Odkritja na področju atomske strukture so postala pomemben korak v razvoju fizike. Rutherfordov model je bil zelo pomemben. Atom kot sistem in delci, ki ga sestavljajo, smo natančneje in podrobneje proučili. To je vodilo do uspešnega razvoja takšne znanosti, kot je jedrska fizika.
Starodavne ideje o strukturi snovi
Predpostavka, da so okoliška telesa sestavljena iz najmanjših delcev, je bila narejena že v starih časih. Tedanji misleci so atom predstavljali kot najmanjši in nedeljiv delec katere koli snovi. Trdili so, da v vesolju ni nič manjšega od atoma. Takih pogledov so imeli veliki starogrški znanstveniki in filozofi - Demokrit, Lukrecij, Epikur. Hipoteze teh mislecev so danes združene pod imenom "starodavni atomizem".
srednjeveške predstave
Časi antike so minili, v srednjem veku pa so bili tudi znanstveniki, ki so delali različne domneve o zgradbi snovi. Vendar sta v korenini prevlada versko-filozofskih pogledov in moč cerkve v tem obdobju zgodovine.zatrli vse poskuse in težnje človeškega uma do materialističnih znanstvenih zaključkov in odkritij. Kot veste, se je srednjeveška inkvizicija do predstavnikov takratnega znanstvenega sveta obnašala zelo neprijazno. Še vedno je treba reči, da so takrat svetli umi imeli idejo, ki je prišla iz antike o nedeljivosti atoma.
študije 18-19. stoletja
18. stoletje so zaznamovala resna odkritja na področju elementarne strukture snovi. V veliki meri zahvaljujoč prizadevanjem znanstvenikov, kot so Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov in John D alton. Neodvisno drug od drugega so lahko dokazali, da atomi res obstajajo. Toda vprašanje njihove notranje strukture je ostalo odprto. Konec 18. stoletja je zaznamoval tako pomemben dogodek v znanstvenem svetu, kot je odkritje periodičnega sistema kemičnih elementov D. I. Mendelejeva. To je bil zares močan preboj tistega časa in je dvignil tančico nad razumevanjem, da imajo vsi atomi enotno naravo, da so med seboj povezani. Kasneje, v 19. stoletju, je bil še en pomemben korak k razkritju strukture atoma dokaz, da kateri koli od njih vsebuje elektron. Delo znanstvenikov tega obdobja je pripravilo plodna tla za odkritja 20. stoletja.
Thomsonovi poskusi
Angleški fizik John Thomson je leta 1897 dokazal, da atomi vsebujejo elektrone z negativnim nabojem. Na tej stopnji so bile dokončno uničene napačne ideje, da je atom meja deljivosti katere koli snovi. KakoThomson je lahko dokazal obstoj elektronov? Znanstvenik je v svojih poskusih postavil elektrode v zelo redke pline in prepustil električni tok. Rezultat so bili katodni žarki. Thomson je skrbno preučil njihove značilnosti in ugotovil, da so tok nabitih delcev, ki se premikajo z veliko hitrostjo. Znanstvenik je lahko izračunal maso teh delcev in njihov naboj. Ugotovil je tudi, da jih ni mogoče pretvoriti v nevtralne delce, saj je električni naboj osnova njihove narave. Tako so odkrili elektrone. Thomson je tudi ustvarjalec prvega modela zgradbe atoma na svetu. Po njem je atom kup pozitivno nabiti snovi, v kateri so enakomerno razporejeni negativno nabiti elektroni. Ta struktura pojasnjuje splošno nevtralnost atomov, saj nasprotni naboji uravnotežijo drug drugega. Poskusi Johna Thomsona so postali neprecenljivi za nadaljnje preučevanje strukture atoma. Vendar pa je veliko vprašanj ostalo neodgovorjenih.
Rutherford Research
Thomson je odkril obstoj elektronov, vendar mu ni uspelo najti pozitivno nabitih delcev v atomu. Ernest Rutherford je ta nesporazum popravil leta 1911. Med poskusi, ko je preučeval aktivnost alfa delcev v plinih, je odkril, da so v atomu pozitivno nabiti delci. Rutherford je videl, da ko žarki prehajajo skozi plin ali tanko kovinsko ploščo, majhno število delcev močno odstopa od poti gibanja. Dobesedno so bili vrženi nazaj. Znanstvenik je to uganilto vedenje je razloženo s trkom s pozitivno nabitimi delci. Takšni poskusi so fiziku omogočili, da je ustvaril Rutherfordov model strukture atoma.
