Objevy v oblasti atomové struktury se staly důležitým krokem ve vývoji fyziky. Rutherfordův model měl velký význam. Atom jako systém a částice, které jej tvoří, byly studovány přesněji a podrobněji. To vedlo k úspěšnému rozvoji takové vědy, jako je jaderná fyzika.
Starověké představy o struktuře hmoty
Předpoklad, že okolní tělesa jsou složena z nejmenších částic, byl vysloven v dávných dobách. Tehdejší myslitelé představovali atom jako nejmenší a nedělitelnou částici jakékoli látky. Tvrdili, že ve vesmíru není nic menšího než atom. Takové názory zastávali velcí starověcí řečtí vědci a filozofové - Democritus, Lucretius, Epicurus. Hypotézy těchto myslitelů jsou dnes sjednoceny pod názvem "starověký atomismus".
Středověká představení
Doby starověku pominuly a ve středověku byli i vědci, kteří vytvářeli různé domněnky o struktuře látek. Základem je však převaha nábožensko-filosofických názorů a moc církve v tomto období dějinpotlačoval jakékoli pokusy a aspirace lidské mysli k materialistickým vědeckým závěrům a objevům. Jak víte, středověká inkvizice se k představitelům tehdejšího vědeckého světa chovala velmi nepřátelsky. Zbývá říci, že tehdejší bystré hlavy měly představu pocházející ze starověku o nedělitelnosti atomu.
studia 18.–19. století
18. století bylo ve znamení vážných objevů v oblasti elementární struktury hmoty. Především díky úsilí takových vědců, jako jsou Antoine Lavoisier, Michail Lomonosov a John D alton. Nezávisle na sobě dokázali dokázat, že atomy skutečně existují. Ale otázka jejich vnitřní struktury zůstala otevřená. Konec 18. století byl ve vědeckém světě poznamenán tak významnou událostí, jakou byl objev periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejevem. To byl skutečně mocný průlom té doby a zvedl závoj za pochopením, že všechny atomy mají jedinou povahu, že jsou navzájem příbuzné. Později, v 19. století, byl dalším důležitým krokem k odhalení struktury atomu důkaz, že kterýkoli z nich obsahuje elektron. Práce vědců tohoto období připravila úrodnou půdu pro objevy 20. století.
Thomsonovy experimenty
Anglický fyzik John Thomson v roce 1897 dokázal, že atomy obsahují elektrony se záporným nábojem. V této fázi byly konečně zničeny falešné představy, že atom je hranicí dělitelnosti jakékoli látky. JakThomson dokázal prokázat existenci elektronů? Ve svých experimentech vědec umístil elektrody do vysoce zředěných plynů a propouštěl elektrický proud. Výsledkem byly katodové paprsky. Thomson pečlivě studoval jejich vlastnosti a zjistil, že jde o proud nabitých částic, které se pohybují velkou rychlostí. Vědec dokázal vypočítat hmotnost těchto částic a jejich náboj. Zjistil také, že je nelze přeměnit na neutrální částice, protože elektrický náboj je základem jejich povahy. Tak byly objeveny elektrony. Thomson je také tvůrcem prvního modelu struktury atomu na světě. Podle ní je atom shluk kladně nabité hmoty, ve které jsou rovnoměrně rozmístěny záporně nabité elektrony. Tato struktura vysvětluje obecnou neutralitu atomů, protože opačné náboje se navzájem vyrovnávají. Experimenty Johna Thomsona se staly neocenitelnými pro další studium struktury atomu. Mnoho otázek však zůstalo nezodpovězeno.
Rutherfordův výzkum
Thomson objevil existenci elektronů, ale nepodařilo se mu najít kladně nabité částice v atomu. Ernest Rutherford napravil toto nedorozumění v roce 1911. Během experimentů, při studiu aktivity alfa částic v plynech, zjistil, že v atomu jsou kladně nabité částice. Rutherford viděl, že když paprsky procházejí plynem nebo tenkou kovovou deskou, malé množství částic se prudce odchyluje od trajektorie pohybu. Byli doslova vrženi zpět. Vědec to odhadltoto chování je vysvětleno srážkou s kladně nabitými částicemi. Takové experimenty umožnily fyzikovi vytvořit Rutherfordův model struktury atomu.
