Строение атома. Опыты Резерфорда
⚡ Физика · 9 класс
Как узнали о строении атома
Долгое время атом считали неделимой частицей вещества. Но открытие электрона и явления радиоактивности показало, что атом имеет сложное внутреннее строение. Возник вопрос: как расположены внутри атома положительные и отрицательные заряды?
Первую модель предложил Джозеф Томсон. По его представлению атом — это положительно заряженный «шар», внутри которого, как изюм в пудинге, рассеяны отрицательные электроны. Эта модель получила название «пудинговой».
Опыты Резерфорда
Английский физик Эрнест Резерфорд в 1911 году поставил опыт по проверке строения атома. Тонкую золотую фольгу облучали быстрыми положительно заряженными альфа-частицами и наблюдали, как они рассеиваются.
Если бы модель Томсона была верна, все альфа-частицы пролетали бы фольгу почти без отклонения, ведь положительный заряд «размазан» по всему объёму атома.
Что показал опыт
Результаты оказались неожиданными:
- Большинство альфа-частиц пролетали фольгу почти без отклонения.
- Некоторые заметно отклонялись в сторону.
- Очень редкие частицы (примерно одна из тысяч) отскакивали назад.
Резерфорд сделал вывод: основная масса и весь положительный заряд атома сосредоточены в крошечной центральной области — ядре. Отскок назад возможен только при прямом столкновении с массивным и компактным ядром.
Планетарная модель атома
На основе опытов Резерфорд предложил планетарную (ядерную) модель: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса, а вокруг него, подобно планетам вокруг Солнца, движутся отрицательные электроны.
| Часть атома | Заряд | Размер и масса |
|---|---|---|
| Ядро | положительный | очень мало, почти вся масса |
| Электроны | отрицательный | движутся вокруг, лёгкие |
Размеры атома и ядра
Атом в целом нейтрален: заряд ядра равен суммарному заряду электронов. При этом ядро в десятки тысяч раз меньше атома: если бы атом был размером со стадион, ядро было бы как горошина в его центре. Значит, атом в основном «пустой». Именно поэтому большинство альфа-частиц пролетали фольгу свободно — они проходили через пустое пространство атома, не встречая ядра.
Разобранный пример
Оценим, во сколько раз ядро меньше атома. Размер атома около d(атом) ≈ 10^(−10) м, а размер ядра около d(ядро) ≈ 10^(−15) м. Тогда отношение размеров:
d(атом) / d(ядро) = 10^(−10) / 10^(−15) = 100 000 раз.
Значит, ядро примерно в сто тысяч раз меньше атома — отсюда и вывод о «пустоте» атома.
Заряд ядра и таблица Менделеева
Опыты Резерфорда позволили определить заряд ядра. Оказалось, что заряд ядра, выраженный в элементарных зарядах, равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. У водорода заряд ядра равен 1, у гелия — 2, у углерода — 6. Число электронов в нейтральном атоме равно заряду ядра, поэтому атом остаётся электрически нейтральным.
Недостатки модели
Планетарная модель объяснила опыты по рассеянию, но столкнулась с трудностью: по законам классической физики вращающийся электрон должен непрерывно излучать энергию и упасть на ядро. В действительности атомы устойчивы. Это противоречие позже разрешила квантовая теория, которую вы будете изучать в старших классах. Тем не менее планетарная модель остаётся наглядной и важной для понимания строения вещества.
Частая ошибка: считать, что электроны неподвижно «прилеплены» к ядру. На самом деле они движутся вокруг ядра.
Кратко о главном
- Атом имеет сложное строение и делим.
- Опыты Резерфорда — рассеяние альфа-частиц на золотой фольге.
- Отскок частиц назад доказал существование маленького плотного ядра.
- Планетарная модель: ядро в центре, электроны вокруг него.
- Атом нейтрален, а ядро в тысячи раз меньше самого атома.