Nguyên tử dưới ánh sáng của cơ học lượng tử

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng nguyên tử là thế giới vi mô bị chi phối bởi những quy luật mà vật lí cổ điển chưa biết tới. Nghiên cứu về các quy luật này là đối tượng của cơ học lượng tử.

Năm 1911

    Friđric Xôđi (1-877 - 1956) đưa ra khái niệm "đồng vị" (theo tiếng Hi Lạp có nghĩa là "cùng một chỗ") : Các nguyên tố có khối lượng nguyên tử khác nhau chiếm cùng một vị trí trong hệ thống tuần hoàn là những đồng vị.

NĂM 1913

    Nhà vật lí Đan Mạch Ninxờ Bo (1885 - 1962) áp dụng thuyết lượng tử vào mẫu nguyên tử Rơzơfo, giải thích quang phổ của nguyên tử hiđro. Để loại trừ một số nội dung không tương ứng giữa kết quả thí nghiệm và mẫu Rơzơfo, Bo đã đưa ra giả thuyết rằng electron trong nguyên tử tuân theo các định luật của vật lí cổ điển, ông giả thuyết rằng trạng thái của electron trong nguyên tử được xác định qua hai định đề sau :

         1.Mỗi electron trong nguyên tử chuyển động trên quỹ đạo dừng thì không bức xạ năng lượng_.

        2.Mỗi electron trong nguyên tử có thể di chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, khi đó sẽ giải phóng hoặc hấp thụ một năng lượng nhất định.

    Các định đề này của Bo được xây dựng trên cơ sở giả thuyết của Plăng về lượng tử hoá năng lượng và sự phát triển học thuyết này của Anhxtanh đối với ánh sáng. Các định đề Bo nhanh chóng được xác minh bằng thực nghiệm.

    Mẫu nguyên tử Bo đã ra đời. Theo mẫu này, Bo đã tính toán năng lượng và bán kính quỹ đạo electron của nguyên tử hiđro. Kết quả thu được trùng với các dữ kiện về quang phổ của hiđro và trùng với công thức kinh nghiệm do nhà toán học Thụy Sĩ I. Ia Banme (1825 - 1898) nêu ra.

    G.G. Tômxơn xác định rằng khí neon là hỗn hợp của hai dạng nguyên tử không khác nhau về mặt hoá học, trong đó một có nguyên tử khối là 20, còn một có nguyên tử khối là 22. Điều đó đã dẫn các nhà khoa học đến phát minh ra đồng vị. Ngay từ năm 1906, người ta đã mô tả tính chất nguyên tố thori (Th - 230 và Th - 232) có tính phóng xạ khác nhau nhưng tính chất hoá học và quang phổ là như nhau. Bởi vậy, chúng được coi là một nguyên tô'. Tuy nhiên, thời đó các nhà khoa học khác chưa chú ý đến sự kiện này.

Năm 1914

   Nhà vật lí Mĩ Giêmxơ Phrăng (1882 - 1964) và Nhà vật lí Đức Huttap Hecxơ (sinh năm 1887) đưa ra bằng chứng thứ hai khẳng địNh mẫu hành tinh nguyên tử Bo, trong thí nghiệm với hơi thuỷ ngân, ông đã trực tiếp chứng minh sự tồn tại những trạng thái năng lượng xác định của nguyên tử.

Năm 1915 - 1916

    Acnôn Xômmecíen (1868 - 1951) và V_Ẽ Uynxơn mở rộng quan niệm của Bo về cấu tạo của nguyên tử hiđro. Khi tính toán các quỹ đạo của nguyên tử hiđro, các tác giả đã đưa ra các điều kiện tổng quát hơn. Họ cho rằng electron . chuyển động không phải theo quỹ đạo hình tròn mà theo quỹ đạo hình elip. Giả thuyết này có ý nghĩa to lớn khi mô tả trạng thái của các nguyên tử phức tạp hơn.

Năm 1921

    Ninxơ Bo dựa trên định luật tuần hoàn Menđêlêep và trên cơ sở tính quy luật về quang phổ đã biết, đưa ra các mô hình cụ thể cho các nguyên tử khác nhau. Do vậy mà ông là người đặt cơ sở đầu tiên cho học thuyết về cấu tạo của các nguyên tử phức tạp. Bo là người đầu tiên nêu ra khái niệm về sự phân bố electron theo các lớp electron, trong đó lớp thứ nhất có 2 electron, lớp thứ hai có 8 electron V_..V...

    Đimitri Xecghêvich Rôzepvenski (1876 - 1940) giải thích hiện tượng tách các vạch quang phổ của những nguyên tử phức tạp hơn trong những điều kiện xác định bằng khả năng chuyển động của electron trong nguyên tử. Xommecfen cũng đi đến quan niệm tương tự như vậy khi giải thích sự gián đoạn của các vạch quang phổ.

