Rutherford Atommodel
We hebben allemaal pruimen in de vulling gezien. Vroeger werd gedacht dat elektronen in een atoom verspreid zijn op positieve lading, net zoals pruimen in een pudding. Met andere woorden, men dacht dat positieve lading door het hele atoom bestond en negatieve elektronen ongelijkmatig op deze lading verdeeld waren, net zoals pruimen in een pudding. Dit concept van het atoommodel staat bekend als het 'pruimen in de pudding'-model van atomen. Dit concept werd geïntroduceerd door J.J. Thomson, die ook de ontdekker van elektronen was. Volgens het pruimen in de pudding model, zijn de positieve en negatieve ladingen van een atoom door het hele lichaam van het atoom verspreid en er mag geen geconcentreerde massa in een atoom zijn.
In 1899 ontdekte Ernest Rutherford van de Universiteit van Manchester alfa-deeltjes, die positief geladen helium-ionen zijn die uit radioactieve stoffen zoals uranium worden uitgestoten. Deze alfa-deeltjes creëren heldere vlekken wanneer ze op een zink-sulfaat bekleed scherm treffen. Aangezien er geen geconcentreerde massa in een atoom is, werd voorspeld dat als een dun metalen folie wordt gebombardeerd met positief geladen alfa-deeltjes, dan zouden alle dergelijke alfa-deeltjes het folie doorgaan zonder veel afbuiging in hun reisroute.
Het kleine elektrisch veld dat in de atomen ontstaat, kan de beweging van het deeltje niet veel beïnvloeden. Dus werd voorspeld dat er minder dan 1o afbuiging in de baan van de alfa-deeltjes zou zijn. Deze voorspelling inspireerde Ernest Rutherford om experimenten uit te voeren om het 'pruimen in de pudding'-model van atomen te verifiëren. Hij gaf zijn collega-wetenschappers Ernest Marsden en Hans Geiger instructies om een dun metalen folie te bombarderen met alfa-deeltjes om deze voorspelling te verifiëren. Zoals opgedragen, voerden Ernest Marsden en Hans Geiger een experiment uit en maakten geschiedenis. Ze plaatsten een zeer dun goudfolie voor een alfaraygeweer. Ze plaatsten ook een zink-sulfaat scherm rondom het goudfolie om de heldere vlekken op het scherm te observeren wanneer de alfa-deeltjes het raken. Ze voerden het experiment uit in een donkere kamer. Tijdens het experiment observeerden ze dat, zoals voorspeld, de alfa-deeltjes het folie doorkruisten en het zink-sulfaat scherm achter het folie raakten.
Maar na het tellen van de heldere vlekken op het scherm vonden ze een onverwacht resultaat. Niet alle alfa-deeltjes doorkruisten het folie op de verwachte rechte manier. Een klein percentage van de gebombardeerde alfa-deeltjes veranderde tijdens het doorkruisen van het goudfolie hun reisroute. Niet alleen werden de deeltjes van hun weg afgeleid, maar sommige stuitten zelfs direct terug naar de bron of het alfa-geweer. Na een gedetailleerde studie van de observatie, presenteerden Ernest Marsden en Hans Geiger een rapport aan Ernest Rutherford. Na het bekijken en bestuderen van hun rapport voorspelde Rutherford een ander model van een atoom, dat bekend staat als het Rutherford-atoommodel.
Hij voorspelde dat de alfa-deeltjes die rechtstreeks terugstuitten, moesten zijn gebotst met een veel zwaardere massa en dat deze massa positief geladen moest zijn. Het werd ook gevonden dat sommige afgeweken alfa-deeltjes niet terugstuitten, maar een zeer grote hoek van afwijking hadden. Door verschillende hoeken van afwijking en het aantal deeltjes dat met deze hoeken afgeweken was, voorspelde hij dat de positieve alfa-deeltjes ook beïnvloed werden door een relatief enorme geconcentreerde positieve lading. Hij stelde dat de concentraties van massa en positieve lading op dezelfde plaats in een atoom zijn en dat dit in het midden van het atoom is, en hij noemde dit de kern van het atoom. Hij stelde ook dat, behalve de centrale kern, de hele ruimte in het atoom leeg is.
Na dit goudfolie-experiment gaf Rutherford een realistischer model van een atoom. Dit model staat ook bekend als het Nucleair Atoommodel of Planeetmodel van het Atoom. Dit model werd in 1911 gegeven. Volgens het Rutherfords Atoommodel, is bijna alle massa van een atoom geconcentreerd in deze kern. Deze kern is positief geladen en wordt omringd door kleine, licht, negatief geladen deeltjes, die elektronen worden genoemd. Deze elektronen cirkelen rond de kern op dezelfde manier als planeten rond de zon cirkelen in het planetenstelsel. Daarom wordt dit model ook wel het Planeetmodel van het Atoom genoemd.
De straal van de kern is ongeveer 10-13 cm. De straal van de cirkelvormige baan die elektronen rond de kern afleggen, is ongeveer 10-12 cm, wat groter is dan de diameter van een elektron. De straal van het atoom is ongeveer 10-8 cm. Dus, net als in een planeetstelsel, is het atoom ook uiterst open, waardoor het door hooggesnelde deeltjes van verschillende soorten kan worden doordrongen. Het Rutherfords Planeetmodel van het Atoom wordt weergegeven in de onderstaande figuur-
Er bestaat een aantrekkende kracht tussen de positief geladen kern en de negatief geladen elektronen die rond de kern cirkelen. Deze elektrostatische kracht tussen de positief geladen kern en de negatief geladen elektronen is vergelijkbaar met de gravitatiekracht tussen de zon en de planeten die om de zon cirkelen. Het grootste deel van dit planeetachtige atoom is open ruimte, die geen weerstand biedt voor het passeren van positief geladen kleine deeltjes zoals alfa-deeltjes.
De kern van het atoom is zeer klein, dicht en positief geladen, wat resulteert in de verstrooiing van positief geladen deeltjes. Dit fenomeen van de verstrooiing van positief geladen alfa-deeltjes door de positief geladen kern, verklaart de verstrooiing van positief geladen alfa-deeltjes door het goudfolie zoals geobserveerd door Ernest Rutherford. Het Ernest Rutherford Atomic Model wist het atoommodel van Thomson’s Plum Pudding model, gegeven door de Engelse natuurkundige Sir J.J. Thomson, te vervangen.
Volgens het Ernest Rutherford’s atoommodel, zijn de elektronen niet verbonden met de massa van het atoom. De elektronen zijn ofwel stationair in de ruimte of draaien in cirkelvormige banen rond de kern. Maar als de elektronen stationair zijn, moeten ze door de aantrekkende kracht tussen elektron en kern naar de kern vallen. Aan de andere kant, als de elektronen in een cirkelbaan bewegen, dan volgens de elektromagnetische theorie, zou de versnelde lading van het elektron continu energie verliezen en zou het in de kern vallen, zoals getoond in de onderstaande figuur. Het Rutherford Atomic Model slaagt er niet in te verklaren waarom elektronen niet in de positief geladen kern vallen.
Dus, de tekortkomingen van het Rutherford’s Atomic model kunnen als volgt worden beschreven-
Het Rutherford’s atoommodel legt niet uit hoe de elektronen in de banen zijn verdeeld.
Het Rutherford’s atoommodel legt niet uit hoe de stabiliteit van het atoom als geheel is.
De bovenstaande nadelen van het Rutherford’s atoommodel werden overwonnen door het Bohr’s Atoommodel (1913).
Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de elkaar waard om te delen, indien er een inbreuk is contacteer dan voor verwijdering.
