Rutherfordin atomimalli
Olemme kaikki nähneet pruunia pudinkissa. Aikaisemmin ajateltiin, että elektronit atomin sisällä ovat jakautuneet positiiviseen varaukseen samalla tavalla kuin pruunet pudinkissa. Toisin sanoen uskottiin, että positiivinen varaus on ympäri atomea ja negatiiviset elektronit ovat epätasaisesti levittäytyneitä sen ympärille, kuten pruunet pudinkissa. Tämän atomin mallin käsitettä tunnetaan pruunipudinkimallina. Tämän käsitteen esitti J.J. Thomson, joka oli myös elektronin keksijä. Thomsonin mukaan pruunipudinkimallissa atomin positiivinen ja negatiivinen varaus on levitetty atomin koko rungossa, eikä atomin sisällä ole mitään keskittyvää massa.
Pieni sähkökenttä, joka muodostuu atomeissa, ei vaikuta paljon osaan kulkuun. Siksi ennustettiin, että alfan hiukkaiden kulkuvoimalle saattaa olla alle 1o poikkeama. Tämä ennuste inspiroi Ernest Rutherfordin suorittamaan kokeita vahvistamaan pruunipudinkimallia. Hän ohjeisti kollegansa Ernest Marsdenin ja Hans Geigerin ampujan alfa-hiukkaita ohuen metallilevyn kautta tarkistaakseen tämän ennusteen. Ohjeiden mukaan Ernest Marsden ja Hans Geiger tekivät kokeen, joka kirjattiin historiaan. He asettivat hyvin ohuen kultalevyn alfa-hiukkasaseen edessä ja asettivat sinkisulfiidin ruudun ympärille kultalevyn taustalla havainnoidakseen kirkkaat pisteet, kun alfa-hiukkaset osuivat siihen. Koe tehtiin pimeässä huoneessa. He havasivat kokeen aikana, että kuten ennustettu, alfa-hiukkaset ylittivät leveyden ja osuivat sinkisulfiidiruutuun levyn takana.
Mutta kirkkaiden pisteiden laskemisen jälkeen he löysivät odottamattoman tuloksen. Kaikki alfa-hiukkaset eivät ylittäneet leveyttä suoraan kuten odotettu. Pieni prosenttiosuus pommitetuista alfa-hiukkasista muutti kulusuuntaansa leveyden ylittäessään. Ei vain osat olleet kulussaan, mutta myös hyvin pieni määrä niistä kuitenkin kimposi suoraan lähtölähde tai alfa-aseen päälle. Yksityiskohtaisen havainnon tutkimisen jälkeen Ernest Marsden ja Hans Geiger toimittivat raportin Ernest Rutherfordille. Raportin katselun ja tutkimisen jälkeen Rutherford ennusti erilaisen atomin mallin, jota kutsutaan Rutherfordin atomimalliksi.
Hän ennusti, että suoraan kimpoavat alfa-hiukkaset olivat törmänneet jotakin paljon painavampaan massa ja tämä massa pitäisi olla positiivisesti varautunut. Havaittiin myös, että jotkut suunnasta poikkeavat alfa-hiukkaset eivät kimponneet, mutta niillä oli hyvin suuri poikkeaman kulma. Erilaisten poikkeamien kulmien ja näiden kulmien kanssa poikkeavien osien lukumäärän perusteella hän ennusti, että positiiviset alfa-hiukkaset ovat myös vaikutuksen alla verraten suuresta keskittyvästä positiivisesta varauksesta. Hän todettiin, että massan ja positiivisen varauksen keskittymä on sama paikka atomin sisällä, ja se on atomin keskipisteessä, jota hän kutsui atomin ytimenksi. Hän myös todetti, että paitsi keskellä oleva ydin, atomin koko tila on tyhjä.
Tämän kultalevyn kokeen jälkeen Rutherford antoi realistisemman atomin mallin. Tätä mallia kutsutaan myös Ydinmalliksi tai Planeettamalliksi. Tämä malli annettiin vuonna 1911. Mukaan Rutherfordin atomimallin, melkein koko atomin massa on keskittynyt tähän ytimeen. Tämä ydin on positiivisesti varautunut ja ympäröintynään pienillä, kevyillä, negatiivisesti varautuneilla osilla, joita kutsutaan elektroneiksi. Nämä elektronit kiertävät ympärillä samalla tavalla kuin planeetat kiertävät Aurinkoa planeettajärjestelmässä. Siksi tätä mallia kutsutaan myös Planeettamalliksi.
Ytimen säde on noin 10-13 cm. Elektronien kulkevan ympyrän säde ympärillä on noin 10-12 cm, mikä on suurempi kuin elektronin halkaisija. Atomin säde on noin 10-8 cm. Näin, samoin kuin planeettajärjestelmä, atomin luonne on myös erittäin avoin, jonka vuoksi sitä voidaan läpäistä erilaisilla nopeilla hiukkasilla. Rutherfordin Planeettamalli on näkyvissä alla olevassa kuvassa-
Voima vetovoimaa on olemassa positiivisesti varautuneen ytimen ja negatiivisesti varautuneiden elektronien välillä, jotka kiertävät ympärillä. Tämä elektrostaattinen voima positiivisesti varautuneen ytimen ja negatiivisesti varautuneiden elektronien välillä on samankaltainen kuin gravitaatiovoima, joka on olemassa Aurinkon ja sen ympärillä kiertävien planeettojen välillä. Suurin osa tästä planeettaatomista on avointa tilaa, joka ei tarjoa mitään vastusta positiivisesti varautuneiden pienten hiukkasten, kuten alfa-hiukkasten, kulkua.
Atomin ydin on hyvin pieni, tiheä ja positiivisesti varautunut, mikä johtaa positiivisesti varautuneiden hiukkasten sirpaleuttamiseen. Tämä ilmiö positiivisesti varautuneiden alfa-hiukkasten sirpaleuttamiselle positiivisesti varautuneella ytimellä selittää positiivisesti varautuneiden alfa-hiukkasten sirpaleuttumista kultalevyn kautta, joka havaittiin Ernest Rutherfordin kokeessa. Ernest Rutherfordin atomimalli onnistui korvaamaan englantilaisen fyysikon Sir J.J. Thomsonin esittämän Thomsonin pruunipudinkimallin.
Mukaan Ernest Rutherfordin atomimallin, elektronit eivät ole kiinnitetty atomin massa. Elektronit ovat joko paikallaan avaruudessa tai pyöriyvät ympyrämuotoisilla reiteillä ympärillä. Mutta jos elektronit ovat paikallaan, ne pitäisi putkoa ytimeen vetovoiman vuoksi elektronin ja ytimen välillä. Toisaalta, jos elektronit liikkuvat ympyrämuotoisilla reiteillä, sitten elektromagnetisen teorian mukaan, elektronin kiihdytetty varaus menettäisi jatkuvasti energiaansa ja putkisi ytimeen, kuten alla olevassa kuvassa näkyvä Rutherfordin atomimalli ei selitä, miksi elektronit eivät putkea positiivisesti varautuneeseen ytimeen.
Näin, Rutherfordin atomimallin puutteet voidaan kuvata seuraavasti-
Rutherfordin atomimalli ei selitä elektronien jakautumista orbiiteille.
Rutherfordin atomimalli ei selitä atomin vakautta kokonaisuutena.
Yllä mainitut Rutherfordin atomimallin puutteet korjattiin Bohrin Atomimallilla (1913).
Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleja on jaettava, jos on loukkaus, otathan yhteyttä poistettaksesi.
