تجارب رذرفورد في دراسة التشتت. تجارب رذرفورد على تشتت جسيمات ألفا. اكتشافات أخرى تمت أثناء دراسة الذرة

درس الفيزياء في الصف الحادي عشر

موضوع:

"تجربة رذرفورد لتشتت جسيمات ألفا"

أهداف وغايات الدرس:

التعليمية:

اشرح آلية تجارب رذرفورد

التعليمية:

تنمية الاستقلال المعرفي لدى الطلاب؛

المساهمة في تربيتهم الأخلاقية والجمالية.

التعليمية:

تطوير القدرة على إبراز الحقائق الأساسية والأساسية ومقارنة الحقائق التي تتم دراستها والتعبير عن الأفكار بشكل منطقي.

خلال الفصول الدراسية:

أنا.منظمة. لحظة.

قف مباشرة بجانب مكتبك وقم بتنظيف نفسك. قل مرحبا للمعلم. ثم اجلس بهدوء في مقعدك وحافظ على النظام في الفصل الدراسي.

تحديد موضوع الدرس والغرض منه.

ثانيا. تكرار

أطياف الخط

1- ماذا تعني كلمة الذرة ؟

2. من هو العالم الذي اكتشف قانون التكرار الدوري لخصائص العناصر الكيميائية؟

3-هل الذرة غير قابلة للتجزئة؟

4. ماذا يحدث للغازات المتخلخلة عند تسخينها إلى درجة حرارة عالية؟

5. ما هي أسماء الخطوط المتعددة الألوان التي تفصلها مساحات داكنة؟

6. ما هو الكامن في كل غاز؟

7. ما هو الغاز الذي له أبسط طيف؟

8. ما هو طيف الغاز الذي يتكون من 4 خطوط؟

9. من هو العالم الذي اختار صيغة الخطوط الطيفية للمنطقة المرئية؟

10. من هي النظرية التي مكنت من جمع صيغ المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء في صيغة عامة واحدة؟

فيزمينوتكاوفقا للفيديو.

ثالثا. مواد جديدة

§ 7.2. تجربة رذرفورد على تشتت جسيمات ألفا.

من خلال دراسة تشتت جسيمات ألفا أثناء مرورها عبر رقائق الذهب،إرنستتوصل رذرفورد إلى استنتاج مفاده أن كل الشحنات الموجبة للذرات تتركز في مركزها في نواة ضخمة ومضغوطة للغاية. وتدور حول هذه النواة جسيمات سالبة الشحنة (الإلكترونات).

وكان هذا النموذج مختلفا جوهريا عن نموذج طومسون للذرة الذي كان منتشرا في ذلك الوقت.

جوزيف جوناقترح طومسون نموذجًا للذرة على شكل حلوى (فطيرة)، حيث تملأ الشحنة الموجبة حجم الذرة بالكامل بشكل موحد، وتتخللها الإلكترونات.

في وقت لاحق إلى حد ما، تم تسمية نموذج رذرفورد بالنموذج الكوكبي للذرة (وهو مشابه حقًا للنظام الشمسي: النواة الثقيلة هي الشمس، والإلكترونات التي تدور حولها هي الكواكب).

في عام 1912، أجرى إي. رذرفورد ومعاونوه تجربة على تشتت جسيمات ألفا في المادة.

مخطط تجارب رذرفورد.

في غياب الرقائق، ظهرت دائرة مشرقة على الشاشة، تتكون من ومضات ناجمة عن شعاع رقيق من جسيمات ألفا. ولكن عندما تم وضع رقاقة ذهبية رفيعة يبلغ سمكها حوالي 0.1 ميكرومتر (ميكرون) في مسار جسيمات ألفا، تغيرت الصورة التي لوحظت على الشاشة بشكل كبير: لم تظهر الومضات الفردية خارج الدائرة السابقة فحسب، بل من الممكن أيضًا أن تكون لوحظ من الجانب الآخر من رقائق الذهب.

