Ядерная модель атома

Экспериментальная проверка модели Томсона была осуществлена в 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом.

Идея опыта заключалась в изучении рассеяния α-частиц (заряд +2е, масса 6,64.10-27 кг) на атомах. α-частицы были выбраны, т.к. их кинетическая энергия много больше кинетической энергии электронов (β-лучи) и, в отличие от γ-лучей они имеют электрический заряд.

Пучок α-частиц пропускался через тонкую золотую фольгу. Золото было выбрано как очень пластичный материал, из которого можно получить фольгу толщиной практически в один атомный слой. Опыты были повторены и на других материалах

Э. Резерфорд и его помощники Г. Гейгер и Э. Марсден обнаружили, что какая-то частьa-частиц отклоняется на довольно значительный угол от своего первоначального направления, а небольшая часть отражается от фольги. Но согласно модели атома Томсона эти a-частицы при взаимодействии с атомами фольги отклоняются на малые углы, порядка 2°.

Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:

Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома (~10-15 м).

В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.

Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома и компенсирует положительный заряд ядра.

Расчеты показали, что a-частицы, которые взаимодействуют с электронами в веществе, почти не отклоняются.

Только некоторые a-частицы проходят вблизи ядра и испытывают резкие отклонения. Если между зарядами действует кулоновская сила или потенциальная энергия системы a-частица - ядро и , то α-частица будет отброшена назад.

При расчете учитывают, что , где e – заряд электрона; , где Z – зарядовое число, равное количеству электронов в атоме; диаметр ядра 10-15 – 10-14 м, атома 10-10 м.

Однако предложенная модель строения атома не позволила объяснить устойчивость атома:

- ускоренное движение электрона согласно теории Максвелла сопровождается электромагнитным излучением, поэтому энергия электрона уменьшается, и он движется по спирали, приближаясь к ядру. Казалось бы, электрон должен упасть на ядро (расчет показывает, что это должно произойти за 10-8 с), так как при движении по спирали уменьшается энергия электрона, в действительности атомы являются устойчивыми системами;

- спектр излучения при этом должен быть непрерывным (должны присутствовать все длины волн). На опыте спектр получается линейчатым;

- нет ответа на вопрос о строении ядра. Если в него входят только положительные частицы, то почему они не отталкиваются?