Rutherfordův atomový model
Všichni jsme viděli švestky v pudinku. Dříve se předpokládalo, že elektrony v atomu jsou rozděleny na kladný náboj podobně jako švestky v pudinku. Jinak řečeno, předpokládalo se, že kladný náboj existuje po celém atomu a záporné elektrony jsou nerovnoměrně rozděleny na něm, podobně jako švestky v pudinku. Tento koncept atomového modelu je znám jako model švestek v pudinku. Tento koncept představil J.J. Thomson, který byl také objevitelem elektronů. Podle modelu švestek v pudinku jsou kladné a záporné náboje atomu rozděleny po celém tělese atomu a v atomu nesmí být žádná soustředěná hmotnost.
V roce 1899 Ernest Rutherford z Univerzity v Manchesteru objevil alfa částice, což jsou kladně nabité helium ionty vyzařované z radioaktivních látek, jako je urán. Tyto alfa částice vytvářejí jasné skvrny, když dopadají na obrazovku pokrytou síranem cínku. Protože v atomu není žádná soustředěná hmotnost, předpokládalo se, že pokud tenkou kovovou folii bombardujeme kladně nabitymi alfa částicemi, pak všechny tyto alfa částice projdou folií bez výrazného odchylky v jejich dráze pohybu.
Malé elektrické pole vyvinuté v atomech nemůže mít velký vliv na pohyb částic. Předpokládalo se tedy, že odchylka v dráze pohybu alfa částic bude menší než 1o. Tento předpoklad inspiroval Ernsta Rutherforda, aby provedl experimenty pro ověření modelu švestek v pudinku. On instruoval svého kolegu Ernsta Marsdena a Hansa Geigera, aby bombardovali tenkou kovovou folii alfa částicemi, aby ověřili tento předpoklad. Podle instrukcí Ernsta Marsdena a Hansa Geigera provedli experiment a zapsali si místo v historii. Umístili velmi tenkou zlatou folii před dělo s alfa paprsky. Okolo zlaté folie umístili obrazovku pokrytou síranem cínku, aby pozorovali jasné skvrny, když alfa částice na ni dopadly. Experiment prováděli ve tmavé místnosti. Pozorovali, že jak bylo předpokládáno, alfa částice procházely folií a dopadaly na obrazovku s síranem cínku za folií.
Po sečtení jasných skvrn na obrazovce ale zjistili neočekávaný výsledek. Všechny alfa částice neprošly folií rovnou, jak bylo očekáváno. Velmi malý procento bombardovaných alfa částic změnilo svou dráhu pohybu při procházení zlaté folie. Nejenže se částice odchylnily od své dráhy, ale i velmi málo z nich se přímo odráželo zpět k zdroji nebo alfa dělu. Po detailní studii pozorování Ernsta Marsdena a Hansa Geigera předali zprávu Ernestu Rutherfordovi. Po prohlédnutí a studiu jejich zprávy Rutherford předpověděl jiný model atomu, který je znám jako Rutherfordův model atomu.
Předpověděl, že alfa částice, které se přímo odrážely, musely narazit na nějakou mnohem těžší hmotu a ta hmotnost by měla být kladně nabita. Zjistilo se také, že některé odchylné alfa částice se neodrážely, ale měly velmi velký úhel odchylky. Pozorováním různých úhlů odchylek a počtu částic, které se odchylnily s těmito úhly, předpověděl, že kladné alfa částice jsou také ovlivněny relativně velkou soustředěnou kladnou nábojem. Prohlásil, že soustředění hmoty a kladného náboje je ve stejném místě v atomu a to uprostřed atomu, a nazval to jádro atomu. Také prohlásil, že kromě centrálního jádra je veškerý prostor v atomu prázdný.
Po tomto experimentu s zlatou folií Rutherford představil realističtější model atomu. Tento model je také znám jako Jaderný atomový model nebo Planetární model atomu. Tento model byl představen v roce 1911. Podle Rutherfordova atomového modelu, téměř celá hmota atomu je soustředěna v tomto jádru. Toto jádro je kladně nabito a je obklopeno malými lehkými záporně nabitymi částicemi, které se nazývají elektrony. Tyto elektrony obíhají jádro stejným způsobem, jako planety obíhají Slunce v planetárním systému. Proto je tento model také označován jako Planetární model atomu.
Poloměr jádra je asi 10-13 cm. Poloměr kruhové dráhy, po níž elektrony obíhají jádro, je asi 10-12 cm, což je větší než průměr elektronu. Poloměr atomu je asi 10-8 cm. Tedy, podobně jako planetární systém, je atom také velmi otevřený, díky čemuž ho mohou proniknout různé druhy rychlých částic. Rutherfordův Planetární atomový model je znázorněn na obrázku níže-
Mezi kladně nabité jádro a záporně nabité elektrony, které obíhají jádro, existuje síla přitažení. Tato elektrostatická síla mezi kladně nabitém jádrem a záporně nabitymi elektrony je podobná gravitační síle přitažení mezi Sluncem a planetami obíhajícími Slunce. Většina tohoto planetárního atomu je otevřený prostor, který neponese žádnou odpor pro průchod kladně nabitymi malými částicemi, jako jsou alfa částice.
Jádro atomu je velmi malé, husté a kladně nabité, což vede k rozptylu kladně nabitych částic. Tento jev rozptylu kladně nabitych alfa částic kladně nabitym jádrem vysvětluje rozptyl kladně nabitych alfa částic zlatou folií, jak bylo pozorováno Ernестом Резерфордом. Ernest Rutherford Atomic Model nahradil atomový model Thomson’s Plum Pudding model, který předložil anglický fyzik Sir J.J. Thomson.
Podle Ernest Rutherford's atomového modelu nejsou elektrony spojeny s hmotou atomu. Elektrony jsou buď stacionární v prostoru, nebo se pohybují po kruhových drahách okolo jádra. Pokud jsou elektrony stacionární, musely by do jádra spadnout kvůli přitažlivé síle mezi elektronem a jádrem. Naopak, pokud se elektrony pohybují po kruhové dráze, pak podle elektromagnetické teorie, by se náboj elektronu stále ztrácel a elektron by padl do jádra, jak je znázorněno na obrázku níže. Rutherfordův atomový model nedokáže vysvětlit, proč elektrony neupadají do kladně nabitého jádra.
Tedy, nedostatky Rutherfordova atomového modelu lze popsat následovně-
Rutherfordův atomový model nevysvětluje rozdělení elektronů v drahách.
Rutherfordův atomový model nevysvětluje stabilitu atomu jako celku.
Nedostatky Rutherfordova atomového modelu byly překonány Bohrův atomový model (1913).
Prohlášení: Respektujte původ, dobaře napsané články jsou hodné sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, prosím, kontaktujte nás pro jejich odebrání.
