Model atomowy Rutherforda

Wszyscy widzieliśmy śliwki w pudingu. Dawniej sądzono, że elektrony w atomie są rozłożone na ładunku dodatnim podobnie jak śliwki w puddingu. Innymi słowy, sądzono, że ładunek dodatni istnieje w całym atomie, a ujemne elektrony są nierównomiernie rozmieszczone na nim, podobnie jak śliwki w puddingu. Ten model atomu jest znany jako model śliwek w puddingu. Ten koncept został wprowadzony przez J.J. Thomsona, który był również odkrywcą elektronów. Zgodnie z modelem śliwek w puddingu, ładunki dodatnie i ujemne atomu są rozłożone w całym ciele atomu i nie powinno być żadnej skoncentrowanej masy w atomie.
W 1899 roku Ernest Rutherford z Uniwersytetu w Manchesterze odkrył cząstki alfa, które są dodatnio naładowanymi jonami helu emitowanymi z promieniotwórczych substancji, takich jak uran. Te cząstki alfa tworzą jasne plamy, gdy uderzają w ekran pokryty siarczkiem cynku. Ponieważ nie ma skoncentrowanej masy w atomie, przewidywano, że jeśli cienka metalowa folia zostanie bombardowana dodatnio naładowanymi cząstkami alfa, to wszystkie te cząstki przejdą przez folię bez znacznej odchylenia w swojej ścieżce podróżowania.

Małe pole elektryczne wytworzone w atomach nie może znacząco wpłynąć na ruch cząstki. Przewidywano zatem, że może być mniej niż 1o odchylenie w ścieżce ruchu cząstek alfa. To przewidywanie zainspirowało Ernesta Rutherforda do przeprowadzenia eksperymentów, aby zweryfikować model śliwek w puddingu atomu. Instruował on swojego współpracownika Ernesta Marsdena i Hansa Geigera, aby bombardowali cienką metalową folię cząstkami alfa, aby zweryfikować to przewidywanie. Zgodnie z instrukcjami, Ernest Marsden i Hans Geiger przeprowadzili eksperyment, który wszedł do historii. Umieścili bardzo cienką warstwę złota przed pistoletem do cząstek alfa. Ustawili także ekran pokryty siarczkiem cynku otaczający warstwę złota, aby obserwować jasne plamy, gdy cząstki alfa uderzały w niego. Eksperyment przeprowadzili w ciemnym pokoju. Obserwowali, że, jak przewidywano, cząstki alfa przechodzą przez warstwę i uderzają w ekran siarczku cynku za warstwą.

Ale po policzeniu jasnych plam na ekranie odkryli nieoczekiwany wynik. Wszystkie cząstki alfa nie przeszły przez folię w prosty sposób, jak przewidywano. Bardzo niewielki procent bombardowanych cząstek alfa zmienił swoją drogę podróży podczas przechodzenia przez warstwę złota. Nie tylko cząstki odchyliły się ze swojej drogi, ale też niektóre z nich bezpośrednio odbiły się w kierunku źródła lub pistoletu do cząstek alfa. Po szczegółowej analizie obserwacji, Ernest Marsden i Hans Geiger złożyli raport Ernestowi Rutherfordowi. Po zapoznaniu się i studiowaniu ich raportu, Rutherford przewidział inny model atomu, który jest znany jako model atomu Rutherforda.

Przewidział, że cząstki alfa, które bezpośrednio odbiły się, musiały zderzyć się z jakąś znacznie cięższą masą, a ta masa powinna być dodatnio naładowana. Stwierdzono również, że niektóre z odchylonych cząstek alfa nie odbiły się, ale miały bardzo duży kąt odchylenia. Obserwując różne kąty odchylenia i liczbę cząstek odchylonych pod tymi kątami, przewidział, że dodatnie cząstki alfa są również wpływane przez porównywalnie ogromny skoncentrowany ładunek dodatni. Stwierdził, że skupienia masy i ładunku dodatniego są w tym samym miejscu w atomie, a to jest w centrum atomu, i nazwał to jądrem atomu. Stwierdził również, że oprócz centralnego jądra, cała przestrzeń w atomie jest pusta.

Po tym eksperymencie z warstwą złota, Rutherford przedstawił bardziej realistyczny model atomu. Ten model jest również nazywany Nuklearnym Modelem Atomu lub Planetarnym Modelem Atomu. Ten model został przedstawiony w 1911 roku. Zgodnie z Modelem Atomu Rutherforda, prawie cała masa atomu jest skoncentrowana w tym jądrze. To jądro jest dodatnio naładowane i otoczone jest małymi, lekkimi, ujemnie naładowanymi cząstkami, które nazywają się elektrony. Te elektrony krążą wokół jądra w taki sam sposób, jak planety krążą wokół słońca w układzie planetarnym. Dlatego ten model jest również nazywany Planetarnym Modelem Atomu.

Promień jądra wynosi około 10-13 cm. Promień okrągłej ścieżki, którą elektrony krążą wokół jądra, wynosi około 10-12 cm, co jest większe od średnicy elektronu. Promień atomu wynosi około 10-8 cm. Tak więc, podobnie jak układ planetarny, atom również jest wyjątkowo otwarty, co pozwala na penetrację przez wysokoprędkowe cząstki różnego rodzaju. Planetarny Model Atomu Rutherforda przedstawiony jest na poniższym rysunku-

Istnieje siła przyciągania między dodatnio naładowanym jądrem a ujemnie naładowanymi elektronami krążącymi wokół jądra. Ta elektrostatyczna siła między dodatnio naładowanym jądrem a ujemnie naładowanymi elektronami jest podobna do siły grawitacyjnej przyciągania między Słońcem a planetami krążącymi wokół słońca. Większa część tego planetarnego atomu to pusta przestrzeń, która nie oferuje żadnego oporu dla przechodzenia małych, dodatnio naładowanych cząstek, takich jak cząstki alfa.
Jądro atomu jest bardzo małe, gęste i dodatnio naładowane, co powoduje rozpraszanie dodatnio naładowanych cząstek. To zjawisko rozpraszania dodatnio naładowanych cząstek alfa przez dodatnio naładowane jądro wyjaśnia rozpraszanie dodatnio naładowanych cząstek alfa przez warstwę złota, jak zaobserwowano przez Ernesta Rutherforda. Model Atomu Ernesta Rutherforda zastąpił model atomu Thomsona (model śliwek w puddingu) podany przez angielskiego fizyka Sir J.J. Thomsona.

Zgodnie z modelem atomu Ernesta Rutherforda, elektrony nie są przyłączone do masy atomu. Elektrony są albo nieruchome w przestrzeni, albo poruszają się po okrągłych ścieżkach wokół jądra. Ale jeśli elektrony są nieruchome, musiałyby spaść do jądra z powodu siły przyciągania między elektronem a jądrem. Z drugiej strony, jeśli elektrony poruszają się po okrągłych ścieżkach, to zgodnie z teorią elektromagnetyczną, przyspieszony ładunek elektronu ciągle traciłby energię i spadał do jądra, jak pokazano na poniższym rysunku. Model Atomu Rutherforda nie wyjaśnia, dlaczego elektrony nie spadają do dodatnio naładowanego jądra.

Tak więc, niedostatki modelu atomu Rutherforda można opisać następująco-

1. Model atomu Rutherforda nie wyjaśnia rozkładu elektronów w orbitach.

2. Model atomu Rutherforda nie wyjaśnia stabilności atomu jako całości.

Powyższe wady modelu atomu Rutherforda zostały przezwyciężone przez Model Atoma Bohra (1913).

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić się, jeśli dochodzi do naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.