Оглавление 39 40 41 42 43 — — — 270 
Ядерная модель атома. Изучение строения атома практитически началось в 1897—1898 гг., после того как была оконча­тельно установлена природа катодных лучей как потока электро­нов и были определены величина заряда и масса электрона. Факт выделения электронов самыми разнообразными веществами при­водил к выводу, что электроны входят в состав всех атомов. Но атом в целом электрически нейтрален; следовательно, он должен содержать в себе еще другую составную часть, заряженную поло­жительно, причем ее заряд должен уравновешивать сумму отри­цательных зарядов электронов. Эта положительно заряженная часть атома была открыта в 1911 г. Резерфордом при исследо­вании движения α-частиц в газах и других веществах.
Как уже было указано, α-частицы, выбрасываемые атомами радиоактивных элементов, представляют собой положительно заряженные ионы гелия, скорость движения которых достигает 20 тыс. км/сек.Благодаря такой колоссальной скорости α-частицы, пролетая через воздух и сталкиваясь с молекулами газов, выби­вают из них электроны. Молекулы, потерявшие электроны, ста­новятся заряженными положительно, выбитые же электроны тотчас присоединяются к другим молекулам, заряжая их отрица­тельно. Таким образом, в воздухе на пути α-частиц образуются положительно и отрицательно заряженные ионы газа.
 
Эрнест Резерфорд (Ernest Rutherford), один из крупнейших ученых в области радиоактивности и строения атома, родился 30 августа 1871 г. в Нель­соне (Новая Зеландия); был профессо­ром физики в Монреальском универси­тете (Канада), затем с 1907 г. в Манче­стере, а с 1919 г. в Кембридже и Лон­доне.
С 1900 г. Резерфорд занимался изу­чением радиоактивных явлений. Он от­крыл три вида лучей, испускаемых ра­диоактивными веществами; предложил (вместе с Содди) теорию радиоактив­ного распада; точно доказал образование гелия при многих радиоактивных процес­сах. В 1911 г. открыл ядро атома и раз­работал планетарную модель атома, чем положил начало развитию современного учения о строении атома. В 1919 г. впер­вые осуществил искусственное превращение некоторых стабильных элементов, подвергая их бомбардировке α-частицами.
 
Способность α-частиц ионизировать, воздух была остроумно использована английским физиком Вильсоном для того, чтобы сделать видимыми пути отдельных частиц и сфотографиро­вать их.
Метод Вильсона заключается в следующем. Если воздух, на­сыщенный водяными парами, быстро охладить, то пары сгу­щаются в мелкие капельки тумана. Оказывается, однако, что в совершенно освобожденном от пыли воздухе туман не появ­ляется, несмотря на охлаждение; для образования тумана необ­ходимо присутствие пылинок, вокруг которых и происходит сгу­щение паров. Такое же действие, как пылинки, вызывают заря­женные электричеством молекулы газа. Если пропускать α-ча­стицы через камеру с воздухом, пересыщенным водяным паром, то образующиеся на пути α-частиц ионы конденсируют вокруг себя капельки воды и при освещении камеры сбоку путь каждой частицы становится видимым в форме тонкой полоски тумана.

Применяемая для этих опытов камера Вильсона (схема ее

Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд (1871 — 1937)

показана на рис. 16) представляет собой цилиндр А со стек­лянной крышкой Б; дном цилиндра служит подвижной поршень В. При быстром выдвигании поршня находящийся в камере влажный воздух охлаждается вследствие расширения и стано­вится пересыщенным водяными парами. На рис. 17 показана одна из фотографий путей α-частиц. Рассматривая ее, мы видим, что пути α-частиц прямолинейны. В то же время, как показывает теория, каждая частица на про­тяжении своего пути, который в воздухе может достигать 11 см, должна встречать сотни тысяч атомов. Если тем не менее путь ее остается прямолинейным, то это можно объяснить только тем, что α-частица проле­тает сквозьатомы.

Более тщательное ис­следование этого явления показало, что при прохож­дении пучка параллельных лучей сквозь слой газа или тонкую металли­ческую пластинку выходящие лучи уже не параллельны, а не­сколько расходятся: происходит, как говорят, рассеяние α-частиц, т. е. отклонение их от своего первоначального пути.
Схема камеры Вильсона

Рис. 16. Схема камеры Вильсона

Правда, углы отклонения в общем невелики, но всегда имеется небольшое число частиц (примерно одна из восьми тысяч), которые откло­няются очень сильно, некоторые частицы даже отбрасываются назад, как если бы на пути их встретилось что-то твердое, непроницаемое. На некоторых фотогра­фиях эти резкие отклонения α-частиц ясно заметны (рис. 18).

Чем же может быть вызвано внезап­ное изменение в направлении движения α-частицы? Нетрудно понять, что откло­нения вообще вызываются электрическим взаимодействием между α-частицами и заряженными частями атома. Такими ча­стями едва ли могут быть электроны. Ведь масса электрона почти в 7500 раз меньше массы α-частицы, поэтому, если даже α-частица пролетит очень близко от электрона, то она отклонит его в сторону, но сама мало из­менит направление своего пути.
Фотография путей α-частиц

Рис. 16. Фотография путей α-частиц

Остается предположить, что от­клонения вызываются взаимодействием α-частиц с положительно заряженными частями атомов, масса которых, очевидно, является величиной того же порядка, что и масса а-частицы. Кроме того, необходимо допустить, что эта масса занимает ничтожно малый объем, так как иначе ее заряд не мог бы создать сильное элек­трическое поле и большое отклонение было бы невозможно.

Исходя из этих соображений, Резерфорд предложил следую­щую схему строения атома. В центре атома находится положи­тельно заряженное ядро, вокруг которого по различным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центро­бежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вследствие чего электроны остаются на определен­ных расстояниях от ядра. Так как масса электронов ничтожно мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. Размеры атома и его отдельных частей выражаются приблизительно следующими числами: диаметр

атома — величина порядка 10-8см, диаметр электрона 10-13 см и диаметр ядра от 10-14 до 10-12 см. Отсюда ясно, что на долю ядра и электронов, число ко­торых, как увидим дальше, сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной си­стемой.
Фотография пути двух α-частиц

Рис. 18. Фотография пути двух α-частиц

Предложенная Резерфордом схема строения атома или, как обыкновенно говорят, модель атома, легко объясняет описанные выше явления отклонения α-частиц. Действительно, размеры ядра и электронов очень малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются ор­битами наиболее удаленных от ядра электронов; поэтому боль­шинство α-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда α-частица очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути.

Пути α-частиц внутри атома

Рис. 19. Пути α-частиц внутри атома

На рис. 19 показаны пути α-частиц при их пролетарии сквозь атом. Черными кружками обозначены электроны, светлый кру­жок в центре рисунка — ядро атома. Частицы А и В лишь слабо отклоняются при встрече с электронами; частица Б резко откло­няется, встретив положительно заряженное ядро.
Таким образом, изучение рассеяния α-частиц положило на­чало ядерной теории атома. С тех пор эта теория получила столько различных подтверждений, что в настоящее время в ее правильности не приходится сомневаться.
Вы читаете, статья на тему Ядерная модель атома