు [Black body radiation]
వికిరణాల అన్ని పౌనఃపున్యాలను సంపూర్ణంగా శోషించుకునే లేదా అన్ని పౌనఃపున్యాలను సంపూర్ణంగా ఉద్గారించే పదార్థాన్ని ఆదర్శ కృష్ణ పదార్థం అంటారు.
* వేడి చేసిన ఘనపదార్థాలు వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలు ఉన్న వికిరణాలను ఉద్గారం చేస్తాయి. వేడి ఇనుప కడ్డీ నుంచి ఉద్గారమయ్యే విద్యుదయస్కాంత వికిరణం, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ ఎక్కువ పౌనఃపున్యాల వైపు మారుతుంది.
* ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉద్గారమయ్యే వికిరణాల తీవ్రత తరంగదైర్ఘ్యాలు తగ్గేవైపు పెరుగుతుంది.
ప్లాంక్‌ క్వాంటం సిద్ధాంతం
పరమాణువులు, అణువులు శక్తిని నిర్దిష్ట పరిమాణాల్లో మాత్రమే ఉద్గారం లేదా శోషించడం చేస్తాయి.
* విద్యుదయస్కాంత వికిరణాల రూపంలో ఉద్గారం లేదా శోషించుకునే అతి చిన్న పరిమాణం ఉన్న శక్తిని ‘క్వాంటం’ [Quantum]' అని మాక్స్‌ ప్లాంక్‌ పేరు పెట్టాడు.
* ఒక క్వాంటం శక్తి (E) పౌనఃపున్యానికి (V) అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
E = hv
ఇక్కడ h = ప్లాంక్‌ స్థిరాంకం (6.626 × 10−34 Js)
E = క్వాంటం శక్తి, v = పౌనఃపున్యం
కాంతి విద్యుత్ ఫలితం
పొటాషియం (K), రుబీడియం (Rb), సీజియం (Cs) లాంటి నిర్దిష్ట లోహాలపై కాంతి పుంజం పడినప్పుడు ఎలక్ట్రాన్‌లు బయటకు వెలువడతాయి. దీన్ని ‘కాంతి విద్యుత్ ఫలితం’(Photoelectric effect) అంటారు.
* లోహ ఉపరితలాన్ని కాంతి పుంజం తాకిన వెంటనే అంటే కాలయాపన లేకుండా ఎలక్ట్రాన్‌లు వెలువడతాయి.
* కాంతి విద్యుత్ ఫలితంలో వెలువడే ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య కాంతి తీవ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
విద్యుదయస్కాంత వికిరణాల ద్వంద్వ స్వభావం
కాంతి కణ స్వభావం కృష్ణపదార్థం నుంచి ఉద్గారమయ్యే వికిరణాలను, కాంతి విద్యుత్ ఫలితాన్ని వివరించింది.
* కాంతి తరంగ స్వభావం అనేది వివర్తనం, వ్యతికరణ విషయాలను తెలిపింది.
* కాంతికి కణ స్వభావంతో పాటు తరంగ స్వభావం ఉంటుంది.
విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలు
ఆవేశిత కణాలు త్వరణం చెందడం వల్ల ఏకాంతర విద్యుత్, అయస్కాంత క్షేత్రాలు ఉత్పత్తి అయి, ప్రసారం అవుతాయి. ఈ క్షేత్రాలు తరంగాలుగా వ్యాప్తి చెందడం వల్ల వీటిని ‘విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలు’ [Electromagnetic radiation] అంటారు.
* విద్యుదయస్కాంత తరంగాల్లో విద్యుత్, అయస్కాంత క్షేత్రాలు ఒకదానితో మరొకటి లంబంగా ఉంటాయి. అంతేకాకుండా వాటి వ్యాపన దిశ కూడా లంబంగా ఉంటుంది.
* విద్యుదయస్కాంత తరంగాల వ్యాపనానికి యానకం [Medium] అవసరం లేదు. ఇవి శూన్యంలో కూడా ప్రయాణిస్తాయి.
* వివిధ రకాల విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలకు వేర్వేరు తరంగ దైర్ఘ్యాలు లేదా పౌనఃపున్యాలు ఉంటాయి.
* వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలు కలిగిన అన్ని విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలను కలిపి ‘విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటం’ [Electromagnetic Spectrum] అంటారు.
* విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలు కాంతి వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి.
కాంతి వేగం (C) = 3 × 108 ms−1
్ప విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలను పౌనఃపున్యం, తరంగదైర్ఘ్యం, తరంగ సంఖ్య, శక్తి లాంటి అభిలాక్షణిక ధర్మాలతో గుర్తిస్తారు.
తరంగదైర్ఘ్యం: రెండు వరుస శృంగాలు లేదా ద్రోణుల మధ్య దూరాన్ని తరంగదైర్ఘ్యం [Wavelength] అంటారు. దీన్ని '⋋’ తో సూచిస్తారు.
ప్రమాణాలు: mm, cm, m, nm, A°
* 1 నానోమీటర్‌(nm) = 10−9 మీటర్‌ (m)
* 1 ఆంగ్‌స్ట్రామ్‌ (A°) = 1010 మీటర్‌ (m)
పౌనఃపున్యం: సెకను కాలంలో ఒక బిందువు నుంచి దాటి వెళ్లే తరంగాల సంఖ్యను పౌనఃపున్యం [Frequency] అంటారు. దీన్ని v తో సూచిస్తారు.
