Hmotnosť elektrónov je niekoľko tisíckrát menšia ako hmotnosť atómov. Keďže atóm ako celok je neutrálny, väčšina atómu pripadá na jeho kladne nabitú časť.

Pre experimentálnu štúdiu distribúcie kladného náboja, a teda aj hmoty vo vnútri atómu, Rutherford v roku 1906 navrhol použiť sondovanie atómu pomocou α -častice. Tieto častice vznikajú rozpadom rádia a niektorých ďalších prvkov. Ich hmotnosť je asi 8000-násobok hmotnosti elektrónu a kladný náboj sa modulom rovná dvojnásobku náboja elektrónu. Nie sú to nič iné ako plne ionizované atómy hélia. Rýchlosť α -častice sú veľmi veľké: je to 1/15 rýchlosti svetla.

Týmito časticami Rutherford bombardoval atómy ťažkých prvkov. Elektróny kvôli svojej malej hmotnosti nemôžu výrazne zmeniť trajektóriu α -častice, ako kamienok o hmotnosti niekoľkých desiatok gramov pri zrážke s autom, nie sú schopné výrazne zmeniť jeho rýchlosť. Rozptyľovanie (zmena smeru pohybu) α -častice môžu spôsobiť iba kladne nabitú časť atómu. Teda rozptylom α -častice môžu určiť povahu rozloženia kladného náboja a hmotnosti vo vnútri atómu.

Rádioaktívny prípravok, ako je rádium, bol umiestnený vo vnútri oloveného valca 1, pozdĺž ktorého bol vyvŕtaný úzky kanál. zväzok α -častice z kanála dopadli na tenkú fóliu 2 skúmaného materiálu (zlato, meď atď.). Po rozsypaní α -častice padali na priesvitné sito 3 potiahnuté sulfidom zinočnatým. Zrážku každej častice s tienidlom sprevádzal záblesk svetla (scintilácia), ktorý bolo možné pozorovať v mikroskope 4. Celý prístroj bol umiestnený v nádobe, z ktorej bol odvádzaný vzduch.

S dobrým vákuom vo vnútri zariadenia, bez fólie, sa na obrazovke objavil jasný kruh pozostávajúci zo scintilácií spôsobených tenkým lúčom α -častice. Ale keď bola do dráhy lúča umiestnená fólia, α -častice v dôsledku rozptylu boli na obrazovke rozmiestnené v kruhu väčšej plochy. Po úprave experimentálneho nastavenia sa Rutherford pokúsil odhaliť odchýlku α -častice pod veľkými uhlami. Celkom nečakane sa ukázalo, že malý počet α -častice (asi jedna z dvetisíc) sa odchýlili pod uhlom väčším ako 90°. Neskôr to Rutherford priznal, ponúkol svojim študentom experiment na pozorovanie rozptylu α -častice pod veľkými uhlami, sám neveril v pozitívny výsledok. "Je to takmer také neuveriteľné," povedal Rutherford, "ako keby ste vystrelili 15-palcový projektil na kus tenkého papiera a ten sa k vám vrátil a zasiahol vás." V skutočnosti nebolo možné predpovedať tento výsledok na základe Thomsonovho modelu. Pri distribúcii po celom atóme nemôže kladný náboj vytvoriť dostatočne intenzívne elektrické pole schopné vrhnúť a-časticu späť. Maximálna odpudivá sila je určená Coulombovým zákonom:

kde q α - náboj α -častice; q je kladný náboj atómu; r je jeho polomer; k - koeficient proporcionality. Intenzita elektrického poľa rovnomerne nabitej gule je maximálna na povrchu gule a pri približovaní sa k stredu klesá na nulu. Preto čím menší je polomer r, tým väčšia je odpudivá sila α -častice.

Určenie veľkosti atómového jadra. Rutherford si to uvedomil α -častica môže byť vrhnutá späť iba vtedy, ak je kladný náboj atómu a jeho hmotnosť sústredené vo veľmi malej oblasti priestoru. Rutherford teda prišiel s myšlienkou atómového jadra - telesa malej veľkosti, v ktorom je sústredená takmer všetka hmota a všetok kladný náboj atómu.

