แบบจำลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด
เราทุกคนเคยเห็นลูกพลัมในขนมปังสอดไส้ แต่เดิมเชื่อกันว่าอิเล็กตรอนในอะตอมกระจายอยู่บนประจุบวกเหมือนลูกพลัมในขนมปังสอดไส้ กล่าวคือ ถือว่าประจุบวกกระจายอยู่ทั่วทั้งอะตอมและอิเล็กตรอนลบกระจายอยู่ไม่สม่ำเสมอบนประจุบวกนั้น เหมือนกับลูกพลัมในขนมปังสอดไส้ แนวคิดเกี่ยวกับโมเดลอะตอมนี้เรียกว่าโมเดลลูกพลัมในขนมปังสอดไส้ของอะตอม แนวคิดนี้ได้รับการแนะนำโดย J.J. Thomson ผู้ค้นพบอิเล็กตรอน นอกจากนี้ตามโมเดลลูกพลัมในขนมปังสอดไส้ ประจุบวกและประจุลบของอะตอมกระจายอยู่ทั่วทั้งร่างกายของอะตอมและไม่ควรมีมวลที่สะสมอยู่ในอะตอม
ในปี 1899 Ernest Rutherford จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ได้ค้นพบอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นไอออนฮีเลียมที่มีประจุบวกที่ปล่อยออกมาจากสารกัมมันตรังสีเช่นยูเรเนียม อนุภาคแอลฟานี้สร้างจุดสว่างเมื่อกระทบกับหน้าจอที่เคลือบด้วยซิงค์ซัลไฟด์ เมื่อไม่มีมวลที่สะสมอยู่ในอะตอม จึงคาดการณ์ว่าหากแผ่นฟอยล์โลหะบางๆ ถูกกระแทกด้วยอนุภาคแอลฟาที่มีประจุบวก แล้วอนุภาคแอลฟาทั้งหมดจะผ่านฟอยล์โดยไม่มีการเบี่ยงเบนมากนักในเส้นทางการเดินทางของตน
สนามไฟฟ้าขนาดเล็กที่พัฒนาขึ้นในอะตอมไม่สามารถส่งผลกระทบต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคได้มาก ดังนั้นจึงคาดการณ์ว่าอาจมีการเบี่ยงเบนน้อยกว่า 1o ในเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคแอลฟา การคาดการณ์นี้ทำให้ Ernest Rutherford ทำการทดลองเพื่อยืนยันโมเดลลูกพลัมในขนมปังสอดไส้ของอะตอม เขาสั่งให้นักวิทยาศาสตร์ร่วมงานของเขา Ernest Marsden และ Hans Geiger กระแทกฟอยล์โลหะบางๆ ด้วยอนุภาคแอลฟาเพื่อยืนยันการคาดการณ์นี้ ตามคำสั่ง Ernest Marsden และ Hans Geiger ทำการทดลองและสร้างประวัติศาสตร์ พวกเขาวางฟิล์มทองคำบางๆ ไว้หน้าปืนรังสีแอลฟา พวกเขายังวางหน้าจอซิงค์ซัลไฟด์รอบฟิล์มทองคำเพื่อสังเกตจุดสว่างเมื่ออนุภาคแอลฟากระทบกับหน้าจอ พวกเขาทำการทดลองในห้องมืด พวกเขาสังเกตว่าขณะทำการทดลอง อนุภาคแอลฟาผ่านฟิล์มและกระทบกับหน้าจอซิงค์ซัลไฟด์ด้านหลังฟิล์มตามที่คาดการณ์ไว้
แต่หลังจากนับจุดสว่างบนหน้าจอ พวกเขาพบผลที่ไม่คาดคิด อนุภาคแอลฟาทั้งหมดไม่ได้ผ่านฟอยล์ในทางตรงตามที่คาดการณ์ไว้ จำนวนน้อยมากของอนุภาคแอลฟาที่กระแทกฟอยล์ทองคำเปลี่ยนเส้นทางการเดินทางระหว่างผ่านฟอยล์ นอกจากนี้ยังมีจำนวนน้อยมากที่กระเด้งกลับไปยังแหล่งหรือปืนแอลฟา หลังจากการศึกษาผลการสังเกตอย่างละเอียด Ernest Marsden และ Hans Geiger ส่งรายงานให้ Ernest Rutherford หลังจากดูและศึกษารายงานของพวกเขา Rutherford คาดการณ์โมเดลใหม่ของอะตอม ซึ่งเป็นที่รู้จักในชื่อ โมเดลอะตอมของ Rutherford.
