Опыты Резерфорда. Ядерная модель атома

Ядерная модель атома

Опыты резерфорда, ядерная модель атома

Основы современного представления о построении атому были заложены Эрнестом Резерфордом. Из 1899 году было известно, что уран излучает не только быстрые электроны (так называемое - излучением), но еще и другое излучение с достаточно слабой проницательной способностью (лучи). Десять лет напряженного труда позволили резерфорду установить, что в действительности из ядер урана вылетают не лучи, а поток - частиц, которые имели позитивный заряд и являли собой ядра атомов гелия.

Опыты Резерфорда и его интернациональная лаборатория использовали потоки - частиц для изучения построения атому. Его экспериментальный метод заключался в подсчетах - частиц рассеянных тонкой металлической фольгой под разными углами. Количество рассеянных частиц определялись в темноте по вспышкам света, которые давали рассеянные частицы, попадая на экран из сернистого цинка ( исполнял роль люминофору).

Благодаря сравнительно большой массе - частиц (какие в свыше 7000 раз массивнее электронов) они не отклоняются от собственной прямолинейной траектории при столкновениях с легкими электронами атомов. Заметное отклонение траектории - частицы от прямолинейной возможно лишь в том случае, когда она проходит достаточно близко от массивного положительно заряженной частицы . Если частицы рассеиваются на золотой фольге толщиной в м, то на такой толщине металлической фольги укладывается цепочка из приблизительно 400 атомов золота.

Опыты резерфорда показали, что - частицы по большей части рассеивались на малые углы. То есть подавляющее большинство из них проходило сквозь фольгу почти как сквозь пустое пространство. Все же одна из приблизительно 20.000 частиц, напротив, рассеивалась на значительные углы. Это позволило резерфорду уже в 1913 году прийти к заключению о том, что в центре атому расположено массивное положительно заряженное ядро, размеры которого чрезвычайно малые сравнительно с характерными размерами собственно атому.

Именно поэтому большинство - частиц обходят ядра атомов на сравнительно больших расстояниях от них и рассеиваются незначительно. Характерные размеры атомных ядер складывают приблизительно, тогда как характерные размеры электронных оболочек в атоме приблизительно, на пять порядков больше.

Наглядное представление о соотношении размеров ядра и атомных оболочек дает такое сравнение: если бы мы увеличили ядро атому к размерам макового зернышка (10-3 м), то атомная оболочка увеличилась бы к размерам беговой дорожки стадиона (102 м). Представляя себе маковое зернышко в центре стадиона можно понять соотношение размеров атомного ядра и атомных электронных оболочек.

Резерфорд на основании описанных выше экспериментов предложил так называемую планетарную модель атому. В этой модели атомные электроны двигались вокруг ядра по эллиптическим траекториям, причем в одном из фокусов такого эллипсу находится сравнительно небольшое за размерами, но массивное атомное ядро.

Затем что сила Кулона, то есть сила притягивания между зарядами ядра и электрону, как и сила всемирного притяжения между планетами и Солнцем, обратно пропорциональные квадрату расстояния между ними, особенности движения планет в Солнечной системе и электронов в атоме, согласно резерфорду, являются подобными.

Наибольшим недостатком планетарной модели резерфорда было ее противоречие (контроверза) основному закону электродинамики. Заряженные электроны, которые двигаются по замкнутым эллиптическим орбитам вокруг ядер, - поэтому, двигаются с ускорением,- должны непрерывно излучать энергию в виде электромагнитных волн. Поэтому атом резерфорда был принципиально нестабильным: тратя весь запас собственной энергии на излучение, электрон должен был рано, или поздно (по расчетам выплывало, что за очень короткое время, порядку 10-11 с), падать на ядро.

Именно нестабильность планетарной модели атому резерфорда и стала причиной разработки новых, квантовых представлений в физике микромира.