Rutherford'un saçılma araştırmasındaki deneyleri. Rutherford'un α-parçacık saçılımı üzerine deneyleri. Atomun incelenmesi sürecinde yapılan diğer keşifler

11. sınıfta fizik dersi

Ders:

"Rutherford'un Alfa Parçacığı Saçılma Deneyi"

Dersin amaç ve hedefleri:

Eğitici:

Rutherford deneylerinin mekanizmasını açıklayın

Eğitici:

öğrencilerin bilişsel bağımsızlığını geliştirmek;

ahlaki ve estetik eğitimlerine katkıda bulunmak.

Eğitici:

ana, esas olanı vurgulama, incelenen gerçekleri karşılaştırma ve düşünceleri mantıksal olarak ifade etme yeteneğini geliştirmek.

Dersler sırasında:

BEN.Org. an.

Masanızın hemen yanında durun ve kendinizi temizleyin. Öğretmene merhaba deyin. Daha sonra sessizce koltuğunuza oturun ve sınıfta düzeni sağlayın.

Dersin konusunu ve amacını belirlemek.

II. Tekrarlama

Çizgi spektrumları

1.Atom kelimesi ne anlama geliyor?

2.Kimyasal elementlerin özelliklerinin periyodik tekrarı yasasını hangi bilim adamı keşfetti?

3. Atom bölünemez mi?

4. Yüksek sıcaklığa ısıtıldığında seyreltilmiş gazlara ne olur?

5. Koyu boşluklarla ayrılmış çok renkli çizgilerin isimleri nelerdir?

6. Her gazın doğasında ne vardır?

7.Hangi gaz en basit spektruma sahiptir?

8.Hangi gaz spektrumu 4 hattan oluşur?

9. Görünür bölge için spektral çizgiler formülünü hangi bilim adamı seçti?

10.Görünür, ultraviyole ve kızılötesi bölgelerin formüllerini tek bir genel formülde birleştirmeyi kimin teorisi mümkün kıldı?

Fizminutka videoya göre.

III. Yeni materyal

§ 7.2. Rutherford'un alfa parçacığı saçılması üzerine deneyi.

Alfa parçacıklarının altın folyodan geçerken saçılımını inceleyerek,ErnestRutherford, atomların tüm pozitif yükünün, merkezlerinde çok büyük ve yoğun bir çekirdekte toplandığı sonucuna vardı. Ve negatif yüklü parçacıklar (elektronlar) bu çekirdeğin etrafında dönerler.

Bu model, o dönemde yaygın olan Thomson atom modelinden temel olarak farklıydı.

Joseph JohnThomson, pozitif yükün atomun tüm hacmini eşit şekilde doldurduğu ve elektronların buna serpiştirildiği bir puding (pasta) biçiminde bir atom modeli önerdi.

Bir süre sonra Rutherford'un modeline atomun gezegen modeli adı verildi (gerçekten Güneş Sistemine benziyor: ağır çekirdek Güneş'tir ve onun etrafında dönen elektronlar gezegenlerdir).

1912'de E. Rutherford ve çalışma arkadaşları alfa parçacıklarının maddede saçılması üzerine bir deney yaptılar.

Rutherford'un deneylerinin şeması.

Folyo yokluğunda, ekranda ince bir alfa parçacıkları ışınının neden olduğu sintilasyonlardan oluşan parlak bir daire belirdi. Ancak alfa parçacıklarının yoluna yaklaşık 0,1 μm (mikron) kalınlığında ince bir altın folyo yerleştirildiğinde, ekranda gözlemlenen resim büyük ölçüde değişti: bireysel flaşlar yalnızca önceki dairenin dışında görünmekle kalmadı, aynı zamanda altın varağın karşı tarafından gözlemlendi.

Ekranın farklı yerlerindeki birim zamandaki parıldama sayısını sayarak, dağınık alfa parçacıklarının uzaydaki dağılımını belirlemek mümkündür. Saçılma açısı arttıkça alfa parçacıklarının sayısı hızla azalır.

Ekranda gözlemlenen görüntü, alfa parçacıklarının çoğunluğunun, hareket yönünde gözle görülür bir değişiklik olmadan altın folyodan geçtiği sonucuna varılmasını sağladı. Bununla birlikte, bazı parçacıklar alfa parçacıklarının orijinal yönünden büyük açılarla saptı (yaklaşık 135 ya...150 ya ) ve hatta geri atıldılar. Çalışmalar, alfa parçacıklarının folyodan geçtiğinde, gelen her 10.000 parçacıktan yalnızca birinin 10°'den daha büyük bir açıyla saptığını göstermiştir.Ö orijinal hareket yönünden. Yalnızca nadir bir istisna olarak çok sayıda alfa parçacığından biri orijinal yönünden sapar.

