În vremurile Greciei Antice, filozofighicit despre structura internă a substanței. Și primele modele ale structurii atomilor au apărut deja la începutul secolului al XX-lea. Ipoteza lui J. Thomson nu a fost percepută critic de comunitatea științifică din acea vreme - la urma urmei, au fost deja prezentate diverse teorii despre ceea ce se află în cele mai mici particule de materie.
Până în secolul al XIX-lea, oamenii de știință au presupus că atomuleste indivizibil. Totuși, totul s-a schimbat după ce Joseph Thomson a descoperit electronul în 1897 - a devenit clar că oamenii de știință au greșit. Atât modelele atomice ale lui Thomson, cât și cele ale lui Rutherford au fost prezentate la începutul secolului trecut. Primul a apărut modelul lui W. Thomson, care a sugerat că atomul este o bucată de materie cu o sarcină electrică pozitivă. Există electroni distribuiți uniform în interiorul acestei grămezi - de aceea acest model a fost numit „cupcake”. Într-adevăr, conform acestuia, electronii din materie sunt aranjați ca stafidele într-un tort. Un alt nume neoficial pentru model este „Raisin Pudding”.
Acest model a fost dezvoltat și mai detaliat.J.J. Thomson. Spre deosebire de W. Thomson, el a presupus că electronii din atom sunt localizați strict pe același plan, care sunt inele concentrice. În ciuda importanței egale a modelelor atomului lui Thomson și Rutherford pentru știința de atunci, merită menționat faptul că J. Thomson, printre altele, a fost primul care a propus o metodă pentru determinarea numărului de electroni din interiorul unui atom . Metoda sa s-a bazat pe împrăștierea cu raze X. J. Thomson a sugerat că electronii sunt particulele care ar trebui să fie în centrul împrăștierii razelor. În plus, Thomson a fost omul de știință care a descoperit electronii. În școlile moderne, odată cu studiul descoperirilor sale începe studiul unui curs de mecanică cuantică.
Cu toate acestea, comparativ cu modelul lui Rutherford, modelulAtomul lui Thomson avea un dezavantaj semnificativ. Ea nu a putut explica natura discretă a radiației atomului. Cu ajutorul său a fost imposibil să spui ceva despre motivele stabilității atomului. În cele din urmă a fost infirmat când au fost efectuate celebrele experimente ale lui Rutherford. În același timp, modelul de atom al lui Thomson nu avea o valoare mai mică pentru știința de atunci decât alte ipoteze. Trebuie avut în vedere faptul că toate aceste modele disponibile în acel moment erau pur ipotetice.
În 1906-1909 G. Geiger, E. Mardsen și E.Rutherford a efectuat experimente în care particulele alfa erau împrăștiate pe suprafața foliei de aur. Modelele atomice ale lui Thomson și Rutherford sunt descrise pe scurt după cum urmează. În modelul lui Thomson, electronii sunt distribuiți inegal în atom și, în teoria lui Rutherford, se rotesc în planuri concentrice. Un factor distinctiv în experimentul lui Rutherford a fost utilizarea particulelor alfa în loc de electroni. Particulele alfa, spre deosebire de electroni, aveau o masă mult mai mare și nu au suferit deformări semnificative atunci când s-au ciocnit cu electronii. Prin urmare, oamenii de știință au avut ocazia să înregistreze doar acele coliziuni care au avut loc cu partea încărcată pozitiv a atomului.
Această experiență a avut o importanță decisivă pentru știință.Cu ajutorul său, oamenii de știință au putut obține răspunsuri la acele întrebări care au rămas un mister pentru autorii diferitelor modele ale atomului. Thomson, Rutherford și Bohr, deși aveau același background, au adus totuși contribuții ușor diferite la știință - iar rezultatele experimentelor lui Rutherford în acest caz au fost uimitoare. Rezultatele lor s-au dovedit a fi exact opusul a ceea ce oamenii de știință se așteptau să vadă.
