Μετά τη γνωριμία Το ατομικό μοντέλο του Thomson, που θεώρησε ότι τα ηλεκτρόνια είναι σε θετικά φορτισμένο μέσο, ένα πιο προηγμένο μοντέλο γνωστό ως Ατομικό μοντέλο Rutherford. Ο επιστήμονας που ήταν υπεύθυνος για αυτήν τη νέα πρόοδο για την επιστήμη ήταν ο Ernest Rutherford. Γεννήθηκε στις 20 Αυγούστου 1871 και πέθανε στις 19 Οκτωβρίου 1937. Κατά τη διάρκεια της ζωής του συνέβαλε σημαντικά στη χημεία και στον κόσμο της επιστήμης γενικότερα.
Επομένως, πρόκειται να αφιερώσουμε αυτό το άρθρο για να σας πω ό, τι πρέπει να γνωρίζετε για το ατομικό μοντέλο του Rutherford.
Πείραμα Gold Leaf
Το παλιό μοντέλο Thomson έλεγε ότι τα ηλεκτρόνια βρίσκονταν σε ένα θετικά φορτισμένο μέσο. Το 1909, ο Ernest Rutherford, συνοδευόμενος από δύο βοηθούς που ονομάζονταν Geiger και Marsden, πραγματοποίησαν μια μελέτη γνωστή ως πείραμα φύλλου χρυσού, όπου κατάφεραν να επαληθεύσουν ότι Η γνωστή «πουτίγκα βροχής» του Τόμσον ήταν λάθος. Και είναι ότι αυτό το νέο πείραμα μπόρεσε να δείξει ότι το άτομο είχε μια δομή με ισχυρό θετικό φορτίο. Αυτό το πείραμα ή θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκατάσταση ορισμένων συμπερασμάτων που κατέληξαν να παρουσιάζονται ως ατομικό μοντέλο του Rutherford το 1911.
Το πείραμα που ήταν γνωστό ως Leaf of Gold δεν ήταν μοναδικό, αλλά πραγματοποιήθηκε μεταξύ 1909 και 1913. Για αυτό, χρησιμοποίησαν τα εργαστήρια φυσικής του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ. Αυτά τα πειράματα ήταν μεγάλης σημασίας αφού νέα συμπεράσματα θα μπορούσαν να εξαχθούν από τα αποτελέσματά τους, τα οποία οδήγησαν σε ένα επαναστατικό ατομικό μοντέλο.
Αυτό το πείραμα αποτελείται από τα ακόλουθα: ένα λεπτό φύλλο χρυσού πάχους μόνο 100 nm έπρεπε να βομβαρδιστεί με μεγάλη ποσότητα σωματιδίων άλφα. Αυτά τα σωματίδια άλφα ήταν και ιόντα. Δηλαδή, άτομα που δεν έχουν ηλεκτρόνια, έτσι είχαν μόνο πρωτόνια και νετρόνια. Έχοντας νετρόνια και πρωτόνια, το συνολικό φορτίο του ατόμου ήταν θετικό. Αυτό το πείραμα είχε ως κύριο στόχο να επιβεβαιώσει εάν το μοντέλο Thomson ήταν σωστό. Εάν αυτό το μοντέλο ήταν σωστό, τα σωματίδια άλφα έπρεπε να περάσουν από τα άτομα χρυσού σε ευθεία γραμμή.
Για να μελετηθεί η εκτροπή που προκαλείται από σωματίδια άλφα, ένα φίλτρο θειούχου ψευδαργύρου φθορισμού έπρεπε να τοποθετηθεί γύρω από το λεπτό φύλλο χρυσού. Το αποτέλεσμα αυτού του πειράματος είναι ότι παρατηρήθηκε ότι ορισμένα σωματίδια μπόρεσαν να περάσουν από τα άτομα χρυσού του φύλλου σε ευθεία γραμμή. Ωστόσο, μερικά από αυτά τα σωματίδια άλφα παραμορφώθηκαν σε τυχαίες κατευθύνσεις.
Συμπεράσματα του πειράματος Gold Leaf
Δεδομένου αυτού του γεγονότος, αυτό που θεωρούσαν τα προηγούμενα ατομικά μοντέλα δεν μπορούσε να επιβεβαιωθεί. Και αυτά τα ατομικά μοντέλα έδειξαν ότι το θετικό φορτίο κατανεμήθηκε ομοιόμορφα στα άτομα και αυτό θα διευκόλυνε τη διέλευση αφού το φορτίο του δεν θα ήταν τόσο ισχυρό σε ένα συγκεκριμένο σημείο.
Τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος Gold Leaf ήταν εντελώς απροσδόκητα. Αυτό έκανε τον Rutherford να πιστεύει ότι το άτομο είχε ένα κέντρο με ένα ισχυρό θετικό φορτίο που έκανε όταν ένα σωματίδιο άλφα προσπαθήστε να το απορρίψετε από την κεντρική δομή. Προκειμένου να δημιουργηθεί μια πιο αξιόπιστη πηγή, τα σωματίδια εξετάστηκαν σε ποσότητες εκείνων που ανακλώθηκαν και εκείνων που δεν ήταν. Χάρη σε αυτήν την επιλογή σωματιδίων, ήταν δυνατό να προσδιοριστεί το μέγεθος του πυρήνα σε σύγκριση με την τροχιά των ηλεκτρονίων που βρίσκονται γύρω από αυτόν. Θα μπορούσε επίσης να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το μεγαλύτερο μέρος του χώρου ενός ατόμου είναι κενό.
Φαινόταν ότι ορισμένα σωματίδια άλφα εκτρέπονταν από το φύλλο χρυσού. Μερικά από αυτά παρέκκλιναν μόνο σε πολύ μικρές γωνίες. Αυτό βοήθησε στο συμπέρασμα ότι το θετικό φορτίο σε ένα άτομο δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένο. Δηλαδή, το θετικό φορτίο βρίσκεται σε ένα άτομο με συγκεντρωμένο τρόπο σε πολύ μικρό όγκο χώρου.
Πολύ λίγα σωματίδια άλφα παρασύρθηκαν πίσω. Αυτή η απόκλιση δείχνει ως εξής τα εν λόγω σωματίδια θα μπορούσαν να ανακάμψουν. Χάρη σε όλες αυτές τις νέες σκέψεις, το ατομικό μοντέλο του Rutherford θα μπορούσε να δημιουργηθεί με νέες ιδέες.
Το ατομικό μοντέλο του Rutherford
Θα μελετήσουμε ποιες είναι οι αρχές του ατομικού μοντέλου του Rutherford:
- Σωματίδια που έχουν θετικό φορτίο μέσα σε ένα άτομο διατάσσονται σε πολύ μικρό όγκο εάν το συγκρίνουμε με τον συνολικό όγκο του εν λόγω ατόμου.
- Σχεδόν όλη η μάζα που έχει ένα άτομο βρίσκεται σε αυτόν τον μικρό όγκο που αναφέρθηκε. Αυτή η εσωτερική μάζα ονομαζόταν πυρήνας.
- Ηλεκτρόνια που έχουν αρνητικά φορτία βρέθηκαν να περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα.
- Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται με υψηλές ταχύτητες όταν βρίσκονται γύρω από τον πυρήνα και το κάνουν σε κυκλικές διαδρομές. Αυτές οι τροχιές ονομάζονται τροχιές. Αργότερα Γνωστά ως τροχιακά.
- Τόσο εκείνα τα ηλεκτρόνια που ήταν αρνητικά φορτισμένα όσο και ο θετικά φορτισμένος πυρήνας του ατόμου συγκρατούνται πάντα μαζί χάρη στη δύναμη της ηλεκτροστατικής έλξης.
Αποδοχή και περιορισμοί του ατομικού μοντέλου του Rutherford
Όπως ήταν αναμενόμενο, αυτό το νέο μοντέλο έβλεπε ένα εντελώς νέο πανόραμα του ατόμου στον επιστημονικό κόσμο. Χάρη σε αυτό το ατομικό μοντέλο, πολλοί μεταγενέστεροι επιστήμονες μπόρεσαν να μελετήσουν και να προσδιορίσουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχει κάθε στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Επιπλέον, έγιναν νέες ανακαλύψεις που βοηθούν στην εξήγηση της λειτουργίας ενός ατόμου με τον απλούστερο τρόπο.
Ωστόσο, αυτό το μοντέλο έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς και λάθη. Αν και αντιπροσώπευε μια μεγάλη πρόοδο στον κόσμο της φυσικής, δεν ήταν ούτε τέλειο ούτε πλήρες μοντέλο. Και είναι αυτό σύμφωνα με τους νόμους του Νεύτωνα και μια σημαντική πτυχή των νόμων του Μάξγουελ, Αυτό το μοντέλο δεν μπορούσε να εξηγήσει ορισμένα πράγματα:
- Δεν μπορούσε να εξηγήσει πώς τα αρνητικά φορτία ήταν σε θέση να συγκρατηθούν στον πυρήνα. Σύμφωνα με την ηλεκτρονική θεωρία, τα θετικά φορτία πρέπει να απωθούν το ένα το άλλο.
- Μια άλλη αντίφαση ήταν προς τους θεμελιώδεις νόμους της ηλεκτροδυναμικής. Εάν τα ηλεκτρόνια που είχαν θετικό φορτίο θεωρούνταν ότι περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, θα εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η εκπομπή αυτής της ακτινοβολίας καταναλώνει ενέργεια που θα προκαλούσε την κατάρρευση των ηλεκτρονίων στον πυρήνα. Επομένως, αυτό το ατομικό μοντέλο δεν μπορεί να εξηγήσει τη σταθερότητα του ατόμου.