Birçok alfa parçacığının hareket yönünden sapmadan folyodan geçmesi, atomun katı bir varlık olmadığını düşündürmektedir. Bir alfa parçacığının kütlesi, bir elektronun kütlesinden neredeyse 8000 kat daha büyük olduğundan, folyonun atomlarında bulunan elektronlar, alfa parçacıklarını gözle görülür şekilde değiştiremez. Alfa parçacıklarının saçılmasına, bir atomun pozitif yüklü bir parçacığı olan atom çekirdeği neden olabilir.

IV.Güçlendirme

Örneklerin değerlendirilmesi.
V. Refleks

Bugünkü dersimizi beğendiniz mi?.. Neler hatırlıyorsunuz?..

VI. D/Z §7.1'i tekrarlayın, §7.2'yi öğrenin

Bir atom, kompakt ve büyük, pozitif yüklü bir çekirdekten ve etrafındaki negatif yüklü ışık elektronlarından oluşur.

Ernest Rutherford, ana keşiflerini zaten yapmış olması açısından eşsiz bir bilim insanıdır. sonrasında Nobel Ödülü'nü alıyor. 1911'de, bilim adamlarının atomun derinliklerine bakmalarına ve yapısına dair fikir edinmelerine olanak sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda tasarımın zarafet ve derinliğinin bir modeli haline gelen bir deneyi başardı.

Rutherford, doğal bir radyoaktif radyasyon kaynağı kullanarak, yönlendirilmiş ve odaklanmış bir parçacık akışı üreten bir top yaptı. Silah, içine radyoaktif malzemenin yerleştirildiği dar bir yuvaya sahip kurşun bir kutuydu. Bu nedenle, radyoaktif madde tarafından biri hariç her yöne yayılan parçacıklar (bu durumda iki proton ve iki nötrondan oluşan alfa parçacıkları) kurşun ekran tarafından emildi ve yarıktan yalnızca yönlendirilmiş bir alfa parçacıkları ışını serbest bırakıldı. . Kirişin yolu boyunca, kesin olarak belirlenmiş bir yönden sapan parçacıkları kesen dar yarıklara sahip birkaç kurşun elek daha vardı. Sonuç olarak, mükemmel odaklanmış bir alfa parçacıkları ışını hedefe doğru uçtu ve hedefin kendisi ince bir altın folyo tabakasıydı. Ona çarpan alfa ışınıydı. Folyo atomlarıyla çarpıştıktan sonra alfa parçacıkları yollarına devam etti ve hedefin arkasına yerleştirilmiş, alfa parçacıkları ona çarptığında parlamaların kaydedildiği parlak bir ekrana çarptı. Bunlardan deneyci, folyo atomlarıyla çarpışmalar sonucunda alfa parçacıklarının doğrusal hareket yönünden ne kadar ve ne kadar saptığını yargılayabilir.

Bu tür deneyler daha önce de yapılmıştı. Ana fikirleri, atomun yapısı hakkında kesin bir şeyler söyleyebilmek için parçacıkların sapma açılarından yeterli bilgiyi toplamaktı. Yirminci yüzyılın başında bilim adamları atomun negatif yüklü elektronlar içerdiğini zaten biliyorlardı. Ancak hakim fikir, atomun negatif yüklü kuru üzüm elektronlarıyla dolu, pozitif yüklü ince bir ızgaraya benzer bir şey olduğu yönündeydi; bu modele "kuru üzüm ızgara modeli" adı verildi. Bu tür deneylerin sonuçlarına dayanarak, bilim adamları atomların bazı özelliklerini öğrenebildiler - özellikle geometrik boyutlarının sırasını tahmin edebildiler.

