Ернест Резерфорд – один із засновників фундаментального вчення про внутрішню будову атома. Народився вчений в Англії, в родині емігрантів з Шотландії. Резерфорд був четвертою дитиною в сім'ї, при цьому виявився талановитим. Особливий внесок йому вдалося внести в теорію будови атома.

Початкові уявлення про будову атома

Потрібно відзначити, що до того, як був проведений знаменитий дослід Резерфорда з розсіювання альфа-частинок, панівної на той час ідеєю про будову атома була модель Томпсона. Цей вчений був впевнений, що позитивний заряд рівномірно заповнював весь обсяг атома цілком. Негативно заряджені електрони, вважав Томпсон, були ніби вкрапленнями в нього.

Передумови до наукового перевороту

Після закінчення школи Резерфорд як найталановитіший учень отримав грант у 50 фунтів для подальшого навчання. Завдяки цьому він зумів поступити в коледж в Новій Зеландії. Далі молодий вчений здає іспити в Кентерберійському університеті і починає серйозно займатися фізикою і хімією. У 1891 році Резерфорд зробив свій перший доповідь на тему «Еволюція елементів». У ньому вперше в історії була позначена ідея про те, що атоми являють собою складні структури. Тоді в наукових колах панувала ідея Дальтона про те, що атоми неподільні. Усім, хто оточував Резерфорда, його ідеї здалися досконалим безумством. Молодому вченому доводилося постійно приносити вибачення колегам за свою «нісенітницю». Але через 12 років Резерфорд все ж зумів довести свою правоту. У Резерфорда з'явився шанс продовжити свої дослідження в Кавендишській лабораторії в Англії, де він почав вивчати процеси іонізації повітря. Першим відкриттям Резерфорда були альфа - і бета-промені.

Досвід Резерфорда

Коротко про відкритті можна сказати так: в 1912 році Резерфорд разом зі своїми помічниками провів свій знаменитий досвід - альфа-частинки випромінювались з свинцевого джерела. Всі частинки, крім тих, що виявлялися поглиненими свинцем, рухалися вздовж встановленого каналу. Вузький потік потрапляв на тонкий шар фольги. Ця лінія була перпендикулярна листу. Досвід Резерфорда з розсіювання альфа-частинок довів: ті частинки, які проходили крізь аркуш фольги наскрізь, викликали так звані сцинтиляції на екрані. Цей екран був покритий особливою речовиною, яке починало світитися при попаданні на нього альфа-частинок. Простір між шаром золотої фольги і екраном було заповнено вакуумом для того, щоб альфа-частинки не розсіювалися в повітрі. Такий прилад дозволив дослідникам спостерігати частинки, розсіюються під кутом близько 150°. Якщо ж фольгу не використовували в якості перешкоди перед пучком з альфа-частинок, то на екрані утворювався світлий гурток з сцинтиляцій. Але як тільки перед їх променем ставили бар'єр із золотої фольги, то картина сильно змінювалася. Спалахи з'являлися не тільки поза цього гуртка, але і на протилежній стороні фольги. Досвід Резерфорда з розсіювання альфа-частинок показав, що більшість частинок проходить через фольгу без помітних змін в траєкторії руху.
При цьому деякі частинки відхилялися під досить великим кутом і навіть відкидалися назад. На кожні 10000 вільно проходять через шар золотої фольги частинок лише одна відхилялася на кут, що перевищував 10° - у вигляді виключення одна з частинок відхилялася на такий кут.

Причина, по якій відхилялися альфа-частинки

Те, що детально розглянув і довів досвід Резерфорда – будова атома. Таке положення свідчило про те, що атом не являє собою суцільну освіта. Більшість частинок вільно проходили крізь фольгу товщиною в один атом. І оскільки маса альфа-частинки практично в 8000 разів більше маси електрона, то останній не міг би істотно вплинути на траєкторію альфа-частинки. Це могло б бути зробленим лише атомним ядром – тілом малих розмірів, що володіє майже всією масою і всім електричним зарядом атома. На той момент це стало значним проривом англійського фізика. Досвід Резерфорда вважається однією з найважливіших сходинок у становленні науки про внутрішній будову атома.

Інші відкриття, отримані в процесі вивчення атома

Ці дослідження стали прямим доказом того, що позитивний заряд атома знаходиться всередині його ядра. Ця область займає дуже мале простір порівняно з його цілісними розмірами. В такому малому обсязі розсіювання альфа-частинок виявилося дуже малоймовірним. А ті частинки, які проходили поблизу галузі атомного ядра, відчували різкі відхилення від траєкторії, адже відразливі сили між альфа-частинкою і ядром атома були дуже потужними. Досвід Резерфорда з розсіювання альфа-частинок довів ймовірність того, що альфа-частинка потрапить прямо в ядро. Правда, була ймовірність дуже мала, але все ж не дорівнює нулю. Це був не єдиний факт, який довів досвід Резерфорда. Коротко будова атома вивчали і його колеги, які зробили ряд інших важливих відкриттів. Крім вчення про те, що альфа-частинки являють собою швидко рухомі ядра гелію. Вчений зміг описати будову атома, в якому ядро займає незначну частину всього обсягу. Його досліди довели, що практично весь заряд атома зосереджений всередині його ядра. При цьому відбуваються випадки відхилення альфа-частинок, так і випадки їх зіткнення з ядром.

Досліди Резерфорда: ядерна модель атома

У 1911 році Резерфорд після численних досліджень запропонував модель будови атома, яку назвав планетарної. Згідно даної моделі, всередині атома розташоване ядро, яке містить в собі практично всю масу частинки. Електрони рухаються навколо ядра подібно до того, як це роблять планети навколо Сонця. З їх сукупності утворюється так зване електронне хмара. Атом має нейтральний заряд, як показав досвід Резерфорда. Будова атома надалі зацікавило вченого на ім'я Нільс Бор. Саме він допрацював вчення Резерфорда, адже до Бору планетарна модель атома стала стикатися з труднощами пояснення. Оскільки електрон рухається навколо ядра по певній орбіті з прискоренням, рано чи пізно він повинен впасти на ядро атома. Проте Нільс Бор зміг довести, що всередині атома закони класичної механіки вже не діють.