ومن خلال حساب عدد الومضات لكل وحدة زمنية في أماكن مختلفة على الشاشة، من الممكن تحديد توزيع جسيمات ألفا المتناثرة في الفضاء. يتناقص عدد جسيمات ألفا بسرعة مع زيادة زاوية التشتت.

الصورة التي شوهدت على الشاشة أدت إلى استنتاج مفاده أن غالبية جسيمات ألفا تمر عبر رقائق الذهب دون تغيير ملحوظ في اتجاه حركتها. ومع ذلك، فإن بعض الجسيمات انحرفت بزوايا كبيرة عن الاتجاه الأصلي لجسيمات ألفا (حوالي 135س...150 س ) وحتى تم إعادتهم. أظهرت الدراسات أنه عندما تمر جسيمات ألفا عبر الرقاقة، فمن بين كل 10000 جسيم ساقط، ينحرف جسيم واحد فقط بزاوية تزيد عن 10يا من الاتجاه الأصلي للحركة. وكاستثناء نادر فقط، ينحرف أحد العدد الهائل من جسيمات ألفا عن اتجاهه الأصلي.

حقيقة أن العديد من جسيمات ألفا مرت عبر الرقاقة دون الانحراف عن اتجاه حركتها تشير إلى أن الذرة ليست كيانًا صلبًا. نظرًا لأن كتلة جسيم ألفا أكبر بحوالي 8000 مرة من كتلة الإلكترون، فإن الإلكترونات الموجودة في ذرات الرقاقة لا يمكنها تغيير جسيمات ألفا بشكل ملحوظ. يمكن أن يحدث تشتت جسيمات ألفا بسبب جسيم ذرة موجب الشحنة - النواة الذرية.

رابعا.تعزيز

النظر في الأمثلة.
الخامس. انعكاس

هل أعجبك درسنا اليوم؟.. ماذا تتذكر؟..

السادس. D/Z كرر §7.1، تعلم §7.2

تتكون الذرة من نواة مدمجة وضخمة موجبة الشحنة وإلكترونات ضوئية سالبة الشحنة تحيط بها.

يعد إرنست رذرفورد عالمًا فريدًا من نوعه، بمعنى أنه قام بالفعل باكتشافاته الرئيسية بعدحصوله على جائزة نوبل. في عام 1911، نجح في تجربة لم تسمح للعلماء بالتعمق في الذرة والحصول على نظرة ثاقبة لبنيتها فحسب، بل أصبحت أيضًا نموذجًا للنعمة وعمق التصميم.

وباستخدام مصدر طبيعي للإشعاع المشع، بنى رذرفورد مدفعًا أنتج تيارًا موجهًا ومركّزًا من الجسيمات. كان المسدس عبارة عن صندوق رصاصي بفتحة ضيقة توضع بداخله مادة مشعة. ونتيجة لذلك، فإن الجسيمات (في هذه الحالة جسيمات ألفا، التي تتكون من بروتونين ونيوترونين) المنبعثة من المادة المشعة في جميع الاتجاهات باستثناء اتجاه واحد، تم امتصاصها بواسطة شاشة الرصاص، ولم يتم إطلاق سوى شعاع موجه من جسيمات ألفا عبر الفتحة . علاوة على ذلك، على طول مسار الشعاع، كان هناك العديد من شاشات الرصاص ذات الشقوق الضيقة التي تقطع الجزيئات التي تنحرف عن اتجاه محدد بدقة. ونتيجة لذلك، طار شعاع مركز تمامًا من جسيمات ألفا نحو الهدف، وكان الهدف نفسه عبارة عن ورقة رقيقة من رقائق الذهب. لقد كان شعاع ألفا هو الذي ضربها. وبعد اصطدامها بذرات الرقائق، واصلت جسيمات ألفا طريقها واصطدمت بشاشة مضيئة مثبتة خلف الهدف، تسجل عليها ومضات عند اصطدام جسيمات ألفا به. من بينهم، يمكن للمجرب أن يحكم على الكمية ومقدار انحراف جزيئات ألفا عن اتجاه الحركة المستقيمة نتيجة الاصطدامات مع ذرات الرقائق.