    Ôttô xtec và Vante Heclăc bằng con đường thực nghiệm đã chứng minh sự đúng đắn của các quan niệm của Rôzepvenski và Xommecten khi giải thích tính phức tạp của quang phổ nguyên tử.

    Nhà vật lí Anh Uyliam Antôn (1877 - 1945) bằng một thiết bị tự tạo là máy quang phổ khối, đã nghiên cứu về đổng vị của các nguyên tố_. Tính đến năm 1927, ông đã nghiên cứu các đồng vị của hơn 50 nguyên tố và xác định rằng các nguyên tố có 2 hoặc là hơn 2 đồng vị không phải là ngoại lệ.

Năm 1923 - 1924

    Lui đơ Brơi (sinh năm 1892) phát triển thuyết lượng tử theo hướng khác, ông đã đưa ra khái niệm về bản chất sóng của electron.

Năm 1925

    Hauđơxmit Ulenbec đưa ra giả thuyết rằng electron tự quay xung quanh trục của nó. Chuyển động đó gọi là spin, đồng thời xuất hiện danh từ "số lượng tử spin".

    Vônfgăng Paoli (1900 - 1958) nêu ra nguyên lí ngoại trừ với nội dung : Trong một nguyên tử không thể có hai electron có cùng bốn số lượng tử.

    Đến lúc này người ta đã hiểu được tại sao các electron được sắp xếp vào những lớp electron nhất định.

    Vecne Haixenbec (sinh năm 1902) đề nghị không nên chấp nhận quan niệm về mô hình cấu tạo nguyên tử và về các quá trình xảy ra trong nguyên tử. ông đã chứng minh về mặt lí thuyết rằng, trong thế giới vi mô không thể áp dụng các quy luật đã được nghiên cứu trong vật lí cổ điển. Như vậy, Haixenbec đã đặt nền móng cho môn cơ học mới được sử dụng để nghiên cứu về sự chuyển động của các hạt trong nguyên tử.

Năm 1926

    Nhà vật lí Thụy Sĩ Ecvin Srôđingơ (1887 - 1961) tiếp tục phát triển các quan niệm cơ học lượng tử của Lui đơ Brơi.

    Trong vật lí học đã ra đời môn cơ học lượng tử. Nó 'được xây dựng trên cơ sở những kết quả nghiên cứu của Lui đơ Brơi, Ecvin Srôđingơ, Vecne Haixenbec, Mac Bocnơ, Pôn Đirac... Thực chất, Srôđingơ và Haixenbec, là tác giả của hai phương pháp khác nhau về cơ học lượng tử, đã bằng những con đường nghiên cứu khác nhau, đi tới những kết luận giống nhau về cấu tạo nguyên tử.

    Nhà vật lí Mĩ Ginbec Liuyt (1875 - 1946) đưa ra danh từ "photon". Như vậy, qua hơn 20 năm kể từ khi ra đời học thuyết lượng tử, các lượng tử ánh sáng mới được gọi bằng cái tên mà cho đến nay chúng ta vẫn sử dụng.

Năm 1931

    Vôntgăng Paoli khi nghiên cứu về sự phân rã ß đã chĩ ra khả năng tồn tại của một hạt cơ bản mới đó là nơtrino. Tên gọi đó được Enriòô Phecmi đặt ra một năm sau khi ’phát hiện ra nó.

Năm 1932

    Nhà vật lí Mĩ Caclơ Đavit Anbecxơn (sinh năm 1905) phát hiện pozitron, một hạt cơ bản đặc trưng bằng điện tích dương duy nhất. Ngay từ cuối những năm 20 của thế kỉ XX, Đimitri Vlađimnôvich Xcôbenxin (sinh năm 1892) đã phát hiện thấy vết của nó trong phòng Uynxơn, nhưng không giải thích được. Vào năm 1928, Pôn Đirac cũng đã tiên đoán về mặt lí thuyết sự tồn tại của pozitron.

    Nhà khoa học Anh lêmxơ Trevỉch (sinh năm 1891) phát hiện nơtron có khối lượng gần bằng khối lượng proton nhưng không mang điện.

    Đ.Đ. Ivanencô, E.N. Galông (Nga) và V. Haixenbec (Đức) đã nêu giả thuyết về cấu tạo của hạt nhân nguyên tử. Theo ý kiến của họ, hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ các nơtron và proton liên tục chuyển hoá lẫn nhau. Khi chuyển hoá thành nơtron, proton tách ra một pozitron, và ngược lại, nơtron khi chuyển hoá thành proton thì tách ra electron.

Năm 1934 - 1936

    Đ.Đ. Ivanencô cùng với I.E. Tam (1895 - 1973) đưa ra giả thuyết rằng : các lực hạt nhân có cường độ lớn giữa các proton đã gây ra sự chuyển đổi liên tục giữa các hạt cơ bản trong hạt nhân.