модел атоми Резерфорд

همه ما توت‌های پودینگ را دیده‌ایم. قبلاً فکر می‌شد الکترون‌ها در اتم مانند توت‌ها در پودینگ پخش شده‌اند. به عبارت دیگر، فرض می‌شد که بار مثبت در سراسر اتم وجود دارد و الکترون‌های منفی به طور نامساوی روی آن پخش شده‌اند مانند توت‌ها در پودینگ. این مفهوم از مدل اتمی به عنوان مدل توت‌های پودینگ اتم شناخته می‌شود. این مفهوم توسط جی.جی. تامسون که همچنین کاشف الکترون‌ها بود، معرفی شد. بر اساس مدل توت‌های پودینگ، بارهای مثبت و منفی اتم در سراسر بدنه اتم پخش شده‌اند و نباید هیچ جرم متمرکزی در اتم وجود داشته باشد.
در سال ۱۸۹۹، ارنست رادرفورد از دانشگاه منچستر ذرات آلفا را کشف کرد که این ذرات یون‌های هلیم مثبت بار هستند که از مواد رادیواکتیو مانند اورانیوم منتشر می‌شوند. این ذرات آلفا وقتی بر روی صفحه‌ای که با سولفید روی پوشیده شده است ضربه می‌خورند، نقطه‌های روشن ایجاد می‌کنند. چون هیچ جرم متمرکزی در اتم وجود ندارد، پیش‌بینی شد که اگر یک فیلم فلزی نازک با ذرات آلفا مثبت بار بمباران شود، تمام این ذرات آلفا بدون انحراف زیاد در مسیر حرکت خود از فیلم عبور خواهند کرد.

میدان الکتریکی کوچکی که در اتم‌ها ایجاد می‌شود نمی‌تواند حرکت ذره را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین پیش‌بینی شد که ممکن است کمتر از یک درجه انحراف در مسیر حرکت ذرات آلفا وجود داشته باشد. این پیش‌بینی الهام بخش ارنست رادرفورد برای انجام آزمایش‌ها برای تأیید مدل توت‌های پودینگ اتم شد. او به دانشمندان همکار خود ارنست مرسدن و هانس گایگر دستور داد تا با ذرات آلفا بر روی یک فیلم فلزی نازک بمباران کنند تا این پیش‌بینی را تأیید کنند. بر اساس دستور، ارنست مرسدن و هانس گایگر آزمایشی انجام دادند و تاریخ را نوشتند. آنها یک فیلم طلا بسیار نازک را در مقابل تفنگ پرتو آلفا قرار دادند. آنها همچنین یک صفحه سولفید روی را حول فیلم طلا قرار دادند تا نقاط روشن را روی آن مشاهده کنند وقتی ذرات آلفا بر روی آن ضربه می‌خوردند. آنها آزمایش را در یک اتاق تاریک انجام دادند. آنها در طول آزمایش مشاهده کردند که مطابق با پیش‌بینی، ذرات آلفا از فیلم عبور کرده و بر روی صفحه سولفید روی پشت فیلم ضربه می‌خوردند.

اما بعد از شمارش نقاط روشن روی صفحه، نتیجه غیرمنتظره‌ای به دست آمد. تمام ذرات آلفا مانند آنچه انتظار می‌رفت به طور مستقیم از فیلم عبور نکردند. درصد کمی از ذرات آلفا که بمباران شده بودند، در حین عبور از فیلم طلا مسیر حرکت خود را تغییر دادند. نه تنها ذرات از مسیر خود منحرف شدند، بلکه تعداد کمی از آنها مستقیماً به سمت منبع یا تفنگ آلفا بازگشتند. بعد از مطالعه دقیق مشاهدات، ارنست مرسدن و هانس گایگر گزارشی را به ارنست رادرفورد ارائه دادند. بعد از مشاهده و مطالعه گزارش آنها، رادرفورد یک مدل متفاوت از اتم پیش‌بینی کرد که به نام مدل رادرفورد از اتم شناخته می‌شود.

او پیش‌بینی کرد که ذرات آلفا که مستقیماً بازگشته‌اند باید با جرمی بسیار سنگین‌تر برخورد کرده باشند و این جرم باید مثبت بار باشد. همچنین مشخص شد که برخی از ذرات آلفا که منحرف شده بودند بازگشته نبودند اما زاویه انحراف بسیار زیادی داشتند. با مشاهده زوایای مختلف انحراف و تعداد ذراتی که با این زوایا منحرف شده بودند، او پیش‌بینی کرد که ذرات آلفا مثبت بار نیز توسط بار مثبت متمرکز بسیار بزرگتر تحت تأثیر قرار گرفته‌اند. او بیان کرد که تمرکز جرم و بار مثبت در یک نقطه در اتم وجود دارد و این نقطه در مرکز اتم و او آن را هسته اتم نامید. او همچنین بیان کرد که به جز هسته مرکزی، کل فضای اتم خالی است.