Ancak Rutherford, öncüllerinden hiçbirinin, bazı alfa parçacıklarının çok büyük açılarla saptırılıp saptırılmadığını deneysel olarak test etmeye bile çalışmadığını belirtti. Kuru üzüm ızgarası modeli, atomda hızlı alfa parçacıklarını önemli açılarda saptırabilecek kadar yoğun ve ağır yapısal elementlerin varlığına izin vermiyordu, dolayısıyla kimse bu olasılığı test etme zahmetine girmedi. Rutherford, öğrencilerinden birinden kurulumu, alfa parçacıklarının saçılımını geniş sapma açılarında gözlemleyebilecek şekilde yeniden donatmasını istedi - sırf vicdanını rahatlatmak, bu olasılığı tamamen dışlamak için. Dedektör, bir alfa parçacığı çarptığında floresan flaş üreten bir malzeme olan sodyum sülfürle kaplı bir ekrandı. Bazı parçacıkların 180°'ye varan açılarda saptığının ortaya çıkmasıyla sadece deneyi doğrudan yürüten öğrencinin değil, aynı zamanda Rutherford'un kendisinin de şaşıracağını hayal edin!

Yerleşik atom modeli çerçevesinde sonuç yorumlanamadı: Kuru üzüm ızgarasında güçlü, hızlı ve ağır bir alfa parçacığını yansıtabilecek hiçbir şey yok. Rutherford, bir atomdaki kütlenin çoğunun, atomun merkezinde yer alan inanılmaz derecede yoğun bir maddede yoğunlaştığı sonucuna varmak zorunda kaldı. Ve atomun geri kalanının daha önce düşünülenden çok daha az yoğunlukta olduğu ortaya çıktı. Aynı zamanda, Rutherford'un atomun bu aşırı yoğun merkezlerindeki saçılmış alfa parçacıklarının davranışını da takip etti. çekirdekler atomun tüm pozitif elektrik yükü de yoğunlaşmıştır, çünkü yalnızca elektriksel itme kuvvetleri parçacıkların 90°'den büyük açılarda saçılmasına neden olabilir.

Yıllar sonra Rutherford, keşfiyle ilgili olarak bu benzetmeyi kullanmaktan hoşlandı. Güney Afrika ülkelerinden birinde gümrük yetkilileri, isyancılara yönelik büyük miktarda silahın pamuk balyalarına saklanarak ülkeye kaçırılacağı konusunda uyarıldı. Ve şimdi, boşaltmanın ardından gümrük memuru, pamuk balyalarıyla dolu bir depoyla karşı karşıya kalıyor. Hangi balyaların tüfek içerdiğini nasıl belirleyebilir? Gümrük memuru sorunu basitçe çözdü: Balyalara ateş etmeye başladı ve mermiler herhangi bir balyadan sekerse, bu işarete dayanarak balyaları kaçak silahlarla tanımladı. Alfa parçacıklarının altın levhadan nasıl sektiğini gören Rutherford, atomun içinde beklenenden çok daha yoğun bir yapının gizlendiğini fark etti.

Rutherford'un deneyinin sonuçlarına dayanarak çizdiği atom resmi bugün tarafımızdan çok iyi bilinmektedir. Bir atom, pozitif yük taşıyan süper yoğun, kompakt bir çekirdekten ve çevresinde negatif yüklü ışık elektronlarından oluşur. Daha sonra bilim insanları bu tabloya güvenilir bir teorik temel sağladılar ( santimetre. Bohr Atom), ancak her şey küçük bir radyoaktif malzeme örneği ve bir parça altın varakla yapılan basit bir deneyle başladı.

Ayrıca bakınız:

Ernest Rutherford, Nelson'un Birinci Baronu Rutherford, 1871-1937

Yeni Zelandalı fizikçi. Esnaf bir çiftçinin oğlu olarak Nelson'da doğdu. İngiltere'deki Cambridge Üniversitesi'nde okumak için burs kazandı. Mezun olduktan sonra Kanada McGill Üniversitesi'ne atandı ve burada Frederick Soddy (1877-1966) ile birlikte radyoaktivite olgusunun temel yasalarını oluşturdu ve bu sayede 1908'de Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü. Kısa süre sonra bilim adamı, Hans Geiger'in (1882-1945) liderliği altında ünlü Geiger sayacını icat ettiği, atomun yapısını araştırmaya başladığı ve 1911'de atom çekirdeğinin varlığını keşfettiği Manchester Üniversitesi'ne taşındı. Birinci Dünya Savaşı sırasında düşman denizaltılarını tespit etmek için sonarların (akustik radarlar) geliştirilmesinde yer aldı. 1919'da Cambridge Üniversitesi'nde fizik profesörü ve Cavendish Laboratuvarı'nın direktörlüğüne atandı ve aynı yıl yüksek enerjili ağır parçacıkların bombardımanı sonucu nükleer bozunmayı keşfetti. Rutherford, hayatının sonuna kadar bu pozisyonda kaldı ve aynı zamanda uzun yıllar Kraliyet Bilim Derneği'nin başkanlığını yaptı. Westminster Abbey'de Newton, Darwin ve Faraday'ın yanına gömüldü.

