Muinaisessa Kreikassa, filosofitarvasi aineen sisäisestä rakenteesta. Ja ensimmäiset atomirakenteen mallit ilmestyivät 1900-luvun alussa. Tiedeyhteisö ei ottanut kriittisesti J. Thomsonin hypoteesia - onhan jo esitetty erilaisia teorioita siitä, mikä on aineen pienimmissä hiukkasissa.
1800-luvulle asti tutkijat olettivat, että atomion jakama. Kaikki kuitenkin muuttui sen jälkeen, kun Joseph Thomson löysi elektronin vuonna 1897 - kävi selväksi, että tutkijat olivat väärässä. Thomsonin ja Rutherfordin molemmat atomimallit edistyivät viime vuosisadan alussa. Ensimmäinen malli oli W. Thomson, joka ehdotti, että atomi on joukko ainetta, jolla on positiivinen sähkövaraus. Tasaisesti jakautuneet elektronit sijaitsevat tämän joukon sisällä - siksi tätä mallia kutsuttiin “cupcakeksi”. Tosiaankin, sen mukaan aineet elektronit on järjestetty kuin rusinat cupcakessa. Toinen epävirallinen malli on Raisin Pudding.
Tätä mallia kehitettiin vielä yksityiskohtaisemmin.J. J. Thomson. Toisin kuin W. Thomson, hän oletti, että atomin elektronit sijaitsevat täsmälleen samalla tasolla, jotka ovat samankeskisiä renkaita. Huolimatta Thomsonin ja Rutherfordin atomimalleiden yhtäläisestä merkityksestä tuon ajan tiedelle on syytä huomata, että muun muassa J. Thomson ehdotti ensimmäiseksi menetelmää atomin sisällä olevien elektronien lukumäärän määrittämiseksi. Hänen menetelmä perustui röntgensäteen sirontaan. J. Thomson ehdotti, että niiden elektronien, jotka ovat niitä hiukkasia, tulisi olla säteiden sironnan keskellä. Lisäksi Thomson oli tiedemies, joka löysi elektroneja. Nykyaikaisissa kouluissa kvantimekaniikan opintojakso alkaa hänen löytöjään tutkimalla.
Verrattuna Rutherfordin malliin, malliThomsonin atomilla oli yksi merkittävä haitta. Hän ei voinut selittää atomin säteilyn diskreettiä luonnetta. Sen avulla oli mahdotonta sanoa mitään atomin stabiilisuuden syistä. Se lopulta kumottiin, kun Rutherfordin kuuluisat kokeet suoritettiin. Samaan aikaan Thomsonin atomimallilla ei ollut vähemmän arvoa tuon ajan tieteelle kuin muilla hypoteeseilla. On muistettava, että kaikki nämä tuolloin saatavilla olevat mallit olivat puhtaasti hypoteettisia.
Vuosina 1906-1909 G. Geiger, E. Mardsen ja E.Rutherford suoritti kokeita, joissa alfahiukkaset olivat hajallaan kultakalvon pinnalle. Thomsonin ja Rutherfordin atomimalleja kuvataan lyhyesti seuraavalla tavalla. Thomsonin mallissa elektronit ovat jakautuneet epätasaisesti atomissa ja Rutherfordin teoriassa ne pyörivät samankeskisissä tasoissa. Erottuva tekijä Rutherfordin kokeessa oli alfahiukkasten käyttö elektronien sijasta. Alfahiukkasilla, toisin kuin elektronilla, oli paljon suurempi massa, eikä niillä ollut merkittäviä taipumia, kun ne törmäsivät elektroneihin. Siksi tutkijoilla oli mahdollisuus rekisteröidä vain ne törmäykset, jotka tapahtuivat positiivisesti varautuneen osan atomilla.
Tämä kokemus oli ratkaisevan tärkeä tiedelle.Hänen avullaan tutkijat pystyivät saamaan vastauksia niihin kysymyksiin, jotka pysyivät mysteerinä atomien eri malleja kirjoittaville. Thomson, Rutherford ja Bohr, vaikka heillä oli sama perusta, tekivät silti hieman erilaisen panoksen tieteeseen - ja Rutherfordin kokeiden tulokset olivat tässä tapauksessa uskomattomia. Niiden tulokset osoittautuivat täysin päinvastaisiksi kuin mitä tutkijat odottivat näkevän.
