Досведы Рэзерфорда

Навукоўцы не адразу прыйшлі да правільнага разумення будынка атама. Першую мадэль атама прапанаваў англійская фізік Дж. Дж. Томсан, які адкрыў электрон. Але яго мадэль ўвайшла ў супярэчнасць з досведамі Э. Рэзерфорда па вывучэнні размеркавання ў мікрачасцін станоўчага зарада. Гэтыя досведы Рэзерфорда адыгралі галоўную ролю ў разуменні таго, як уладкованы атам.

Было ўжо вядома, што маса электрона ў тысячы разоў менш масы самой часціцы. Радэрфорд зрабіў здагадку: паколькі ў цэлым атам нейтральны, то асноўная яго маса павінна прыходзіцца на станоўча зараджаных частку. Для пацверджання гэтай гіпотэзы досведы Рэзерфорда звяліся да наступнага.

Ён прапанаваў з дапамогай альфа-часціц зандаваць атам. Маса электрона прыблізна ў 8000 раз менш масы α-часціц, а хуткасць іх вельмі вялікая - яна можа дасягаць дваццаці тысяч кіламетраў у секунду. Гэта былі досведы Рэзерфорда па рассейванне альфа-часціц.

Атамы цяжкіх элементаў бамбардзіравалі гэтымі часціцамі. З-за малой масы электроны памяняць траекторыю α-часціц моцна не маглі. Гэта магла зрабіць толькі частка атама, станоўча зараджаная. Такім чынам, па характары рассейвання альфа-часціц можна будзе даведацца размеркаванне масы ўнутры мікрачасціны рэчывы і станоўчага зарада.

Досведы Рэзерфорда мелі наступную схему. Якое-небудзь радыёактыўнае рэчыва змяшчалася ўнутр цыліндру з свінцу. У гэтым цыліндры падоўжна высвідроўваюцца вузенькі канал. Паток α-часціц з гэтага канала трапляў на тонкую фальгу з вывучаецца матэрыялу (медзь, золата і іншае). Затым альфа-часціцы падалі на напаўпразрысты экран, які быў пакрыты сульфіду цынку. Кожная часціца, сутыкаючыся з экранам, давала выбліск святла (сцинтилляцию), яе можна было ўбачыць у мікраскоп.

Далейшыя досведы Рэзерфорда паказалі, што малы лік альфа-часціц (прыблізна адна з дзвюх тысяч) адхілялі на кут больш чым 90 °. Гэты факт моцна збянтэжыў Рэзерфорда. Ён казаў, што гэта так жа неверагодна, як стрэліць снарадам у кавалачак тонкай паперы і ён вярнуўся б да вас і нанёс удар. Сапраўды, прадказаць такі вынік, грунтуючыся на мадэлі Томсана, немагчыма, і Радэрфорд выказаў здагадку, што α-часціца адкінутая назад можа быць толькі тады, калі асноўная маса атама знаходзіцца ў вельмі малым па аб'ёме прасторы. Так досведы Рэзерфорда дапамаглі яму прыйсці да мадэлі ядра. Гэта цела малога памеру, дзе сканцэнтраваны амаль увесь станоўчы зарад і ўся маса мікрачасціны.

Атамная мадэль непасрэдна выцякае з досведаў, якія правёў Радэрфорд. Будова атама па канцэпцыі Рэзерфорда наступнае. Зараджанае станоўча ядро знаходзіцца ў цэнтры. Паколькі атам нейтральны, то лік электронаў раўняецца парадкаваму нумару элемента ў мендзялееўскую перыядычнай сістэме. Яны рухаюцца па крузе над ядром, як круцяцца планеты вакол Сонца па сваіх арбітах. Рух электронаў абумоўлена кулонаўскімі сіламі. Атам вадароду ўтрымлівае толькі адзін электрон, які звяртаецца вакол яго ядра. Яго атамная ядро нясе станоўчы зарад і масу, прыблізна ў 1836 разы больш масы электрона.

Такая мадэль атама мела эксперыментальнае абгрунтаванне, але на аснове дадзенай мадэлі нельга растлумачыць ўстойлівасць яго існавання.

Электроны, якія рухаюцца па арбіце, павінны па законах класічнай механікі набліжацца да ядра з-за страт энергіі і, у рэшце рэшт, зваліцца на яго. На самай справе электрон не падае на ядро. Мікрачасціны хімічных элементаў вельмі ўстойлівыя і могуць існаваць вельмі доўгі час. Выснову аб немінучым разбурэнні атама з-за страт энергіі, які не адпавядае з досведамі Рэзерфорда, ёсць вынік прымянення законаў класічнай механікі да микромасштабным з'яў. Такім чынам, да з'яў мікрасвету непрыдатныя законы класічнай фізікі.