Планетарная модель атома и Эрнест Резерфорд: описание строения

Английские физики Содди и Резерфорд доказали процесс трансформации одних радиоактивных химических элементов в иные на примере урана. Он распадается на торий и гелий. Их опыты дали понять: атом – отнюдь не «неделимый», у него сложная структура, и позволили представить её. Рассмотрим, что такое планетарная модель строения атома, кто её предложил.

Планетарная модель атома Резерфорда: история и суть 

Эрнест Резерфорд в начале XX века добился успехов при изучении рассеивания заряженных элементарных частиц (ЭЧ) при столкновении с тонкими слоями веществ. Он направлял тонкий луч α-частичек на тончайший лист металла – алюминиевую фольгу, за которым установил экран, покрытый люминофором – сульфидом цинка. Это вещество светится при бомбардировке альфа-излучением. Эксперимент показал, что большинство ЭЧ отклоняются от изначальной траектории не более, чем на 2°, но были частички, демонстрирующие намного большие углы отклонения.

Учёный объяснял наблюдения тем, что масса атома не распределена в нём равномерно, а сосредоточена в центре – ядре, имеющем намного меньшие размеры, чем атом. Соотношение размеров ядра к атому, исходя из расчётов и экспериментальных данных, приблизительно 10^-15 к 10^-10 – разница – до 5 порядков, что шло вразрез с существующими теориями.

Отсюда физик сделал предположение, что атом устроен по образцу Солнечной системы – «что внизу, то и вверху». Ядро – Солнце, где сконцентрирована масса атома, планеты с орбитами – прообраз вращающихся на значительных расстояниях вокруг центра электронов. Радиус круговой орбиты самого отдалённого от центра электрона является радиусом атома.

Планетарная модель спустя век остаётся не доскональной, но объясняет, например, закономерности рассеивания альфа-частиц. Пустое пространство в атомном ядре позволяет им проходить сквозь тонкий металлический лист толщиной в тысячи атомов с малейшими отклонениями. В случае столкновения с центром массы – ядром, заряженная ЭЧ значительно изменяет траекторию движения, ведь электрон на порядки легче ядра. Изредка из-за электромагнитного взаимодействия пролетающая возле ядра заряженная ЭЧ может рассеиваться на угол до 180°.

Проблемы теории

Модель строения атома Резерфорда пришла на смену модели Томпсона. Ядро в ней отсутствовало, атом был сплошным положительным зарядом, нафаршированным отрицательными зарядами. Последние свободно вращались вокруг своей оси. 

Изначально Эрнест Резерфорд не связывал величину заряда и атомный номер. Он предполагал, что они пропорциональны. Взаимосвязь между электрическим зарядом и атомным номером вещества установлена Г. Мозли в 1913 году.

У теории есть заметный недостаток: вращающиеся электроны обладают центростремительным ускорением – являются источниками электромагнитных волн. Излучение должно приводить к потере кинетической энергии, вследствие – сближаться с ядром и сталкиваться с ним. Бор выдвинул доработанную модель Резерфорда – электроны вращаются по стационарным орбитам без излучения энергии, а теряют или поглощают её при переходе между орбитами.

Тест

Моделью Резерфорда атом описывается как:

1. Планетарная система.
2. Заполненное электронами пространство с положительным зарядом.
3. Неделимая частица, не имеющая внутренней структуры.