وقد تم إجراء تجارب من هذا النوع من قبل. كانت فكرتهم الرئيسية هي جمع معلومات كافية من زوايا انحراف الجسيمات بحيث يمكن قول شيء محدد عن بنية الذرة. في بداية القرن العشرين، عرف العلماء بالفعل أن الذرة تحتوي على إلكترونات سالبة الشحنة. ومع ذلك، كانت الفكرة السائدة هي أن الذرة كانت بمثابة شبكة دقيقة موجبة الشحنة مملوءة بإلكترونات زبيبية سالبة الشحنة - وهو نموذج يسمى "نموذج شبكة الزبيب". وبناء على نتائج هذه التجارب، تمكن العلماء من تعلم بعض خصائص الذرات - على وجه الخصوص، تقدير ترتيب أحجامها الهندسية.

ومع ذلك، أشار رذرفورد إلى أن أيًا من أسلافه لم يحاول حتى إجراء اختبار تجريبي فيما إذا كانت بعض جسيمات ألفا قد انحرفت بزوايا كبيرة جدًا. إن نموذج شبكة الزبيب ببساطة لم يسمح بوجود عناصر هيكلية في الذرة كثيفة وثقيلة لدرجة أنها يمكن أن تحرف جسيمات ألفا السريعة بزوايا كبيرة، لذلك لم يكلف أحد عناء اختبار هذا الاحتمال. طلب رذرفورد من أحد طلابه إعادة تجهيز التثبيت بطريقة تمكن من ملاحظة تشتت جسيمات ألفا بزوايا انحراف كبيرة - فقط لإراحة ضميره واستبعاد هذا الاحتمال تمامًا. كان الكاشف عبارة عن شاشة مغطاة بكبريتيد الصوديوم، وهي مادة تنتج وميض فلورسنت عندما يضربها جسيم ألفا. تخيل مفاجأة ليس فقط الطالب الذي أجرى التجربة مباشرة، ولكن أيضًا رذرفورد نفسه عندما تبين أن بعض الجسيمات انحرفت بزوايا تصل إلى 180 درجة!

في إطار النموذج المحدد للذرة، لم يكن من الممكن تفسير النتيجة: ببساطة لا يوجد شيء في شبكة الزبيب يمكن أن يعكس جسيم ألفا قوي وسريع وثقيل. اضطر رذرفورد إلى استنتاج أن معظم كتلة الذرة تتركز في مادة كثيفة بشكل لا يصدق تقع في مركز الذرة. وتبين أن بقية الذرة أقل كثافة بكثير مما كان يعتقد سابقًا. كما نتج أيضًا عن سلوك جسيمات ألفا المتناثرة في هذه المراكز فائقة الكثافة للذرة، والتي أطلق عليها رذرفورد النوى، فإن الشحنة الكهربائية الموجبة للذرة بأكملها تتركز أيضًا، نظرًا لأن قوى التنافر الكهربائي فقط هي التي يمكن أن تسبب تشتت الجسيمات بزوايا أكبر من 90 درجة.

وبعد سنوات، أحب رذرفورد استخدام هذا التشبيه حول اكتشافه. وفي أحد بلدان الجنوب الأفريقي، تم تحذير مسؤولي الجمارك من أن شحنة كبيرة من الأسلحة المخصصة للمتمردين على وشك أن يتم تهريبها إلى البلاد، مخبأة في بالات من القطن. والآن، بعد التفريغ، يواجه موظف الجمارك مستودعًا كاملاً مليئًا ببالات القطن. كيف يمكنه تحديد البالات التي تحتوي على بنادق؟ قام موظف الجمارك بحل المشكلة ببساطة: بدأ بإطلاق النار على البالات، وإذا ارتدت الرصاصات من أي بالة، فإنه يتعرف على البالات بأنها أسلحة مهربة بناءً على هذه العلامة. لذلك، عندما رأى رذرفورد كيف ترتد جسيمات ألفا من رقائق الذهب، أدرك أن هناك بنية أكثر كثافة بكثير مخبأة داخل الذرة مما كان متوقعا.

