Mô hình nguyên tử Rutherford
Chúng ta đều đã thấy quả mận trong bột pudding. Trước đây, người ta cho rằng electron trong nguyên tử được phân bố trên điện tích dương giống như quả mận trong pudding. Nói cách khác, người ta cho rằng điện tích dương tồn tại khắp nguyên tử và electron âm được phân bố không đồng đều trên nó giống như quả mận trong pudding. Khái niệm về mô hình nguyên tử này được gọi là mô hình mận trong pudding của nguyên tử. Khái niệm này được giới thiệu bởi J.J. Thomson, người cũng là người phát hiện ra electron. Theo mô hình mận trong pudding, điện tích dương và âm của nguyên tử được phân bố khắp cơ thể nguyên tử và không có khối lượng tập trung nào trong nguyên tử.
Năm 1899, Ernest Rutherford từ Đại học Manchester đã phát hiện ra hạt alpha, đó là ion helium mang điện tích dương được phát ra từ chất phóng xạ như urani. Những hạt alpha này tạo ra các điểm sáng khi chúng va vào màn hình phủ sulfide kẽm. Do không có khối lượng tập trung trong nguyên tử, nên dự đoán rằng nếu một tấm kim loại mỏng bị bắn phá bởi hạt alpha mang điện tích dương, thì tất cả các hạt alpha đó sẽ đi qua tấm mà không bị lệch hướng nhiều.
Trường điện điện nhỏ phát triển trong nguyên tử không thể ảnh hưởng nhiều đến chuyển động của hạt. Vì vậy, dự đoán rằng có thể có ít hơn 1o lệch hướng trong đường đi của hạt alpha. Dự đoán này đã thúc đẩy Ernest Rutherford tiến hành các thí nghiệm để kiểm chứng mô hình mận trong pudding của nguyên tử. Ông đã chỉ đạo các nhà khoa học đồng nghiệp Ernest Marsden và Hans Geiger bắn phá hạt alpha vào một tấm kim loại mỏng để kiểm chứng dự đoán này. Theo chỉ dẫn, Ernest Marsden và Hans Geiger đã tiến hành thí nghiệm và tạo ra lịch sử. Họ đặt một màng vàng rất mỏng trước khẩu súng hạt alpha. Họ cũng đặt một màn hình sulfide kẽm bao quanh màng vàng để quan sát các điểm sáng khi hạt alpha va vào. Họ tiến hành thí nghiệm trong một phòng tối. Họ quan sát trong quá trình thí nghiệm rằng, như dự đoán, các hạt alpha đang đi qua màng và va vào màn hình sulfide kẽm phía sau màng.
Nhưng sau khi đếm các điểm sáng trên màn hình, họ phát hiện kết quả bất ngờ. Không phải tất cả các hạt alpha đều đi qua màng theo đường thẳng như dự đoán. Một tỷ lệ rất nhỏ của các hạt alpha đã thay đổi hướng di chuyển khi đi qua màng vàng. Không chỉ các hạt bị lệch hướng, mà còn có một số ít trực tiếp bật ngược lại nguồn hoặc khẩu súng hạt alpha. Sau khi nghiên cứu chi tiết kết quả quan sát, Ernest Marsden và Hans Geiger đã nộp báo cáo cho Ernest Rutherford. Sau khi xem xét và nghiên cứu báo cáo của họ, Rutherford đã dự đoán một mô hình khác của nguyên tử, được biết đến là mô hình nguyên tử của Rutherford.
Ông dự đoán rằng các hạt alpha trực tiếp bật ngược lại phải đã va chạm với một khối lượng lớn hơn và khối lượng đó phải mang điện tích dương. Cũng được tìm thấy rằng một số hạt alpha bị lệch hướng không bật ngược lại nhưng chúng có góc lệch hướng rất lớn. Bằng cách quan sát các góc lệch hướng khác nhau và số lượng hạt bị lệch hướng với các góc đó, ông dự đoán rằng các hạt alpha dương cũng bị ảnh hưởng bởi một điện tích dương tập trung tương đối lớn. Ông tuyên bố rằng sự tập trung của khối lượng và điện tích dương ở cùng một nơi trong nguyên tử và vị trí này nằm ở trung tâm của nguyên tử, và ông gọi nó là nhân của nguyên tử. Ông cũng tuyên bố rằng ngoại trừ nhân trung tâm, toàn bộ không gian trong nguyên tử là trống rỗng.
