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模型特色

在盧瑟福散射里，原子的電子云不會影響ɑ粒子的散射運動。

原子所有的正電荷，都集中于原子中心的很小區(qū)域內(nèi)，稱為 原子核 。原子核的庫侖位勢造成了阿爾法粒子的散射。

原子量大的原子（像金原子），稱為 重原子 ，其質(zhì)量幾乎全部都聚集于原子核。實驗結(jié)果的分析，顯示出高速度阿爾法粒子的散射并沒有使原子核移動。與電子的動量相比，高速度阿爾法粒子擁有很大的動量，可是比較重原子又小了很多。這事實建議大多數(shù)原子的質(zhì)量都聚集于原子核。

實驗證據(jù)

盧瑟福散射實驗使用阿爾法粒子來探測原子的結(jié)構(gòu)。1909年，在恩師盧瑟福的指導(dǎo)下，漢斯·蓋革和 歐內(nèi)斯特·馬士登 （ 英語 ： Ernest Marsden ） 發(fā)射阿爾法粒子射束于很薄很薄，只有幾個原子厚度的金箔紙 。在那時代，原子被認(rèn)為類比于梅子布?。ㄎ锢韺W(xué)家湯姆孫提出的），負(fù)電荷（梅子）分散于正電荷的圓球（布丁）。假若這梅子布丁模型是正確的，由于正電荷完全散開，而不是集中于一個原子核，庫侖位勢的變化不會很大，通過這位勢的阿爾法粒子，其移動方向應(yīng)該只會有小角度偏差。

然而，他們得到的實驗結(jié)果非常詭異，大約每 8000 個阿爾法粒子，就有一個粒子的移動方向會有很大角度的偏差（超過 90° ）；而其它粒子都直直地沖過金箔紙，沒有任何偏差。從這結(jié)果，盧瑟福斷定，大多數(shù)的質(zhì)量和正電荷，都集中于一個很小的區(qū)域（原子核）；電子則包圍在區(qū)域的外面。當(dāng)一個（正價）阿爾法粒子移動到非常接近原子核，它會被很強烈的排斥，以大角度反彈。原子核的小尺寸解釋了為什么只有少數(shù)的阿爾法粒子被這樣排斥。從純屬對稱性和審美性的觀點，這個質(zhì)量與電荷集中的區(qū)域，應(yīng)該處于原子中心。

1911 年，盧瑟福提出他自己的物理模型，詮釋這些突如其來的答案。原子，是由一個帶正電荷的中心區(qū)域（這就是現(xiàn)代的原子核，雖然盧瑟福沒有想到這術(shù)語），和環(huán)繞在這區(qū)域外面的電子云層，所構(gòu)成的。

從能量守恒定律，盧瑟福推理，知道阿爾法粒子的速度，就可以知道阿爾法粒子的撞擊能夠達到與原子核的最小距離。稍加計算，他得到金原子的原子核半徑必小于 3.4 × × --> 10 ? ? --> 14 m {\displaystyle 3.4\times 10^{-14}\ m\,\!} （真實值只是這數(shù)值的五分之一）。金原子的半徑大約是 10 ? ? --> 10 m {\displaystyle 10^{-10}\ m\,\!} 。這是一個令人驚訝的結(jié)果，所有的正電荷都聚集于原子中心一個很小區(qū)域，其半徑小于三千分之一原子半徑！

盧瑟福模型并沒有給予電子的環(huán)繞運動任何結(jié)構(gòu)。在盧瑟福的 1911 年論文里，他提到了長岡半太郎的 半太郎模型 （ 英語 ： Hantaro Model ） ，一個從麥克斯韋的土星環(huán)穩(wěn)定理論得到的點子 ，建議電子的軌道就像土星環(huán)。

盧瑟福更進一步地建議原子中間的單位電荷數(shù)目可能與其原子量成比例（大約一半）。那時，金的原子量估計為 197 amu 。所以，盧瑟福猜想單位電荷數(shù)目是 98 個單位電荷左右。這數(shù)子與金原子的原子序79 （那個年代，在周期表的位置次序）相差甚遠，盧瑟福并沒有正式地建議兩個數(shù)量可能完全一樣。

后續(xù)模型

很快地，學(xué)者們發(fā)覺盧瑟福模型，雖然擁有一些引人欣賞的性質(zhì)，但也引起一個很嚴(yán)重的問題。由于環(huán)繞著原子核的電子，不斷地做加速度運動。根據(jù)電動力學(xué)的經(jīng)典理論，加速度運動中的電子會發(fā)射輻射，同時失去能量，造成了原子的不穩(wěn)定。為了挽救模型的主要性質(zhì)，尼爾斯·玻爾認(rèn)為必須修改電子的軌域運動規(guī)則。因此，他發(fā)表了玻爾模型。過了不久，盧瑟福模型就被性質(zhì)比較優(yōu)秀的玻爾模型取代了。這模型引用了一些早期量子力學(xué)的實驗結(jié)果來設(shè)定電子的物理行為，限制電子的軌道為平面的圓形軌道。擴展亨利·莫塞萊的成果，玻爾認(rèn)定原子核的單位電荷數(shù)目與原子序有直接的關(guān)系。由于玻爾模型是盧瑟福模型的改良，有些物理學(xué)書本將兩個模型合并，將玻爾模型稱為 盧瑟福-玻爾模型 。

這些二十世紀(jì)初期的發(fā)展，研究原子的物理結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵地開啟了現(xiàn)代的原子物理學(xué)和量子力學(xué)。

參閱

氫原子

莫塞萊定律

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