Planetárny model atómu, alebo Rutherfordov model, - historický model štruktúry atómu, ktorý navrhol Ernest Rutherford ako výsledok experimentu s rozptylom častíc alfa. Podľa tohto modelu sa atóm skladá z malého kladne nabitého jadra, ktoré obsahuje takmer všetku hmotnosť atómu, okolo ktorého sa pohybujú elektróny, rovnako ako sa pohybujú planéty okolo Slnka. Planetárny model atómu zodpovedá moderným predstavám o štruktúre atómu, berúc do úvahy skutočnosť, že pohyb elektrónov je kvantovej povahy a nie je popísaný zákonmi klasickej mechaniky. Historicky Rutherfordov planetárny model nahradil "model slivkového pudingu" Josepha Johna Thomsona, ktorý predpokladá, že negatívne nabité elektróny sú umiestnené vo vnútri kladne nabitého atómu.

Prvé informácie o komplexe štruktúra atómu boli získané pri štúdiu procesov prechodu elektrického prúdu kvapalinami. V tridsiatych rokoch XIX storočia. Experimenty vynikajúceho fyzika M. Faradaya naznačili, že elektrina existuje vo forme samostatných jednotkových nábojov.

Objav spontánneho rozpadu atómov niektorých prvkov, nazývaného rádioaktivita, bol priamym dôkazom zložitosti štruktúry atómu. V roku 1902 anglickí vedci Ernest Rutherford a Frederick Soddy dokázali, že počas rádioaktívneho rozpadu sa atóm uránu mení na dva atómy – atóm tória a atóm hélia. To znamenalo, že atómy nie sú nemenné, nezničiteľné častice.

Rutherfordov model atómu

Pri skúmaní prechodu úzkeho zväzku častíc alfa cez tenké vrstvy hmoty Rutherford zistil, že väčšina častíc alfa prechádza kovovou fóliou pozostávajúcou z mnohých tisícok vrstiev atómov bez toho, aby sa odchýlila od pôvodného smeru, bez toho, aby došlo k rozptylu, ako keby tam boli. žiadne prekážky v ich ceste.žiadne prekážky. Niektoré častice však boli vychýlené pod veľkými uhlami, pretože zažili pôsobenie veľkých síl.

Na základe výsledkov experimentov pozorovať rozptyl častíc alfa v hmote Rutherford navrhol planetárny model štruktúry atómu. Podľa tohto modelu štruktúra atómu je podobná štruktúre slnečnej sústavy. V strede každého atómu je kladne nabité jadro s polomerom ≈ 10 -10 m, ako planéty, obiehajú záporne nabité elektróny. Takmer všetka hmota je sústredená v atómovom jadre. Častice alfa môžu prechádzať tisíckami vrstiev atómov bez rozptylu, pretože väčšina priestoru vo vnútri atómov je prázdna a zrážky s ľahkými elektrónmi nemajú takmer žiadny vplyv na pohyb ťažkej častice alfa. K rozptylu alfa častíc dochádza pri zrážkach s atómovými jadrami.

Rutherfordov model atómu nedokázal vysvetliť všetky vlastnosti atómov.

Podľa zákonov klasickej fyziky musí atóm pozostávajúci z kladne nabitého jadra a elektrónov na kruhových dráhach vyžarovať elektromagnetické vlny. Vyžarovanie elektromagnetických vĺn by malo viesť k zníženiu potenciálnej energie v systéme jadro-elektrón, k postupnému zmenšovaniu polomeru dráhy elektrónu a pádu elektrónu na jadro. Atómy však zvyčajne nevyžarujú elektromagnetické vlny, elektróny nedopadajú na atómové jadrá, to znamená, že atómy sú stabilné.

Kvantové postuláty N. Bohra

Na vysvetlenie stability atómov Niels Bohr navrhol opustiť obvyklé klasické predstavy a zákony pri vysvetľovaní vlastností atómov.

