Схема прибора Гофмана

При электролизе воды в приборе Гофмана, в одной части сосуда, где помещен отрицательный электрод, выделяется водород. В другой - кислород. Измерив количество прошедшего в цепи электричества и объем водорода, можно рассчитать заряд одного иона водорода: q=1,6.10^-16 Кл.

Такое количество электрического заряда теряет атом водорода при ионизации. Масса же при этом остается почти неизменной, уменьшаясь примерно на одну двухтысячную от величины массы атома водорода. Заряд уносит очень маленькая по массе частица, которая и была названа электроном. Заряды всех других ионов всегда кратны по абсолютной величине заряду иона водорода. Это означает, что электроны входят в состав всех атомов.

Более того, и в химии, и в физике сформировалось устойчивое мнение о том, что заряд электрона является естественной единицей количества электричества, меньше которой не бывает. Два вопроса, по меньшей мере, возникли после подтверждения факта существования электрона:

1. Где находится электрон в составе нейтрального атома, снаружи или внутри положительно заряженной массы?

2. Что собой представляет область положительного заряда?

В начале ХХ столетия были высказаны, почти одновременно, несколько гипотез о внутренней структуре атома. При этом все авторы исходили из принципа единства мира и подобия его частей. Этот принцип имеет древнее происхождение. Считается что его высказал древнеегипетский мистик Гермес Тримегист фразой " То, что находится наверху, подобно тому, что находится внизу". Поэтому ожидалось, что объекты микромира могут быть устроены наподобие объектов мегамира или макромира.

Нюклеарно-планетарная модель Ж.Перрена была аналогом Солнечной системы. Планета Сатурн с кольцами его спутников послужила основой модели Х.Нагаока. В модели Дж.Дж.Томсона электроны находятся в самом облаке положительного заряда, наподобие изюминок в кексе. Как видно из сопоставления моделей они различаются по величине области,занимаемой положительным зарядом в атоме.

Какая из моделей верна? Ответ должен был дать эксперимент, таково общее правило в науке. Но какой эксперимент? Чем подействовать на атом?

Химические методы воздействий приводили к ионизации молекул и атомов, но не вскрывали его "внутреннее устройство". На помощь пришла физика, в арсенале которой к тому времени появились различные излучения с высокой проникающей способностью.

Около ста лет назад (1896) А.Беккерель открыл явление радиоактивности. Годом раньше В.Рентген обнаружил таинственные Х-лучи, которые просвечивали, например, руку человека и оставляли на фотопластинке силуэты фаланг пальцев. Для современников Рентгена это было поразительно!

Позднее выяснилось, что Х-лучи, или рентгеновское излучение представляет собой электромагнитное излучение с энергией в десятки тысяч раз большей, чем у фиолетового светового излучения. Энергия радиоактивного гамма-излучения, всегда сопровождающего альфа- или бета-распад, не менее чем в миллион раз выше энергии светового излучения.

Все электромагнитные излучения электрически нейтральны и не могут отклоняться в поле отрицательных или положительных зарядов. Для целей зондирования распределения зарядов в атомах более подходящими являлись бета-частицы (электроны) и альфа-частицы (ядра атомов гелия).

В 1909 году, по заданию Э.Резерфорда, его сотрудник Г.Гейгер и ассистент Э.Мардсен начали исследования рассеяния альфа-частиц тонкими (настолько, что они становились полупрозрачными для света) пленками золота. На обычном языке это называлось бомбардировать атом альфа-частицами. (Заметим в скобках, что другие сотрудники в лаборатории Резерфорда бомбардировали атом бета-лучами).