Строение атома и линейчатые спектры водородоподобных систем

Опыты Резерфорда по рассеянию α -частиц

    После открытия электрона (1898) стало возможным строить модель атома. Стремясь объяснить линейчатые спектры атомов, английский ученый Томсон (1903) предложил модель атома, согласно которой атом представляет собой равномерно заполненную положительным электричеством сферу, внутри которой находится электрон. Суммарный положительный заряд атома равен заряду электрона. Электрон в атоме удерживается около положения равновесия квазиупругой силой . Электрон, выведенный из положения равновесия каким-либо образом, совершает колебания, приводящие к излучению энергии.

Однако такая модель оказалась несостоятельной и представляет лишь историческую ценность. 

    Чтобы установить распределение положительных и отрицательных зарядов в атоме, необходимо было опытное зондирование внутренних областей атома. Такой опыт поставил Резерфорд вместе со своими сотрудниками Х. Гейгером и Э. Марсденом (1911) (рис.47).

Рис 47

(Р- источник -излучения, ф – фольга, Пр – приемник рассеянного излучения).           

Они исследовали рассеяние α-частиц при их прохождении через тонкую металлическую фольгу. α-частица – ядро атома гелия (двукратно ионизированный атом гелия), несущий положительный заряд, равный двум зарядам электрона. Опыты показали, что подавляющее большинство частиц отклонялось на весьма малый угол от первоначального направления, тем не менее, имелось небольшое количество и таких α-частиц, которые отклонялись на большие углы порядка 135 – 180⁰.

Масса электрона много меньше массы α-частицы, электрон заряжен отрицательно и он не мог вызвать отклонение α-частицы на большой угол, скорее он мог быть выбит и атома. Такое отклонение могло быть вызвано соударением α-частицы с массивной частицей, имеющей положительный заряд. Малое количество частиц, отклоненных на большие углы, свидетельствовало, что такая частица в атоме занимает весьма малый объем.

На основе анализа результатов опытов Резерфорд выдвинул ядерную модель атома, согласно которой в ядре атома с линейными размерами порядка 10^-15-10^-14 м заключен весь положительный заряд атома и практически вся масса атома. Вокруг ядра в области с линейными размерами порядка 10^-10 м вращаются электроны, общая масса которых значительно меньше массы ядра. Такая модель атома напоминает собой солнечную систему и была названа планетарной моделью. 

    Недостатком предложенной модели явилось то обстоятельство, что согласно классической физике, электроны, вращающиеся вокруг ядра по круговым орбитам с центростремительным ускорением, должны непрерывно излучать энергию, и двигаясь по спирали из-за потери энергии, в конечном счете, должны упасть на ядро и атом, как таковой, должен исчезнуть. Излучение такого атома должно иметь непрерывный спектр.  Однако же атом является устойчивой системой и излучение атома имеет линейчатый спектр.