Po známosti Thomsonův atomový model, který považoval elektrony za kladně nabité médium, pokročilejší model známý jako Rutherfordův atomový model. Vědec odpovědný za tento nový pokrok ve vědě byl Ernest Rutherford. Narodil se 20. srpna 1871 a zemřel 19. října 1937. Během svého života významně přispěl k chemii a světu vědy obecně.
Proto se budeme věnovat tomuto článku, abychom vám řekli vše, co potřebujete vědět o atomovém modelu Rutherforda.
Experiment se zlatými listy
Thomsonův starý model tvrdil, že elektrony byly v kladně nabitém médiu. V roce 1909 Ernest Rutherford v doprovodu dvou asistentů jménem Geiger a Marsden provedl studii známou jako experiment Gold Leaf, kde byli schopni ověřit, že Thomsonův slavný „rozinkový pudink“ byl špatný. A je to, že tento nový experiment dokázal ukázat, že atom měl strukturu se silným kladným nábojem. Tento experiment by mohl pomoci obnovit některé závěry, které byly v roce 1911 prezentovány jako Rutherfordův atomový model.
Experiment známý jako Leaf of Gold nebyl ojedinělý, ale byl proveden v letech 1909 až 1913. K tomu využili fyzikální laboratoře univerzity v Manchesteru. Tyto experimenty měly velký význam, protože z jejich výsledků bylo možné vyvodit nové závěry, které vedly k revolučnímu atomovému modelu.
Tento experiment sestával z následujícího: tenká vrstva zlata o tloušťce pouhých 100 nm musela být bombardována velkým množstvím alfa částic. Tyto alfa částice byly a ionty. To znamená, že atomy, které nemají elektrony, měly tedy pouze protony a neutrony. Díky neutronům a protonům byl celkový náboj atomu kladný. Tento experiment měl hlavně za cíl potvrdit, zda je Thomsonův model správný. Pokud měl tento model pravdu, částice alfa musely procházet atomy zlata v přímce.
Aby bylo možné studovat vychýlení způsobené alfa částicemi, musel být kolem fólie z jemného zlata umístěn fluorescenční filtr na bázi sulfidu zinečnatého. Výsledkem tohoto experimentu je, že bylo možné pozorovat, že některé částice byly schopny procházet atomy zlata listu v přímce. Některé z těchto alfa částic však byly odkloněny v náhodných směrech.
Závěry experimentu se zlatými listy
Vzhledem k této skutečnosti nebylo možné potvrdit to, co uvažovaly předchozí atomové modely. Tyto atomové modely naznačovaly, že kladný náboj byl v atomech rozložen rovnoměrně, což usnadnilo průchod, protože jeho náboj by v daném bodě nebyl tak silný.
Výsledky tohoto experimentu se zlatými listy byly naprosto neočekávané. Toto přimělo Rutherforda, aby si myslel, že atom má střed se silným kladným nábojem, který vznikl, když byla alfa částice zkuste to rozdat odmítnuto centrální strukturou. Za účelem získání spolehlivějšího zdroje byly částice brány v úvahu v množstvích těch, které se odrážely, a těch, které nebyly. Díky tomuto výběru částic bylo možné určit velikost jádra ve srovnání s oběžnou dráhou elektronů, které jsou kolem něj. Lze také dojít k závěru, že většina prostoru atomu je prázdná.
Bylo vidět, že některé částice alfa byly odkloněny zlatou fólií. Některé z nich byly vychylovány pouze ve velmi malých úhlech. To pomohlo k závěru, že kladný náboj v atomu není rovnoměrně rozložen. To znamená, že kladný náboj se nachází v atomu v koncentrované formě ve velmi malém objemu prostoru.
Velmi málo alfa částic se vznášelo zpět. Tato odchylka naznačuje, že by se částice mohly odrazit. Díky všem těmto novým úvahám mohl být Rutherfordův atomový model vytvořen s novými nápady.
Rutherfordův atomový model
Budeme studovat, jaké jsou principy Rutherfordova atomového modelu:
- Částice, které mají uvnitř atomu kladný náboj jsou uspořádány ve velmi malém objemu, pokud to porovnáme s celkovým objemem uvedeného atomu.
- Téměř veškerá hmota, kterou atom má, se nachází ve zmíněném malém objemu. Tato vnitřní hmota se nazývala jádro.
- Elektrony, které mají záporné náboje se nacházejí rotující kolem jádra.
- Elektrony rotují vysokou rychlostí kolem jádra a dělají tak po kruhových drahách. Tyto trajektorie se nazývají oběžné dráhy. Později zná je jako orbitaly.
- Jak záporně nabité elektrony, tak kladně nabité jádro atomu jsou vždy drženy pohromadě silou elektrostatické přitažlivosti.
Přijetí a omezení Rutherfordova atomového modelu
Jak se dalo očekávat, tento nový model otevřel zcela nový pohled na atom ve vědeckém světě. Díky tomuto atomovému modelu bylo mnoho pozdějších vědců schopno studovat a určit počet elektronů, které má každý prvek periodické tabulky. Kromě toho byly učiněny nové objevy, které pomáhají vysvětlit, jak atom funguje tím nejjednodušším možným způsobem.
I tento model má však určitá omezení a nedostatky. Přestože představoval velký pokrok ve světě fyziky, nebyl ani dokonalým, ani úplným modelem. A to je ono podle Newtonových zákonů a důležitého aspektu Maxwellových zákonů, Tento model nedokázal vysvětlit některé věci:
- Nedokázal vysvětlit, jak mohly záporné náboje zůstat pohromadě v jádře. Podle elektronické teorie by se kladné náboje měly navzájem odpuzovat.
- Další rozpor byl vůči základním zákonům elektrodynamiky. Pokud by se mělo za to, že elektrony, které mají kladný náboj, by se měly točit kolem jádra, měly by emitovat elektromagnetické záření. Vyzařování tohoto záření spotřebovává energii, která by způsobila kolaps elektronů do jádra. Proto tento atomový model nemůže vysvětlit stabilitu atomu.
