В конце XIX в. изучение электрических разрядов в газах положило конец представлению об атоме как простейшей неделимой частице элемента.

Было обнаружено, что если из стеклянной трубки, в оба конца которой впаяны металлические электроды, откачать воздух до давления менее 0,01 мм рт. ст. и подвести к электродам напряжение несколько тысяч вольт, то стекло трубки начинает светиться слабым зеленоватым светом. Свечение трубки вызывается невидимыми для глаза лучами, исходящими от отрицательно заряженного электрода — катода — и получившими вследствие этого название катодные лучи. Изучение свойств этих лучей показало, что они действуют на фотографическую пластинку, вызывают свечение стекла и других материалов, способны вращать вертушку. В магнитном и электрическом полях катодные лучи отклоняются от прямолинейного направления, причём в электрическом поле — в сторону положительно заряженного электрода (рис. 1). Твёрдое тело под действием катодных лучей приобретает отрицательный электрический заряд. Всестороннее изучение свойств этих лучей показало, что катодные лучи представляют собой поток быстродвижущихся отрицательно заряженных частиц. Масса этих частиц примерно в 1840 раз меньше массы атома водорода и составляет 0,00055 а. е. м. Определение величины заряда показало, что каждая частица имеет отрицательный заряд, равный 4,8·10-10 абсолютной электростатической единицы или 1,60·10-19 Кл. Эти частицы получили название электроны. Следовательно, электроны представляют собой мельчайшие частицы, несущие отрицательный заряд.

Рис. 2. Схема катодной трубки: К — катод, А — анод с узким отверстием в центре; Е — две металлические пластины, между которыми создано электрическое поле.

Возникновение катодных лучей наблюдается в газоразрядных трубках с катодом, изготовленным из самых разнообразных материалов. Это свидетельствует о том, что электроны входят в состав различных атомов.

Электроны излучаются из веществ (эмитируют) не только в разрядных трубках. Многие вещества испускают электроны под действием ультрафиолетовых, или рентгеновских, лучей. Щелочные металлы испускают электроны уже при воздействии на них видимого света. Испускание электронв наблюдается также при нагревании многих металлов.

Если поток быстрых электронов встречает препятствие, то в результате столкновения возникает излучение, называемое рентгеновским.

Рис. 2. Схема рентгеновской трубки.

На рис. 2 схематически показана рентгеновская трубка. Катод К трубки при нагревании испускает электроны, которые под действием приложенного к электродам высокого напряжения с громадной скоростью устремляются к аноду А . При ударе электронов об анод и возникают рентгеновские лучи. Эти лучи не отклоняются ни в электрическом, ни в магнитном поле и представляют собой электромагнитные волны очень малой длины. Самая длинная рентгеновская волна почти в 200 раз короче самой короткой волны видимого света.

Рентгеновские лучи обладают способностью ионизировать газы. Под действием рентгеновских лучей часть электронейтральных молекул газов теряет электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы, а часть присоединяет электроны, превращаясь в отрицательно заряженные ионы. Вызываемая рентгеновскими лучами ионизация газов свидетельствует о сложности строения атомов.

Способность электролитов в растворённом или расплавленном состоянии проводить электрический ток также свидетельствует об их ионизации и, следовательно, о сложности атомов.

Очень важным для дальнейшего развития учения о строении атома было открытие явления радиоактивности. Французский учёный А. Беккерель обнаружил, что соединения урана являются источником излучения, которое действует на фотографическую пластинку, ионизирует воздух, проникает через непрозрачные тела.

Исследования Беккереля продолжили М. Склодовская-Кюри и П. Кюри. Эти учёные открыли в урановой руде два новых элемента — радий и полоний, обладающие высокой активностью излучения. Способность к излучению была обнаружена также у тория, актиния и ряда других элементов. Это свойство получило название радиоактивность. Было доказано, что интенсивность излучения пропорциональна количеству радиоактивного элемента независимо от того, входит ли он в состав соединений или находится в виде простого вещества. Следовательно, радиоактивность является общим свойством атомов элементов.