إن صورة الذرة التي رسمها رذرفورد بناء على نتائج تجربته معروفة لنا اليوم. تتكون الذرة من نواة مدمجة فائقة الكثافة تحمل شحنة موجبة، وإلكترونات ضوئية سالبة الشحنة حولها. وفي وقت لاحق، قدم العلماء أساسًا نظريًا موثوقًا لهذه الصورة ( سم. Bohr Atom)، ولكن كل شيء بدأ بتجربة بسيطة مع عينة صغيرة من المواد المشعة وقطعة من رقائق الذهب.

أنظر أيضا:

إرنست رذرفورد، بارون رذرفورد الأول من نيلسون، 1871-1937

فيزيائي نيوزيلندي. ولد في نيلسون، وهو ابن مزارع حرفي. حصل على منحة للدراسة في جامعة كامبريدج في إنجلترا. وبعد تخرجه تم تعيينه في جامعة ماكجيل الكندية، حيث وضع مع فريدريك سودي (1877-1966) القوانين الأساسية لظاهرة النشاط الإشعاعي، والتي حصل بسببها على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1908. وسرعان ما انتقل العالم إلى جامعة مانشستر، حيث اخترع هانز جيجر (1882-1945) تحت قيادته عداد جيجر الشهير، وبدأ البحث في بنية الذرة، وفي عام 1911 اكتشف وجود النواة الذرية. خلال الحرب العالمية الأولى، شارك في تطوير السونار (الرادارات الصوتية) للكشف عن غواصات العدو. وفي عام 1919 تم تعيينه أستاذًا للفيزياء ومديرًا لمختبر كافنديش بجامعة كامبريدج، وفي نفس العام اكتشف الاضمحلال النووي نتيجة القصف بالجسيمات الثقيلة عالية الطاقة. وظل رذرفورد في هذا المنصب حتى نهاية حياته، وفي الوقت نفسه كان رئيسًا للجمعية العلمية الملكية لسنوات عديدة. ودُفن في كنيسة وستمنستر بجوار نيوتن وداروين وفاراداي.

إرنست رذرفورد (1871-1937).

عالم فيزياء إنجليزي، مؤسس الفيزياء النووية، عضو الجمعية الملكية في لندن (1903، رئيسها 1925-1930) ومعظم الأكاديميات حول العالم. ولد في برايت ووتر (نيوزيلندا). في عام 1899 اكتشف أشعة ألفا وبيتا في عام 1900 - منتج اضمحلال الراديوم (الانبعاث) وقدم مفهوم نصف العمر. جنبا إلى جنب مع F. Soddy في 1902 - 1903. طور نظرية الاضمحلال الإشعاعي ووضع قانون التحولات الإشعاعية. في عام 1903 أثبت أن أشعة ألفا تتكون من جسيمات موجبة الشحنة (جائزة نوبل في الكيمياء، 1908).

في عام 1908 قام مع G. Geiger بتصميم جهاز لتسجيل الجزيئات المشحونة الفردية (عداد جيجر). تم تركيبه عام 1911 قانون تشتت جسيمات ألفا بواسطة ذرات العناصر المختلفة (صيغة رذرفورد)، مما جعل من الممكن إنشاء نموذج جديد للذرة - الكواكب (نموذج رذرفورد) في عام 1911.

وطرح فكرة التحول الاصطناعي للنواة الذرية (1914). في عام 1919 أجرى أول تفاعل نووي اصطناعي، حيث قام بتحويل النتروجين إلى أكسجين، وبذلك وضع أسس الفيزياء النووية المشتركة، واكتشف البروتون. في عام 1920 تنبأ بوجود النيوترون والديوترون. وقد أثبت ذلك تجريبيًا مع إم أوليفانت في عام 1933. صحة قانون العلاقة بين الكتلة والطاقة في التفاعلات النووية. في عام 1934 أجرى تفاعل اندماج الديوترونات مع تكوين التريتيوم.

