Радиоактивность
Предположение, что тела состоят из мельчайших частиц, было высказано Левкиппом и Демокритом. Частицы эти назвали атомами, что означает неделимые.
Но позже стали появляться экспериментальные факты о том, что атомы имеют сложную структуру, и в их состав входят электрически заряженные частицы.
Свидетельство этого — явление радиоактивности, открытое Беккерелем.
Он обнаружил, что уран самопроизвольно излучает невидимые лучи. Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению — РАДИОАКТИВНОСТЬ.
В результате исследования Резерфорда было обнаружено, что излучение неоднородно. Опыт проводился так.
В свинцовый сосуд поместили радий. Пучок его излучения попадал на фотопластинку, где потом было обнаружено тёмное пятно.
При воздействии магнитного поля на пучок возникало уже три пятна: центральное было на том же месте, что и раньше, а два других — по разные стороны от него. Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало об их разных знаках.
Положительно заряженные частицы назвали АЛЬФА-ЧАСТИЦАМИ А, отрицательно-заряженные — БЕТА-ЧАСТИЦАМИ В, а нейтральные (не имеющие заряда, как центральный поток) — ГАММА-ЧАСТИЦАМИ У, гамма-квантами или фотонами.
В-частица представляет собой электрон, А-частица — полностью ионизированный атом гелия (т.е. атом гелия, потерявший оба электрона). У-излучение представляет собой один из диапазонов (видов) электромагнитного излучения.
Модели атомов
Одну из первых моделей атома предложил Томсон. По его предположению, атом представляет собой шар с положительным зарядом, внутри которого находятся электроны.
Но опыт Резерфорда это опроверг.
При проведении опыта в свинцовый сосуд поместили радиоактивное вещество, излучающее А-частицы (они, как известно, обладают положительным зарядом, равным модулю удвоенного заряда электрона).
Поскольку частицы невозможно увидеть, для их обнаружения служит стеклянный экран. Он покрыт тонким слоем специального вещества, благодаря чему в местах попадания в экран А-частиц возникают вспышки, наблюдаемые с помощью микроскопа. Такой метод регистрации частиц называется МЕТОДОМ СЦИНТИЛЛЯЦИЙ (т.е. вспышек).
Всю установку поместили в сосуд, из которого откачан воздух (чтобы устранить рассеяние А-частиц за счёт их столкновений с молекулами воздуха).
Если на пути А-частиц нет никаких препятствий, то они падают на экран узким, слегка расширяющимся пучком. При этом все возникающие на экране вспышки сливаются в одно световое пятно.
Если же на пути А-частиц поместить тонкую фольгу из исследуемого металла, то при взаимодействии с веществом они рассеиваются по всем направлениям на разные углы.
Причём основная часть А-частиц всё-таки прошла сквозь фольгу, почти не изменив первоначального направления (рассеялась на малые углы). При удалении от центра экрана, т.е. с увеличением угла рассеяния, количество рассеянных на эти углы частиц резко уменьшается.
Перемещая экран вокруг фольги, можно обнаружить, что очень небольшое число частиц рассеялось на углы, близкие к 90, а единичные частицы — на углы порядка 180, т.е. были отброшены назад.
Резерфорд пришёл к выводу: столь сильное отклонение А-частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле. Было рассчитано, что такое поле могло быть создано зарядом, сконцентрированным в очень малом объёме (по сравнению с объёмом атома).
Электрон слишком лёгок, чтобы существенно изменить направление движения А-частиц. Поэтому в данном случае речь может идти только о силах электрического отталкивания между А-частицами и положительно заряженной частью атома, масса которой значительно больше массы А-частицы.
Исходя из этих соображений, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома.
Процесс прохождения А-частиц сквозь атомы вещества с точки зрения ядерной модели выглядит так. С увеличением расстояния от ядра быстро убывает напряжённость электрического поля, созданного этим ядром, а значит, убывает и сила действия на А-частицу. Поэтому направление полёта А-частицы меняется, только если она проходит близко к ядру.
Основная часть А-частиц проходит сквозь атом на больших расстояниях от ядра, и только очень немногие частицы пролетают в области сильного поля и сильно отклоняются вследствие этого.