Ernest Rutherford (1871-1937).

İngiliz fizikçi, nükleer fiziğin kurucusu, Londra Kraliyet Cemiyeti üyesi (1903, 1925-1930'da başkan) ve dünyadaki çoğu akademinin üyesi. Brightwater'da (Yeni Zelanda) doğdu. 1899'da 1900'de alfa ve beta ışınlarını keşfetti - radyumun bozunma ürünü (yayılma) ve yarı ömür kavramını ortaya attı. 1902 - 1903'te F. Soddy ile birlikte. Radyoaktif bozunma teorisini geliştirdi ve radyoaktif dönüşümler yasasını oluşturdu. 1903'te alfa ışınlarının pozitif yüklü parçacıklardan oluştuğunu kanıtladı (Nobel Kimya Ödülü, 1908).

1908'de G. Geiger ile birlikte bireysel yüklü parçacıkları (Geiger sayacı) kaydetmek için bir cihaz tasarladı. 1911'de kuruldu alfa parçacıklarının çeşitli elementlerin atomları tarafından saçılma yasası (Rutherford formülü), 1911'de yeni bir atom modeli - gezegensel (Rutherford modeli) yaratılmasını mümkün kıldı.

Atom çekirdeğinin yapay dönüşümü fikrini ortaya attı (1914). 1919'da Azotu oksijene dönüştüren ilk yapay nükleer reaksiyonu gerçekleştirdi ve böylece ortak nükleer fiziğin temellerini attı, protonu keşfetti. 1920'de nötron ve döteronun varlığını öngördü. Bunu 1933 yılında M. Oliphant ile birlikte deneysel olarak kanıtladı. Nükleer reaksiyonlarda kütle ve enerji arasındaki ilişki yasasının geçerliliği. 1934'te döteronların trityum oluşumu ile füzyon reaksiyonunu gerçekleştirdi.

Atomun yapısını inceleyen ilk deneyler 1911'de Ernest Rutherford tarafından gerçekleştirildi. Ağır elementlerin doğal radyoaktif bozunmasının bir sonucu olarak ağır elementlerin açığa çıktığı radyoaktivite olgusunun keşfi sayesinde mümkün oldu. -partiküller. Bu parçacıkların iki elektronun yüküne eşit pozitif yüke sahip olduğu, kütlelerinin bir hidrojen atomunun kütlesinden yaklaşık 4 kat daha büyük olduğu ortaya çıktı. bunlar helyum atomunun iyonlarıdır (). Parçacıkların enerjisi, uranyum için eV'den toryum için eV'ye kadar değişir. Parçacıkların hızı m/s'dir, dolayısıyla ince metal folyoyu "içinden geçirmek" için kullanılabilirler. Parçacıkların saçılmasıyla ilgili bilgiler Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

Araştırmalar, az sayıda parçacığın orijinal hareket yönünden önemli ölçüde saptığını göstermiştir. Bazı durumlarda saçılma açısı 180 dereceye yakındı. Elde edilen verilere dayanarak E. Rutherford, temeli oluşturan sonuçlara varmıştır. Atomun gezegen modeli:

Atomun neredeyse tüm kütlesinin ve tüm pozitif yükünün yoğunlaştığı ve çekirdeğin boyutlarının atomun boyutlarından çok daha küçük olduğu bir çekirdek vardır;

Atomu oluşturan elektronlar çekirdeğin etrafında dairesel yörüngelerde hareket ederler.

Bu iki önermeye dayanarak ve gelen bir parçacık ile pozitif yüklü bir çekirdek arasındaki etkileşimin Coulomb kuvvetleri tarafından belirlendiğini varsayarak, Rutherford atom çekirdeğinin ()m boyutlarına sahip olduğunu tespit etti; atomların boyutundan () kat daha küçüktürler.

Rutherford'un önerdiği atom modeli güneş sistemine benzemektedir. atomun merkezinde bir çekirdek (“Güneş”) vardır ve elektronlar (“gezegenler”) onun etrafında yörüngelerde hareket eder. Rutherford'un modelinin çağrılmasının nedeni budur. gezegensel atom modeli.

