√ Разбор модели атома Эрнеста Резерфорда

https://iitutor.com В 1909 году, по предложению Эрнеста Резерфорда, немецкий физик Ханс Гейгер и его английский студент Эрнест Марсден использовали альфа-частицы (α) из источника радия для бомбардировки тонких металлических фольг в вакуумированной цилиндрической камере. Металлическая фольга и источник альфа-частиц радия находились в фиксированном положении. Для обеспечения прямолинейного движения альфа-частиц к экрану была разработана щелевая система, которая блокировала рассеянные альфа-частицы. Гейгер и Марсден получили результаты, указывающие на очень высокую степень проницаемости альфа-частиц через, казалось бы, твердую фольгу. Проникновение альфа-частиц через фольгу не наблюдалось напрямую, поскольку они были слишком малы. Доказательства этого были получены путем наблюдения за экраном внутри камеры. Источник альфа-частиц был направлен на щели, которые задерживали случайные альфа-частицы, не направленные в центр экрана F. Вставленные тонкие металлические фольги M позволяли регистрировать отклонение альфа-частиц с помощью подвижного микроскопа и экрана. Экспериментальная установка использовала микроскоп со сцинтилляционным экраном над объективом, который можно было поворачивать на любой желаемый угол. При попадании альфа-частицы на экран происходила вспышка. Конструкция оборудования позволяла ученым перемещать микроскоп под любым углом и подсчитывать количество вспышек, возникающих на экране при попадании на него отклоненных альфа-частиц. С помощью этой установки Гейгер и Марсден смогли определить относительную вероятность отклонения альфа-частиц на углы до 90° от фольги. Наблюдаемая ими картина отклонений без фольги A и с вставленной металлической фольгой (кривая B) указывала на наличие пространства внутри твердого материала. Без вставленной металлической фольги большинство альфа-частиц попадали в центр экрана или вблизи него. Некоторое отклонение альфа-частиц всегда ожидалось из-за невозможности полностью удалить газ из вакуумированной трубки. Поэтому случайные столкновения и отклонения альфа-частиц были вполне ожидаемы. Когда была вставлена металлическая фольга, картина отклонения изменилась, став похожей на показанную на кривой B, при этом некоторые частицы отклонялись от центра экрана. Это произошло, предположительно, после того, как альфа-частицы столкнулись с атомами в фольге. Многие альфа-частицы всё ещё проходили сквозь фольгу, как показано на кривой. Поскольку микроскопические отверстия в твердой фольге не были обнаружены, стало очевидно, что необходимо найти другое объяснение для тех альфа-частиц, которые проходили сквозь твердую металлическую фольгу. Резерфорд взял данные об отклонении, имеющие аналогичную кривую распределения, как на B, и провел статистический анализ. Затем он попросил Гейгера и Марсдена переместить микроскоп в сторону источника альфа-частиц, чтобы определить вероятность различных степеней обратного рассеяния. Гейгер и Марсден обнаружили обратное рассеяние. Предполагалось, что это происходит из-за отражения альфа-частиц от источника каким-то твердым объектом, гораздо более массивным, чем сами альфа-частицы. Анализ Резерфорда Теоретический статистический анализ распределения рассеяния, измеренного Гейгером и Марсденом, показал, что он согласуется с атомом с твердым ядром радиусом всего около 10–14 м. Это малое значение диаметра ядра означало, что твердый центр атома составлял лишь крошечную долю от общего объема атома, но подтверждало, что ядро содержало большую часть массы атома. Атом Резерфорда В 1911 году Резерфорд предложил модель атома, в которой электроны вращаются вокруг крошечного положительно заряженного ядра. Ядро содержало подавляющую часть массы атома. Он предположил, что электростатическое притяжение между положительным ядром и отрицательными электронами обеспечивает центростремительную силу, необходимую для удержания электронов на своих орбитах. Расчеты и последующие эксперименты по рассеянию показали, что радиус ядра составляет менее 1/10 000 радиуса атома. Эксперименты Резерфорда и других показали, что атомный номер (Z), используемый для позиционирования элементов в периодической таблице, на самом деле представляет собой число основных положительных зарядов в ядре. Таким образом, водород имеет один положительный заряд в ядре и один вращающийся электрон, гелий — два положительных заряда в ядре и два вращающихся электрона, литий — три положительных заряда и так далее. Хотя модель Резерфорда была шагом вперед, она подверглась критике со стороны других физиков, поскольку вращающиеся заряды излучают электромагнитные волны, и, следовательно, электроны должны терять энергию и закручиваться по спирали к ядру. Кроме того, модель не могла быть использована для объяснения излучения определенных частот света (атомных спектров) от возбужденных атомов.