Základné vlastnosti atómov dostávajú konzistentné kvalitatívne vysvetlenie na základe prijatia kvantové postuláty N. Bohra.

1. Elektrón obieha okolo jadra iba po presne definovaných (stacionárnych) kruhových dráhach.

2. Atómový systém môže byť len v určitých stacionárnych alebo kvantových stavoch, z ktorých každý zodpovedá určitej energii E. Atóm nevyžaruje energiu v stacionárnych stavoch.

Stacionárny stav atómu s minimálnym množstvom energie je tzv hlavný štát, všetky ostatné štáty sú tzv excitované (kvantové) stavy. V základnom stave môže byť atóm nekonečne dlhý, životnosť atómu v excitovanom stave trvá 10 -9 -10 -7 sekúnd.

3. K emisii alebo absorpcii energie dochádza iba vtedy, keď atóm prechádza z jedného stacionárneho stavu do druhého. Energia kvanta elektromagnetického žiarenia pri prechode zo stacionárneho stavu s energiou E m do stavu energie E n sa rovná rozdielu medzi energiami atómu v dvoch kvantových stavoch:

∆E = E m – E n = hv,

kde v je frekvencia žiarenia, h\u003d 2h \u003d 6,62 ∙ 10 -34 J ∙ s.

Kvantový model štruktúry atómu

V budúcnosti boli niektoré ustanovenia teórie N. Bohra doplnené a premyslené. Najvýznamnejšou zmenou bolo zavedenie konceptu elektrónového oblaku, ktorý nahradil koncept elektrónu len ako častice. Neskôr bola Bohrova teória nahradená kvantovou teóriou, ktorá zohľadňuje vlnové vlastnosti elektrónu a iných elementárnych častíc tvoriacich atóm.

základ moderná teória štruktúry atómu je planetárny model, doplnený a vylepšený. Podľa tejto teórie sa jadro atómu skladá z protónov (kladne nabitých častíc) a neurónov (nenabitých častíc). A okolo jadra sa elektróny (záporne nabité častice) pohybujú po neurčitých trajektóriách.

Máte nejaké otázky? Chcete sa dozvedieť viac o modeloch atómových štruktúr?
Ak chcete získať pomoc tútora - zaregistrujte sa.
Prvá lekcia je zadarmo!

stránky, s úplným alebo čiastočným kopírovaním materiálu, je potrebný odkaz na zdroj.

Planetárny model atómu navrhol E. Rutherford v roku 1910. Prvé štúdie štruktúry atómu urobil pomocou alfa častíc. Na základe výsledkov získaných v experimentoch s ich rozptylom Rutherford navrhol, že všetok kladný náboj atómu je sústredený v malom jadre v jeho strede. Na druhej strane, záporne nabité elektróny sú distribuované po celom zvyšku jeho objemu.

Trochu pozadia

Prvý skvelý odhad o existencii atómov urobil staroveký grécky vedec Democritus. Odvtedy myšlienka existencie atómov, ktorých kombinácie dávajú všetky látky okolo nás, neopustila predstavivosť ľudí vedy. Z času na čas sa na ňu obracali jej rôzni predstavitelia, no až do začiatku 19. storočia boli ich konštrukcie len hypotézami, nepodložené experimentálnymi údajmi.

Nakoniec, v roku 1804, viac ako sto rokov predtým, ako sa objavil planetárny model atómu, anglický vedec John Dalton poskytol dôkazy o jeho existencii a predstavil koncept atómovej hmotnosti, čo bola jeho prvá kvantitatívna charakteristika. Ako jeho predchodcovia, aj on si predstavoval atómy ako najmenšie kúsky hmoty, ako pevné gule, ktoré sa nedajú rozdeliť na ešte menšie častice.

