חזרה ביוון העתיקה, פילוסופיםנחשו לגבי המבנה הפנימי של החומר. והדגמים הראשונים של המבנה האטומי הופיעו בראשית המאה העשרים. ההשערה של ג'יי תומסון לא נלקחה על ידי הקהילה המדעית באופן ביקורתי - אחרי הכל, כבר הועלו תיאוריות שונות על מה שיש בתוך חלקיקי החומר הקטנים ביותר.
עד המאה ה -19 הניחו המדענים כי האטוםלא ניתן לחלוקה. עם זאת, הכל השתנה לאחר שג'וזף תומסון גילה את האלקטרון בשנת 1897 - התברר שמדענים טועים. שני דגמי האטום של תומסון ורוטרפורד התקדמו בראשית המאה הקודמת. הדגם הראשון היה וו תומסון, שהציע שהאטום הוא חבורה של חומר עם מטען חשמלי חיובי. אלקטרונים מבוזרים באופן שווה נמצאים בתוך חבורה זו - זו הסיבה שדגם זה נקרא "קאפקייק". אכן, לדבריו, האלקטרונים בחומר מסודרים כמו צימוקים בקאפקייקס. שם לא רשמי נוסף לדגם הוא Raisin Pudding.
Данная модель была разработана еще более детально ג'יי ג'יי תומסון. שלא כמו וו תומסון, הוא הניח שהאלקטרונים באטום ממוקמים בדיוק באותו מישור, שהם טבעות קונצנטריות. למרות החשיבות השווה של המודלים האטומיים של תומסון ורוטרפורד למדע של אותה תקופה, ראוי לציין כי ג'יי תומסון, בין היתר, היה הראשון שהציע שיטה לקביעת מספר האלקטרונים בתוך אטום. השיטה שלו התבססה על פיזור רנטגן. ג'יי תומסון הציע כי האלקטרונים הם אותם חלקיקים שצריכים להיות במרכז פיזור הקרניים. בנוסף, תומסון היה זה המדען שגילה את האלקטרונים. בבתי ספר מודרניים, זה עם לימוד תגליותיו שמתחיל לימוד מסלול מכניקת הקוונטים.
עם זאת, בהשוואה לדגם רתרפורד, הדגםלאטום של תומסון היה חיסרון אחד משמעותי. היא לא הצליחה להסביר את אופיו הבודד של קרינת האטום. אי אפשר היה בעזרתה לומר דבר על הסיבות ליציבות האטום. זה הופרך לבסוף כאשר נערכו הניסויים המפורסמים של רתרפורד. מודל האטום תומסון היה חשוב לא פחות למדע באותה תקופה מאשר השערות אחרות. יש לזכור כי כל הדגמים הללו, שהיו זמינים באותה תקופה, היו היפותטיים בלבד.
בשנים 1906-1909, ג 'גייגר, א' מרסן וא.רתרפורד ערכה ניסויים שבהם פוזרו חלקיקי אלפא על פני נייר כסף. בקצרה מודלים אטומיים של תומסון ורוטרפורד מתוארים כדלקמן. במודל תומסון, אלקטרונים מופצים בצורה לא אחידה באטום, ובתיאוריה של רתרפורד הם מסתובבים במישורים קונצנטריים. גורם המבדיל בניסוי של רתרפורד היה השימוש בחלקיקי אלפא במקום אלקטרונים. לחלקיקי האלפא, בניגוד לאלקטרונים, הייתה מסה גדולה בהרבה ולא עברו סטיות משמעותיות כאשר התנגשו באלקטרונים. לכן, למדענים הייתה הזדמנות לרשום רק את ההתנגשויות שהתרחשו עם החלק הטעון חיובי של האטום.
חוויה זו הייתה מכריעה למדע.בעזרתו הצליחו המדענים לקבל תשובות לשאלות הללו שנותרו תעלומה עבור מחברי דגמים שונים של האטום. תומסון, רות'רפורד ובוהר, למרות שהיו להם אותו בסיס, בכל זאת תרמו תרומה שונה במקצת למדע - ותוצאות הניסויים של רתרפורד במקרה זה היו מדהימים. תוצאותיהם היו מנוגדות ישירות למה שמדענים צפו לראות.
מרבית חלקיקי האלפא עברו בגליון.נייר כסף לאורך שבילים ישירים (או כמעט ישר). עם זאת, מסלוליהם של חלקיקי אלפא סטו בזוויות משמעותיות. וזו הייתה עדות לכך שהאטום היה תצורה עם צפיפות גבוהה מאוד, והיה בעל מטען חיובי. בשנת 1911, על סמך נתונים ניסויים, הוצג מודל של מבנה האטום רתרפורד. תומסון, שתיאוריה שלו נחשבה בעבר לדומיננטית, המשיכה באותה עת לעבוד במעבדה של אוניברסיטת קוונדיש. עד סוף חייו המשיך המדען להאמין בקיומו של אתר מכני, למרות כל ההצלחות במחקר המדעי של אותה תקופה.
