Как удалось посчитать заряд и размер ядра атома?
Прекрасные физические новости с телеграфной ленты
Резерфорд был неутомим. И тут же предпринял новое исследование: стал определять количество альфа-частиц, отклоненных фольгой на различные углы в зависимости от электрического заряда ядер атомов того вещества, из которого сделана фольга.
Исследования были утомительными и трудоемкими, требовали терпения и… хорошего зрения. Еще бы — ведь даже «автоматизация» наблюдений, придуманная в лаборатории Резерфорда, заключалась всего лишь в следующем: рядом со светящимся экраном равномерно ползла лента, похожая на телеграфную, и наблюдатель при виде очередной вспышки нажимал на ключ, выдавливавший на ленте отметку. Этот способ счета торжественно назывался электромагнитным!
Терпение исследователей было вознаграждено. Анализируя результаты этих опытов, Резерфорд вывел формулу, связывающую число альфа-частиц, отклоненных на определенный угол, с зарядом ядер вещества фольги-мишени. Теперь можно было из опытов по рассеянию альфа-частиц определять природу материала мишени. В руках исследователей появился первый ядерный метод химического анализа!
Ученые сравнили между собой поведение мишеней из различных материалов и установили, что чем больше заряд ядра, тем сильнее отклоняются альфа-частицы от прямолинейного пути. И здесь впервые физические эксперименты приоткрыли завесу тайны над периодическим законом элементов.
Ведь Менделеев расположил (прежде чем обнаружить периодичность в изменении химических свойств) все элементы в порядке возрастания их атомных масс. Но затем, заполнив свою периодическую таблицу, вынужден был сделать три отступления от правила: поменять местами аргон с калием, кобальт с никелем и теллур с йодом.
Из опытов Резерфорда следовало, что если бы Менделеев расположил элементы в ряд по мере увеличения заряда их ядер, то никаких перестановок делать не потребовалось бы! Физики внесли уточнение в формулировку периодического закона: химические свойства элементов находятся в периодической зависимости не от атомной массы элементов, а от электрического заряда их ядер. Именно в соответствии с величиной заряда ядер элементы выстраиваются в том порядке, в котором расставил их Менделеев, опираясь на свои энциклопедические знания химических свойств элементов…
Лаборатория, в которой работал Э. Резерфорд, исследуя строение атома.
Много нового извлекли исследователи из опытов Резерфорда. Удалось, наконец, оценить размеры даже самого маленького ядра — водорода, вокруг которого вращается всего один электрон.
Диаметр ядра водорода оказался чуть больше десятой части триллионной доли сантиметра, или, приводя эту цифру в привычной для физиков математической записи, 1,3 •10-13 см. У более тяжелых атомов, чем водород, диаметр ядра в десятки раз больше.
А вот атом водорода целиком заполнял собой пространство диаметром примерно в одну стомиллионную часть сантиметра, или 1 • 10-8 см. Но даже это крохотное пространство, определяемое размерами орбиты электрона, оказалось в несколько тысяч раз больше диаметра ядра!
Вскоре удалось сравнить ядро водорода и электрон не только по занимаемому в веществе пространству. Ядро водорода оказалось в 1836,1 раза тяжелее электрона, хотя несло всего одну единицу положительного заряда, противоположного по знаку заряду электрона…
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