Objav elektrónu a prvý model atómu

Uplynulo takmer storočie, keď napokon na konci 19. storočia aj Angličan J. J. Thomson objavil prvú subatomárnu časticu, záporne nabitý elektrón. Keďže atómy sú elektricky neutrálne, Thomson si myslel, že musia byť zložené z kladne nabitého jadra s elektrónmi rozptýlenými po celom jeho objeme. Na základe rôznych experimentálnych výsledkov navrhol v roku 1898 svoj model atómu, niekedy nazývaného „slivky v pudingu“, pretože atóm v ňom bol reprezentovaný ako guľa naplnená nejakou kladne nabitou kvapalinou, do ktorej boli vložené elektróny, ako „ slivky do nákypu. Polomer takéhoto sférického modelu bol asi 10 -8 cm Celkový kladný náboj kvapaliny je symetricky a rovnomerne vyvážený zápornými nábojmi elektrónov, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Tento model uspokojivo vysvetlil skutočnosť, že keď sa látka zahreje, začne vyžarovať svetlo. Hoci to bol prvý pokus pochopiť, čo je atóm, nepodarilo sa mu uspokojiť výsledky experimentov, ktoré neskôr vykonali Rutherford a iní. Thomson v roku 1911 súhlasil s tým, že jeho model jednoducho nedokáže odpovedať na to, ako a prečo dochádza k rozptylu α-lúčov pozorovaných pri experimentoch. Preto sa od neho upustilo a nahradil ho dokonalejší planetárny model atómu.

Ako je vôbec atóm usporiadaný?

Ernest Rutherford poskytol vysvetlenie fenoménu rádioaktivity, za ktoré dostal Nobelovu cenu, ale jeho najvýznamnejší prínos pre vedu prišiel neskôr, keď zistil, že atóm pozostáva z hustého jadra obklopeného dráhami elektrónov, rovnako ako je obklopené slnko. obežnými dráhami planét.

Podľa planetárneho modelu atómu je väčšina jeho hmoty sústredená v malom (v porovnaní s veľkosťou celého atómu) jadre. Elektróny sa pohybujú okolo jadra a pohybujú sa neuveriteľnou rýchlosťou, ale väčšina objemu atómov je prázdny priestor.

Veľkosť jadra je taká malá, že jeho priemer je 100 000-krát menší ako priemer atómu. Priemer jadra odhadol Rutherford na 10 - 13 cm, na rozdiel od veľkosti atómu - 10 - 8 cm. Mimo jadra sa okolo neho otáčajú elektróny vysokou rýchlosťou, výsledkom čoho sú odstredivé sily, ktoré vyrovnávajú elektrostatické sily. príťažlivosti medzi protónmi a elektrónmi.

Rutherfordove experimenty

Planetárny model atómu vznikol v roku 1911 po slávnom experimente so zlatou fóliou, ktorý umožnil získať základné informácie o jeho štruktúre. Rutherfordova cesta k objavu atómového jadra je dobrým príkladom úlohy kreativity vo vede. Jeho pátranie začalo už v roku 1899, keď zistil, že určité prvky vyžarujú kladne nabité častice, ktoré dokážu preniknúť čímkoľvek. Tieto častice nazval častice alfa (α) (teraz vieme, že to boli jadrá hélia). Ako všetci dobrí vedci, aj Rutherford bol zvedavý. Zaujímalo ho, či by sa alfa častice nedali použiť na zistenie štruktúry atómu. Rutherford sa rozhodol namieriť lúč alfa častíc na plát veľmi tenkej zlatej fólie. Vybral si zlato, pretože dokáže vyrobiť pláty tenké až 0,00004 cm Za plátom zlatej fólie umiestnil obrazovku, ktorá sa rozžiarila, keď na ňu dopadli častice alfa. Používal sa na detekciu častíc alfa po ich prechode cez fóliu. Malá štrbina na obrazovke umožnila lúču alfa častíc dosiahnuť fóliu po opustení zdroja. Niektoré z nich musia prejsť fóliou a pokračovať v pohybe rovnakým smerom, zatiaľ čo druhá časť sa musí od fólie odraziť a odrážať v ostrých uhloch. Schému experimentu môžete vidieť na obrázku nižšie.

Čo sa stalo v Rutherfordovom experimente?

