Rutherfordov model atoma

Vsi smo videli slive v pudingu. Prej se je mislilo, da so elektroni v atomu razporejeni na pozitivnem nabiju, podobno kot slive v pudingu. Z drugimi besedami, menili so, da pozitiven nabij obstaja skozi cel atom in negativni elektroni so neenakomerno razporejeni na njem, podobno kot slive v pudingu. Ta koncept atomskega modela je znan tudi kot model sliv v pudingu. Ta koncept je vpeljal J.J. Thomson, ki je bil tudi odkritelj elektronov. Po tem modelu sliv v pudingu so pozitivni in negativni nabiji atoma razporejeni skozi telo atoma in ne sme biti nobena koncentrirana masa v atomu.
Leta 1899 je Ernest Rutherford s Univerze v Manchesterju odkril alfa delce, ki so pozitivno nabiti helium joni, izraženi iz radioaktivnih snovi, kot je uran. Ti alfa delci ustvarijo svetle pike, ko stigneta na zink sulfidno premazano zaslon. Ker ni nobene koncentrirane mase v atomu, je bilo predvideno, da če bi tanko metalno folijo bombardirali z pozitivno nabiti alfa delci, bi vsi takšni alfa delci prešli skozi folijo brez velike odbočitve v svoji potovanjski poti.

Majhen električni polje, ki se oblikuje v atomih, ne more veliko vplivati na gibanje delca. Zato je bilo predvideno, da bo manj kot 1o odbočitev v poti gibanja alfa delcev. To predvidenje je vodilo Ernesta Rutherforda k poskusom za preverjanje modela sliv v pudingu. Naročil je svojega kolega Ernesta Marsdena in Hansa Geigera, da bi bombardirali tanko metalno folijo z alfa delci, da bi preverili to predvidenje. Kot je bilo naročeno, sta Ernest Marsden in Hans Geiger izvedla poskus in naredila zgodovino. Postavila sta zelo tanko zlat film pred alfa žarkovnik. Okoli zlatega filma sta postavila tudi zink sulfidno zaslon, da bi opazovala svetle pike, ko bi alfa delci stikali z njim. Poskus sta izvedla v temnici. Opazila sta, da alfa delci, kot je bilo predvideno, prehajajo skozi film in stikajo z zink sulfidnim zaslonom za filmom.

A po štetju svetlih pik na zaslonu so ugotovili nenavadni rezultat. Vse alfa delce niso prešli skozi folijo ravno, kot je bilo pričakovano. Zelo majhen delež bombardiranih alfa delcev je spremenil svojo pot med prehodom skozi zlati film. Ne le, da so se delci odmaknili od svoje poti, ampak tudi zelo malo jih je neposredno odbojilo nazaj proti viru ali alfa žarkovniku. Po podrobnem študiju opazovanj sta Ernest Marsden in Hans Geiger podala poročilo Ernestu Rutherfordu. Po pregledu in študiju njunega poročila je Rutherford predvidel drugačen model atoma, ki se imenuje Rutherfordov model atoma.

Predvidel je, da alfa delci, ki so se neposredno odbojili nazaj, morajo biti stekli z neko veliko maso in ta masa mora biti pozitivno nabita. Prav tako so ugotovili, da nekateri odbojeni alfa delci niso odbojili nazaj, ampak so imeli zelo velik kot odbočitve. S spremljanjem različnih kotov odbočitve in števila delcev, ki so se odbojili s temi koti, je predvidel, da pozitivni alfa delci tudi vplivajo na primerljivo velik koncentriran pozitivni nabij. Trdil je, da so koncentracije mase in pozitivnega nabija na istem mestu v atomu in to je v središču atoma, kar je poimenoval atomic nucleus. Prav tako je trdil, da je, razen centralnega jedra, cel prostor v atomu prazen.

Po tem poskusu z zlatim filmom je Rutherford dal bolj realističen model atoma. Ta model se imenuje tudi Jedrski model atoma ali Planetarni model atoma. Ta model je bil podan leta 1911. Po Rutherfordovemu modelu atoma, je skoraj vse mase atoma koncentrirana v tem jedru. To jedro je pozitivno nabito in je okoli njega majhne lahke negativno nabite delce, ki se imenujejo elektroni. Ti elektroni cirkulirajo okoli jedra na enak način, kot planete cirkulirajo okoli sonca v planetarnem sistemu. Zaradi tega se ta model tudi nanaša kot Planetarni model atoma.

Polmer jedra je približno 10-13 cm. Polmer krožnice, po kateri elektroni cirkulirajo okoli jedra, je približno 10-12 cm, kar je večje od premera elektrona. Polmer atoma je približno 10-8 cm. Tako je, podobno kot planetarni sistem, atom tudi zelo odprt, zaradi česar ga lahko prebodejo visoko hitri delci različnih vrst. Rutherfordov Planetarni model atoma je prikazan na naslednji sliki-

Med pozitivno nabitim jedrom in negativno nabitemi elektroni, ki cirkulirajo okoli jedra, obstaja sila privlačnosti. Ta elektrostatična sila med pozitivno nabitim jedrom in negativno nabitemi elektroni je podobna gravitacijski sili privlačnosti med Soncem in planeti, ki cirkulirajo okoli Sonca. Večina te planetarne atoma je odprti prostor, ki ne ponuja nobenega upora za prehod pozitivno nabityh majhnih delcev, kot so alfa delci.
Jedro atoma je zelo majhno, gostoto in pozitivno nabito, kar vodi do razprševanja pozitivno nabityh delcev. Ta fenomen razprševanja pozitivno nabityh alfa delcev s pozitivno nabitim jedrom, razloži razprševanje pozitivno nabityh alfa delcev s zlatim filmom, kot je opazil Ernest Rutherford. Ernest Rutherfordov model atoma je uspel zamenjati model atoma Thomsonov model sliv v pudingu, ki ga je podal angleški fizik Sir J.J. Thomson.

Po Ernestu Rutherfordovem modelu atoma, elektroni niso povezani z maso atoma. Elektroni so bodisi stacionarni v prostoru ali pa krožijo po krožnicah okoli jedra. Če so elektroni stacionarni, morali bi padati v jedro zaradi sile privlačnosti med elektronom in jedrom. Na drugi strani, če se elektroni gibljejo po krožnicah, potem po elektromagnetni teoriji, bi se nabiti elektron neprestano izgubljal energijo in bi padal v jedro, kot je prikazano na naslednji sliki Rutherfordov model atoma ne more razložiti, zakaj elektroni ne padajo v pozitivno nabito jedro.

Tako so pomanjkljivosti Rutherfordovega modela atoma lahko opisane kot sledi-

1. Rutherfordov model atoma ne razloži razporeditve elektronov v orbitah.

2. Rutherfordov model atoma ne razloži stabilnosti atoma kot celote.

Navedene pomanjkljivosti Rutherfordovega modela atoma so bile premostite z Bohrjevim modelom atoma (1913).

Izjava: Spoštujte izvirnike, dobre članke je vredno deliti, če je kršenje avtorskih pravic, prosim kontaktirajte za odstranitev.