Рътерфордовска атомна модель
Всички сме виждали сливи в пудинг. Преди се мислеше, че електроните в атома са разпределени на положителен заряд като сливи в пудинг. С други думи, смяташе се, че положителният заряд съществува из целия атом, а отрицателните електрони са неравномерно разпределени по него, както сливи в пудинг. Тази концепция за атомния модел е известна като модел „сливи в пудинг“. Тази концепция беше въведена от Дж.Дж. Томсън, който е и откривателят на електроните. Според модела „сливи в пудинг“, положителните и отрицателните заряди на атома са разпределени из цялото тяло на атома и не трябва да има нито един концентриран масив в атома.
През 1899 г. Ернест Ръзерфорд от Университета в Манчестър откри алфа частици, които са положително заредени хелиеви йони, излъчвани от радиоактивни вещества като уран. Тези алфа частици създават ярки точки, когато ударят на екран, покрит с сулфид на цинк. Тъй като няма концентриран масив в атома, беше предвидено, че ако тънка метална фолия бъде обстреляна с положително заредени алфа частици, всички такива алфа частици ще преминат през фолията без значително отклонение в техния път.
Малкото електрическо поле, развилосе в атомите, не може значително да повлияе на движението на частицата. Затова беше предвидено, че може да има по-малко от 1o отклонение в пътя на движение на алфа частиците. Това предвиждане вдъхнови Ернест Ръзерфорд да проведе експерименти, за да провери модела „сливи в пудинг“ на атомите. Той нареди на своите колеги учени Ернест Марсден и Ханс Гайгер да обстрелят тънка метална фолия с алфа частици, за да проверят това предвиждане. Според инструкциите, Ернест Марсден и Ханс Гайгер провеждат експеримента и правят история. Те поставят много тънка златна филма пред пистолет за алфа лъчи. Те поставят още екран, покрит с сулфид на цинк, около златната филма, за да наблюдават ярките точки, когато алфа частиците ударят по него. Те провеждат експеримента в тъмна стая. Те наблюдават, че както е предвидено, алфа частиците преминават през филма и ударяват екрана с сулфид на цинк зад филма.
Но след преброяване на ярките точки на екрана те установяват неочакван резултат. Всички алфа частици не преминават през фолията в права линия, както е очаквано. Много малък процент от обстреляните алфа частици променят начина си на движение при преминаването през златната фолия. Не само частиците се отклоняват от пътя си, но и много малко от тях директно се отразяват обратно към източника или пистолета за алфа частици. След детайлно изучаване на наблюденията, Ернест Марсден и Ханс Гайгер подават доклад на Ернест Ръзерфорд. След разглеждане и изучаване на техния доклад, Ръзерфорд предвижда различен модел на атома, който е известен като Ръзерфордов модел на атома.
Той предвижда, че алфа частиците, които се отразяват директно, трябва да са се сблъскали с някаква много по-тежка маса и тази маса трябва да е положително заредена. Беше установено също, че някои от отклонените алфа частици не се отразяват, но имат много голям ъгъл на отклонение. Наблюдавайки различни ъгли на отклонение и броя на частиците, отклонени под тези ъгли, той предвижда, че положителните алфа частици също са влияни от сравнително огромен концентриран положителен заряд. Той заяви, че концентрацията на масата и положителния заряд са на едно място в атома и това е в центъра на атома, и го нарече ядро на атома. Той също заяви, че освен централното ядро, цялото пространство в атома е празно.
След този експеримент с златна фолия, Ръзерфорд дава по-реалистичен модел на атома. Този модел се нарича също Ядрен атомен модел или Планетен модел на атома. Този модел е даден през 1911 година. Според Ръзерфордовия атомен модел, почти цялата маса на атома е концентрирана в това ядро. Това ядро е положително заредено и е обкръжено от малки, леки, отрицателно заредени частици, наречени електрони. Тези електрони се въртят около ядрото по начин, подобен на планетите, които се въртят около слънцето в планетната система. Поради това този модел се нарича също Планетен модел на атома.
Радиусът на ядрото е около 10-13 см. Радиусът на окръжността, по която електроните се движат около ядрото, е около 10-12 см, което е по-голямо от диаметъра на електрона. Радиусът на атома е около 10-8 см. Така, подобно на планетната система, атомът също е изключително отворен, поради което може да бъде проникнат от високоскоростни частици от различни видове. Ръзерфордовият планетен атомен модел е показан на фигурата по-долу-
Съществува сила на привличане между положително зареденото ядро и отрицателно заредените електрони, които се движат около ядрото. Тази електростатична сила между положително зареденото ядро и отрицателно заредените електрони е подобна на гравитационната сила на привличане между Слънцето и планетите, които се въртят около него. Голяма част от този планетен атом е празно пространство, което не предлага никакво съпротивление за преминаването на положително заредени малки частици като алфа частици.
Ядрото на атома е много малко, компактно и положително заредено, което води до разсейване на положително заредени частици. Това явление за разсейването на положително заредени алфа частици от положително заредено ядро обяснява разсейването на положително заредени алфа частици от златната фолия, както е наблюдавано от Ернест Ръзерфорд. Ернест Ръзерфордов атомен модел успява да замести атомния модел Томсънов модел „сливи в пудинг“, даден от английския физик сър Дж.Дж. Томсън.
Според атомния модел на Ернест Ръзерфорд, електроните не са свързани с масата на атома. Електроните или са неподвижни в пространството, или се въртят в окръжности около ядрото. Но ако електроните са неподвижни, те трябва да паднат в ядрото поради силата на привличане между електрона и ядрото. От друга страна, ако електроните се движат в окръжна пътека, според електромагнитната теория, заредените електрони постоянно губят енергия и биха паднали в ядрото, както е показано на фигурата по-долу. Ръзерфордовият атомен модел не обяснява защо електроните не падат в положително зареденото ядро.
Така, недостатъците на Ръзерфордовия атомен модел могат да бъдат описани по-долу-
Ръзерфордовият атомен модел не обяснява разпределението на електроните в орбитите.
Ръзерфордовият атомен модел не обяснява стабилността на атома като цяло.
По-горните недостатъци на Ръзерфордовия атомен модел бяха преодолени от Боров атомен модел (1913).
Заявление: Уважавайте оригинала, добри статии са достойни за споделяне, ако има нарушение на авторските права, моля, се свържете за изтриване.
