Вопрос 12

Явления,  свидетельствующие о сложной структуре атома Слово "атом" означает "неделимый". В течение длительного времени атом считался наименьшей частице вещества. Но в начале 19 века наука открыла явление, обнаруживающие сложность строения  и свойств "неделимой" частицы. Название же "атом" сохранилось в естествознании для описания химического состава молекул. Какие же явления разрушили представления о "неделимости" атома?

	Изучение электропроводности металлов и газов, электролиза, термоэлектронной эмиссии привело к открытию отрицательно заряженной элементарной частицы электрона, входящей в состав любого атома. Поскольку в обычных условиях атомы являются электронейтральными, то естественно предположить, что в их состав входят и какие-то положительно заряженные частицы.
	В 1896 году французский ученый Беккерель обнаружил явление естественной радиоактивности солей урана. Это явление исследовали Пьер и Мария Кюри, доказав, что из атомов вылетают и электроны, и положительно заряженные частицы (впоследствии названные -частицами).
	Изучение спектров излучения  водорода показало, что все спектральные линии образуют определенные серии. Длины волн спектральных линий водорода подчиняются закономерности, выражаемой простой формулой 1/ =R·(1/m2-1/n2) (1),  где R -константа, называемая постоянной Ридберга ( R=1.097·107 м-1), m,n- целые числа, причем "m " изменяется от серии к серии, а "n" -от линии к линии. Например, для серии Бальмера, расположенной в видимой части спектра и состоящей из 25 спектральных линий, число m=2, а n=3,4,5,...27. Формула (1) запишется так:  1/ =R·(1/22-1/n2).

Ясно, что возможность описания всех спектральных линий излучения атомарного водорода одной простой формулой не могла быть случайностью. Закономерности в спектре излучения атома обусловлены особенностями структуры атома водорода.

Опыты Резерфорда

В 1913 г. английский физик Резерфорд проделал классические опыты по рассеянию  -частиц тонкими слоями различных веществ. -частицы, испускаемые радиоактивными веществами, являются подходящими пробными зарядами для исследования внутриатомных электрических полей. Они представляют собой полностью ионизированные атомы гелия, имеют положительный заряд, равный удвоенному элементарному заряду (q = 3.2·10^-19 Кл), массу m = 6.67·10^-27кг, обладают высокой энергией (а значит и скоростью), достаточной для проникновения в атомы вещества.

Схема опытов Резерфорда и его учеников Гейгера и Марсдена изображена на рис.1.Внутри герметичной камеры, в которой был создан высокий вакуум, находился свинцовый контейнер с радиоактивным элементом, испускавшим частицы. Узкий пучок частиц падал перпендикулярно на поверхность металлической (золотой) фольги, толщиной около 1 мкм (10^-6м). Регистрация частиц производилась по вспышкам света (сцинтилляциям), вызываемыми ими на экране, покрытом люминофором. Экран был укреплен перед объективом на корпусе микроскопа, с помощью которого визуально наблюдали сцинтилляции и подсчитывали их число. Так определяли количество частиц, движущихся по данному направлению после их взаимодействия с атомами вещества. Микроскоп вместе с экраном мог вращаться вокруг вертикальной оси, походящей через центр камеры, для регистрации рассеянных атомами фольги  частиц.

(рис.1)

На рисунке: 1- атом золота, 2- -частицы

Результаты опытов Резерфорда: 1.большинство частиц проходит через атомы вещества. не рассеиваясь (как через "пустоту"); 2.с увеличением угла рассеяния число отклонившихся от первоначального направления частиц резко уменьшается; 3.имеются отдельные частицы, отбрасываемые атомами назад, против их первоначального движения (как мяч от стенки).

Резерфорд вывел формулу, по которой можно рассчитать количествочастиц, рассеянных под определенными углами. В эту формулу входит характеристический параметр "d ", являющийся поперечным размером образований, отклоняющих  частицы. Для совпадения расчетов с результатами опытов это параметр должен быть порядка 10^-13 см. Атомы имеют диаметр 10^-8 см, т.е. на пять порядков выше. Следовательно, в атоме имеется область занимающая ничтожно малую часть атома, которая и отклоняет частицы на большие углы вплоть до 180⁰.