Na základe modelu atómu J. J. Thomsona Rutherford predpokladal, že pevné oblasti s kladným nábojom, ktoré vypĺňajú celý objem atómov zlata, sa pri prechode cez fóliu odchýlia alebo ohnú trajektórie všetkých častíc alfa.

Prevažná väčšina alfa častíc však prešla práve cez zlatú fóliu, ako keby tam ani nebola. Zdalo sa, že prechádzajú prázdnym priestorom. Len málo z nich sa odkláňa z priamej cesty, ako sa na začiatku predpokladalo. Nižšie je uvedený graf počtu častíc rozptýlených v príslušnom smere v závislosti od uhla rozptylu.

Prekvapivo sa malé percento častíc odrazilo od fólie, ako keď sa basketbalová lopta odrazí od dosky. Rutherford si uvedomil, že tieto odchýlky boli výsledkom priamej kolízie medzi časticami alfa a kladne nabitými zložkami atómu.

V centre pozornosti je jadro

Na základe zanedbateľného percenta alfa častíc odrazených od fólie môžeme usúdiť, že všetok kladný náboj a takmer všetka hmotnosť atómu sú sústredené v jednej malej oblasti a zvyšok atómu je väčšinou prázdny priestor. Rutherford nazval oblasť koncentrovaného kladného náboja jadrom. Predpovedal a čoskoro zistil, že obsahuje kladne nabité častice, ktoré pomenoval protóny. Rutherford predpovedal existenciu neutrálnych atómových častíc nazývaných neutróny, ale nepodarilo sa mu ich odhaliť. Jeho študent James Chadwick ich však objavil o niekoľko rokov neskôr. Na obrázku nižšie je znázornená štruktúra jadra atómu uránu.

Atómy pozostávajú z kladne nabitých ťažkých jadier obklopených záporne nabitými extrémne ľahkými časticami-elektrónmi, ktoré sa okolo nich otáčajú, a to takými rýchlosťami, že mechanické odstredivé sily jednoducho vyrovnávajú ich elektrostatickú príťažlivosť k jadru a v tejto súvislosti je údajne zabezpečená stabilita atómu.

Nevýhody tohto modelu

Hlavná myšlienka Rutherforda súvisela s myšlienkou malého atómového jadra. Predpoklad o dráhach elektrónov bol čistý dohad. Nevedel presne, kde a ako elektróny obiehajú okolo jadra. Preto Rutherfordov planetárny model nevysvetľuje rozloženie elektrónov na obežných dráhach.

Stabilita Rutherfordovho atómu bola navyše možná len pri nepretržitom pohybe elektrónov po dráhach bez straty kinetickej energie. Elektrodynamické výpočty však ukázali, že pohyb elektrónov pozdĺž akýchkoľvek krivočiarych trajektórií, sprevádzaný zmenou smeru vektora rýchlosti a výskytom zodpovedajúceho zrýchlenia, je nevyhnutne sprevádzaný emisiou elektromagnetickej energie. V tomto prípade podľa zákona zachovania energie musí byť kinetická energia elektrónu veľmi rýchlo vynaložená na žiarenie a tá musí dopadnúť na jadro, ako je schematicky znázornené na obrázku nižšie.

Ale to sa nestane, pretože atómy sú stabilné formácie. Medzi modelom javu a experimentálnymi údajmi vznikol typický vedecký rozpor.

Od Rutherforda po Nielsa Bohra

Ďalší veľký krok vpred v atómovej histórii prišiel v roku 1913, keď dánsky vedec Niels Bohr zverejnil popis podrobnejšieho modelu atómu. Jasnejšie určila miesta, kde by sa elektróny mohli nachádzať. Hoci neskorší vedci vyvinuli sofistikovanejšie atómové konštrukcie, Bohrov planetárny model atómu bol v zásade správny a väčšina z neho je dodnes akceptovaná. Mal mnoho užitočných aplikácií, napríklad sa používa na vysvetlenie vlastností rôznych chemických prvkov, povahy ich radiačného spektra a štruktúry atómu. Planetárny model a Bohrov model boli najdôležitejšími míľnikmi, ktoré znamenali vznik nového smeru vo fyzike – fyziky mikrosveta. Bohr dostal v roku 1922 Nobelovu cenu za fyziku za svoje príspevky k nášmu pochopeniu štruktúry atómu.