Planetarni model
Zdaj so bile znanstvenikove zamisli nekoliko drugačne od predpostavk Johna Thomsona. Tudi njihovi modeli atomov so postali drugačni. Rutherfordove izkušnje so mu omogočile, da je ustvaril popolnoma novo teorijo na tem področju. Odkritja znanstvenika so bila odločilnega pomena za nadaljnji razvoj fizike. Rutherfordov model opisuje atom kot jedro, ki se nahaja v središču, in elektrone, ki se gibljejo okoli njega. Jedro ima pozitiven naboj, elektroni pa negativni. Rutherfordov model atoma je predvideval vrtenje elektronov okoli jedra po določenih trajektorijah – orbitah. Odkritje znanstvenika je pomagalo razložiti razlog za odstopanje alfa delcev in postalo zagon za razvoj jedrske teorije atoma. V Rutherfordovem modelu atoma obstaja analogija s gibanjem planetov sončnega sistema okoli sonca. To je zelo natančna in nazorna primerjava. Zato je bil Rutherfordov model, v katerem se atom giblje okoli jedra po orbiti, imenoval planetarni.
Dela Nielsa Bohra
Dve leti pozneje je danski fizik Niels Bohr poskušal združiti ideje o strukturi atoma s kvantnimi lastnostmi svetlobnega toka. Znanstvenik je Rutherfordov jedrski model atoma postavil za osnovo svoje nove teorije. Po Bohru se atomi vrtijo okoli jedra po krožnih orbitah. Takšna pot gibanja vodi v pospešekelektronov. Poleg tega Coulombovo interakcijo teh delcev s središčem atoma spremlja ustvarjanje in poraba energije za vzdrževanje prostorskega elektromagnetnega polja, ki izhaja iz gibanja elektronov. V takih pogojih morajo negativno nabiti delci nekega dne pasti na jedro. A to se ne zgodi, kar kaže na večjo stabilnost atomov kot sistemov. Niels Bohr je spoznal, da zakoni klasične termodinamike, ki jih opisujejo Maxwellove enačbe, ne delujejo v intraatomskih pogojih. Zato si je znanstvenik zadal nalogo izpeljati nove vzorce, ki bi veljali v svetu elementarnih delcev.
Bohrovi postulati
V veliki meri zaradi dejstva, da je obstajal Rutherfordov model, da so bili atom in njegove komponente dobro proučeni, se je Niels Bohr lahko približal ustvarjanju svojih postulatov. Prvi od njih pravi, da ima atom stacionarna stanja, v katerih ne spreminja svoje energije, medtem ko se elektroni gibljejo po orbitah, ne da bi spremenili svojo pot. Po drugem postulatu, ko se elektron premika iz ene orbite v drugo, se energija sprosti ali absorbira. Enaka je razliki med energijami prejšnjega in naslednjih stanj atoma. V tem primeru, če elektron skoči na orbito bližje jedru, se odda energija (foton) in obratno. Kljub dejstvu, da gibanje elektronov le malo spominja na orbitalno trajektorijo, ki se nahaja strogo v krogu, je Bohrovo odkritje zagotovilo odlično razlago za obstoj pravilnegaspekter vodikovega atoma. Približno v istem času sta fizika Hertz in Frank, ki sta živela v Nemčiji, potrdila nauk Nielsa Bohra o obstoju stacionarnih, stabilnih stanj atoma in možnosti spreminjanja vrednosti atomske energije.
Sodelovanje dveh znanstvenikov
Mimogrede, Rutherford dolgo ni mogel določiti naboja jedra. Znanstvenika Marsden in Geiger sta poskušala ponovno preveriti izjave Ernesta Rutherforda in kot rezultat podrobnih in natančnih poskusov ter izračunov prišla do zaključka, da je jedro najpomembnejša lastnost atoma in ves njegov naboj je koncentriran v njem. Kasneje je bilo dokazano, da je vrednost naboja jedra številčno enaka redni številki elementa v periodnem sistemu elementov D. I. Mendelejeva. Zanimivo je, da je Niels Bohr kmalu spoznal Rutherforda in se popolnoma strinjal z njegovimi pogledi. Nato so znanstveniki dolgo delali skupaj v istem laboratoriju. Rutherfordov model, atom kot sistem, sestavljen iz elementarnih nabitih delcev - vse to je Niels Bohr menil za pošteno in je za vedno opustil svoj elektronski model. Skupna znanstvena dejavnost znanstvenikov je bila zelo uspešna in je obrodila sadove. Vsak od njih se je poglobil v preučevanje lastnosti elementarnih delcev in naredil pomembna odkritja za znanost. Rutherford je kasneje odkril in dokazal možnost jedrske razgradnje, vendar je to tema drugega članka.
