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A descoberta da radioactividade permitiu um melhor conhecimento da estrutura da matéria. Rutherford, a par de Geiger e de Marsden, refutou o modelo de Thompson. Em 1911, bombardearam uma finíssima folha de ouro com cerca de 100 nm de espessura (1 nm = 10e-9 m) com partículas (He2+) emitidas por um material de rádio. Essas partículas recolhidas por uma tela de cintilação de sulfureto de zinco (pode-se substituir por uma película fotográfica) demonstravam que a maioria das partículas passava sem se desviar. Algumas desviavam-se consideravelmente e pouquíssimas eram reflectidas. Rutherford justificou este comportamento com um átomo quase vazio. O átomo com núcleo: No átomo de Rutherford, a massa estava concentrada no centro (núcleo) de uma esfera, muito maior, que era ocupada pelos electrões (camada exterior). O diâmetro do núcleo era cerca de dez mil vezes menor do que o da camada exterior e entre eles existia um grande espaço vazio.