Modello atomico di Rutherford
Abbiamo tutti visto i prugni in un budino. In precedenza si pensava che gli elettroni in un atomo fossero distribuiti su una carica positiva proprio come i prugni in un budino. In altre parole, si pensava che la carica positiva esistesse in tutto l'atomo e che le elettroni negativi fossero distribuiti in modo irregolare su di esso, proprio come i prugni nel budino. Questo concetto del modello atomico è noto come il modello dei prugni nel budino. Questo concetto fu introdotto da J.J. Thomson, che era anche l'inventore degli elettroni. Secondo il modello dei prugni nel budino, le cariche positive e negative dell'atomo sono distribuite in tutto il corpo dell'atomo e non dovrebbe esserci alcuna massa concentrata in un atomo.
Nel 1899, Ernest Rutherford dell'Università di Manchester aveva scoperto le particelle alfa, che sono ioni di elio positivamente caricati emessi da sostanze radioattive come l'uranio. Queste particelle alfa creano punti luminosi quando colpiscono uno schermo ricoperto di solfato di zinco. Poiché non c'è massa concentrata in un atomo, si prevedeva che se un sottile foglio metallico fosse bombardato con particelle alfa positivamente caricate, tutte queste particelle alfa avrebbero attraversato il foglio senza una grande deviazione nella loro traiettoria di viaggio.
Il piccolo campo elettrico sviluppato negli atomi non può influenzare molto il moto della particella. Quindi si prevedeva che ci potesse essere meno di 1o di deviazione nella traiettoria del moto delle particelle alfa. Questa previsione ispirò Ernest Rutherford a condurre esperimenti per verificare il modello dei prugni nel budino degli atomi. Istruì i suoi colleghi scienziati Ernest Marsden e Hans Geiger a bombardare con particelle alfa un sottile foglio metallico per verificare questa previsione. Secondo le istruzioni, Ernest Marsden e Hans Geiger condussero un esperimento e fecero storia. Posizionarono un film d'oro molto sottile davanti a una pistola a raggi alfa. Posizionarono anche uno schermo di solfato di zinco intorno al film d'oro per osservare i punti luminosi su di esso quando le particelle alfa lo colpivano. Condussero l'esperimento in una stanza buia. Durante l'esperimento, osservarono che, come previsto, le particelle alfa stavano attraversando il film e colpendo lo schermo di solfato di zinco dietro il film.
Ma dopo aver contato i punti luminosi sullo schermo, trovarono un risultato inaspettato. Non tutte le particelle alfa attraversarono il foglio in linea retta come previsto. Una percentuale molto piccola delle particelle alfa bombardate cambiò la loro traiettoria durante l'attraversamento del film d'oro. Non solo le particelle si deviarono dalla loro traiettoria, ma pochissime di esse rimbalzarono direttamente verso la sorgente o la pistola alfa. Dopo uno studio dettagliato dell'osservazione, Ernest Marsden e Hans Geiger presentarono un rapporto a Ernest Rutherford. Dopo aver esaminato e studiato il loro rapporto, Rutherford predisse un diverso modello di atomo, noto come modello atomico di Rutherford.
Predisse che le particelle alfa che rimbalzavano direttamente dovevano essere entrate in collisione con una massa molto più pesante e che quella massa doveva essere positivamente carica. Si scoprì anche che alcune delle particelle alfa deviate non rimbalzarono, ma ebbero un angolo di deviazione molto ampio. Osservando diversi angoli di deviazione e il numero di particelle deviate con questi angoli, predisse che le particelle alfa positive erano influenzate da una carica positiva concentrata relativamente enorme. Affermò che le concentrazioni di massa e carica positiva sono nello stesso punto in un atomo e questo è al centro dell'atomo, chiamandolo nucleo dell'atomo. Affermò anche che, ad eccezione del nucleo centrale, tutto lo spazio nell'atomo è vuoto.
Dopo questo esperimento con il foglio d'oro, Rutherford diede un modello più realistico dell'atomo. Questo modello è anche chiamato Modello Atomico Nucleare o Modello Planetario dell'Atomo. Questo modello è stato dato nel 1911. Secondo il Modello Atomico di Rutherford, quasi tutta la massa di un atomo è concentrata in questo nucleo. Questo nucleo è positivamente carico e circondato da minuscole particelle leggere negativamente cariche, chiamate elettroni. Questi elettroni circolano intorno al nucleo nello stesso modo in cui i pianeti circolano intorno al sole nel sistema planetario. Per questo motivo, questo modello è anche chiamato Modello Planetario dell'Atomo.
Il raggio del nucleo è circa 10-13 cm. Il raggio del percorso circolare seguito dagli elettroni intorno al nucleo è circa 10-12 cm, che è maggiore del diametro di un elettrone. Il raggio dell'atomo è circa 10-8 cm. Pertanto, come un sistema planetario, l'atomo è anche di natura estremamente aperta, grazie alla quale può essere penetrato da particelle ad alta velocità di vario tipo. Il Modello Atomico Planetario di Rutherford è mostrato nella figura qui sotto-
Esiste una forza di attrazione tra il nucleo positivamente carico e gli elettroni negativamente carichi che viaggiano intorno al nucleo. Questa forza elettrostatica tra il nucleo positivamente carico e gli elettroni negativamente carichi è simile alla forza gravitazionale di attrazione tra il Sole e i pianeti che ruotano intorno al sole. La maggior parte di questo atomo planetario è spazio aperto, che non offre alcuna resistenza per il passaggio di piccole particelle positivamente cariche come le particelle alfa.
Il nucleo dell'atomo è molto piccolo, denso e positivamente carico, il che risulta nella dispersione delle particelle positivamente cariche. Questo fenomeno per la dispersione delle particelle alfa positivamente cariche da parte del nucleo positivamente carico, spiega la dispersione delle particelle alfa positivamente cariche dal foglio d'oro, come osservato da Ernest Rutherford. Il Modello Atomico di Ernest Rutherford riuscì a sostituire il modello atomico modello dei prugni nel budino di Thomson dato dal fisico inglese Sir J.J. Thomson.
Secondo il modello atomico di Ernest Rutherford, gli elettroni non sono attaccati alla massa dell'atomo. Gli elettroni sono o stazionari nello spazio o ruotano in percorsi circolari intorno al nucleo. Ma se gli elettroni sono stazionari, dovrebbero cadere nel nucleo a causa della forza di attrazione tra elettrone e nucleo. D'altra parte, se gli elettroni si muovono in un percorso circolare, allora secondo la teoria elettromagnetica, la carica accelerata dell'elettrone perderebbe continuamente la sua energia e finirebbe nel nucleo, come mostrato nella figura qui sotto. Il Modello Atomico di Rutherford non riesce a spiegare perché gli elettroni non cadono nel nucleo positivamente carico.
Pertanto, le deficienze del Modello Atomico di Rutherford possono essere descritte come segue-
Il modello atomico di Rutherford non spiega la distribuzione degli elettroni nelle orbite.
Il modello atomico di Rutherford non spiega la stabilità dell'atomo nel suo complesso.
Le suddette carenze del modello atomico di Rutherford furono superate dal Modello Atomico di Bohr (1913).
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