تم إجراء التجارب الأولى لدراسة بنية الذرة على يد إرنست رذرفورد في عام 1911. وأصبحت هذه التجارب ممكنة بفضل اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي، حيث يتم إطلاق العناصر الثقيلة نتيجة للتحلل الإشعاعي الطبيعي للعناصر الثقيلة. -حبيبات. وتبين أن هذه الجسيمات لها شحنة موجبة تعادل شحنة إلكترونين، وكتلتها أكبر بحوالي 4 مرات من كتلة ذرة الهيدروجين، أي. وهي أيونات ذرة الهيليوم (). تختلف طاقة الجسيمات من فولت لليورانيوم إلى فولت للثوريوم. تبلغ سرعة الجسيمات م/ث، لذلك يمكن استخدامها "لاختراق" الرقائق المعدنية الرقيقة. تظهر المعلومات حول تشتت الجسيمات في الشكل. 1.

أظهرت الأبحاث أن عددًا صغيرًا من الجزيئات انحرف بشكل كبير عن الاتجاه الأصلي للحركة. وفي بعض الحالات كانت زاوية التشتت قريبة من 180 درجة. بناء على البيانات التي تم الحصول عليها، قدم E. Rutherford الاستنتاجات التي شكلت الأساس النموذج الكوكبي للذرة:

هناك نواة تتركز فيها كتلة الذرة بأكملها تقريبًا وكل شحنتها الموجبة، وأبعاد النواة أصغر بكثير من أبعاد الذرة نفسها؛

تتحرك الإلكترونات التي تشكل الذرة حول النواة في مدارات دائرية.

بناءً على هاتين المقدمتين وبافتراض أن التفاعل بين الجسيم الساقط والنواة المشحونة إيجابيًا يتم تحديده بواسطة قوى كولوم، أثبت رذرفورد أن النوى الذرية لها أبعاد ()m، أي. فهي () أصغر من حجم الذرات بمرات.

نموذج الذرة الذي اقترحه رذرفورد يشبه النظام الشمسي، أي. في مركز الذرة توجد نواة ("الشمس")، وتتحرك الإلكترونات - "الكواكب" - في مدارات حولها. ولهذا سمي نموذج رذرفورد النموذج الذري الكوكبي.

كان هذا النموذج خطوة للأمام نحو الفهم الحديث لبنية الذرة. المفهوم الأساسي النواة الذرية، بحيث تتركز الشحنة الموجبة بأكملها للذرة وكل كتلتها تقريبًا،احتفظت بمعناها حتى يومنا هذا.

لكن الافتراض بأن الإلكترونات تتحرك في مدارات دائرية غير متوافقلا مع قوانين الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، ولا مع الطبيعة الخطية لأطياف انبعاث الغازات الذرية.

ولنوضح ما قيل عن نموذج رذرفورد الكوكبي باستخدام مثال ذرة الهيدروجين التي تتكون من نواة ضخمة (بروتون) وإلكترون يتحرك حولها في مدار دائري. منذ نصف القطر المداري م (مدار بور الأول) وسرعة الإلكترون م/ث، تسارعها الطبيعي . الإلكترون الذي يتحرك بتسارع في مدار دائري هو مذبذب ثنائي الأبعاد. لذلك، وفقًا للديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، يجب أن تشع الطاقة على شكل موجة كهرومغناطيسية. ونتيجة لذلك، فإن الإلكترون سوف يقترب حتما من النواة في الزمن s. ومع ذلك، في الواقع، ذرة الهيدروجين هي نظام كهروميكانيكي مستقر و"طويل العمر".

يعد إرنست رذرفورد أحد مؤسسي العقيدة الأساسية للبنية الداخلية للذرة. ولد العالم في إنجلترا لعائلة من المهاجرين من اسكتلندا. كان رذرفورد هو الطفل الرابع في عائلته، وتبين أنه الأكثر موهبة. تمكن من تقديم مساهمة خاصة في نظرية التركيب الذري.

