Slijedeći Thomsonov poznati atomski model , koji je pretpostavljao da se elektroni nalaze u pozitivno naelektrisanom mediju, razvijen je napredniji model poznat kao Rutherfordov atomski model . Naučnik odgovoran za ovaj novi napredak bio je Ernest Rutherford. Rođen je 20. augusta 1871. godine, a umro je 19. oktobra 1937. godine. Tokom svog života dao je značajan doprinos hemiji i svijetu nauke općenito.
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 se elektroni nalaze u pozitivno naelektrisanom mediju. Godine 1909. Ernest Rutherford je, zajedno s dva asistenta, Geigerom i Marsdenom, proveo studiju poznatu kao eksperiment Zlatnog lista, koji je dokazao da je Thomsonov poznati model "pudinga od šljiva" bio netačan. Ovaj novi eksperiment pokazao je da atom ima strukturu s jakim pozitivnim nabojem. Ovaj eksperiment je pomogao u uspostavljanju nekih zaključaka koji su na kraju predstavljeni kao Rutherfordov atomski model 1911. godine.
Eksperiment poznat kao eksperiment Zlatnog lista nije bio jedinstven; proveden je između 1909. i 1913. godine u fizičkim laboratorijama Univerziteta u Manchesteru. Ovi eksperimenti su bili od velikog značaja jer su njihovi rezultati doveli do novih zaključaka i na kraju do revolucionarnog modela atoma.
Ovaj eksperiment se sastojao od sljedećeg: tanka zlatna folija, debljine samo 100 nm, trebala je biti bombardirana velikim brojem alfa čestica. Ove alfa čestice bili su protoni i neutroni. To jest, atomi koji nemaju elektrone, te stoga imaju samo protone i neutrone. S obzirom na to da atom ima neutrone i protone, ukupno naelektrisanje je pozitivno. Ovaj eksperiment je prvenstveno imao za cilj da provjeri da li je Thomsonov model ispravan. Ako je ovaj model ispravan, alfa čestice bi trebale 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 eksperimenta sa zlatnim listom bili su potpuno neočekivani. To je navelo Rutherforda da vjeruje da atom ima centar sa jakim pozitivnim nabojem, što je uzrokovalo da alfa čestice koje pokušavaju proći kroz njega budu odbijene od centralne strukture . Kako bi se uspostavio pouzdaniji izvor, mjeren je broj čestica, upoređujući one koje su se reflektovale sa onima koje se nisu. Zahvaljujući ovom odabiru čestica, veličina jezgra mogla se odrediti u odnosu na orbite elektrona koji ga okružuju. Također je zaključeno da je većina prostora unutar atoma prazna.
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 je skrenuto unatrag. Ovo skretanje ukazuje na to da su se te čestice mogle odbiti nazad. Zahvaljujući svim ovim novim razmatranjima, Rutherfordov atomski model mogao je biti uspostavljen s 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 greške. Iako je predstavljao veliki napredak u svijetu fizike, nije bio ni savršen ni potpun model. Prema Newtonovim zakonima i važnom aspektu Maxwellovih jednačina, 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.
