אנו מסבירים מהו המודל האטומי של רתרפורד ואת ההנחות העיקריות שלו. כמו כן, איך היה הניסוי של רתרפורד.
מהו המודל האטומי של רתרפורד?
המודל האטומי של רתרפורד, כשמו כן הוא, היה אחד המודלים שהוצעו כדי להסביר את מִבְנֶה פנימי של אָטוֹם. בשנת 1911 הכימאי והפיזיקאי הבריטי ארנסט רתרפורד הציע מודל זה על סמך תוצאותיו. ניסוי עם עלה זהב.
מודל זה היווה שבירה עם מודלים קודמים כמו המודל האטומי של דלטון והמודל האטומי של תומפסון, וצעד קדימה ביחס למודל המקובל כיום.
ב מודל אטומי, רתרפורד הציע שלאטומים יש גרעין מרכזי שבו האחוז הגבוה ביותר שלהם מסה. יתר על כן, לפי תיאוריה זו, לגרעין זה יש מטען חשמלי חיובי ומקיף אותו חלקיקים בעלי מטען הפוך וגודל קטן יותר (אלקטרונים).
לפי שיקוליו, האטום פעל כמו א מערכת השמש של אלקטרונים המקיפים גרעין אטום כבד יותר, כפי שעושים כוכבי לכת מסביב ל שמש.
ניתן לסכם את המודל האטומי של רתרפורד בשלוש ההצעות הבאות:
- רוב המסה האטומית מרוכזת בגרעין, שהוא יותר ויותר גדול. מִשׁקָל מאשר שאר ה חלקיקים, וניחן במטען חשמלי חיובי.
- מסביב לגרעין ובמרחקים גדולים ממנו נמצאים ה אלקטרונים, עם מטען חשמלי שלילי, המקיפים אותו במסלולים מעגליים.
- סכום המטענים החשמליים החיוביים והשליליים של אטום אמור לתת אפס כתוצאה מכך, כלומר, הם צריכים להיות שווים, כך שהאטום יהיה נייטרלי מבחינה חשמלית.
רתרפורד לא רק הציע את המבנה הזה עבור האטום, אלא גם חישב את גודלו והשווה אותו לגודל הגרעין, והגיע ל- סיכום שחלק ניכר מהרכב האטום הוא חלל ריק.
למודל הזה, לעומת זאת, יש מגבלות מסוימות שניתן לפתור עם התקדמות ה- יֶדַע וה טֶכנוֹלוֹגִיָה:
- לא ניתן היה להסביר כיצד יתכן שמערכת של מטענים חיוביים מוחזקת יחד בגרעין האטום, שכן הם צריכים להדוף זה את זה, שכן כולם מטענים מאותו סימן.
- לא ניתן היה להסביר את יציבות האטום, מכיוון שכאשר בוחנים את האלקטרונים בעלי המטען השלילי המסתובבים סביב הגרעין החיובי, בשלב מסוים האלקטרונים הללו נאלצו לאבד אֵנֶרְגִיָה ומתמוטט כנגד הליבה.
המודל האטומי של רתרפורד היה בתוקף לזמן קצר, והוחלף במודל האטומי שהציע הפיזיקאי הדני נילס בוהר ב-1913, בו נפתרו חלק מהמגבלות ושולבו ההצעות התיאורטיות שפיתח אלברט איינשטיין ב-1905.
הניסוי של רתרפורד
שיטת הניסוי של רתרפורד התחילה בכמה יריעות זהב דקות שיופצצו במעבדה בגרעיני הליום (חלקיקי אלפא, בעלי מטען חיובי), ובכך מודדים את זוויות הסטייה של קרן החלקיקים בעת מעבר הזהב.
התנהגות זו, שלעתים הגיעה לסטיות של עד 90 מעלות, לא הסכימה עם המודל האטומי שהציע תומפסון, שרווח באותה תקופה.
המודל של תומפסון מציע שהאטום הוא כדור חיובי, עם אלקטרונים בעלי מטען שלילי משובצים בו. מסיבה זו המודל דומה לפודינג עם צימוקים: הפודינג יהיה האטום והצימוקים יהיו האלקטרונים.
מצד שני, המודל של רתרפורד קובע שלאטום המטען החיובי מרוכז בגרעין והאלקטרונים מסתובבים סביבו. אם לאטום היה המבנה שהציע תומפסון, חלקיקי האלפא (החיוביים), כשהם עוברים דרך נייר הכסף, צריכים לעקוב אחר מסלוליהם או לסטות מעט מאוד. עם זאת, מה שקרה הוא שנראו סטיות של חלקיקים אלה של עד 90 ו-180 מעלות, מה שהראה שלאטום, אכן, המטען החיובי מרוכז במרכזו (כפי שהציע רתרפורד) ולא מופץ בכדור. ( כפי שהוצע על ידי תומפסון).