Čo nové priniesol Bohr do modelu atómu?

Bohr ešte ako mladý muž pracoval v Rutherfordovom laboratóriu v Anglicku. Keďže koncept elektrónov bol v Rutherfordovom modeli nedostatočne rozvinutý, Bohr sa na ne zameral. V dôsledku toho sa výrazne zlepšil planetárny model atómu. Bohrove postuláty, ktoré formuloval vo svojom článku „O štruktúre atómov a molekúl“, publikovanom v roku 1913, zneli:

1. Elektróny sa môžu pohybovať okolo jadra iba v pevných vzdialenostiach od neho, ktoré sú určené množstvom energie, ktorú majú. Tieto pevné úrovne nazval energetické hladiny alebo elektrónové obaly. Bohr si ich predstavoval ako sústredné gule s jadrom v strede každej z nich. V tomto prípade sa elektróny s nižšou energiou budú nachádzať na nižších úrovniach, bližšie k jadru. Tí, ktorí majú viac energie, sa budú nachádzať na vyšších úrovniach, ďalej od jadra.

2. Ak elektrón pohltí nejaké (pre danú úroveň celkom isté) množstvo energie, potom preskočí na ďalšiu, vyššiu energetickú úroveň. Naopak, ak stratí rovnaké množstvo energie, vráti sa späť na pôvodnú úroveň. Elektrón však nemôže existovať na dvoch energetických úrovniach.

Túto myšlienku znázorňuje obrázok.

Energetické časti pre elektróny

Bohrov model atómu je vlastne kombináciou dvoch rôznych myšlienok: Rutherfordov atómový model s elektrónmi otáčajúcimi sa okolo jadra (v podstate Bohr-Rutherfordov planetárny model atómu) a myšlienka Maxa Plancka o kvantovaní energie hmoty, publikované v roku 1901. Kvantum (množné číslo - kvantá) je minimálne množstvo energie, ktoré môže látka absorbovať alebo vyžarovať. Je to druh diskretizačného kroku pre množstvo energie.

Ak sa energia prirovnáva k vode a chcete ju pridať do hmoty vo forme pohára, nemôžete len nalievať vodu v nepretržitom prúde. Namiesto toho ho môžete pridať v malých množstvách, napríklad čajovú lyžičku. Bohr veril, že ak elektróny môžu absorbovať alebo stratiť iba fixné množstvá energie, potom by mali meniť svoju energiu iba o tieto fixné množstvá. Môžu teda zaberať len pevné energetické hladiny okolo jadra, ktoré zodpovedajú kvantovaným prírastkom ich energie.

Takže z Bohrovho modelu vyrastá kvantový prístup k vysvetleniu, aká je štruktúra atómu. Planetárny model a Bohrov model boli akési kroky od klasickej fyziky ku kvantovej fyzike, ktorá je hlavným nástrojom fyziky mikrokozmu, vrátane atómovej fyziky.

Prednáška: Planetárny model atómu

Štruktúra atómu

Najpresnejším spôsobom, ako určiť štruktúru akejkoľvek látky, je spektrálna analýza. Žiarenie každého atómu prvku je výlučne individuálne. Avšak predtým, ako pochopíme, ako prebieha spektrálna analýza, poďme zistiť, akú štruktúru má atóm akéhokoľvek prvku.

Prvý predpoklad o štruktúre atómu predložil J. Thomson. Tento vedec sa už dlho zaoberá štúdiom atómov. Navyše je to on, kto vlastní objav elektrónu – za ktorý dostal Nobelovu cenu. Model, ktorý navrhol Thomson, nemal nič spoločné s realitou, ale slúžil ako dostatočne silný podnet pre Rutherforda, aby študoval štruktúru atómu. Model navrhnutý Thomsonom sa nazýval „hrozienkový puding“.