الأفكار الأولية حول بنية الذرة

وتجدر الإشارة إلى أنه قبل إجراء تجربة رذرفورد الشهيرة في تشتت جسيمات ألفا، كانت الفكرة السائدة في ذلك الوقت حول بنية الذرة هي نموذج طومسون. كان هذا العالم على يقين من أن الشحنة الموجبة تملأ حجم الذرة بالكامل بشكل موحد. يعتقد طومسون أن الإلكترونات سالبة الشحنة تبدو وكأنها تتخللها.

متطلبات الثورة العلمية

بعد التخرج من المدرسة، تلقى رذرفورد، باعتباره الطالب الأكثر موهبة، منحة قدرها 50 جنيها لمواصلة التعليم. وبفضل هذا، تمكن من الالتحاق بالجامعة في نيوزيلندا. بعد ذلك، يجتاز العالم الشاب الامتحانات في جامعة كانتربري ويبدأ في دراسة الفيزياء والكيمياء بجدية. في عام 1891، ألقى رذرفورد محاضرته الأولى حول "تطور العناصر". ولأول مرة في التاريخ، أوضح فكرة أن الذرات هي هياكل معقدة.

في ذلك الوقت، سيطرت فكرة دالتون بأن الذرات غير قابلة للتجزئة على الدوائر العلمية. بالنسبة لكل من حول رذرفورد، بدت فكرته مجنونة تمامًا. كان على العالم الشاب أن يعتذر باستمرار لزملائه عن "هراءه". ولكن بعد مرور 12 عامًا، تمكن رذرفورد من إثبات أنه كان على حق. أتيحت الفرصة لرذرفورد لمواصلة أبحاثه في مختبر كافنديش في إنجلترا، حيث بدأ بدراسة عمليات تأين الهواء. كان أول اكتشاف لرذرفورد هو أشعة ألفا وبيتا.

تجربة رذرفورد

يمكن وصف الاكتشاف بإيجاز على النحو التالي: في عام 1912، أجرى رذرفورد مع مساعديه تجربته الشهيرة - انبعثت جزيئات ألفا من مصدر الرصاص. انتقلت جميع الجزيئات، باستثناء تلك التي امتصها الرصاص، على طول القناة المثبتة. سقط مجرىهم الضيق على طبقة رقيقة من الرقائق. كان هذا الخط عموديًا على الورقة. أثبتت تجربة رذرفورد على تشتت جسيمات ألفا أن تلك الجسيمات التي مرت عبر شريحة من الرقاقة تسببت في ما يسمى بالوميض على الشاشة.

وكانت هذه الشاشة مغطاة بمادة خاصة تبدأ بالتوهج عندما تصطدم بها جسيمات ألفا. تم ملء المساحة بين طبقة رقائق الذهب والشاشة بفراغ لمنع تناثر جسيمات ألفا في الهواء. سمح هذا الجهاز للباحثين بمراقبة تناثر الجسيمات بزاوية تبلغ حوالي 150 درجة.

إذا لم يتم استخدام الرقاقة كعائق أمام شعاع جسيمات ألفا، فستتشكل دائرة ضوئية من الومضات على الشاشة. ولكن بمجرد وضع حاجز من رقائق الذهب أمام شعاعهم، تغيرت الصورة بشكل كبير. ولم تظهر الومضات خارج هذه الدائرة فحسب، بل ظهرت أيضًا على الجانب الآخر من الرقاقة. أظهرت تجربة رذرفورد على تشتت جسيمات ألفا أن معظم الجسيمات مرت عبر الرقاقة دون تغيرات ملحوظة في مسارها.

في هذه الحالة، انحرفت بعض الجزيئات بزاوية كبيرة إلى حد ما وتم إرجاعها إلى الخلف. لكل 10000 جسيم يمر بحرية عبر طبقة من رقائق الذهب، تم انحراف جسيم واحد فقط بزاوية تتجاوز 10 درجات - وكاستثناء، تم انحراف أحد الجسيمات بهذه الزاوية.

