مدل اتمی رادرفورد
همه ما میوه‌های توت را در پودینگ دیده‌ایم. قبلاً فکر می‌شد که الکترون‌ها در یک اتم مانند میوه‌های توت در پودینگ توزیع شده‌اند. به عبارت دیگر، فرض می‌شد که بار مثبت در سراسر اتم وجود دارد و الکترون‌های منفی به طور نامتعادل بر روی آن توزیع شده‌اند مانند توت‌ها در پودینگ. این مفهوم از مدل اتمی به عنوان مدل توت در پودینگ اتم‌ها شناخته می‌شود. این مفهوم توسط جی.جی. تامسون که همچنین مخترع الکترون‌ها بود، معرفی شد. طبق مدل توت در پودینگ، بارهای مثبت و منفی یک اتم در سراسر بدنه اتم توزیع شده‌اند و نباید هیچ جرم متمرکزی در یک 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 به صفحه‌ای که با سولفید روی پوشیده شده است برخورد می‌کنند، نقاط روشن ایجاد می‌کنند. چون هیچ جرم متمرکزی در یک اتم وجود ندارد، پیش‌بینی شد که اگر یک فویل فلزی رقیق با ذرات آلفا مثبت بار بمباران شود، تمام این ذرات آلفا بدون تغییر زیاد در مسیر حرکت خود از فویل عبور خواهند کرد.
پیدایش کوچک میدان الکتریکی در اتم‌ها نمی‌تواند حرکت ذره را به میزان زیادی 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 توت در پودینگ اتم‌ها شد. او دستور داد تا همکارانش ارنست مارسدن و هانس گایگر فویل فلزی رقیق را با ذرات آلفا بمباران کنند تا این پیش‌بینی را تأیید کنند. طبق دستور، ارنست مارسدن و هانس گایگر آزمایشی انجام دادند و تاریخ را ساختند. آنها یک فیلم طلا بسیار رقیق را در مقابل تفنگ آلفا قرار دادند. همچنین صفحه‌ای از سولفید روی را حول فیلم طلا قرار دادند تا نقاط روشن را مشاهده کنند وقتی ذرات آلفا به آن برخورد می‌کنند. آنها آزمایش را در یک اتاق تاریک انجام دادند. آنها مشاهده کردند که مطابق پیش‌بینی، ذرات آلفا از فیلم عبور کرده و به صفحه سولفید روی پشت فیلم برخورد می‌کنند.
اما بعد از شمارش نقاط روشن روی صفحه، نتیجه غیرمنتظره‌ای به دست آمد. تمام ذرات آلفا مانند آنچه پیش‌بینی شده بود به طور مستقیم از فویل عبور نکردند. درصد بسیار کمی از ذرات آلفا بمبbardarad در حین عبور از فویل طلا مسیر حرکت خود را تغییر دادند. نه تنها ذرات از مسیر خود منحرف شدند، بلکه تعداد بسیار کمی از آنها به طور مستقیم به سمت منبع یا تفنگ آلفا بازگشتند. پس از مطالعه دقیق مشاهدات، ارنست مارسدن و هانس گایگر گزارشی به ارنست رادرفورد ارائه دادند. پس از بررسی و مطالعه گزارش آنها، رادرفورد مدل مختلفی از یک اتم پیش‌بینی کرد که به عنوان مدل رادرفورد از اتم شناخته می‌شود.
او پیش‌بینی کرد که ذرات آلفا که به طور مستقیم بازگشتند، باید با جرمی بسیار سنگین‌تر برخورد کرده باشند و آن جرم باید مثبت بار باشد. همچنین مشخص شد که برخی از ذرات آلفا که منحرف شده بودند، بازگشت نکرده بودند 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 تحت تأثیر بار مثبت متمرکز بزرگ‌تر قرار گرفته‌اند. او بیان کرد که تمرکز جرم و بار مثبت در یک نقطه در اتم هستند و این نقطه در مرکز اتم است و آن را هسته اتم نامید. او همچنین بیان کرد که به جز هسته مرکزی، کل فضا در اتم خالی است.
بعد از این آزمایش فویل طلا، رادرفورد مدل واقع‌بینانه‌تری از یک اتم ارائه داد. این مدل نیز به عنوان مدل هسته‌ای اتم یا مدل سیاره‌ای اتم شناخته می‌شود. این مدل در سال ۱۹۱۱ ارائه شد. طبق مدل اتمی رادرفورد، تقریباً همه جرم یک اتم در این هسته تمرکز شده است. این هسته مثبت بار است و توسط ذرات کوچک و سبک منفی بار احاطه شده است که الکترون نامیده می‌شوند. این الکترون‌ها به همان شکلی که سیارات در سیستم سیاره‌ای دور خورشید می‌چرخند، 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 دور هسته می‌چرخند حدود ۱۰-۱۲ سانتی‌متر است که بیشتر از قطر یک الکترون است. شعاع اتم حدود ۱۰-۸ سانتی‌متر است. بنابراین، مانند یک سیستم سیاره‌ای، اتم نیز بسیار باز است که به دلیل آن ذرات پرسرعت مختلف می‌توانند از آن عبور کنند. مدل سیاره‌ای اتمی رادرفورد در شکل زیر نشان داده شده است-
نیروی جاذبه بین هسته مثبت بار و الکترون‌های منفی بار که دور هسته می‌چرخند وجود دارد. این نیرو الکترواستاتیک بین هسته مثبت بار و الکترون‌های منفی بار مشابه با نیروی جاذبه گرانشی بین خورشید و سیاراتی که دور خورشید می‌چرخند است. 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 فویل طلا پراکنده می‌شوند که توسط ارنست رادرفورد مشاهده شده است. مدل اتمی ارنست رادرفورد موفق شد مدل اتمی Thomson’s Plum Pudding model را که توسط فیزیکدان انگلیسی سر جی.جی. تامسون ارائه شده بود، جایگزین کند.
بر اساس مدل اتمی ارنست رادرفورد، الکترون‌ها به جرم اتم متصل نیستند. الکترون‌ها یا در فضا ثابت هستند یا در مسیرهای دایره‌ای 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، طبق نظریه الکترومغناطیسی، بار الکترون که شتاب گرفته است باید به طور مداوم انرژی خود را از دست بدهد و به هسته سقوط کند، مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است. مدل اتمی رادرفورد نمی‌تواند توضیح دهد چرا الکترون‌ها به هسته مثبت بار سقوط نمی‌کنند.
بنابراین، نقص‌های مدل اتمی رادرفورد می‌تواند به شرح زیر توصیف شود-
مدل اتمی رادرفورد توزیع الکترون‌ها در مدارها را توضیح نمی‌دهد.
مدل اتمی رادرفورد پایداری اتم را به عنوان یک کل توضیح نمی‌دهد.
نقص‌های فوق مدل اتمی رادرفورد توسط مدل اتمی بوهر (۱۹۱۳) رفع شد.
بیانیه: احترام به اصلی، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاری دارند، اگر نقض حق نشر وجود دارد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.
