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 είπε ότι τα ηλεκτρόνια ήταν σε θετικά φορτισμένο μέσο. Το 1909, ο Ernest Rutherford, συνοδευόμενος από δύο βοηθούς που ονομάστηκαν Geiger και Marsden, έκανε μια μελέτη γνωστή ως το πείραμα Gold Leaf όπου μπορούσαν να επαληθεύσουν ότι Η γνωστή "πουτίγκα σταφίδας" του Thomson 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, δεν ήταν δυνατό να επιβεβαιωθεί ποια θεωρούνται τα προηγούμενα ατομικά μοντέλα. Και είναι ότι αυτά τα ατομικά μοντέλα επεσήμαναν ότι το θετικό φορτίο κατανέμεται ομοιόμορφα στα άτομα και αυτό θα διευκόλυνε τη διασταύρωσή του καθώς 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.
Θα μπορούσε να φανεί, μερικά σωματίδια άλφα εκτρέπονται από το χρυσό φύλλο. Μερικά από αυτά αποκλίνουν μόνο σε πολύ μικρές γωνίες. Αυτό συνέβαλε στο συμπέρασμα ότι το θετικό φορτίο σε ένα άτομο δεν κατανέμεται ομοιόμορφα. Δηλαδή, το θετικό φορτίο βρίσκεται σε ένα άτομο με συμπυκνωμένο 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 αναφέρεται σε αυτόν τον μικρό όγκο. Αυτή η εσωτερική μάζα ονομάστηκε 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 ονομάστηκαν τροχιές. Αργότερα θα το κάνω είναι γνωστά ως τροχιακά.
- Και τα δύο ηλεκτρόνια που ήταν αρνητικά φορτισμένα και ο πυρήνας του ίδιου του θετικά φορτισμένου ατόμου διατηρούνται πάντα μαζί χάρη στην ηλεκτροστατική ελκυστική δύναμη.
Αποδοχή και περιορισμοί του ατομικού μοντέλου του Rutherford
Όπως ήταν αναμενόμενο, αυτό το νέο μοντέλο οραματίστηκε ένα εντελώς νέο πανόραμα του ατόμου στον επιστημονικό κόσμο. Χάρη σε αυτό το ατομικό μοντέλο, πολλοί μετέπειτα επιστήμονες μπορούσαν να μελετήσουν και να προσδιορίσουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχει κάθε στοιχείο στον περιοδικό πίνακα. Επιπλέον, θα μπορούσαν να γίνουν νέες ανακαλύψεις που βοηθούν στην εξήγηση της λειτουργίας ενός ατόμου με τον απλούστερο τρόπο.
Ωστόσο, αυτό το μοντέλο έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς και σφάλματα. Αν και ήταν μια σημαντική ανακάλυψη στον κόσμο της φυσικής, δεν ήταν ούτε ένα τέλειο ούτε ένα ολοκληρωμένο μοντέλο. Και είναι αυτό του 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 μπόρεσαν να συγκρατηθούν στον πυρήνα. Σύμφωνα με την ηλεκτρονική κνήμη, τα θετικά φορτία πρέπει να απωθούν μεταξύ τους.
- Μια άλλη αντίφαση ήταν προς τους θεμελιώδεις νόμους της ηλεκτροδυναμικής. Εάν τα ηλεκτρόνια με θετικό φορτίο θεωρούνταν ότι περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, θα πρέπει να εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Κατά την εκπομπή αυτής της ακτινοβολίας, καταναλώνεται ενέργεια για να καταρρεύσουν τα ηλεκτρόνια στον πυρήνα. Επομένως, το ραβδωτό ατομικό μοντέλο δεν μπορεί να εξηγήσει τη σταθερότητα του ατόμου.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το ατομικό μοντέλο του Rutherford.