Rutherford modell

Grunddiagram av den atomära kärnmodellen: elektroner i grönt och kärna i rött
3D-animering av en atom som innehåller Rutherford-modellen

Rutherford -modellen utarbetades av den Nya Zeeland-födde fysikern Ernest Rutherford för att beskriva en atom . Rutherford ledde Geiger-Marsden-experimentet 1909, vilket antydde, efter Rutherfords analys från 1911, att JJ Thomsons plommonpuddingmodell av atomen var felaktig. Rutherfords nya modell för atomen, baserad på experimentresultaten, innehöll nya egenskaper hos en relativt hög central laddning koncentrerad till en mycket liten volym i jämförelse med resten av atomen och med denna centrala volym som innehöll det mesta av atomens massa . Denna region skulle vara känd som atomkärnan .

Experimentell grund för modellen

Rutherford störtade Thomsons modell 1911 med sitt välkända guldfolieexperiment där han visade att atomen har en liten och tung kärna. Rutherford designade ett experiment för att använda alfapartiklarna som sänds ut av ett radioaktivt element som sonder till den osynliga världen av atomstruktur. Om Thomson hade rätt skulle strålen gå rakt igenom guldfolien. De flesta balkarna gick genom folien, men några få avböjdes.

Rutherford presenterade sin egen fysiska modell för subatomär struktur, som en tolkning av de oväntade experimentella resultaten. I den består atomen av en central laddning (detta är den moderna atomkärnan , även om Rutherford inte använde termen "kärna" i sin tidning) omgiven av ett moln av (förmodligen) kretsande elektroner . I denna tidning från maj 1911 förband sig Rutherford bara till en liten central region med mycket hög positiv eller negativ laddning i atomen.

  För att vara konkret, överväg passagen av en höghastighets α-partikel genom en atom som har en positiv central laddning N e och omgiven av en kompenserande laddning av N elektroner.

Från rent energiska överväganden om hur långt partiklar med känd hastighet skulle kunna penetrera mot en central laddning på 100 e, kunde Rutherford beräkna att radien för hans centrala guldladdning skulle behöva vara mindre ( hur mycket mindre kunde inte sägas ) än 3,4 × 10 −14 meter. Detta var i en guldatom som är känd för att ha en 10–10 meter eller så – ett mycket överraskande fynd, eftersom det antydde en stark central laddning mindre än 1/3000 av atomens diameter.

Rutherford-modellen tjänade till att koncentrera en stor del av atomens laddning och massa till en mycket liten kärna, men tillskrev ingen struktur till de återstående elektronerna och den återstående atommassan. Det nämnde atommodellen av Hantaro Nagaoka , där elektronerna är ordnade i en eller flera ringar, med den specifika metaforiska strukturen hos Saturnus stabila ringar. Plommonpuddingmodellen av JJ Thomson hade också ringar av kretsande elektroner . Jean Baptiste Perrin hävdade i sin Nobelföreläsning att han var den första som föreslog modellen i sin artikel daterad 1901. Men i verkligheten skapade den nordirländska fysikern Joseph Larmor den första solsystemmodellen av atomen 1897.

Rutherford-tidningen föreslog att en atoms centrala laddning kan vara "proportionell" mot dess atommassa i vätemassaenheter u (ungefär 1/2 av den, i Rutherfords modell). För guld är detta masstal 197 (inte då känt med stor noggrannhet) och modellerades därför av Rutherford till att vara 196 u. Emellertid försökte Rutherford inte göra den direkta kopplingen av central laddning till atomnummer , eftersom guldets "atomnummer" (vid den tiden bara dess platsnummer i det periodiska systemet ) var 79, och Rutherford hade modellerat laddningen till ungefär + 100 enheter (han hade faktiskt föreslagit 98 enheter positiv laddning, för att göra hälften av 196). Rutherford föreslog således inte formellt att de två siffrorna (periodiska systemets plats, 79 och kärnladdningen, 98 eller 100) kan vara exakt samma.

gjordes förslaget om den exakta identiteten för atomnummer och kärnladdning av Antonius van den Broek, och bekräftades senare experimentellt inom två år, av Henry Moseley .

Dessa är nyckelindikatorerna:

  • Atomens elektronmoln påverkar inte spridningen av alfapartiklar .
  • Mycket av en atoms positiva laddning är koncentrerad i en relativt liten volym i atomens mitt, idag känd som kärnan . Storleken på denna laddning är proportionell mot (upp till ett laddningstal som kan vara ungefär hälften av) atomens atommassa — den återstående massan är nu känd för att tillskrivas mestadels neutroner . Denna koncentrerade centrala massa och laddning är ansvarig för att avleda både alfa- och beta -partiklar.
  • Massan av tunga atomer som guld är för det mesta koncentrerad i det centrala laddningsområdet, eftersom beräkningar visar att den inte avböjes eller förflyttas av de snabba alfapartiklarna, som har mycket hög rörelsemängd i jämförelse med elektroner, men inte med hänsyn till en tung atom som helhet.
  • Atomen i sig är cirka 100 000 (10 5 ) gånger kärnans diameter. Detta kan vara relaterat till att sätta ett sandkorn mitt på en fotbollsplan .

Bidrag till modern vetenskap

Efter Rutherfords upptäckt började forskare inse att atomen i slutändan inte är en enda partikel, utan består av mycket mindre subatomära partiklar . Efterföljande forskning bestämde den exakta atomstrukturen som ledde till Rutherfords guldfolieexperiment . Forskare upptäckte så småningom att atomer har en positivt laddad kärna (med ett exakt atomnummer av laddningar) i mitten, med en radie på cirka 1,2 × 10 −15 meter × [atommassanummer] 1 ⁄ 3 . Elektroner visade sig vara ännu mindre.

Senare hittade forskare det förväntade antalet elektroner (samma som atomnumret) i en atom genom att använda röntgenstrålar . När en röntgenstråle passerar genom en atom sprids en del av den , medan resten passerar genom atomen. Eftersom röntgenstrålningen förlorar sin intensitet främst på grund av spridning av elektroner, genom att notera hastigheten för minskningen av röntgenstrålningsintensiteten, kan antalet elektroner som finns i en atom uppskattas exakt.

Symbolism

Se även: Bohr modell
Sköld från den amerikanska atomenergikommissionen

Rutherfords modell hänvisade till idén om många elektroner i ringar, per Nagaoka. Men när Niels Bohr modifierade denna syn till en bild av bara några planetliknande elektroner för lätta atomer, fångade Rutherford-Bohr-modellen allmänhetens fantasi. Det har sedan dess kontinuerligt använts som en symbol för atomer och till och med för "atomenergi" (även om detta mer korrekt anses vara kärnenergi). Exempel på dess användning under det senaste århundradet inkluderar men är inte begränsade till:

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Rutherford_model&oldid=1140033311 "