سبب انحراف جسيمات ألفا

إن ما فحصته وأثبتته تجربة رذرفورد بالتفصيل هو بنية الذرة. وهذا الوضع يدل على أن الذرة ليست في تكوين مستمر. مرت معظم الجسيمات بحرية عبر الرقاقة التي يبلغ سمكها ذرة واحدة. وبما أن كتلة جسيم ألفا أكبر بحوالي 8000 مرة من كتلة الإلكترون، فإن هذا الأخير لا يمكن أن يؤثر بشكل كبير على مسار جسيم ألفا. ولا يمكن القيام بذلك إلا عن طريق النواة الذرية - وهي جسم صغير الحجم، يمتلك تقريبًا كل الكتلة وكل الشحنة الكهربائية للذرة. في ذلك الوقت، أصبح هذا طفرة كبيرة للفيزيائي الإنجليزي. وتعتبر تجربة رذرفورد من أهم الخطوات في تطور علم التركيب الداخلي للذرة.

اكتشافات أخرى تمت أثناء دراسة الذرة

قدمت هذه الدراسات دليلا مباشرا على أن الشحنة الموجبة للذرة تقع داخل نواتها. وتشغل هذه المساحة مساحة صغيرة جدًا مقارنة بأبعادها الإجمالية. في مثل هذا الحجم الصغير، تبين أن تشتت جسيمات ألفا أمر غير مرجح للغاية. وشهدت تلك الجسيمات التي مرت بالقرب من منطقة النواة الذرية انحرافات حادة عن المسار، لأن قوى التنافر بين جسيم ألفا ونواة الذرة كانت قوية للغاية. أثبتت تجربة رذرفورد لتشتت جسيمات ألفا احتمالية اصطدام جسيمات ألفا مباشرة بالنواة. صحيح أن الاحتمال كان صغيرًا جدًا، لكنه ليس صفرًا.

ولم تكن هذه هي الحقيقة الوحيدة التي أثبتتها تجربة رذرفورد. تمت دراسة بنية الذرة لفترة وجيزة من قبل زملائه، الذين قاموا بعدد من الاكتشافات المهمة الأخرى. باستثناء التعليم بأن جسيمات ألفا هي نواة هيليوم سريعة الحركة.

تمكن العالم من وصف بنية الذرة التي تشغل فيها النواة جزءًا صغيرًا من الحجم الإجمالي. أثبتت تجاربه أن شحنة الذرة بأكملها تقريبًا تتركز داخل نواتها. وفي هذه الحالة تحدث حالتا انحراف جسيمات ألفا وحالات اصطدامها بالنواة.

تجارب رذرفورد: النموذج النووي للذرة

في عام 1911، اقترح رذرفورد، بعد دراسات عديدة، نموذجًا لبنية الذرة، والذي أطلق عليه اسم الكواكب. ووفقا لهذا النموذج، يوجد داخل الذرة نواة تحتوي تقريبا على كامل كتلة الجسيم. تتحرك الإلكترونات حول النواة بطريقة مشابهة لكيفية تحرك الكواكب حول الشمس. ومن مزيجهما يتم تشكيل ما يسمى بالسحابة الإلكترونية. الذرة لها شحنة متعادلة، كما أظهرت تجربة رذرفورد.

أصبح تركيب الذرة فيما بعد موضع اهتمام عالم يدعى نيلز بور. وكان هو الذي أنهى تعاليم رذرفورد، لأنه قبل بور، بدأ النموذج الكوكبي للذرة يواجه صعوبات في التفسير. وبما أن الإلكترون يتحرك حول النواة في مدار معين بتسارع، فلا بد أن يسقط عاجلاً أم آجلاً على نواة الذرة. ومع ذلك، تمكن نيلز بور من إثبات أن قوانين الميكانيكا الكلاسيكية لم تعد قابلة للتطبيق داخل الذرة.

