Ядерная модель атома

Одну из первых моделей строения атома предложил в 1903 г. Дж.Дж.Томсон (рис. 114). Он предположил, что атом имеет форму шара; положительный заряд распределен равномерно по всему объему этого шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него. Радиус атома должен быть равен примерно 10^-10 м. Эта величина оценивалась по известным расстояниям между центрами атомов в кристаллических решетках твердых тел.

Томсон считал, что периодическая повторяемость химических свойств атомов и спектральные закономерности получат свое объяснение, если будут найдены радиусы концентрических электронных оболочек внутри положительно заряженного шара, число электронов на каждой оболочке и закономерности их заполнения.

Новая модель атома была предложена Э.Резерфордом в результате проделанных им и его сотрудниками опытов по изучению рассеяния быстрых заряженных частиц при прохождении через тонкие слои вещества. Было обнаружено, что в основном альфа-частицы (ионы гелия) проникают через тонкие металлические пластины почти без отклонения от прямолинейного пути. И лишь очень небольшая их часть испытывает отклонения на большие углы. В среднем одна из 8000 альфа-частиц рассеивается в направлении, обратном направлению первоначального движения.

Резерфорд предположил, что рассеяние альфа-частиц на большие углы объясняется тем, что положительный заряд в атоме не распределен равномерно в шаре радиусом 10^-10 м, а сосредоточен в центральной части атома в области значительно меньших размеров.

В этой центральной положительно заряженной части атома – атомном ядре – сосредоточена почти вся масса атома (рис. 115). По расчетам Резерфорда, радиус ядра примерно 10^-15 м. Атом же устроен подобно планетарной системе. Как вокруг Солнца на больших расстояниях от него обращаются планеты, так вокруг атомного ядра обращаются электроны. Радиус орбиты самого удаленного от ядра электрона и есть радиус атома. Такая модель строения атома была названа планетарной или ядерной моделью.

Однако атомные системы отличаются от планетарных систем физической природой сил, удерживающих планеты и электроны на их орбитах: планеты притягиваются к звездам силами всемирного тяготения, а во взаимодействии электронов с атомным ядром основную роль играют силы кулоновского притяжения разноименных электрических зарядов.

Ядерная модель атома хорошо объясняет основные закономерности рассеяния заряженных частиц. Так как большая часть пространства между атомным ядром и электронами пуста, то быстрые заряженные частицы могут почти свободно проникать через слои вещества, содержащие несколько тысяч слоев атомов.

При столкновении с электроном альфа-частица практически не рассеивается, так как ее масса примерно в 8000 раз больше массы электрона. Однако в том случае, когда альфа-частица пролетает вблизи одного из ядер, под действием электрического поля атомного ядра может произойти ее рассеяние на любой угол до 180^о. Но из-за малых размеров ядра по сравнению с размерами атома такие события происходят весьма редко.