Rutherford Atommodel
Vi har alle set tørrede plommer i puddingen. Tidligere troede man, at elektronerne i et atom var fordelt på den positive ladning som tørrede plommer i en pudning. Med andre ord troede man, at den positive ladning findes gennem hele atomet, og de negative elektroner er ulige fordelt på det ligesom tørrede plommer i pudningen. Denne koncept af atommodellen kaldes også for tørrede plommer i pudningsmodellen. Dette koncept blev introduceret af J.J. Thomson, der også opdagede elektronerne. Ifølge tørrede plommer i pudningsmodellen, er de positive og negative ladninger i et atom fordelt over hele atomets krop, og der må ikke være nogen koncentreret masse i et atom.
I 1899 havde Ernest Rutherford fra Manchester Universitet opdaget alfa-partikler, som er positivt ladede helium-ioner udsendt fra radioaktive stoffer som uran. Disse alfa-partikler skaber hvide punkter, når de rammer en zinksulfidbelagt skærm. Da der ikke er nogen koncentreret masse i et atom, blev det forudset, at hvis en tynd metallisk folie bliver bombarderet med positivt ladede alfa-partikler, ville alle disse alfa-partikler passere folien uden stor afvigelse i deres rejserute.
Den lille elektriske felt, der dannes i atomerne, kan ikke påvirke partikelens bevægelse meget. Derfor blev det forudset, at der kunne være mindre end 1o afvigelse i alfa-partiklernes bevægelsesbane. Denne forudsigelse inspirerede Ernest Rutherford til at foretage eksperimenter for at verificere tørrede plommer i pudningsmodellen. Han instruerede sine kollegaer Ernest Marsden og Hans Geiger om at bombarde en tynd metallisk folie med alfa-partikler for at verificere denne forudsigelse. I henhold til instruktionerne foretog Ernest Marsden og Hans Geiger et eksperiment og skrev historie. De placerede en meget tynd gullfilm foran en alfa-stråleskyder. De placerede også en zinksulfidskærm omkring gullfilmen for at observere de hvide punkter, da alfa-partikler ramte den. De foretog eksperimentet i et mørkt lokale. Under eksperimentet observerede de, at som forudset, alfa-partiklerne passerer filmen og rammer zinksulfidskærmen bag filmen.
Men efter at have talt de hvide punkter på skærmen fandt de et uventet resultat. Alle alfa-partiklerne passerede ikke folien i lige retning som forventet. En meget lille procentdel af de bombardeerede alfa-partikler ændrede deres rejserute under passeringen af gullfolien. Ikke bare de partikler, der blev afledt fra deres vej, men også få af dem sprang direkte tilbage mod kilden eller alfa-skyderen. Efter en detaljeret gennemgang af observationerne, indsendte Ernest Marsden og Hans Geiger en rapport til Ernest Rutherford. Efter at have set og studeret deres rapport, forudsagde Rutherford en anden model for et atom, som kendes som Rutherfords atommodel.
Han forudsagde, at de alfa-partikler, der sprang direkte tilbage, må have kollideret med en meget tungere masse, og denne masse skulle være positivt ladet. Det blev også fundet, at nogle af de afledte alfa-partikler ikke sprang tilbage, men de havde en meget stor vinkel af afvigelse. Ved at observere forskellige vinkler af afvigelse og antallet af partikler, der blev afledt med disse vinkler, forudsagde han, at de positive alfa-partikler også påvirkes af en relativt enorm koncentreret positiv ladning. Han udtalte, at koncentrationen af masse og positiv ladning er på samme sted i et atom, og dette er i centrum af atomet, og han kaldte det for kerne i atomet. Han udtalte også, at undtagen for den centrale kerne, er hele rummet i atomet tomt.
Efter dette gulfolieksperiment gav Rutherford en mere realistisk model for et atom. Denne model kaldes også Kernemodel for atom eller Planetermodel for atom. Denne model blev givet i 1911. Ifølge Rutherfords Atommodel, er næsten al masse i et atom koncentreret i denne kerne. Denne kerne er positivt ladet og omringet af små lette negativt ladete partikler, som kaldes elektroner. Disse elektroner cirkulerer omkring kernen på samme måde, som planeter cirkulerer omkring solen i planetarsystemet. Derfor kaldes denne model også for Planetermodel for atom.
Radius på kernen er omkring 10-13 cm. Radius på den cirkulære bane, som elektronerne bevæger sig i omkring kernen, er omkring 10-12 cm, hvilket er større end diameteren på et elektron. Radius på atomet er omkring 10-8 cm. Således, ligesom et planetarsystem, er atomet også af en yderst åben natur, hvorved det kan trænges af højhastighedspartikler af forskellige typer. Rutherfords Planetermodel for atomet vises i figuren nedenfor-
En tiltrækende kraft findes mellem den positivt ladede kerne og de negativt ladede elektroner, der bevæger sig omkring kernen. Denne elektrostatiske kraft mellem den positivt ladede kerne og de negativt ladede elektroner er lignende med gravitationskraften mellem Solen og planeterne, der cirkulerer omkring solen. De fleste dele af dette planetariske atom er åbent rum, der ikke tilbyder nogen modstand for passagen af positive ladede små partikler som alfa-partikler.
Kernen i atomet er meget lille, tæt og positivt ladet, hvilket resulterer i spredning af positive ladede partikler. Dette fænomen for spredning af positive ladede alfa-partikler af en positivt ladet kerne, forklarer spredningen af positive ladede alfa-partikler af guldfolien, som observeret af Ernest Rutherford. Ernest Rutherfords Atommodel lykkedes i at erstatte atommodellen Thomsons Tørrede Plommer i Pudningsmodel, givet af den engelske fysiker Sir J.J. Thomson.
Ifølge Ernest Rutherfords atommodel, er elektronerne ikke fastgjort til massen af atomet. Elektronerne er enten stillestående i rummet eller roterer i cirkulære baner omkring kernen. Men hvis elektronerne er stillestående, må de falde ned i kernen på grund af tiltrækning mellem elektron og kerne. På den anden side, hvis elektronerne bevæger sig i en cirkulær bane, så ifølge elektromagnetisk teori, vil den accelererede ladning af elektronet konstant miste sin energi og falde ned i kernen som vist i figuren nedenfor Rutherfords Atommodel fejler i at forklare, hvorfor elektroner ikke falder ned i den positivt ladede kerne.
Således kan manglerne ved Rutherfords Atommodel beskrives som følger-
Rutherfords atommodel forklarer ikke distributionen af elektroner i banerne.
Rutherfords atommodel forklarer ikke stabiliteten af atomet som helhed.
De ovenstående mangler ved Rutherfords atommodel blev overvundet af Bohrs Atommodel (1913).
Erklæring: Respektér det originale, godt indhold fortjener at deles, hvis der er overtrædelse bedes kontakt til sletning.