เขาคาดการณ์ว่าอนุภาคแอลฟาที่กระเด้งกลับมาโดยตรงต้องชนกับมวลที่หนักกว่ามากและมวลนั้นควรจะมีประจุบวก นอกจากนี้ยังพบว่าบางส่วนของอนุภาคแอลฟาที่เปลี่ยนทางไม่ได้กระเด้งกลับ แต่พวกมันมีมุมเบี่ยงเบนที่ใหญ่มาก โดยการสังเกตมุมเบี่ยงเบนที่แตกต่างกันและจำนวนอนุภาคที่เบี่ยงเบนด้วยมุมเหล่านั้น เขาคาดการณ์ว่าอนุภาคแอลฟาที่มีประจุบวกยังได้รับอิทธิพลจากประจุบวกที่สะสมอยู่อย่างมาก เขาบอกว่าความเข้มข้นของมวลและประจุบวกอยู่ในที่เดียวกันภายในอะตอมและอยู่ที่ศูนย์กลางของอะตอม เขาเรียกสิ่งนี้ว่าแกนกลางของอะตอม เขายังระบุด้วยว่านอกเหนือจากแกนกลาง ทั้งหมดในอะตอมเป็นพื้นที่ว่าง
หลังจากการทดลองฟอยล์ทองคำ Rutherford ได้ให้โมเดลอะตอมที่สมจริงมากขึ้น โมเดลนี้ยังเรียกว่า โมเดลอะตอมแบบนิวเคลียส หรือ โมเดลอะตอมแบบระบบสุริยะ โมเดลนี้ได้รับการเสนอในปี 1911 ตาม โมเดลอะตอมของ Rutherford มวลเกือบทั้งหมดของอะตอมถูกสะสมอยู่ในนิวเคลียสนี้ นิวเคลียสนี้มีประจุบวกและถูกรายล้อมด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่มีประจุลบ ซึ่งเรียกว่าอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้โคจรรอบนิวเคลียสในลักษณะเดียวกับที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะ ด้วยเหตุนี้โมเดลนี้จึงเรียกว่า โมเดลอะตอมแบบระบบสุริยะ เช่นกัน
รัศมีของนิวเคลียสถูกประมาณไว้ที่ 10-13 ซม รัศมีของวงโคจรที่อิเล็กตรอนเดินทางรอบนิวเคลียสประมาณ 10-12 ซม ซึ่งมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กตรอน รัศมีของอะตอมประมาณ 10-8 ซม ดังนั้น คล้ายกับระบบสุริยะ อะตอมมีโครงสร้างที่เปิดกว้างมาก ทำให้อนุภาคความเร็วสูงหลายชนิดสามารถทะลุผ่านได้ โมเดลอะตอมแบบระบบสุริยะของ Rutherford แสดงในภาพด้านล่าง-
แรงดึงดูดมีอยู่ระหว่างนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบและเคลื่อนที่รอบนิวเคลียส แรงไฟฟ้าสถิตระหว่างนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบคล้ายกับแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ส่วนใหญ่ของอะตอมแบบระบบสุริยะเป็นพื้นที่ว่าง ซึ่งไม่ได้ขัดขวางการผ่านของอนุภาคที่มีประจุบวกเล็กๆ เช่น อนุภาคแอลฟา
นิวเคลียสของอะตอมมีขนาดเล็ก หนาแน่น และมีประจุบวก ทำให้อนุภาคที่มีประจุบวกกระจายตัว ปรากฏการณ์การกระจายตัวของอนุภาคแอลฟาที่มีประจุบวกโดยนิวเคลียสที่มีประจุบวก สามารถอธิบายการกระจายตัวของอนุภาคแอลฟาที่มีประจุบวกโดยฟอยล์ทองคำที่สังเกตโดย Ernest Rutherford โมเดลอะตอมของThomson’s Plum Pudding model ที่ได้รับการเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Sir J.J. Thomson ได้ถูกแทนที่ด้วยโมเดลอะตอมของ Ernest Rutherford
ตามโมเดลอะตอมของ Ernest Rutherford อิเล็กตรอนไม่ได้ติดอยู่กับมวลของอะตอม อิเล็กตรอนอาจจะอยู่นิ่งในพื้นที่หรือหมุนเวียนในวงโคจรรอบนิวเคลียส แต่หากอิเล็กตรอนอยู่นิ่ง พวกมันจะต้องตกลงไปยังนิวเคลียสเนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียส หากอิเล็กตรอนกำลังเคลื่อนที่ในวงโคจร ตามทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าที่เร่งความเร็วของอิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานอย่างต่อเนื่องและจะลงสู่นิวเคลียส ดังแสดงในภาพด้านล่าง โมเดลอะตอมของ Rutherford ไม่สามารถอธิบายว่าทำไมอิเล็กตรอนไม่ตกลงไปยังนิวเคลียสที่มีประจุบวก
ดังนั้น ข้อบกพร่องของโมเดลอะตอมของ Rutherford สามารถอธิบายได้ดังนี้-
โมเดลอะตอมของ Rutherford ไม่สามารถอธิบายการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในวงโคจร
โมเดลอะตอมของ Rutherford ไม่สามารถอธิบายความเสถียรของอะตอม โดยรวม
ข้อบกพร่องดังกล่าวของ โมเดลอะตอมของ Rutherford ได้ถูกแก้ไขโดยโมเดลอะตอมของ Bohr (1913).
คำแถลง: ให้ความเคารพต่อเนื้อหาเดิม บทความที่ดีควรแบ่งปัน หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ
