Rutherfordovy experimenty

Vědci nepřišli okamžitě k správnému pochopení struktura atomu. První model atomu navrhl anglický fyzik JJ Thomson, kdo objevil elektron. Ale jeho model se srazil s experimenty E. Rutherfordových o distribuci pozitivního náboje v mikročástice. Tyto experimenty Rutherford hrály významnou roli v pochopení struktury atomu.

Již bylo známo, že hmotnost elektronu je tisíckrát menší než hmotnost samotné částice. Rutherford předpokladal: jelikož atom je obecně neutrální, jeho hlavní hmota musí spadnout na kladně nabitou část. Pro potvrzení této hypotézy byly pokusy Rutherfordových sníženy na následující.

Navrhl použít alfa-částicku pro zkoumání atomu. Elektronová hmota přibližně 8000 krát méně než hmotnost alfa částic a jejich rychlost je velmi vysoká - může dosáhnout dvacet tisíc kilometrů za sekundu. Byly to Rutherfordovy experimenty rozptylem alfa částic.

Atomy těžkých elementů byly bombardovány těmito částicemi. Kvůli malé hmotnosti elektronů změňte trajektorii částice alfa nemohly dělat mnoho. Pouze část atomu, pozitivně nabitá, to může udělat. V důsledku toho, z povahy rozptylu alfa částic, bude možné znát rozložení hmoty uvnitř mikročástice hmoty a pozitivního náboje.

Rutherfordovy experimenty měly následující schéma. Jakékoliv radioaktivní látky byl umístěn uvnitř válce olova. V tomto válci byl podélně vyvrtán úzký kanál. Tok alfa částice z tohoto kanálu padly na tenkou fólii studovaného materiálu (měď, zlato a další). Pak alfa částice padly na průsvitné síto, které bylo potaženo sulfidem zinečnatým. Každá částicová část, která směřuje k sítu, způsobila záblesk světla (scintilací), který byl pozorován mikroskopem.

Další experimenty provedené Rutherfordem ukázaly, že malé množství alfa částic (přibližně jeden ze dvou tisíc) bylo odkloněno o úhel větší než 90 °. Tato skutečnost značně zmátla Rutherforda. Řekl, že je to neuvěřitelné, jako střílet skořápku v kusu tenkého papíru a on se vrátí k tobě a dopadne na tebe. Je skutečně nemožné předpovědět takový výsledek založený na modelu Thomson, a Rutherford to navrhl alfa - částice hozená dozadu může být pouze tehdy, když je velikost atomu ve velmi malém prostoru. Takže Rutherfordovy experimenty mu pomohly přijít k jádru modelu. Toto tělo má malou velikost, kde se soustřeďuje téměř celý kladný náboj a celá hmotnost mikročástic.

Atomový model vyplývá přímo z experimentů prováděných Rutherford. Struktura atomu podle Rutherfordova konceptu je následující. Pozitivně nabité jádro je uprostřed. Vzhledem k tomu, že atom je neutrální, počet elektronů se rovná pořadovému číslu elementu v periodickém systému Mendeleev. Oni se pohybují v kruhu nad jádrem, protože planety se otáčejí kolem Slunce na jejich orbitech. Pohyb elektronů je způsoben Coulombovými silami. Atom vodíku obsahuje pouze jeden elektron, který se točí okolo jádra. Jeho atomové jádro nese kladný náboj a hmotnost, přibližně 1836 násobek hmotnosti elektronu.

Tento model atomu měl experimentální ospravedlnění, ale na základě tohoto modelu není možné vysvětlit stabilitu jeho existence.

Elektrony pohybující se po oběžné dráze, by měly v souladu se zákony klasické mechaniky blíže k jádru kvůli ztrátám energie, a na konci, padnout na něj. Ve skutečnosti elektron nespadá na jádro. Mikročástice chemických prvků jsou velmi stabilní a mohou existovat po velmi dlouhou dobu. Závěr o blížícím se zničení atomu v důsledku ztráty energie, která není v souladu s Rutherford, je výsledkem použití zákonů klasické mechaniky k mikroměřítku jevy. Zákony klasické fyziky jsou proto nepoužitelné na jevy mikrosvěta.