Majoritatea particulelor alfa au trecut prin foaiefolie de-a lungul cărărilor drepte (sau aproape drepte). Cu toate acestea, traiectoriile unor particule alfa s-au deviat la unghiuri semnificative. Și aceasta a fost o dovadă că a existat o formațiune în atom cu o densitate foarte mare și care avea o sarcină pozitivă. În 1911, pe baza datelor experimentale, a fost prezentat un model al structurii atomului Rutherford. Thomson, a cărui teorie era considerată anterior dominantă, a continuat în acest moment să lucreze în laboratorul Universității Cavendish. Până la sfârșitul vieții sale, omul de știință a continuat să creadă în existența unui eter mecanic, în ciuda tuturor succeselor în cercetările științifice din acea vreme.
Rezumând rezultatele experimentelor, ErnestRutherford a prezentat principalele prevederi ale teoriei sale: potrivit ei, atomul constă dintr-un nucleu greu și dens de dimensiuni foarte mici; în jurul acestui nucleu sunt electroni în mișcare continuă. Razele orbitale ale acestor electroni sunt, de asemenea, mici: au 10-9 m. Acest model a fost numit „planetar” pentru asemănarea sa cu modelul sistemului solar. În ea, planetele se mișcă pe orbite eliptice în jurul unui centru imens și masiv cu gravitația - Soarele.
Electronii se rotesc într-un atom cu un astfel de gigantviteza care se formează în jurul suprafeței atomului ceva asemănător unui nor. Conform teoriei lui Rutherford, atomii sunt localizați la o anumită distanță unul de celălalt, ceea ce le permite să nu rămână împreună. La urma urmei, există o carcasă de electroni încărcată negativ în jurul fiecăruia dintre ei.
Care sunt principalele diferențe dintre cele douăcele mai importante teorii ale structurii atomului? Rutherford a presupus că în centrul atomului există un nucleu cu o sarcină electrică pozitivă și al cărui volum, în comparație cu dimensiunea atomului, este neglijabil. Thomson, însă, a presupus că întregul atom este o formațiune cu o densitate mare. A doua diferență majoră a fost înțelegerea poziției electronilor în atom. Potrivit lui Rutherford, acestea se învârt în jurul nucleului, iar numărul lor este aproximativ egal cu ½ masa atomică a unui element chimic. În teoria lui Thomson, electronii din interiorul atomului sunt distribuiți inegal.
Cu toate acestea, în ciuda tuturor avantajelor,momentul teoriei lui Rutherford conținea o contradicție importantă. Conform legilor electrodinamicii clasice, un electron care se rotește în jurul unui nucleu trebuia să emită în mod constant porțiuni de energie electrică. Din această cauză, raza orbitei de-a lungul căreia se mișcă electronul trebuia să emită continuu radiații electromagnetice. Conform acestor concepte, durata de viață a unui atom ar trebui să fie neglijabilă.
Cel mai adesea, când vorbesc despre deschiderea interioruluistructura atomului, menționează numele lui Thomson și Rutherford. Experimentele lui Rutherford, al căror model atomic este acum cunoscut de fiecare student al departamentelor de fizică și matematică din universități, face parte în prezent din istoria științei. Când Rutherford și-a făcut descoperirea, a exclamat: „Acum știu cum arată un atom!” Cu toate acestea, în realitate, s-a înșelat, deoarece imaginea adevărată a devenit cunoscută oamenilor de știință mult mai târziu. Deși modelul lui Rutherford a suferit ajustări semnificative de-a lungul timpului, semnificația sa a rămas neschimbată.
Cu toate acestea, pe lângă modelele atomului Thomson șiRutherford, a existat o altă teorie care explica structura internă a acestor mici particule de materie. Acesta aparține lui Niels Bohr, un fizician danez care și-a propus explicația în 1913. Conform modelului său, un electron dintr-un atom nu respectă legile fizice standard. Bohr a fost omul de știință care a introdus în știință conceptul relației dintre raza orbitei electronului și viteza acestuia.
În procesul de creare a teoriei sale, Bohr a luatbaza modelului lui Rutherford l-a supus însă rafinamentului semnificativ. Modelele atomilor lui Bohr, Rutherford și Thomson pot părea oarecum simple acum, dar au constituit baza ideilor moderne despre structura internă a atomului. Astăzi, modelul cuantic al atomului este în general acceptat. În ciuda faptului că mecanica cuantică nu poate descrie mișcarea planetelor sistemului solar, conceptul de orbită rămâne încă în teoriile care descriu structura internă a atomului.
