Tillbaka i antika Grekland, filosofergissa om materiens interna struktur. Och de första modellerna av atomstrukturen dök upp i början av 1900-talet. Hypotesen om J. Thomson togs inte kritiskt av det vetenskapliga samhället vid den tiden - trots allt har olika teorier om vad som finns i de minsta partiklarna av materia redan tagits fram.
Fram till 1800-talet antog forskare att atomenär odelbar. Allt ändrades dock efter att Joseph Thomson upptäckte elektronen 1897 - det blev tydligt att forskare hade fel. Båda atommodellerna av Thomson och Rutherford lades fram i början av förra seklet. Den första modellen var W. Thomson, som föreslog att atomen är en massa materia med en positiv elektrisk laddning. Jämnt fördelade elektroner finns i denna grupp - det var därför denna modell kallades ”cupcake”. I själva verket är de elektronerna i materien ordnade som russin i en muffin. Ett annat inofficiellt namn för modellen är Raisin Pudding.
Denna modell utvecklades ännu mer detaljerat.J. J. Thomson. Till skillnad från W. Thomson antog han att elektronerna i atomen finns exakt på samma plan, som är koncentriska ringar. Trots den lika betydelsen av atommodellerna av Thomson och Rutherford för den tidens vetenskap, är det värt att notera att J. Thomson, bland annat, var den första som föreslog en metod för att bestämma antalet elektroner i en atom. Hans metod var baserad på röntgenspridning. J. Thomson föreslog att det är elektronerna som är de partiklarna som borde vara i mitten av strålningen. Dessutom var det Thomson som var forskaren som upptäckte elektronerna. I moderna skolor är det med studien av hans upptäckter som studiet av kursen i kvantmekanik börjar.
Men jämfört med Rutherfords modell, modellenThomsons atom hade en betydande nackdel. Hon kunde inte förklara den diskreta naturen hos atomens strålning. Det var omöjligt med sin hjälp att säga något om orsakerna till atomens stabilitet. Det motbevisades slutligen när Rutherfords berömda experiment utfördes. Samtidigt hade Thomsons modell av atomen inte mindre värde för vetenskapen på den tiden än andra hypoteser. Man bör komma ihåg att alla dessa modeller som fanns tillgängliga vid den tiden var rent hypotetiska.
1906-1909 G. Geiger, E. Mardsen och E. Rutherford utförde experiment där alfapartiklar sprids på ytan av en guldfolie. Thomson och Rutherfords atommodeller beskrivs kort på följande sätt. I Thomsons modell är elektroner ojämnt fördelade i atomen, och i Rutherfords teori roterar de i koncentriska plan. En särskiljande faktor i Rutherfords experiment var användningen av alfapartiklar istället för elektroner. Alfapartiklar, till skillnad från elektroner, hade en mycket högre massa och genomgick inte signifikanta avböjningar när de kolliderade med elektroner. Därför hade forskare möjlighet att bara registrera de kollisioner som inträffade med en positivt laddad del av atomen.
Denna erfarenhet var avgörande för vetenskapen. Med hans hjälp kunde forskare få svar på de frågor som förblev ett mysterium för författarna till olika modeller av atomen. Thomson, Rutherford och Bohr, trots att de hade samma bas, gav ändå något olika bidrag till vetenskapen - och resultaten av Rutherfords experiment i detta fall var fantastiska. Deras resultat visade sig vara precis motsatta av vad forskare förväntade sig att se.
De flesta alfapartiklar passerade genom arketfolie längs raka (eller nästan raka) stigar. Banorna för vissa alfapartiklar avviker emellertid av betydande vinklar. Och detta var ett bevis på att det fanns en formation i atomen med mycket hög densitet och som hade en positiv laddning. 1911, på grundval av experimentella data, lades fram en modell av strukturen för Rutherford-atomen. Thomson, vars teori tidigare ansågs dominerande, fortsatte vid denna tid att arbeta i laboratoriet vid Cavendish University. Fram till slutet av sitt liv fortsatte forskaren att tro på existensen av en mekanisk eter, trots alla framgångar med vetenskaplig forskning på den tiden.
Sammanfattar resultaten av experimenten, ErnestRutherford lade fram de viktigaste bestämmelserna i sin teori: enligt henne består atomen av en tung och tät kärna med mycket små dimensioner; runt denna kärna finns elektroner i kontinuerlig rörelse. Dessa elektroners omloppsradier är också små: de är 10-9 m. Denna modell utsågs till "planetarisk" på grund av sin likhet med solsystemets modell. I den rör sig planeterna i elliptiska banor runt ett stort och massivt centrum med gravitation - solen.
Elektroner roterar i en atom med en sådan jättehastighet som bildas runt atomens yta ungefär som ett moln. Enligt Rutherfords teori ligger atomer på ett visst avstånd från varandra, vilket gör att de inte kan hålla ihop. När allt kommer omkring finns det ett negativt laddat elektronskal runt var och en av dem.
Vilka är de största skillnaderna mellan de tvåde viktigaste teorierna om atomens struktur? Rutherford antog att i atomens centrum finns en kärna med en positiv elektrisk laddning, och vars volym, jämfört med atomens storlek, är försumbar. Thomson antog dock att hela atomen är en formation med hög densitet. Den andra stora skillnaden var förståelsen för elektronernas position i atomen. Enligt Rutherford kretsar de kring kärnan, och deras antal är ungefär lika med ½ atommassan för ett kemiskt element. I Thomsons teori är elektronerna inuti atomen ojämnt fördelade.
Trots alla fördelar,just nu innehöll Rutherfords teori en viktig motsägelse. Enligt lagarna för klassisk elektrodynamik måste en elektron som kretsar kring en kärna ständigt avge delar av elektrisk energi. På grund av detta måste radien för banan längs vilken elektronen rör sig kontinuerligt avge elektromagnetisk strålning. Enligt dessa begrepp bör en atoms livslängd vara försumbar.
Oftast när de pratar om att öppna det inrestrukturen av atomen, nämna namnen på Thomson och Rutherford. Rutherfords experiment, vars atommodell nu är känd för alla studenter inom fysik och matematik vid universitet, är för närvarande en del av vetenskapens historia. När Rutherford gjorde sin upptäckt, utropade han: "Nu vet jag hur en atom ser ut!" Men i själva verket hade han fel, för den sanna bilden blev känd för forskare mycket senare. Även om Rutherfords modell har genomgått betydande justeringar över tiden har dess betydelse förblivit oförändrad.
Men förutom modellerna för Thomson-atomen ochRutherford, det fanns en annan teori som förklarade den inre strukturen hos dessa små partiklar av materia. Det tillhör Niels Bohr, en dansk fysiker som föreslog sin förklaring 1913. Enligt hans modell följer en elektron i en atom inte vanliga fysiska lagar. Det var Bohr som var forskaren som introducerade i vetenskapen begreppet förhållandet mellan elektronens bana och dess hastighet.
I processen att skapa sin teori tog Bohrgrunden för Rutherfords modell utsatte den dock för betydande förfining. Modellerna av atomer från Bohr, Rutherford och Thomson kan verka lite enkla nu, men de låg till grund för moderna idéer om atomens interna struktur. Idag är den allmänt accepterade kvantmodellen för atomen. Trots det faktum att kvantmekanik inte kan beskriva rörelsen för solsystemets planeter, förblir banans begrepp fortfarande i teorier som beskriver atomens inre struktur.