أجرى السير إرنست رذرفورد تجارب كلاسيكية حول دراسة بنية الذرة في عام 1911. أجرى رذرفورد تجارب لدراسة تشتت جسيمات ألفا بواسطة صفائح رقيقة من الرقائق المعدنية. تم التأثير على الذرات عن طريق قصفها بشعاع من الجزيئات الضخمة. يظهر الرسم التخطيطي التجريبي في الشكل. 1.

تم وضع رقائق ذهبية رقيقة F (سمك الرقاقة حوالي 10 -7 م، تم وضع حوالي 400 ذرة عليها) داخل شاشة كروية E. من خلال ثقب في الشاشة، ينبعث شعاع من جسيمات ألفا السريعة المنبعثة من مادة مشعة سقط الدواء الموجود في حاوية الرصاص بشكل عمودي على اللوحة R. جسيمات ألفا هي ذرة هيليوم متأينة بالكامل بكتلة تساوي 4.0015 amu. وشحن يساوي + 2e

(e هي قيمة الشحنة الكهربائية الأولية). كانت سرعة جسيم ألفا في حدود 10 7 م/ث، وكانت الطاقة 4.05 MeV. عندما يكون سمك الرقاقة صغيرًا، يكون تصادم جسيمات ألفا منفردًا تقريبًا، أي. ويصطدم كل جسيم بذرة واحدة فقط، مما يغير اتجاه طيرانه.

وكانت الجدران الداخلية للشاشة مغطاة بمادة الفوسفور، وهي مادة تحدث فيها ومضات عند اصطدام جسيمات ألفا. هذا جعل من الممكن تسجيل جسيمات ألفا بجهاز M، المنتشرة بواسطة الذرات بزوايا مختلفة θ من الاتجاه الأصلي. جعلت التجارب على تشتت جسيمات ألفا من الممكن تحديد الأنماط التالية.

1. تمر الغالبية العظمى من جسيمات ألفا عبر الرقاقة بحرية تقريبًا: فهي لا تنحرف ولا تفقد الطاقة.

2. فقط جزء صغير من الجزيئات (≈ 0.01٪، أي واحد على عشرة آلاف) عاد إلى الوراء، أي غير اتجاه الحركة بزاوية أكبر من 90 درجة.

يمكن تفسير نتائج تجارب رذرفورد على أساس افتراض أن جميع الشحنات الموجبة وكتلة الذرة بأكملها تقريبًا تتركز في منطقة صغيرة من الذرة - النواة، والتي تبلغ أبعادها حوالي 10 -14 م سلبيًا. تتحرك الإلكترونات المشحونة حول النواة في مساحة ضخمة (بالمقارنة بالنواة) يبلغ حجمها حوالي 10 -10 م.

هذا الافتراض هو الأساس النموذج النووي للذرة، والذي يسمى أيضًا الكواكب. عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة يساوي العدد الذري للعنصر الموجود في جدول مندليف الدوري. بالإضافة إلى ذلك، تبين أن القوى التي تربط الإلكترونات بالنواة تخضع لقانون كولوم.

ومع ذلك، فإن النموذج النووي يتناقض مع قوانين الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية. في الواقع، إذا كان الإلكترون في حالة سكون في الذرة، فلا بد أن يسقط على النواة تحت تأثير قوة الجذب كولوم. إذا كان الإلكترون يدور حول نواة، فإنه ينبغي أن ينبعث منه مجال كهرومغناطيسي. وفي الوقت نفسه، يفقد طاقته من خلال الإشعاع، وتنخفض سرعة الحركة، ويجب أن يسقط الإلكترون في النهاية على النواة. يجب أن يكون أطياف انبعاث الذرات في هذه الحالة مستمرًا، ويجب ألا يتجاوز عمر الذرة 10 -7 ثوانٍ. في الواقع، الذرات مستقرة، وأطياف انبعاث الذرات منفصلة.