بعد از این آزمایش فیلم طلا، رادرفورد یک مدل واقع‌بینانه‌تر از اتم ارائه داد. این مدل همچنین به نام مدل هسته‌ای اتم یا مدل سیاره‌ای اتم شناخته می‌شود. این مدل در سال ۱۹۱۱ ارائه شد. بر اساس مدل اتمی رادرفورد، تقریباً تمام جرم اتم در هسته متمرکز شده است. این هسته مثبت بار است و توسط ذرات کوچک و سبک منفی بار محاط شده است که الکترون‌ها نامیده می‌شوند. این الکترون‌ها به طوری که سیارات به دور خورشید در سیستم سیاره‌ای می‌چرخند، به دور هسته می‌چرخند. به همین دلیل این مدل نیز به عنوان مدل سیاره‌ای اتم شناخته می‌شود.

شعاع هسته حدود ۱۰-۱۳ سانتی‌متر است. شعاع مسیر دایره‌ای که الکترون‌ها به دور هسته می‌پیمایند حدود ۱۰-۱۲ سانتی‌متر است که بزرگتر از قطر الکترون است. شعاع اتم حدود ۱۰-۸ سانتی‌متر است. بنابراین، مانند یک سیستم سیاره‌ای، اتم نیز به شدت باز است و به دلیل این بازی، می‌تواند توسط ذرات با سرعت بالا از انواع مختلف نفوذ شود. مدل سیاره‌ای اتم رادرفورد در شکل زیر نشان داده شده است-

نیروی جاذبه بین هسته مثبت بار و الکترون‌های منفی بار که به دور هسته می‌چرخند وجود دارد. این نیرو الکترواستاتیک بین هسته مثبت بار و الکترون‌های منفی بار مشابه نیروی گرانشی جاذبه بین خورشید و سیاراتی است که به دور خورشید می‌چرخند. بیشتر بخش‌های این اتم سیاره‌ای فضای باز است که هیچ مقاومت برای عبور ذرات مثبت بار کوچک مانند ذرات آلفا ارائه نمی‌دهد.
هسته اتم بسیار کوچک، متراکم و مثبت بار است که منجر به پراکندگی ذرات مثبت بار می‌شود. این پدیده برای پراکندگی ذرات آلفا مثبت بار توسط هسته مثبت بار، توضیح می‌دهد که چگونه ذرات آلفا مثبت بار توسط فیلم طلا پراکنده شدند که توسط ارنست رادرفورد مشاهده شد. مدل اتمی ارنست رادرفورد موفق شد مدل اتمی توت‌های پودینگ تامسون که توسط فیزیکدان انگلیسی سر جی.جی. تامسون ارائه شده بود، جایگزین شود.

بر اساس مدل اتمی ارنست رادرفورد، الکترون‌ها به جرم اتم متصل نیستند. الکترون‌ها یا در فضا ثابت هستند یا در مسیرهای دایره‌ای به دور هسته می‌چرخند. اما اگر الکترون‌ها ثابت باشند، باید به دلیل نیروی جاذبه بین الکترون و هسته به هسته سقوط کنند. از طرف دیگر اگر الکترون‌ها در مسیر دایره‌ای حرکت کنند، آنگاه بر اساس نظریه الکترومغناطیسی، بار الکترون که شتاب می‌گیرد به طور مداوم انرژی خود را از دست می‌دهد و به داخل هسته سقوط می‌کند مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است. مدل اتمی رادرفورد نمی‌تواند توضیح دهد چرا الکترون‌ها به هسته مثبت بار سقوط نمی‌کنند.

بنابراین، کمبودهای مدل اتمی رادرفورد می‌توانند به شرح زیر توصیف شوند-

1. مدل اتمی رادرفورد توزیع الکترون‌ها در مدارها را توضیح نمی‌دهد.

2. مدل اتمی رادرفورد پایداری اتم را به عنوان یک کل توضیح نمی‌دهد.

آورده‌های بالا از مدل اتمی رادرفورد توسط مدل اتمی بور (۱۹۱۳) رفع شدند.

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوب ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، اگر نقض حق تکثیر وجود دارد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.