Nakon poznanstva Thomson-ov atomski model, koji je smatrao da se elektroni nalaze u pozitivno nabijenom medijumu, napredniji model poznat kao Rutherford-ov atomski model. Naučnik zadužen za ovaj novi napredak u nauci bio je Ernest Rutherford. Rođen je 20. avgusta 1871. godine, a umro 19. oktobra 1937. godine. Tokom svog života dao je veliki doprinos hemiji i svetu nauke uopšte.
Stoga ćemo ovaj članak posvetiti kako bismo vam ispričali sve što trebate znati o Rutherfordovom atomskom modelu.
Eksperiment sa zlatnim lišćem
Thomsonov stari model je tvrdio da su elektroni u pozitivno nabijenom mediju. Godine 1909. Ernest Rutherford je u pratnji dva pomoćnika po imenu Geiger i Marsden napravio studiju poznatu kao eksperiment Zlatnog lista gdje su uspjeli potvrditi da Tomsonov čuveni "puding od grožđica" bio je pogrešan. A je li to što je ovaj novi eksperiment mogao pokazati da je atom imao strukturu s jakim pozitivnim nabojem. Ovaj eksperiment ili bi mogao pomoći da se uspostave neki zaključci koji su na kraju predstavljeni kao Rutherfordov atomski model 1911. godine.
Eksperiment poznat kao List zlata nije jedinstven, ali provodili su se između 1909. i 1913. Za to su i koristili fizičke laboratorije Univerziteta u Manchesteru. Ovi eksperimenti bili su od velike važnosti jer su se iz njihovih rezultata mogli uspostaviti novi zaključci, što je dovelo do revolucionarnog atomskog modela.
Ovaj eksperiment sastojao se od sljedećeg: tanki lim zlata debeo samo 100 nm morao je biti bombardiran velikom količinom alfa čestica. Te alfa čestice su bile i joni. Odnosno, atomi koji nemaju elektrone, pa su imali samo protone i neutrone. Imajući neutrone i protone, ukupni naboj atoma bio je pozitivan. Cilj ovog eksperimenta bio je uglavnom potkrijepiti je li Thomsonov model točan. Ako je ovaj model bio u pravu, alfa čestice su morale prolaziti kroz atome zlata u pravoj liniji.
Da bi se proučio otklon uzrokovan alfa česticama, oko fine zlatne folije morao se postaviti fluorescentni filter cink sulfida. Rezultat ovog eksperimenta je da je uočeno da su neke čestice mogle proći kroz zlatne atome lima u pravoj liniji. Međutim, neke od ovih alfa čestica bile su skrenute u slučajnim smjerovima.
Zaključci eksperimenta sa zlatnim listom
S obzirom na ovu činjenicu, nije bilo moguće potvrditi ono što su prethodni atomski modeli razmatrali. Ovi atomski modeli su pokazali da je pozitivni naboj ravnomjerno raspoređen u atomima, što ga čini lakšim za prolazak jer njegov naboj ne bi bio tako jak u datoj tački.
Rezultati ovog eksperimenta sa zlatnim lišćem bili su potpuno neočekivani. To je natjeralo Rutherforda da pomisli da atom ima središte s jakim pozitivnim nabojem koji stvara alfa česticu pokušajte da je izbacite odbijenu od centralne strukture. Da bi se utvrdio pouzdaniji izvor, uzete su u obzir čestice koje su se reflektirale i one koje nisu. Zahvaljujući ovom odabiru čestica, bilo je moguće odrediti veličinu jezgre u odnosu na orbitu elektrona koji se nalaze oko nje. Takođe bi se moglo zaključiti da je veći dio prostora atoma prazan.
Moglo se vidjeti da su neke alfa čestice bile odbijene od zlatne folije. Neki od njih su bili skretani samo pod vrlo malim uglovima. To je pomoglo da se zaključi da pozitivni naboj u atomu nije ravnomjerno raspoređen. To jest, pozitivni naboj se nalazi u atomu u koncentrisanom obliku u vrlo malom volumenu prostora.
Vrlo malo alfa čestica se vratilo unazad. Ovo odstupanje ukazuje na sljedeće da su se spomenute čestice mogle odskočiti. Zahvaljujući svim tim novim razmatranjima, Rutherfordov atomski model mogao bi se uspostaviti novim idejama.
Rutherfordov atomski model
Proučit ćemo koji su principi Rutherfordovog atomskog modela:
- Čestice koje imaju pozitivan naboj u atomu raspoređeni su u vrlo malom volumenu ako ga usporedimo sa ukupnim volumenom spomenutog atoma.
- Gotovo sva masa koju atom ima nalazi se u tom malom volumenu spomenutom. Ova unutrašnja masa nazvana je jezgrom.
- Elektroni koji imaju negativne naboje nalaze se rotirajući oko jezgre.
- Elektroni se vrte velikom brzinom oko jezgra i to kružnim putevima. Ove putanje se nazivaju orbite. Kasnije poznaje ih kao orbitale.
- I negativno nabijeni elektroni i pozitivno nabijeno jezgro atoma uvijek se drže zajedno pomoću sile elektrostatičke privlačnosti.
Prihvatanje i ograničenja Rutherfordovog atomskog modela
Kao što se i očekivalo, ovaj novi model je otvorio potpuno novu perspektivu na atom u naučnom svijetu. Zahvaljujući ovom atomskom modelu, mnogi kasniji naučnici su bili u mogućnosti da proučavaju i odrede broj elektrona koji svaki element periodnog sistema ima. Osim toga, napravljena su nova otkrića koja pomažu objasniti kako atom funkcionira na najjednostavniji mogući način.
Međutim, ovaj model također ima neka ograničenja i nedostatke. Iako je predstavljao veliki napredak u svijetu fizike, nije bio ni savršen ni potpun model. I to je ono od prema Newtonovim zakonima i važnom aspektu Maxwellovih zakona, Ovaj model nije mogao objasniti određene stvari:
- Nije mogao objasniti kako su negativni naboji bili u stanju da ostanu zajedno u jezgru. Prema elektronskoj teoriji, pozitivni naboji bi se trebali međusobno odbijati.
- Druga kontradikcija bila je prema osnovnim zakonima elektrodinamike. Ako bi se smatralo da se elektroni koji imaju pozitivan naboj trebaju okretati oko jezgra, trebali bi emitovati elektromagnetno zračenje. Emitovanje ovog zračenja troši energiju koja bi izazvala kolaps elektrona u jezgro. Stoga ovaj atomski model ne može objasniti stabilnost atoma.