Planetární model
Teď byly myšlenky vědce poněkud odlišné od předpokladů Johna Thomsona. Jejich modely atomů se také změnily. Rutherfordovy zkušenosti mu umožnily vytvořit v této oblasti zcela novou teorii. Objevy vědce měly rozhodující význam pro další vývoj fyziky. Rutherfordův model popisuje atom jako jádro umístěné ve středu a elektrony pohybující se kolem něj. Jádro má kladný náboj a elektrony záporný náboj. Rutherfordův model atomu předpokládal rotaci elektronů kolem jádra po určitých trajektoriích – oběžných drahách. Objev vědce pomohl vysvětlit důvod odchylky částic alfa a stal se impulsem pro rozvoj jaderné teorie atomu. V Rutherfordově modelu atomu existuje analogie s pohybem planet sluneční soustavy kolem Slunce. Toto je velmi přesné a živé srovnání. Proto byl Rutherfordův model, ve kterém se atom pohybuje kolem jádra po oběžné dráze, nazýván planetární.
Díla Nielse Bohra
O dva roky později se dánský fyzik Niels Bohr pokusil spojit představy o struktuře atomu s kvantovými vlastnostmi světelného toku. Rutherfordův jaderný model atomu položil vědec jako základ své nové teorie. Podle Bohra obíhají atomy kolem jádra po kruhových drahách. Taková dráha pohybu vede ke zrychleníelektrony. Coulombova interakce těchto částic se středem atomu je navíc doprovázena tvorbou a spotřebou energie pro udržení prostorového elektromagnetického pole vznikajícího pohybem elektronů. Za takových podmínek musí záporně nabité částice jednoho dne dopadnout na jádro. To se ale neděje, což ukazuje na větší stabilitu atomů jako systémů. Niels Bohr si uvědomil, že zákony klasické termodynamiky popsané Maxwellovými rovnicemi nefungují v intraatomárních podmínkách. Vědec si proto dal za úkol odvodit nové vzorce, které by byly platné ve světě elementárních částic.
Bohrovy postuláty
Z velké části díky skutečnosti, že Rutherfordův model existoval, atom a jeho složky byly dobře prostudovány, mohl Niels Bohr přistoupit k vytvoření svých postulátů. První z nich říká, že atom má stacionární stavy, ve kterých nemění svou energii, zatímco elektrony se pohybují po drahách, aniž by měnily svou trajektorii. Podle druhého postulátu se při pohybu elektronu z jedné dráhy na druhou uvolňuje nebo absorbuje energie. Rovná se rozdílu energií předchozího a následujícího stavu atomu. V tomto případě, pokud elektron přeskočí na oběžnou dráhu blíže k jádru, pak je emitována energie (foton) a naopak. Navzdory skutečnosti, že pohyb elektronů se jen málo podobá orbitální trajektorii umístěné striktně v kruhu, Bohrův objev poskytl vynikající vysvětlení pro existenci řízenéhospektrum atomu vodíku. Přibližně ve stejnou dobu fyzici Hertz a Frank, kteří žili v Německu, potvrdili učení Nielse Bohra o existenci stacionárních, stabilních stavů atomu a možnosti změny hodnot atomové energie.
Spolupráce dvou vědců
Mimochodem, Rutherford dlouho nemohl určit náboj jádra. Vědci Marsden a Geiger se pokusili znovu zkontrolovat výroky Ernesta Rutherforda a na základě podrobných a pečlivých experimentů a výpočtů dospěli k závěru, že nejdůležitější vlastností atomu a celého jeho náboje je jádro. se v něm koncentruje. Později bylo prokázáno, že hodnota náboje jádra je číselně rovna pořadovému číslu prvku v periodické soustavě prvků D. I. Mendělejeva. Zajímavé je, že Niels Bohr se brzy setkal s Rutherfordem a plně souhlasil s jeho názory. Následně spolu vědci dlouhou dobu spolupracovali ve stejné laboratoři. Rutherfordův model, atom jako systém sestávající z elementárních nabitých částic – to vše Niels Bohr považoval za spravedlivé a svůj elektronický model navždy odložil. Společná vědecká činnost vědců byla velmi úspěšná a přinesla své ovoce. Každý z nich se ponořil do studia vlastností elementárních částic a učinil pro vědu významné objevy. Rutherford později objevil a dokázal možnost jaderného rozkladu, ale to je téma na jiný článek.
