रदरफोर्ड अणुसंरचना मॉडल

सबैले पदार्थमा बुटको भाँडामा देखिएका छन्। पहिलो गर्न मानिन्थ्यो कि परमाणुमा इलेक्ट्रानहरू पदार्थको भाँडामा जस्तै वितरण गरिएका छन्। अन्य शब्दहरूमा, यो मानिन्थ्यो कि परमाणुभित्र धनात्मक आवेश समग्र रूपमा रहेको छ र ऋणात्मक इलेक्ट्रानहरू उसको ऊपर असमान रूपमा वितरित छन् जस्तै बुटको भाँडामा। यो परमाणु मॉडेलको अवधारणा बुटको भाँडा मॉडेलको रूपमा जानिन्छ। यो अवधारणा J.J.थमसनले प्रस्तुत गरेका थिए जो इलेक्ट्रानको आविष्कारक पनि थिए। जस्तै बुटको भाँडा मॉडेलमा, परमाणुको धनात्मक र ऋणात्मक आवेशहरू परमाणुको शरीर भित्र वितरित छन् र परमाणुमा कुनै एकत्रित द्रव्य नहुनुपर्दछ।
१८९९ मा, मानचेस्टर विश्वविद्यालयको आर्नेस्ट रदरफोर्डले यूरेनियम जस्ता रेडियोएक्टिभ पदार्थबाट निकल्ने धनात्मक आवेशित हेलियम आयनहरू (अल्फा कणहरू) खोजेका थिए। यी अल्फा कणहरू जिंक सल्फाइड लेपित स्क्रिनमा प्रहार गर्दा चमकिलो धागा बनाउँछन्। यदि परमाणुमा कुनै एकत्रित द्रव्य नहुनुपर्दछ, भने यो अनुमान गरिएको थियो कि यदि एउटा पतलो धातुको फोइललाई धनात्मक आवेशित अल्फा कणहरूले आघात गर्ने भए, तब सबै अल्फा कणहरू फोइल भित्र गरिपर्दिने थिए र उनको यात्रा पथमा धेरै विक्षेपन नहुनेहो।

परमाणुभित्र विकसित छोटो विद्युत क्षेत्र परिकणको गति धेरै प्रभाव नगर्न सक्छ। त्यसैले यो अनुमान गरिएको थियो कि अल्फा कणहरूको गति पथमा १° भन्दा कम विक्षेपन हुन सक्छ। यो अनुमान आर्नेस्ट रदरफोर्डलाई बुटको भाँडा मॉडेल परीक्षण गर्ने अनुसंधान गर्ने प्रेरणा दिएको थियो। उनले आफ्नो साथी वैज्ञानिक आर्नेस्ट मार्स्डन र हान्स गाइगरलाई अल्फा कणहरूले एउटा पतलो धातुको फोइल आघात गर्ने आदेश दिएका थिए। आदेशमा अनुसार, आर्नेस्ट मार्स्डन र हान्स गाइगरले एक प्रयोग गरे र इतिहास बनाए। उनले अल्फा किरण गनको आगे एउटा धेरै पतलो सुनाउको फिल्म राखे। उनले सुनाउको फिल्मको आसपास एउटा जिंक सल्फाइड स्क्रिन राखे र अल्फा कणहरूले फिल्ममा प्रहार गर्दा स्क्रिनमा चमकिलो धागा देख्ने लागे। उनले अन्धको घरमा यो प्रयोग गरे। उनले प्रयोगमा देख्यो कि अनुमानमा अनुसार, अल्फा कणहरू फिल्म पार गर्दै र फिल्मको पछाडि जिंक सल्फाइड स्क्रिनमा प्रहार गर्दै छन्।

तर स्क्रिनमा चमकिलो धागा गणना गर्दा उनले अप्रत्याशित नतिजा पाए। सबै अल्फा कणहरूले फोइल पार गर्दा अनुमानमा अनुसार सीधा गर्दै नहुनुभयो। धेरै सानो प्रतिशत अल्फा कणहरूले सुनाउको फोइल पार गर्दा उनको यात्रा पथ बदले। यी कणहरूले त्यहाँ गर्दा उनको रास्ता बदले गरी नहुनुभयो, तर धेरै सानो भागले अल्फा गन वा स्रोतको दिशामा प्रत्यक्ष बाउन्स गरे। देखिएको बारेमा विस्तृत अध्ययन गर्दा, आर्नेस्ट मार्स्डन र हान्स गाइगरले आर्नेस्ट रदरफोर्डलाई एउटा रिपोर्ट पेश गरे। रिपोर्ट देख्दा र अध्ययन गर्दा रदरफोर्डले एउटा अन्य विधिले परमाणुको मॉडेल अनुमान गरे, जसलाई रदरफोर्डको परमाणु मॉडेल भनिन्छ।