Thomson veril, že atóm je pevná guľa so záporným elektrickým nábojom. Aby sa to kompenzovalo, elektróny sú rozptýlené v guli ako hrozienka. Suma sumárum, náboj elektrónov sa zhoduje s nábojom celého jadra, čo robí atóm neutrálnym.

Počas štúdia štruktúry atómu sa zistilo, že všetky atómy v pevných látkach vykonávajú oscilačné pohyby. A ako viete, každá pohybujúca sa častica vyžaruje vlny. Preto má každý atóm svoje vlastné spektrum. Tieto tvrdenia však nijako nezapadali do Thomsonovho modelu.

Rutherfordova skúsenosť

Na potvrdenie alebo vyvrátenie Thomsonovho modelu navrhol Rutherford experiment, ktorého výsledkom bolo bombardovanie atómu niektorého prvku alfa časticami. V dôsledku tohto experimentu bolo dôležité zistiť, ako sa bude častica správať.

Častice alfa boli objavené v dôsledku rádioaktívneho rozpadu rádia. Ich prúdy boli alfa lúče, ktorých každá častica mala kladný náboj. V dôsledku mnohých štúdií sa zistilo, že častica alfa je ako atóm hélia, v ktorom nie sú žiadne elektróny. Pomocou súčasných poznatkov vieme, že častica alfa je jadrom hélia, zatiaľ čo Rutherford veril, že ide o héliové ióny.

Každá alfa častica mala obrovskú energiu, v dôsledku čoho mohla letieť na príslušné atómy vysokou rýchlosťou. Hlavným výsledkom experimentu preto bolo určenie uhla vychýlenia častíc.

Na experiment použil Rutherford tenkú zlatú fóliu. Nasmeroval naň vysokorýchlostné alfa častice. Predpokladal, že v dôsledku tohto experimentu všetky častice preletia cez fóliu a s malými odchýlkami. Aby to však s istotou zistil, prikázal svojim študentom, aby skontrolovali, či v týchto časticiach nie sú nejaké veľké odchýlky.

Výsledok experimentu prekvapil úplne každého, pretože mnohé častice sa nielen odchýlili o dostatočne veľký uhol – niektoré uhly vychýlenia dosiahli viac ako 90 stupňov.

Tieto výsledky prekvapili úplne každého, Rutherford povedal, že je to pocit, ako keby bol do dráhy projektilov umiestnený kus papiera, ktorý nedovolil alfa častici preniknúť dovnútra, v dôsledku čoho sa otočila späť.

Ak by bol atóm skutočne pevný, potom by mal mať nejaké elektrické pole, ktoré časticu spomalilo. Sila poľa však nestačila na to, aby ju úplne zastavila, nieto ešte zatlačila späť. To znamená, že Thomsonov model bol vyvrátený. Rutherford teda začal pracovať na novom modeli.

Na získanie tohto výsledku experimentu je potrebné koncentrovať kladný náboj v menšom množstve, čo má za následok väčšie elektrické pole. Pomocou vzorca potenciálu poľa môžete určiť požadovanú veľkosť kladnej častice, ktorá by mohla odpudzovať časticu alfa v opačnom smere. Jeho polomer by mal byť rádovo maximálny 10 -15 m. Preto Rutherford navrhol planetárny model atómu.

Tento model sa tak volá z nejakého dôvodu. Faktom je, že vo vnútri atómu sa nachádza kladne nabité jadro, podobne ako Slnko v slnečnej sústave. Elektróny obiehajú okolo jadra ako planéty. Slnečná sústava je usporiadaná tak, že planéty sú priťahované k Slnku pomocou gravitačných síl, avšak v dôsledku dostupnej rýchlosti, ktorá ich drží na obežnej dráhe, nedopadajú na povrch Slnka. To isté sa deje s elektrónmi – Coulombove sily priťahujú elektróny do jadra, ale vďaka rotácii nedopadnú na povrch jadra.

