第三章學生化學發明啟迪3
8.盧瑟福步入原子內室
電子、X射線、物質的放射性以及具有放射性的鐳、釙等元素先後被發現後，物質放射性的研究緊接著開始，從而揭開了原子內部的結構。
1902年，湯姆生的學生、出生在新西蘭的英國物理學家歐內斯特·盧瑟福(ErnestRutherford，1871～1937)等人在研究物質的放射性時，進行了這樣的實驗：在鐳射線周邊設置強磁場，發現原來成一束的射線分為三束。經再測定，帶正電的一束是氦原子核He2+流，用希臘字母α(alfa)命名它；帶負電的一束是電子流，用希臘字母β(beitǎ)命名它；不帶電荷的一束是一種波長比X射線更短的電磁波，用希臘字母γ(gàmǎ)命名它。各束射線的運動速度不相同，又都有穿透一些物質的性能。
盧瑟福從α粒子的能量計算出放射性元素原子內部潛藏著大量的能量，這個數字可能是任何化學反應所產生的能量的100萬倍。他認為沒有理由假設這些潛藏的能量獨為放射性元素所擁有，可能普遍存在各種元素的原子中。於是他考慮利用α粒子穿進原子內部去“刺探”原子內部的情況。
1909年，盧瑟福安排他的助手蓋格(H.Geiger)和一位尚未取得學士學位的年輕大學生馬斯登(E.Marsden)進行α粒子衝擊金箔的實驗。
蓋格和馬斯登觀察到，通過金箔的α粒子大部分未受影響，沒有發生偏離，或者偏離不到1°這樣很小的角度。但是有個別α粒子偏離大到90°，甚至有的竟然被反彈回來。
這個發現使盧瑟福大為吃驚。如果他的老師湯姆生提出的電子均勻散布在正電荷中的原子模型是正確的，那麼，按理金箔的原子裏沒有任何東西可以使高速而笨重的α粒子發生較大的偏折，更不用說被反彈回來。盧瑟福曾回憶道：“它是如此令人難以置信，正好像你用15英寸的槍射擊一張薄紙，而槍彈居然會被反彈回來把你打中一樣。”
盧瑟福進行了推測和計算。α粒子一定是碰到原子中帶正電的東西才被彈回來的，而且這個帶正電的東西一定是重而堅實的，否則就不會使一些α粒子偏離很大的角度。它一定又是很小的，比原子小得多，不容易被α粒子碰到，否則絕大多數的α粒子就會和這個東西碰撞，大部分α粒子偏離的角度就會很大。盧瑟福把這個帶正電的、質量和整個原子差不多但比原子體積小得多的東西叫做原子核。
1912年春天盧瑟福提出了帶核的原子模型，認為原子是由中心帶正電的、體積很小的但幾乎集中了原子全部質量的核和在核周圍不斷運動著的電子所構成，就像行星圍繞太陽旋轉構成的太陽係一樣。
但是，根據1900年前物理學公認的理論，電子繞原子核運轉會不斷地以電磁波(光)的形式發射出能量。由於不斷發射能量，電子將沿著一條螺旋線狀軌道向原子接近，最後會落到原子核上，導致整個原子將毀滅。
1900年物理學中出現了一個新的理論，德國物理學家普朗克(M.Planck，1858～1947)提出量子論。按照這個論說，能量的吸收和輻射是不連續的，而是一小份一小份地進行的，這一小份的能量叫做一個量子。這就把光源發光比作機關槍發射子彈那樣，是一個一個光的小子彈，這個小子彈就是光量子。
丹麥物理學家玻爾(N.Bohr，1885~1962)在1913年引用這個量子論修改了盧瑟福提出的原子模型，提出下列假說：
(1)在原子中，電子不能沿著任意的軌道繞原子核運轉，而隻能沿一定的軌道運轉，這時它完全不發射能量。這些軌道叫做穩定軌道。
(2)當電子從離核較遠的軌道跳到離核較近的軌道時，原子放出能量，以電磁波(光)的形式發射出來，能量的大小決定於電子在跳動前後所處的兩個軌道的半徑。
玻爾的原子模型為化學家解釋分子結構和化合過程提供了依據，但是物理學家們不滿意，它不能解釋原子所表現的一些物理現象。
1925年德國青年物理學家海森伯(W.Heisenberg，1901～1976)指出，不可能指定一個電子某一時刻在空間所占的位置或追尋它在軌道上的行蹤，因而無權假設玻爾的行星式軌道的確是存在的。海森伯導出的數學方程式表明，不可能設計出一種實驗方法，既能同時準確地測量粒子的位置，又能同樣準確地測量粒子的動量。
同時法國青年物理學家德布羅伊(L.deBroglie，1892～?)提出電子具有波粒二象性，這是一個大膽的設想。在物理學中從17世紀後半葉開始就爭論著：光是波還是粒子?到20世紀初，1905年人們開始認識到光有波粒二象性，現在電子也被認為具有波粒二象性了。