उनले अनुमान गरे कि त्यही अल्फा कणहरूले जसले प्रत्यक्ष बाउन्स गरे त्यही धेरै भारी द्रव्यसँग टक्कर भएको हुनुपर्छ र त्यो द्रव्य धनात्मक आवेशित हुनुपर्छ। यो पनि पाइयो कि केही विक्षेपित अल्फा कणहरूले बाउन्स गरेन तर उनीहरूले धेरै ठूलो कोण विक्षेपन गरे। विक्षेपनको विभिन्न कोणहरू र उन कोणहरूमा विक्षेपित भएका कणहरूको संख्या देख्दा उनले अनुमान गरे कि धनात्मक अल्फा कणहरू तुलनात्मक रूपमा ठूलो एकत्रित धनात्मक आवेशद्वारा प्रभावित भएका छन्। उनले बयान गरे कि परमाणुमा द्रव्य र धनात्मक आवेशको सान्द्रण एकै स्थानमा रहेको छ र यो परमाणुको केन्द्रमा रहेको छ र उनले यसलाई परमाणुको नाभिक भनेर राखे। उनले पनि बयान गरे कि नाभिक बाहिरको नाभिक भित्र सबै ठाउँ खाली छ।

यो सुनाउको फोइल प्रयोगपछि, रदरफोर्डले परमाणुको अधिक वास्तविक मॉडेल दिए। यो मॉडेललाई नाभिकीय परमाणु मॉडेल वा परमाणुको ग्रहीय मॉडेल भनिन्छ। यो मॉडेल १९११ मा दिएको थियो। रदरफोर्डको परमाणु मॉडेल अनुसार, परमाणुको त्यो नाभिकमा लगभग सबै द्रव्य सान्द्रित छ। यो नाभिक धनात्मक आवेशित छ र यसको चारिदिश छोटो, हल्को ऋणात्मक आवेशित कणहरू, जसलाई इलेक्ट्रान भनिन्छ, घेरे छन्। यी इलेक्ट्रानहरू ग्रहीय प्रणालीमा ग्रहहरू धेरै जस्तै सूर्यको चारिदिश घूम्दछन्। यसकले यो मॉडेललाई परमाणुको ग्रहीय मॉडेल भनिन्छ।

नाभिकको त्रिज्या लगभग १०-13 सेमी छ। इलेक्ट्रानहरूले नाभिकको चारिदिश घूम्दा यात्रा गर्ने वृत्ताकार मार्गको त्रिज्या लगभ १०-12 सेमी छ जसले इलेक्ट्रानको व्यास बढी छ। परमाणुको त्रिज्या लगभग १०-8 सेमी छ। यसरी, ग्रहीय प्रणाली जस्तै, परमाणु अत्यधिक खुला स्वरूपको हुनुपर्छ, जसले विभिन्न प्रकारका उच्च गतिका कणहरूले प्रवेश गर्न सक्छ। रदरफोर्डको ग्रहीय परमाणु मॉडेल निम्न चित्रमा देखाइएको छ-

धनात्मक आवेशित नाभिक र नाभिकको चारिदिश घूम्दा यात्रा गर्ने ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रानहरू बीच एउटा आकर्षण शक्ति छ। यो धनात्मक आवेशित नाभिक र ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रानहरू बीचको विद्युतस्थैतिक शक्ति सूर्य र उसको चारिदिश घूम्दा ग्रहहरू बीचको गुरुत्वाकर्षण शक्तिजस्तै छ। यस ग्रहीय परमाणुको धेरै भाग खुला अवकाश छ, जसले धनात्मक आवेशित छोटो कणहरू जस्तै अल्फा कणहरूको प्रवेश गर्ने लागि कुनै प्रतिरोध प्रदान गर्दैन।
परमाणुको नाभिक धेरै सानो, घन र धनात्मक आवेशित छ जसले धनात्मक आवेशित कणहरूको विक्षेपन गर्छ। यो घटना धनात्मक आवेशित अल्फा कणहरूलाई धनात्मक आवेशित नाभिकद्वारा विक्षेपन गर्ने लागि, जसले अर्नेस्ट रदरफोर्डले देखेको सुनाउको फोइलद्वारा अल्फा कणहरूको विक्षेपन व्याख्या गर्छ। आर्नेस्ट रदरफोर्डको परमाणु मॉडेल अंग्रेजी भौतिकशास्त्री सर जे.जे.थमसनद्वारा दिएको थमसनको बुटको भाँडा मॉडेल परिवर्तन गर्न सफल भयो।

आर्नेस्ट रदरफोर्डको परमाणु मॉडेल अनुसार, इलेक्ट्रानहरू परमाणुको द्रव्यसँग जोडिएका छैनन्। इलेक्ट्रानहरू अवकाशमा अस्थिर छन् वा नाभिकको चारिदिश वृत्ताकार मार्गमा घूम्छन्। तर यदि इलेक्ट्रानहरू अस्थिर छन् भने नाभिक र इलेक्ट्रान बीचको आकर्षण शक्तिले उनीहरूले नाभिकमा गिर्नुपर्छ। यसको विपरीत यदि इलेक्ट्रानहरू वृत्ताकार मार्गमा गतिशील छन्, भने विद्युत चुम्बकीय सिद्धान्त अनुसार, इलेक्ट्रानको त्वरित आवेश लगातार ऊर्जा गुमाउँदै रहनुपर्छ र नाभिकमा गिर्नुपर्छ जस्तै निम्न चित्रमा देखाइएको छ रदरफोर्ड परमाणु मॉडेल यो व्याख्या गर्न सक्दैन कि इलेक्ट्रानहरू धनात्मक आवेशित नाभिकमा किन गिर्नुहुन्छन्।