Bu model, atomun yapısının modern anlayışına doğru atılmış bir adımdı. Temel kavram atom çekirdeği, hangisinde atomun tüm pozitif yükü ve kütlesinin neredeyse tamamı yoğunlaşmıştır, anlamını günümüze kadar korumuştur.

Ancak elektronların dairesel yörüngelerde hareket ettiği varsayımı uyumsuz ne klasik elektrodinamik yasalarıyla ne de atomik gazların emisyon spektrumlarının çizgisel doğasıyla.

Rutherford'un gezegen modeli hakkında söylenenleri, büyük bir çekirdek (proton) ve onun etrafında dairesel bir yörüngede hareket eden bir elektrondan oluşan hidrojen atomu örneğini kullanarak açıklayalım. Yörünge yarıçapından beri m (birinci Bohr yörüngesi) ve elektron hızı m/s, normal ivmesi . Dairesel bir yörüngede ivmeyle hareket eden bir elektron iki boyutlu bir osilatördür. Bu nedenle klasik elektrodinamiğe göre enerjiyi elektromanyetik dalga şeklinde yayması gerekir. Sonuç olarak elektron kaçınılmaz olarak çekirdeğe s süresi içinde yaklaşacaktır. Ancak gerçekte hidrojen atomu kararlı ve “uzun ömürlü” bir elektromekanik sistemdir.

Ernest Rutherford, atomun iç yapısına ilişkin temel doktrinin kurucularından biridir. Bilim adamı İngiltere'de İskoçya'dan gelen bir göçmen ailesinde doğdu. Rutherford, ailesinin dördüncü çocuğuydu ve en yetenekli olanı olduğu ortaya çıktı. Atomun yapısı teorisine özel bir katkı sağlamayı başardı.

Atomun yapısına ilişkin ilk fikirler

Rutherford'un alfa parçacıklarının saçılmasıyla ilgili ünlü deneyinin gerçekleştirilmesinden önce, atomun yapısıyla ilgili o dönemde baskın fikrin Thompson modeli olduğunu belirtmek gerekir. Bu bilim adamı, pozitif yükün atomun tüm hacmini eşit şekilde doldurduğundan emindi. Thompson, negatif yüklü elektronların sanki aralarına serpiştirilmiş gibi olduğuna inanıyordu.

Bilimsel bir devrimin önkoşulları

Rutherford, okuldan mezun olduktan sonra en yetenekli öğrenci olarak ileri eğitim için 50 pound hibe aldı. Bu sayede Yeni Zelanda'da üniversiteye gidebildi. Daha sonra genç bilim adamı Canterbury Üniversitesi'ndeki sınavları geçer ve fizik ve kimyayı ciddi şekilde incelemeye başlar. 1891'de Rutherford "Elementlerin Evrimi" konulu ilk konuşmasını yaptı. Tarihte ilk kez atomların karmaşık yapılar olduğu fikrinin ana hatlarını çizdi.

O dönemde Dalton'un atomların bölünmez olduğu düşüncesi bilim çevrelerinde hakimdi. Rutherford'un etrafındaki herkese onun fikri tamamen çılgınca görünüyordu. Genç bilim adamı, "saçmalıkları" nedeniyle sürekli olarak meslektaşlarından özür dilemek zorunda kaldı. Ancak 12 yıl sonra Rutherford hâlâ haklı olduğunu kanıtlamayı başardı. Rutherford, hava iyonizasyon süreçlerini incelemeye başladığı İngiltere'deki Cavendish Laboratuvarı'nda araştırmalarına devam etme şansı buldu. Rutherford'un ilk keşfi alfa ve beta ışınlarıydı.

Rutherford'un deneyimi

Keşif kısaca şu şekilde açıklanabilir: 1912'de Rutherford, asistanlarıyla birlikte ünlü deneyini gerçekleştirdi - alfa parçacıkları bir kurşun kaynaktan yayıldı. Kurşun tarafından emilenler dışındaki tüm parçacıklar kurulu kanal boyunca hareket etti. Dar akıntıları ince bir folyo tabakasının üzerine düştü. Bu çizgi sayfaya dikti. Rutherford'un alfa parçacığı saçılımı üzerine yaptığı deney, bir folyo tabakasının içinden geçen parçacıkların ekranda parıldamaya neden olduğunu kanıtladı.