לסיכום תוצאות הניסויים, ארנסטרות'רפורד העלה את עיקרי התיאוריה שלו: לפיה אטום מורכב מגרעין כבד וצפוף בגדלים קטנים מאוד; סביב הגרעין הזה אלקטרונים בתנועה רציפה. הרדיוסים של מסלולי האלקטרונים הללו הם קטנים גם הם: הם 10-9 מ '. מודל זה נקרא "פלנטרי" בגלל הדמיון שלו לדגם של מערכת השמש. בתוכו נעים כוכבי הלכת במסלולי סגלגל סביב מרכז ענק ומסיבי עם משיכה - השמש.
אלקטרונים מסתובבים באטום עם ענק כזההמהירות שהם יוצרים סביב פני האטום היא כמו ענן. על פי התיאוריה של רתרפורד, האטומים ממוקמים במרחק מסוים זה מזה, מה שמאפשר להם לא להיצמד זה לזה. אכן, סביב כל אחד מהם יש מעטפת אלקטרונים טעונה שלילית.
מהם ההבדלים העיקריים בין השנייםהתיאוריות החשובות ביותר של מבנה אטומי? רתרפורד הניח שבמרכז האטום גרעין בעל מטען חשמלי חיובי, ונפחו, בהשוואה לגודל האטום, זניח. תומסון, לעומת זאת, הניח כי האטום כולו הוא יצירה בצפיפות גבוהה. ההבדל העיקרי השני היה הבנת מיקום האלקטרונים באטום. לדברי רתרפורד, הם מסתובבים סביב הגרעין, ומספרם שווה בערך לחצי המסה האטומית של היסוד הכימי. בתיאוריה של תומסון, האלקטרונים בתוך האטום מופצים בצורה לא אחידה.
עם זאת, למרות כל היתרונות,ברגע שהתיאוריה של רתרפורד הכילה סתירה חשובה אחת. על פי חוקי האלקטרודינמיקה הקלאסית, אלקטרון המקיף גרעין אמור לפלוט ללא הפסקה חלקים של אנרגיה חשמלית. בגלל זה, רדיוס המסלול שלאורכו נע האלקטרון היה צריך לפלוט קרינה אלקטרומגנטית ברציפות. על פי רעיונות אלה, חייו של אטום צריכים להיות זניחים.
לרוב, כאשר הם מדברים על פתיחת הפניםמבנים אטומיים, ציין את שמות תומסון ורוטרפורד. הניסויים של רתרפורד, שהמודל האטומי שלו ידוע כיום לכל סטודנט בפיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטאות, מהווה כיום חלק מההיסטוריה של המדע. כשרתרפורד גילה את תגליתו, הוא קרא: "עכשיו אני יודע איך נראה אטום!" עם זאת, במציאות, הוא טעה, מכיוון שהתמונה האמיתית נודעה למדענים הרבה אחר כך. למרות שדגם רתרפורד עבר התאמות משמעותיות לאורך זמן, משמעותו נותרה בעינה.
עם זאת, מלבד דגמי האטום תומסוןRutherford, הייתה תיאוריה אחרת שהסבירה את המבנה הפנימי של חלקיקי החומר הקטנים ביותר האלה. זה שייך לנילס בוהר, פיזיקאי דני שהציע את הסברו בשנת 1913. על פי המודל שלו, אלקטרון באטום אינו מציית לחוקים פיזיקליים סטנדרטיים. בוהר היה המדען שהציג את מושג הקשר בין רדיוס מסלול האלקטרונים למהירותו במדע.
בתהליך יצירת התיאוריה שלו, לקח בוהרהמודל של רתרפורד, לעומת זאת, עבר עידון משמעותי. המודלים האטומיים של בוהר, רות'רפורד ותומסון אולי נראים עכשיו מעט פשוטים, אך הם אלה שהיוו את הבסיס לרעיונות מודרניים לגבי המבנה הפנימי של האטום. כיום, המודל הקוונטי של האטום מקובל בדרך כלל. למרות העובדה שמכניקת הקוונטים אינה יכולה לתאר את תנועת כוכבי הלכת של מערכת השמש, מושג המסלול עדיין נותר בתאוריות המתארות את המבנה הפנימי של אטום.