Suurin osa alfahiukkasista kulki levyn läpifolio suoraa (tai melkein suoraa) polkua pitkin. Joidenkin alfahiukkasten reitit poikkesivat kuitenkin merkittävistä kulmista. Ja tämä oli todiste siitä, että atomissa oli muodostuma, jolla oli erittäin suuri tiheys ja jolla oli positiivinen varaus. Vuonna 1911 esitettiin kokeellisten tietojen perusteella malli Rutherford-atomin rakenteesta. Thomson, jonka teoriaa pidettiin aikaisemmin hallitsevana, jatkoi työtään Cavendishin yliopiston laboratoriossa. Elämänsä loppuun saakka, tiedemies jatkoi uskoa mekaanisen eetterin olemassaoloon, huolimatta kaikista tuolloin saavutetuista tieteellisissä tutkimuksissa.
Yhteenvetona kokeiden tuloksista, ErnestRutherford esitti teoriansa päämääräykset: hänen mukaansa atomi koostuu raskasta ja tiheästä, hyvin pienikokoisesta ytimestä; tämän ytimen ympärillä ovat elektronit jatkuvassa liikkeessä. Näiden elektronien kiertoradat ovat myös pienet: ne ovat 10–9 m. Tämä malli nimettiin "planeetaksi", koska se oli samankaltainen aurinkokunnan mallin kanssa. Siinä planeetat liikkuvat elliptisillä kiertoradoilla valtavan ja massiivisen painopisteen - Auringon - ympäri.
Elektronit pyörivät atomissa tällaisen jättiläisen kanssanopeus, joka muodostuu atomin pinnan ympärille, kuten pilvi. Rutherfordin teorian mukaan atomit sijaitsevat tietyllä etäisyydellä toisistaan, mikä antaa niiden olla tarttumatta yhteen. Jokaisen ympärillä on loppujen lopuksi negatiivisesti varautunut elektronikuori.
Mitkä ovat tärkeimmät erot näiden kahden välillätärkeimmät teoriat atomin rakenteesta? Rutherford oletti, että atomin keskellä on ydin, jolla on positiivinen sähkövaraus ja jonka tilavuus on atomin kokoon nähden merkityksetön. Thomson kuitenkin oletti, että koko atomi on muodostuma, jolla on suuri tiheys. Toinen tärkein ero oli elektronien sijainnin ymmärtäminen atomissa. Rutherfordin mukaan ne pyörivät ytimen ympäri, ja niiden lukumäärä on suunnilleen yhtä suuri kuin ½ kemiallisen alkuaineen atomimassan. Thomsonin teoriassa elektronit atomin sisällä jakautuvat epätasaisesti.
Kaikista eduista huolimattahetkellä Rutherfordin teoria sisälsi yhden tärkeän ristiriidan. Klassisen elektrodynamiikan lakien mukaan ytimen ympäri pyörivän elektronin täytyi jatkuvasti lähettää osia sähköenergiasta. Tämän vuoksi kiertoradan säteen, jota pitkin elektroni liikkuu, oli jatkuvasti lähetettävä sähkömagneettista säteilyä. Näiden käsitteiden mukaan atomin käyttöiän tulisi olla vähäinen.
Useimmiten, kun he puhuvat sisäosan avaamisestaatomin rakenteesta mainitse Thomsonin ja Rutherfordin nimet. Rutherfordin kokeilut, joiden atomimalli on nyt tiedossa jokaiselle yliopiston fysiikan ja matematiikan laitoksen opiskelijalle, ovat tällä hetkellä osa tieteen historiaa. Kun Rutherford teki löytönsä, hän huudahti: "Nyt tiedän miltä atomi näyttää!" Todellisuudessa hän oli kuitenkin väärässä, koska todellinen kuva tuli tiedemiehille paljon myöhemmin. Vaikka Rutherfordin malliin on tehty merkittäviä muutoksia ajan myötä, sen merkitys on pysynyt muuttumattomana.
Thomson-atomin jaRutherford, oli toinenkin teoria, joka selitti näiden pienten ainehiukkasten sisäisen rakenteen. Se kuuluu tanskalaiselle fyysikolle Niels Bohrille, joka ehdotti selitystään vuonna 1913. Hänen mallinsa mukaan elektroni atomissa ei noudata tavanomaisia fyysisiä lakeja. Bohr oli tiedemies, joka esitteli tieteeseen käsitteen elektronin kiertoradan säteen ja sen nopeuden välisestä suhteesta.
Teoriansa luomisessa Bohr ottiRutherfordin mallin pohjalta se kuitenkin altistettiin merkittävästi. Bohrin, Rutherfordin ja Thomsonin atomien mallit saattavat tuntua hieman yksinkertaisilta, mutta ne muodostivat perustan nykyaikaisille ajatuksille atomin sisäisestä rakenteesta. Nykyään atomin kvanttimalli on yleisesti hyväksytty. Huolimatta siitä, että kvanttimekaniikka ei voi kuvata aurinkokunnan planeettojen liikettä, kiertoradan käsite säilyy edelleen atomien sisäistä rakennetta kuvaavissa teorioissa.
