Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома.

В 1903г. Томсон предложил модель атома в виде равномерно распределенного по объему шара радиусом порядка 10 в -10 м. положительного заряда, внутри которой находятся электроны.

В 1991г. Резерфорд обнаружил, что теория Томсона не верна, а именно ошибочным оказалось представление о том, что положительное электричество расположено по объему атома.

Большое значение в развитии теории строения атома сыграл опыт Резерфорда по рассеиванию α -частиц. α -частица – это полностью ионизированный атом He. Масса α -частицы в 7300 раз больше массы электрона Положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду.

Резерфорд использовал поток α -частиц скорость которых 10 в 7 м/c. Если бы положительный заряд был бы равномерно распределен по всему объему атома, как предполагал Томсон, α -частицы при соударении не смогли бы сильно изменить направление своего движения. Резерфорд исследовал прохождение α -частиц через золотую фольгу толщиной 1 мкм. Опыт показал, что основная часть α -частиц испытывает незначительное отклонение, но некоторые из них(примерно 1 из 20000) резко отклоняется от первоначального направления, углы составляют даже 180 градусов. Т.к. электроны не могут существенно изменить движение тяжелых и быстрых α -частиц, то Резерфорд сделал вывод, что значительное отклонение связано с их взаимодействием с положительным зарядом большой массы.

А т.к. лишь малое число α -частиц отклонялось значительно, то положительный заряд атома сосредоточен в объеме очень малом, по сравнению с объемом атома.

Из полученных результатов Резерфорд предложил ядерную(планетарную) модель атома. Атом представляет собой систему зарядов в центре которого находятся тяжелое положительно заряженное ядро, а вокруг него электроны распределены по всему объему атома.

Было установлено, что

1) радиус атомных ядер не превышает 10 в -14 м, т.е радиус ядра в 10000 меньше радиуса атома.

2) В ядре сосредоточена почти вся масса атома

3) Число электронов в атоме равно атомному номеру элемента в периодической системе. Заряд ядра +Ze. Суммарный заряд e равен заряду ядра.

4) Размеры атома и электронных орбит настолько больше размера ядра, что внутренняя структура ядра практически не оказывает влияния на электрон.

Пусть e движется вокруг ядра по круговой орбите радиуса R. Тогда кулоновская сила взаимодействия между ядром и e сообщит электрону центростремительное ускорение. ((Ze)e)/(4π ε (r_n^2))=(mv^2)/r_n

kZe^2/r_n^2=mv_n^2/r_n радиус и скорость??? Т.е. существует множество радиусов и соответствующих скоростей удовлетворяющие данному уравнению. Радиус и скорость, а тогда и энергия могут меняться непрерывно, тогда спектры атомов были бы сплошными, что противоречит эксперименту(эксперимент дает линейчатый спектр) Согласно классической электродинамике ускоренно движущийся электрон должен излучать электромагнитные волны и вследствие этого непрерывно терять энергию. В результате за короткое время (10^-8 с) в атоме Резерфорда электроны должны растратить всю свою энергию и упасть на ядро. Т.к. этого не происходит в устойчивых состояниях атома, отсюда следует, что внутренний процесс в атоме не подчиняется классическому закону.