Χημεία

Μοντέλο Rutherford


Το 1911 ο New Zealander Ernest Rutherford πραγματοποίησε ένα σημαντικό πείραμα.

Πήρε ένα κομμάτι μεταξονίου μετάλλου (Po), το οποίο εκπέμπει σωματίδια άλφα (α) και το έβαλε σε κουτί μολύβδου με μια μικρή τρύπα.

Τα σωματίδια άλφα περνούσαν μέσω άλλων πλακών μολύβδου μέσω οπών στο κέντρο τους. Στη συνέχεια πέρασαν από μια πολύ λεπτή λεπίδα (10-4mm) χρυσού (Au).

Ο Ράδερφορντ προσάρμοσε ένα κινητό διάφραγμα σουλφιδίου ψευδαργύρου (φθορισμού) για να καταγράψει τη διαδρομή που ταξίδευαν τα σωματίδια.

Ο φυσικός παρατήρησε ότι τα περισσότερα σωματίδια άλφα διέσχισαν τη χρυσή λεπίδα και μόνο λίγα αποκλίνονταν ή ακόμα και υποχωρούσαν.

Από αυτά τα αποτελέσματα, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το άτομο δεν ήταν θετική σφαίρα με ηλεκτρόνια βυθισμένα σε αυτή τη σφαίρα. Συμπέρανε ότι:

- το άτομο είναι ένα τεράστιο κενό.
- το άτομο έχει πολύ μικρό πυρήνα.
- το άτομο έχει θετικό πυρήνα (+), καθώς τα σωματίδια άλφα αποκλίνουν μερικές φορές.
- Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται γύρω από τον πυρήνα (στην ηλεκτροσφαίρα) για να εξισορροπήσουν τα θετικά φορτία.

Το ατομικό μοντέλο του Ράδερφορντ στη συνέχεια πρότεινε ένα άτομο με κυκλικές τροχιές ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα. Συγκρίθηκε το άτομο με το ηλιακό σύστημα, όπου τα ηλεκτρόνια θα ήταν οι πλανήτες και ο πυρήνας θα ήταν ο ήλιος.

Σήμερα, το άτομο είναι γνωστό ότι είναι 10.000 έως 100.000 φορές μεγαλύτερο από τον πυρήνα του. Σε μακροσκοπική κλίμακα, μπορεί κανείς να συγκρίνει ένα άτομο με ένα γήπεδο ποδοσφαίρου.

Αν το άτομο ήταν το στάδιο Maracana, ο πυρήνας του θα ήταν ένα μυρμήγκι στο κέντρο του πεδίου. Έτσι το άτομο είναι τεράστιο σε σχέση με τον πυρήνα του.

Ωστόσο, το άτομο Rutherford έχει κάποια ελαττώματα. Εάν ο ατομικός πυρήνας αποτελείται από θετικά σωματίδια, γιατί αυτά τα σωματίδια δεν αποκλίνουν ο ένας τον άλλο και ο πυρήνας δεν καταρρέει;

Αν τα σωματίδια είναι αντίθετα φορτισμένα, γιατί δεν προσελκύουν; Τα ηλεκτρόνια θα χάσουν βαθμιαία ενέργεια στρέφοντάς τους προς τον πυρήνα και, όπως έκανε, θα εκπέμπουν ενέργεια με τη μορφή φωτός.

Αλλά πώς κινούνται τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα χωρίς να καταρρέουν τα άτομα;

Αυτές οι ερωτήσεις απαντήθηκαν το 1932 από τον James Chadwick. Παρατήρησε ότι ο πυρήνας ραδιενεργού βηρυλλίου (Be) εκπέμπει σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο και μάζα ίση με εκείνη των πρωτονίων (+). Κάλεσε αυτό το σωματίδιο νετρόνια.

Στη συνέχεια ήρθε το τρίτο υποατομικό σωματίδιο. Τώρα γνωρίζουμε ότι στον πυρήνα του ατόμου υπάρχουν πρωτόνια και νετρόνια και στην ηλεκτροσφαίρα υπάρχουν ηλεκτρόνια.

Τότε η σχέση αυτή δημιουργήθηκε:

ΣΤΟΙΧΕΙΑ

PASTA

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΦΟΡΤΩΣΗ

σ

1

+1

όχι

1

0

é

1/1836

-1

Στον παραπάνω πίνακα, μπορεί να φανεί ότι το ηλεκτρόνιο είναι 1.836 φορές μικρότερο από τη μάζα ενός πρωτονίου.