Jeden Thomsonov predpoklad sa ukázal ako absolútne správny – celkový náboj elektrónov zodpovedá náboju jadra. V dôsledku silnej interakcie však môžu byť elektróny vyradené z ich obežnej dráhy, v dôsledku čoho nie je náboj kompenzovaný a atóm sa mení na kladne nabitý ión.

Veľmi dôležitá informácia týkajúca sa štruktúry atómu je, že takmer všetka hmotnosť atómu je sústredená v jadre. Napríklad atóm vodíka má iba jeden elektrón, ktorého hmotnosť je viac ako jeden a pol tisíckrát menšia ako hmotnosť jadra.

V roku 1903 anglický vedec Thomson navrhol model atómu, ktorý sa žartom nazýval „buchta s hrozienkami“. Atóm je podľa neho guľa s rovnomerným kladným nábojom, v ktorej sú ako hrozienka rozptýlené negatívne nabité elektróny.

Ďalšie štúdie atómu však ukázali, že táto teória je neudržateľná. A o niekoľko rokov neskôr ďalší anglický fyzik Rutherford vykonal sériu experimentov. Na základe výsledkov zostavil hypotézu o štruktúre atómu, ktorá je dodnes celosvetovo uznávaná.

Rutherfordova skúsenosť: návrh jeho modelu atómu

Rutherford vo svojich experimentoch prešiel lúčom alfa častíc cez tenkú zlatú fóliu. Zlato bolo zvolené pre svoju plasticitu, vďaka ktorej bolo možné vytvoriť veľmi tenkú fóliu s hrúbkou takmer jednej vrstvy molekúl. Za fóliou bola špeciálna obrazovka, ktorá bola osvetlená, keď na ňu dopadali alfa častice. Podľa Thomsonovej teórie mali alfa častice prechádzať fóliou bez prekážok a dosť sa odchyľovať do strán. Ukázalo sa však, že niektoré častice sa správali týmto spôsobom a veľmi malá časť sa odrazila späť, akoby do niečoho narazil.

To znamená, že sa zistilo, že vo vnútri atómu je niečo pevné a malé, od čoho sa odrazili častice alfa. Vtedy Rutherford navrhol planetárny model štruktúry atómu. Rutherfordov planetárny model atómu vysvetlil výsledky jeho experimentov aj experimentov jeho kolegov. Dodnes nebol navrhnutý lepší model, hoci niektoré aspekty tejto teórie stále nesúhlasia s praxou v niektorých veľmi úzkych oblastiach vedy. Ale v zásade je planetárny model atómu najužitočnejší zo všetkých. Čo je to za model?

Planetárny model štruktúry atómu

Ako už názov napovedá, atóm sa prirovnáva k planéte. V tomto prípade je planéta jadrom atómu. A elektróny sa točia okolo jadra v dosť veľkej vzdialenosti, rovnako ako satelity obiehajú okolo planéty. Len rýchlosť rotácie elektrónov je stotisíckrát väčšia ako rýchlosť rotácie najrýchlejšieho satelitu. Preto elektrón pri svojej rotácii vytvára nad povrchom jadra akoby oblak. A existujúce náboje elektrónov odpudzujú rovnaké náboje tvorené inými elektrónmi okolo iných jadier. Preto sa atómy „nezlepia“, ale nachádzajú sa v určitej vzdialenosti od seba.

A keď hovoríme o zrážke častíc, myslíme tým, že sa k sebe priblížia na dostatočne veľkú vzdialenosť a odpudzujú ich polia svojich nábojov. Neexistuje žiadny priamy kontakt. Častice v hmote sú vo všeobecnosti veľmi vzdialené. Ak by bolo možné akýmkoľvek spôsobom spojiť častice akéhokoľvek telesa, zmenšil by sa miliardkrát. Zem by bola menšia ako jablko. Takže hlavný objem akejkoľvek látky, aj keď to môže znieť zvláštne, je obsadený prázdnotou, v ktorej sa nachádzajú nabité častice, držané v určitej vzdialenosti elektronickými interakčnými silami.