Pärast tutvust Thomsoni aatomimudel, mis pidas elektrone positiivselt laetud keskkonnas, täpsem mudel, mida nimetatakse Rutherfordi aatomimudel. Uue teaduse edenemise eest vastutas teadlane Ernest Rutherford. Ta sündis 20. augustil 1871 ja suri 19. oktoobril 1937. Oma elu jooksul panustas ta keemiasse ja üldse teadusmaailma.
Seetõttu pühendame selle artikli, et teile öelda kõik, mida peate teadma Rutherfordi aatomimudeli kohta.
Kuldlehtede eksperiment
Vana thomsoni mudel ütles, et elektronid olid positiivselt laetud keskkonnas. 1909. aastal tegi Ernest Rutherford koos kahe abistajaga, nimega Geiger ja Marsden, uuringu, mida nimetatakse Gold Leaf eksperimendiks, kus nad said seda kontrollida Thomsoni tuntud "rosinapuding" eksis. Ja just see uus katse suutis näidata, et aatomil oli tugeva positiivse laenguga struktuur. See katse või võiks aidata taastada mõned järeldused, mis esitati 1911. aastal Rutherfordi aatomimudelina.
Kullelehtena tuntud katse ei olnud ainulaadne, kuid need viidi läbi aastatel 1909–1913. Selleks nad seda kasutasid Manchesteri ülikooli füüsikalaborid. Nendel katsetel oli suur tähtsus, kuna nende tulemuste põhjal sai teha uusi järeldusi, mis viisid revolutsioonilise aatomimudelini.
See katse koosnes järgmisest: õhuke kuldleht, mille paksus oli ainult 100 nm, tuli pommitada suure koguse alfaosakestega. Need alfaosakesed olid ja ioonid. See tähendab, aatomid, millel pole elektrone, nii et neil olid ainult prootonid ja neutronid. Neutronite ja prootonite olemasolu korral oli aatomi kogu laeng positiivne. Selle katse eesmärk oli peamiselt kinnitada, kas Thomsoni mudel oli õige. Kui see mudel oli õige, alfaosakesed pidid läbima kuldaatomid sirgjooneliselt.
Alfaosakeste põhjustatud läbipainde uurimiseks tuli peene kuldfooliumi ümber asetada fluorestseeriv tsinksulfiidfilter. Selle katse tulemus on see, et oli võimalik jälgida, et mõned osakesed suutsid sirgjooneliselt läbi lehe kuldaatomite läbida. Kuid mõned neist alfaosakestest suunati juhuslikesse suundadesse.
Kuldlehe katse järeldused
Seda fakti arvestades ei olnud võimalik kinnitada, mida peetakse varasemateks aatomimudeliteks. Ja just need aatomimudelid tõid välja, et positiivne laeng jaotub aatomites ühtlaselt ja see muudaks selle ületamise lihtsamaks, kuna selle laeng ei oleks teatud hetkel nii tugev.
Selle Kuldlehe katse tulemused olid täiesti ootamatud. See pani Rutherfordi mõtlema, et aatomil oli tugeva positiivse laenguga keskus, mis tekkis alfaosakese tekkimisel proovige seda edasi anda keskse struktuuri poolt tagasi lükatud. Usaldusväärsema allika kindlakstegemiseks kaaluti osakesi kogustes, mis peegeldusid ja mitte. Tänu sellisele osakeste valikule oli võimalik määrata tuuma suurus võrreldes seda ümbritsevate elektronide orbiidiga. Samuti võiks järeldada, et suurem osa aatomi ruumist on tühi.
Oli näha, et mõned alfaosakesed paiskusid kuldfooliumi abil kõrvale. Mõni neist kaldus kõrvale vaid väga väikeste nurkade alt. See aitas järeldada, et aatomi positiivne laeng ei jaotu ühtlaselt. See tähendab, et positiivne laeng paikneb aatomil kontsentreeritult väga väikeses ruumimahus.
Väga vähesed alfaosakesed triivisid tagasi. See kõrvalekalle osutab, et nimetatud osakesed oleksid võinud taastuda. Tänu kõigile neile uutele kaalutlustele sai Rutherfordi aatomimudel kehtestada uute ideedega.
Rutherfordi aatomimudel
Uurime, millised on Rutherfordi aatomimudeli põhimõtted:
- Osakesed, millel on positiivne laeng aatomi sees need on paigutatud väga väikesesse mahusse, kui võrrelda seda nimetatud aatomi kogumahuga.
- Peaaegu kogu mass, mis aatomil on, on selles väikeses mainitud mahus. Seda sisemist massi nimetati tuumaks.
- Negatiivse laenguga elektronid leitakse tuuma ümber pöörlevat.
- Elektronid pöörlevad tuuma ümber olles suurel kiirusel ja teevad seda ringikujuliselt. Neid trajektoore nimetati orbiitideks. Hiljem küll neid tuntakse orbitaalidena.
- Nii need elektronid, mis olid negatiivselt laetud, kui ka positiivselt laetud aatomi tuum ise hoitakse tänu elektrostaatilisele atraktiivsele jõule alati koos.
Rutherfordi aatomimudeli aktsepteerimine ja piirangud
Ootuspäraselt nägi see uus mudel teadusmaailmas ette täiesti uue aatomi panoraami. Tänu sellele aatomimudelile said paljud hilisemad teadlased uurida ja määrata elektronide arvu, mis on igal perioodilisustabeli elemendil. Lisaks võiks teha uusi avastusi, mis aitavad aatomi toimimist kõige lihtsamal viisil selgitada.
Kuid sellel mudelil on ka mõned piirangud ja vead. Kuigi see oli läbimurre füüsikamaailmas, ei olnud nad täiuslik ega täielik mudel. Ja kas see on vastavalt Newtoni seadustele ja Maxwelli seaduste olulisele aspektile, see mudel ei suutnud teatud asju selgitada:
- Ta ei suutnud selgitada, kuidas negatiivsed laengud suutsid tuumas kokku hoida. Elektroonilise sääreluu järgi peavad positiivsed laengud üksteist tõrjuma.
- Teine vastuolu oli elektrodünaamika põhiseaduste suhtes. Kui arvestada, et positiivse laenguga elektronid pöörlevad ümber tuuma, peaksid nad kiirgama elektromagnetilist kiirgust. Selle kiirguse eraldamisel kulutatakse energiat, et elektronid tuumas kokku kukuksid. Seetõttu ei suuda triibuline aatomimudel selgitada aatomi stabiilsust.
Loodan, et selle teabe abil saate Rutherfordi aatomimudeli kohta lisateavet.