Вопрос №4. Модель строения атома Резерфорда.

Одна из первых моделей строения атома была предложена Томсоном в 1903 г. Атом представлялся положительно заряженной сферой с вкраплениями электронов, суммарный отрицательный заряд электронов приравнивался к заряду сферы.

Для проверки гипотезы Томсона и более точного определения строения атома Резерфорд провел серию опытов по рассеиванию альфа-частиц тонкими металлическими пластинками. Источник альфа-излучения помещали в свинцовый кубик с просверленным в нем каналом, так что удавалось получить поток альфа-частиц, летящих в определенном направлении. Попадая на экран, покрытый сульфидом цинка, альфа-частицы вызывали его свечение, причем в лупу можно было увидеть и подсчитать отдельные вспышки, возникающие на экране при попадании на него альфа-частицы. Между источником излучения и экраном помещали фольгу. По вспышкам на экране можно было судить о рассеянии альфа-частиц, т.е. об их отклонении от первоначального направления при прохождении через слой металла.

Оказалось, что большинство альфа-частиц проходит через фольгу, не изменяя своего направления, хотя толщина фольги соответствовала сотням тысяч атомных диаметров. Но некоторая доля альфа-частиц все же отклонялась на небольшие углы, а изредка альфачастицы резко изменяли направление своего движения и даже отбрасывались назад, как бы натолкнувшись на массивное препятствие. Случаи такого резкого отклонения альфачастиц можно было наблюдать, перемещая экран с лупой по дуге.

Из результатов опыта следовало, что подавляющая часть пространства, занимаемого атомом металла, не содержит тяжелых частиц – там могут размещаться только электроны. Ведь масса электрона много меньше массы альфа-частицы, так что столкновение с электроном практически не может повлиять на направление движения альфа-частицы. Случаи же резкого отклонения и даже отбрасывания альфа-частиц означают, что в атоме есть какое-то тяжелое ядро, в котором сосредоточена преобладающая часть всей массы атома. Это ядро занимает очень маленький объем (поэтому частицы так редко с ним сталкиваются) и обладает положительным зарядом, который и вызывает отталкивание одноименно заряженных альфа-частиц.

Результаты опыта Резерфорд объяснил, предложив «планетарную» модель атома, уподоблявшую его солнечной системе. Согласно этой модели в центре атома находится очень маленькое ядро, заключающее в себе почти всю массу атома и несущее положительных заряд. Вокруг ядра движутся электроны, число которых определяется зарядом ядра.

Недостатком планетарной модели была её несовместимость с законами классической физики. Если электроны движутся вокруг ядра как планеты вокруг Солнца, то их движение ускоренное, и, следовательно, по законам классической электродинамики они должны были бы излучать электромагнитные волны, терять энергию и падать на ядро.

Это противоречит реальным свойствам атомов, которые представляют собой устойчивые образования. Бор берет за основу «планетарную» модель атома, формулируя постулаты:

1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам. Эти орбиты получили название стационарных. Причём, стационарными являются лишь те орбиты, при движении по которым момент количества движения электрона равен целому числу постоянных Планка mvr=nh/2π. Двигаясь по стационарной орбите электрон не излучает и не поглощает энергию.

2. Излучение или поглощение энергии происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.