Bu ekran, alfa parçacıkları çarptığında parlamaya başlayan özel bir maddeyle kaplandı. Altın folyo tabakası ile ekran arasındaki boşluk, alfa parçacıklarının havaya saçılmasını önlemek için vakumla dolduruldu. Böyle bir cihaz, araştırmacıların yaklaşık 150°'lik bir açıyla saçılan parçacıkları gözlemlemesine olanak sağladı.

Folyo, alfa parçacıkları ışınının önünde bir engel olarak kullanılmadıysa, ekranda hafif bir parıldama çemberi oluştu. Ancak ışınlarının önüne altın folyodan bir bariyer yerleştirildiğinde resim büyük ölçüde değişti. Parıltılar sadece bu dairenin dışında değil, aynı zamanda folyonun karşı tarafında da belirdi. Rutherford'un alfa parçacığı saçılımı üzerine yaptığı deney, çoğu parçacığın yörüngelerinde gözle görülür bir değişiklik olmadan folyodan geçtiğini gösterdi.

Bu durumda bazı parçacıklar oldukça geniş bir açıyla saptı ve hatta geri fırlatıldı. Altın folyo tabakasından serbestçe geçen her 10.000 parçacıktan yalnızca biri 10°'yi aşan bir açıyla saptı; istisna olarak parçacıklardan biri böyle bir açıyla saptı.

Alfa parçacıklarının sapmasının nedeni

Rutherford deneyinin ayrıntılı olarak incelediği ve kanıtladığı şey atomun yapısıdır. Bu durum atomun sürekli bir oluşum olmadığını gösteriyordu. Parçacıkların çoğu bir atom kalınlığındaki folyodan serbestçe geçti. Ve bir alfa parçacığının kütlesi, bir elektronun kütlesinden neredeyse 8.000 kat daha büyük olduğundan, ikincisi, alfa parçacığının yörüngesini önemli ölçüde etkileyemez. Bu, yalnızca atomun neredeyse tüm kütlesine ve tüm elektrik yüküne sahip olan küçük boyutlu bir cisim olan atom çekirdeği tarafından yapılabilir. O zamanlar bu, İngiliz fizikçi için önemli bir atılım haline geldi. Rutherford'un deneyimi, atomun iç yapısı biliminin gelişmesinde en önemli adımlardan biri olarak kabul ediliyor.

Atomun incelenmesi sürecinde yapılan diğer keşifler

Bu çalışmalar, bir atomun pozitif yükünün çekirdeğinin içinde yer aldığına dair doğrudan kanıt sağladı. Bu alan genel boyutlarına göre oldukça küçük bir yer kaplamaktadır. Bu kadar küçük bir hacimde alfa parçacıklarının saçılmasının pek olası olmadığı ortaya çıktı. Ve atom çekirdeği bölgesinin yakınından geçen parçacıklar yörüngeden keskin sapmalar yaşadı çünkü alfa parçacığı ile atom çekirdeği arasındaki itici kuvvetler çok güçlüydü. Rutherford'un alfa parçacığı saçılımı deneyi, bir alfa parçacığının doğrudan çekirdeğe çarpma olasılığını kanıtladı. Doğru, olasılık çok küçüktü ama yine de sıfır değildi.

Rutherford'un deneyiminin kanıtladığı tek gerçek bu değildi. Atomun yapısı, bir dizi başka önemli keşif yapan meslektaşları tarafından kısaca incelendi. Alfa parçacıklarının hızlı hareket eden helyum çekirdekleri olduğu öğretisi hariç.

Bilim adamı, çekirdeğin toplam hacmin küçük bir bölümünü kapladığı bir atomun yapısını tanımlayabildi. Deneyleri, bir atomun neredeyse tüm yükünün çekirdeğinde yoğunlaştığını kanıtladı. Bu durumda hem alfa parçacıklarının sapması hem de çekirdekle çarpışma durumları meydana gelir.

Rutherford'un deneyleri: atomun nükleer modeli

1911'de Rutherford, çok sayıda çalışmanın ardından, gezegensel adını verdiği atomun yapısının bir modelini önerdi. Bu modele göre atomun içinde parçacığın kütlesinin neredeyse tamamını içeren bir çekirdek bulunmaktadır. Elektronlar, gezegenlerin Güneş etrafında dönmesine benzer şekilde çekirdeğin etrafında hareket ederler. Bunların birleşiminden elektron bulutu denilen bir şey oluşur. Rutherford deneyinin gösterdiği gibi atomun nötr yükü vardır.