ప్రమాణాలు: హెర్ట్జ్‌ (Hz), సెకన్‌-1 (s−1)
తరంగ సంఖ్య: ప్రమాణ పొడవులో ఉన్న తరంగదైర్ఘ్యాల సంఖ్యను తరంగ సంఖ్య అంటారు. దీన్ని v తో సూచిస్తారు.
ప్రమాణాలు: cm−1, m−1
విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటం
రూథర్ఫర్డ్ పరమాణు నమూనా
రూథర్ఫర్డ్ ∝ - కిరణ పరిక్షేపణ ప్రయోగాన్ని(∝ − rays scattering experiment] చేశారు. ఇందులో ∝ - కణాల పుంజాన్ని పలచటి బంగారు రేకుపై తాడనం చెందించి, కింది విషయాలను గమనించారు.
* చాలా వరకు ∝ కణాలు అపవర్తనం చెందకుండా బంగారు రేకు నుంచి వెళ్లిపోయాయి.
* తక్కువ భాగం ∝ కణాలు కొద్ది కోణంలో అపవర్తనం చెందాయి.
* అత్యల్ప భాగం ∝ కణాలు 1800 కోణంలో అపవర్తనం చెంది, దాదాపు వచ్చిన మార్గంలోనే వెనుదిరిగాయి.
పై పరిశీలనల ఆధారంగా రూథర్ఫర్డ్ పరమాణు నిర్మాణం గురించి కింది నిర్ణయాలు తీసుకున్నారు.
* పరమాణువులో ఎక్కువ భాగం ఖాళీగా ఉంటుంది.
* పరమాణువు అంతటా ధనావేశం వ్యాపించి ఉండదు. పరమాణువులో ధనావేశం చాలా తక్కువ ఘనపరిమాణంలో సాంద్రీకృతమై ఉంటుంది.
* పరమాణువు ఘనపరిమాణంతో పోలిస్తే, ధనావేశ కేôద్రకం ఆక్రమించుకునే ఘనపరిమాణం చాలా తక్కువ.
పై పరిశీలనలు, నిర్ణయాల ఆధారంగా రూథర్ఫర్డ్ కేంద్రక పరమాణు నమూనాను ప్రతిపాదించారు.
ప్రతిపాదనలు: పరమాణువులు గోళాకారంలో ఉంటాయి. వాటిలో ఎక్కువ భాగం ఖాళీగా ఉంటుంది.
* పరమాణువులో ధనావేశం, ద్రవ్యరాశి అంతా అతి చిన్న ప్రాంతంలోనే సాంద్రీకృతమై ఉంటుంది. ఈ ప్రాంతాన్ని ‘కేంద్రకం’ (Nucleus) అని ఆయన ప్రతిపాదించారు. కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి.
* సూర్యుడి చుట్టూ గ్రహాలు తిరుగుతున్నట్లు, కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్‌లు వృత్తాకార మార్గాల్లో అతివేగంగా తిరుగుతాయి. రూథర్ఫర్డ్ నమూనా సౌరకుటుంబాన్ని పోలి ఉండటం వల్ల దీన్ని ‘గ్రహ మండల నమూనా’ అంటారు.
* ఎలక్ట్రాన్‌లకు, కేంద్రకానికి మధ్య స్థిర విద్యుత్ ఆకర్షణ బలాలు ఉంటాయి. దీనివల్ల ఎలక్ట్రాన్‌లు కేంద్రకం వైపు ప్రయాణిస్తాయి. కేంద్రకం చుట్టూ పరిభ్రమిస్తున్న ఎలక్ట్రాన్‌లకు అపకేంద్రిత బలం ఉంటుంది. దీని ప్రభావం వల్ల ఎలక్ట్రాన్‌లు కేంద్రానికి దూరంగా వెళ్తాయి. ఈ రెండు బలాలు సమానంగా, వ్యతిరేకంగా ఉండటం వల్ల పరమాణువులు స్థిరంగా ఉంటాయి.
లోపాలు: మాక్స్‌వెల్‌ విద్యుదయస్కాంత సిద్ధాంతం ప్రకారం, ఎలక్ట్రాన్ లాంటి ఆవేశిత కణాలు త్వరణం చెందినప్పుడు, అది వికిరణాన్ని ఉద్గారం చేసి శక్తిని కోల్పోవాలి.
* ఎలక్ట్రాన్ శక్తిని కోల్పోతుంటే చివరకు కేంద్రకాన్ని సమీపించి దానిలో కలిసిపోయి, పరమాణువు నశించాలి. కానీ ఆ విధంగా జరగకుండా పరమాణువు స్థిరంగా ఉంది. కాబట్టి రూథర్ఫర్డ్ నమూనా పరమాణు స్థిరత్వాన్ని విశదీకరించలేకపోయింది.
* ఎలక్ట్రాన్‌లు కేంద్రకం చుట్టూ ఏ విధంగా పంపిణీ అయ్యాయనే విషయం గురించి, ఎలక్ట్రాన్‌ల శక్తి స్థాయుల గురించి
ఈ నమూనా తెలపలేదు.
