Eksperyment Rutherforda

Pierwszym fundamentalnym doświadczeniem odkrywającym naturę atomu był eksperyment Rutherforda związany z rozpraszaniem cząstek alfa na atomach złota.

W 1911 roku Rutherford przeprowadził teoretyczną analizę kątów rozproszenia zgodnie z teorią atomu Thomsona i zgodnie z wysuniętą przez siebie teorią, w której założył, że atomy zbudowane są z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanych elektronów krążących wokół niego. Następnie teoretycznie obliczone wyniki porównał z wynikami eksperymentu.

Powolna cząsteczka alfa padająca na warstwy atomów zbudowanych zgodnie z modelem "ciasta z rodzynkami", w którym atomy przylegałyby do siebie najprawdopodobniej zostałaby zatrzymana i nie mogłaby przeniknąć przez złotą folię. Z kolei szybka cząstka przenikałaby przez cienką folię w zasadzie prawie nie odchylona, gdyż pole elektryczne wewnątrz atomów byłoby słabe i w miarę jednorodne. W modelu Rutherforda pole to jest znacznie silniejsze bliżej jądra (gdzie jest skupiony cały dodatni ładunek), a więc niektóre cząstki alfa są znacznie bardziej odchylane. Inne natomiast, przechodzące daleko jądra, są prawie nieodchylane.

Podsumowując wyniki prac, Ernest Rutherford stwierdził, że atom składa się z jądra o rozmiarach 10-15 - 10-14 metra. Znajduje się w nim, cały ładunek dodatni i właściwie cała jego masa. Dookoła jądra po obszarze o rozmiarach rzędu 10-10 metra krążą lekkie elektrony. Elektrony muszą krążyć wokół jądra po orbitach, aby przyciągane przez ładunki dodatnie nie spadły na jądro. Orbity te zależne są od energii elektronów. Elektrony w atomach tego samego pierwiastka krążą po tych samych charakterystycznych dla niego orbitach - widmo optyczne atomów tego samego pierwiastka jest takie same.

Model atomu Rutherforda. Elektron krążący po orbicie wokół jądra
z prędkością v, jest przyciągany przez nie z siłą F w załączniku