Atomun yapısı daha sonra Niels Bohr adlı bir bilim adamının ilgisini çekti. Rutherford'un öğretisini tamamlayan oydu, çünkü Bohr'dan önce atomun gezegensel modeli açıklama zorluklarıyla karşılaşmaya başlamıştı. Elektron çekirdeğin etrafında belli bir yörüngede ivmeyle hareket ettiği için er ya da geç atom çekirdeğinin üzerine düşmelidir. Ancak Niels Bohr, atomun içinde klasik mekaniğin yasalarının artık geçerli olmadığını kanıtlamayı başardı.

Atomun yapısının incelenmesine ilişkin klasik deneyler 1911'de Sir Ernest Rutherford tarafından gerçekleştirildi. Rutherford, alfa parçacıklarının ince metal folyo tabakaları tarafından saçılmasını incelemek için deneyler yaptı. Atomlar üzerindeki etki, onları büyük parçacıklardan oluşan bir ışınla bombardıman ederek gerçekleştirildi. Deney diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

İnce altın folyo F (folyonun kalınlığı yaklaşık 10-7 m idi, üzerine yaklaşık 400 atom yerleştirildi) küresel bir E ekranının içine yerleştirildi. Ekrandaki bir delikten, radyoaktif bir madde tarafından yayılan hızlı alfa parçacıklarından oluşan bir ışın kurşun bir kapta bulunan ilaç R plakasına dik olarak düştü. Alfa parçacıkları, 4.0015 amu'ya eşit bir kütleye sahip, tamamen iyonize bir helyum atomudur. ve + 2e'ye eşit bir yük

(e, temel elektrik yükünün değeridir). Alfa parçacığının hızı 107 m/s düzeyindeydi ve enerjisi 4,05 MeV idi. Folyo kalınlığı küçük olduğunda, alfa parçacıklarının çarpışması neredeyse tektir; her parçacık yalnızca bir atomla çarpışarak uçuş yönünü değiştirir.

Ekranın iç duvarları, alfa parçacıklarının çarptığı yerde parlamaların meydana geldiği bir madde olan fosforla kaplandı. Bu, orijinal yönden çeşitli θ açılarında atomlar tarafından saçılan alfa parçacıklarının M cihazına kaydedilmesini mümkün kıldı. Alfa parçacıklarının saçılması üzerine yapılan deneyler aşağıdaki kalıpların oluşturulmasını mümkün kıldı.

1. Alfa parçacıklarının büyük çoğunluğu folyodan neredeyse serbestçe geçer: saptırılmazlar ve enerji kaybetmezler.

2. Parçacıkların yalnızca küçük bir kısmı (≈ %0,01, yani on binde biri) geri döndü, yani hareket yönünü 90 dereceden daha büyük bir açıyla değiştirdi.

Rutherford deneylerinin sonuçları, atomun tüm pozitif yükünün ve neredeyse tüm kütlesinin, atomun küçük bir bölgesinde - boyutları yaklaşık 10-14 m olan çekirdekte - yoğunlaştığı varsayımına dayanarak açıklanabilir. Yüklü elektronlar çekirdeğin etrafında, boyutu yaklaşık 10-10 m olan devasa (çekirdeğe kıyasla) bir alanda hareket eder.

Bu varsayımın altında yatan atomun nükleer modeli buna gezegensel de denir. Bir atomdaki elektron sayısı, Mendeleev periyodik tablosundaki elementin atom numarasına eşittir. Ayrıca elektronları çekirdeğe bağlayan kuvvetlerin Coulomb yasasına tabi olduğu gösterildi.

Ancak nükleer model klasik elektrodinamiğin yasalarıyla çelişmektedir. Aslında, eğer bir elektron bir atomda hareketsiz durumdaysa, Coulomb çekim kuvvetinin etkisi altında çekirdeğe düşmelidir. Bir elektron çekirdeğin yörüngesinde dönüyorsa, bir elektromanyetik alan yayması gerekir. Aynı zamanda radyasyon yoluyla enerjisini kaybeder, hareket hızı düşer ve elektron sonuçta çekirdeğe düşmek zorunda kalır. Bu durumda atomların emisyon spektrumları sürekli olmalı ve bir atomun ömrü 10-7 saniyeyi geçmemelidir. Aslında atomlar kararlıdır ve atomların emisyon spektrumları ayrıktır.