Sau thí nghiệm màng vàng, Rutherford đã đưa ra một mô hình thực tế hơn về nguyên tử. Mô hình này cũng được gọi là Mô hình Nguyên tử Hạt Nhân hoặc Mô hình Hành Tinh của Nguyên Tử. Mô hình này được đưa ra vào năm 1911. Theo Mô hình Nguyên tử của Rutherford, hầu hết khối lượng của nguyên tử được tập trung trong nhân. Nhân này mang điện tích dương và được bao quanh bởi các hạt âm nhẹ, được gọi là electron. Các electron này quay xung quanh nhân theo cách tương tự như các hành tinh quay xung quanh mặt trời trong hệ hành tinh. Đó là lý do tại sao mô hình này cũng được gọi là Mô hình Hành Tinh của Nguyên Tử.
Bán kính của nhân là khoảng 10-13 cm. Bán kính của đường tròn mà electron quay xung quanh nhân là khoảng 10-12 cm, lớn hơn đường kính của electron. Bán kính của nguyên tử là khoảng 10-8 cm. Do đó, giống như hệ hành tinh, nguyên tử cũng có cấu trúc mở rộng, do đó nó có thể bị xuyên thủng bởi các hạt tốc độ cao khác nhau. Mô hình Hành Tinh của Nguyên Tử của Rutherford được hiển thị trong hình dưới đây-
Một lực hấp dẫn tồn tại giữa nhân mang điện tích dương và electron mang điện tích âm quay xung quanh nhân. Lực tĩnh điện giữa nhân mang điện tích dương và electron mang điện tích âm tương tự như lực hấp dẫn giữa Mặt Trời và các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời. Phần lớn phần của nguyên tử hành tinh này là không gian trống, không cung cấp bất kỳ kháng điện nào cho các hạt mang điện tích dương nhỏ như hạt alpha.
Nhân của nguyên tử rất nhỏ, dày đặc và mang điện tích dương, gây ra sự phân tán của các hạt mang điện tích dương. Hiện tượng này giải thích sự phân tán của các hạt alpha mang điện tích dương bởi nhân mang điện tích dương, giải thích sự phân tán của các hạt alpha mang điện tích dương bởi màng vàng như đã quan sát bởi Ernest Rutherford. Mô hình Nguyên tử của Ernest Rutherford đã thay thế thành công mô hình nguyên tử Thomson’s Plum Pudding model do nhà vật lý Anh Sir J.J. Thomson đề xuất.
Theo mô hình nguyên tử của Ernest Rutherford, các electron không gắn liền với khối lượng của nguyên tử. Các electron hoặc đứng yên trong không gian hoặc quay theo các đường tròn xung quanh nhân. Nhưng nếu các electron đứng yên, chúng phải rơi vào nhân do lực hấp dẫn giữa electron và nhân. Mặt khác, nếu các electron di chuyển theo đường tròn, thì theo lý thuyết điện từ, điện tích electron tăng tốc liên tục mất năng lượng và cuối cùng sẽ rơi vào nhân như được hiển thị trong hình dưới đây Mô hình Nguyên tử của Rutherford không giải thích được tại sao các electron không rơi vào nhân mang điện tích dương.
Do đó, những thiếu sót của mô hình nguyên tử của Rutherford có thể được mô tả như sau-
Mô hình nguyên tử của Rutherford không giải thích được sự phân bố của electron trong các quỹ đạo.
Mô hình nguyên tử của Rutherford không giải thích được sự ổn định của nguyên tử như một tổng thể.
Các hạn chế trên của mô hình nguyên tử của Rutherford đã được khắc phục bởi mô hình nguyên tử của Bohr (1913).
Tuyên bố: Tôn trọng bản gốc, các bài viết tốt đáng chia sẻ, nếu có vi phạm bản quyền vui lòng liên hệ để xóa.
