原子的核式结构学说

1908年，卢瑟福获得了诺贝尔化学奖。他对自己不是获得物理奖而是获得化学奖而感到意外，“我竟摇身一变，变成一位化学家了。”他在得奖演说中风趣地说，“我现在从一个物理学家向一个化学家的变化是我到目前为止所见到的最快的变化。”不过，他一生最大的贡献是提出了原子的核式结构学说。

物理学家的变身

卢瑟福1871年生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭，1895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室，成为汤姆逊的研究生。1898年，在汤姆逊的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。

在加拿大麦克吉尔大学工作期间，卢瑟福发现了新的放射性元素钍。1902年，他发现放射性元素在放出射线以后，其放射性强度会逐渐减弱，最后变成另一种元素。在实验的基础上，他提出了放射性元素的衰变理论。因此，在1908年，卢瑟福获得了诺贝尔化学奖。他对自己不是获得物理奖而是获得化学奖而感到意外，“我竟摇身一变，变成一位化学家了。”他在得奖演说中风趣地说，“我现在从一个物理学家向一个化学家的变化是我到目前为止所见到的最快的变化。”

▲卢瑟福

物理史上最美实验之一

1907年，卢瑟福离开麦吉尔大学回到英国，应聘担任了曼彻斯特大学的物理学教授。他以赶超剑桥大学卡文迪许实验室为自己的奋斗目标，以充沛的精力和惊动全世界的科学成就，使曼彻斯特大学第一次成为全世界的科学中心之一。

在曼彻斯特大学工作期间，卢瑟福最大的科学成就之一是提出了原子的核式结构学说。

事情是这样的，汤姆逊发现电子的事实，使人们打破了原子是不可分割的物质最小单位的概念。既然电子是从原子里出来的，那么除电子之外，原子里还有什么东西呢？电子在原子里又是怎样分布的呢？为了说明原子的结构，汤姆逊提出了一个原子模型。他认为，既然原子从整体上看是中性的，而电子是带负电荷的，所以原子里必定有等量的正电荷存在。为了说明原子的稳定性，他假设电子均匀地分布在原子内的正电荷中，并在平衡位置附近振动。人们俗称汤姆逊的原子模型为“葡萄干蛋糕模型”。

当时，许多人认为汤姆逊的模型已经成功地解决了原子结构的问题。而卢瑟福则认为，要了解原子里面有什么东西，最好是用“炮弹”打到原子里面去试探一下。他所选用的“炮弹”就是α粒子。

1909年，卢瑟福和助手盖革和马斯顿进行了著名的“α粒子散射实验”。他们用α粒子去轰击很薄的金箔做的靶子，并通过荧光屏记数来观测穿过金箔的α粒子被金原子散射的情况。实验表明，绝大多数α粒子笔直地穿过金箔，有少数α粒子发生了偏折，只有极少数α粒子发生了大角度的偏折，甚至被反弹回来。如果根据汤姆逊的模型来计算，根本不可能出现向后反弹的α粒子。事后卢瑟福回忆道：“在我的一生中，那是一件最难以置信的事。这就像你发射了一颗38厘米口径的炮弹射向一张薄薄的卫生纸时，却被那张纸弹回来而打在你身上一样不可置信。”

▲汤姆逊

但是，实验事实是毋容置疑的。始终把实验看得高于一切的卢瑟福认为，汤姆逊的模型与实验事实不相符。

于是，在1911年，他提出了“小太阳系”的原子模型：“原子的中心有一个核心，叫做原子核。电子围绕原子核在不停地旋转，原子质量的绝大部分以及原子内的全部正电荷都集中在原子核上。”

卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。他因为开创了原子核物理学这一新领域，被人们尊称为原子核物理学之父。

▲卢瑟福原子结构模型

科学家的幼儿园

1919年，汤姆逊因身兼两职而辞去了剑桥大学卡文迪许实验室主任职务，让贤推荐卢瑟福担任这个现代物理研究中心的主任职务。就在这一年，他用α粒子轰击氮的原子核，成功地实现了原子核的人工转变，并发现了质子。

从1925年到1930年，卢瑟福担任了伦敦皇家学会主席。1931年，由于他在科学发展上所建立的功绩，受封骑士称号，并享有纳尔逊勋爵的爵位。他于1937年10月19日卒于剑桥，并葬于牛顿和法拉第的墓地之侧。

卢瑟福不仅在科学研究方面取得了巨大的成就，而且在培养人才方面也作出了卓越的贡献。他培养的科研集体被人们亲切地称为“科学家的幼儿园”。在这个“幼儿园”里，他培养了两代世界上第一流的物理学家。在他的助手和学生中有14人获得了诺贝尔奖，其中玻尔、威尔逊、里查逊、查德威克、阿普顿、布莱克特、鲍威尔、卡皮查、科克罗夫特和瓦尔顿共10人获得诺贝尔物理学奖；索迪、阿斯顿、亥维赛和哈恩共4人获得诺贝尔化学奖。这在科学发展史上和教育学史上是空前的，一个人能培养出这么多的世界科学冠军，使全世界的人们都感到惊讶和敬佩！

质　子

质子被认为是一种稳定的、不衰变的粒子。但也有理论认为质子可能衰变，只不过其寿命非常长。到今天为止物理学家没有能够获得任何可能理解为质子衰变的实验数据。水中的氢离子绝大多数都是水合质子。质子在化学和生物化学中起非常大的作用，根据酸碱质子理论，可以在水溶液中提供质子的物质一般被称为酸，可以在水溶液中吸收质子的物质一般被称为碱。