Το ατομικό μοντέλο του Ράδερφορντ και οι περιορισμοί του

Ένα άτομο περιέχει ηλεκτρόνια, νετρόνια και πρωτόνια. Η δομή των ατόμων έχει διατυπωθεί από πολλούς επιστήμονες. Αλλά το πιο ευνοϊκό και καλά εξηγημένο μοντέλο δόθηκε από τον επιστήμονα Ernest Rutherford. Αυτό το μοντέλο αναγνωρίζεται ως το ατομικό μοντέλο του Rutherford. Λοιπόν, ας συζητήσουμε λεπτομερώς το ατομικό μοντέλο του Rutherford και τους περιορισμούς τους, τις θεωρίες και τα πειράματά του.

Σώμα

Ατομικό μοντέλο του Ράδερφορντ:

Πρώτον, ένα μοντέλο πουτίγκας δαμάσκηνου για την ατομική δομή προτάθηκε από τον JJ Thomson. Λόγω έλλειψης πειραματικών στοιχείων, δεν έγινε δεκτό. Όμως, ο Ernest Rutherford ερεύνησε με επιτυχία τη δομή των ατόμων και πρότεινε την ατομική δομή των στοιχείων.

Στο πείραμά του με τα στοιχεία, εκτόξευσε μια δέσμη σωματιδίων άλφα σε ένα λεπτό φύλλο χρυσού και παρατήρησε την τροχιά αυτών των σωματιδίων.

Πείραμα σκέδασης άλφα του Rutherford:

Ο Ράδερφορντ πήρε φύλλα χρυσού 100 χιλιοστών για να βομβαρδίσει σωματίδια άλφα υψηλής ενέργειας κατά τη διάρκεια του πειράματός του. Τα σωματίδια άλφα φάνηκαν από ένα ραδιενεργό ρεύμα. Ο κύριος στόχος του ήταν να μελετήσει τις εκτροπές των σωματιδίων άλφα μετά την αλληλεπίδρασή τους με το λεπτό φύλλο χρυσού που δημιουργήθηκε στην τροχιά. Στη συνέχεια τοποθέτησε ένα πλέγμα που αποτελείται από θειούχο ψευδάργυρο γύρω από το φύλλο χρυσού για να παρατηρήσει την παραμόρφωση. Τα πειραματικά του αποτελέσματα ήταν αντιφατικά με αυτά της μεθόδου πουτίγκας που πρότεινε ο JJ Thomson.

Παρατηρήσεις του Ράδερφορντ στο πείραμά του σκέδασης άλφα:

Οι απόψεις του μετά τον πειραματισμό του με τα σωματίδια άλφα σημειώνονται παρακάτω:

Μετά τις παρατηρήσεις του στο πείραμα, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο μέγιστος χώρος των ατόμων είναι κενός. Κατά τη διάρκεια του πειραματισμού, ένα μεγάλο μέρος των σωματιδίων άλφα πέρασε από το φύλλο χρυσού χωρίς να εκτραπεί.
Μερικά σωματίδια άλφα εκτρέπονται. Ωστόσο, τα σωματίδια εκτρέπονταν σε αμελητέες γωνίες και επομένως, το θετικό φορτίο δεν κατανέμεται ομοιόμορφα σε ένα άτομο. Ένας πολύ μικρός όγκος του ατόμου συγκεντρώνεται με θετικά φορτία.
Υπήρχαν πολύ λίγα σωματίδια άλφα που παρουσίαζαν υψηλότερες γωνιακές παραμορφώσεις. Επίσης, πολύ λίγα από αυτά εκτρέπονταν σε γωνίες 180°. Αυτό επιβεβαίωσε ότι ένα μικρότερο τμήμα του ατόμου έχει θετικά φορτία.

Διαφορές μεταξύ ατομικών μοντέλων του Rutherford και του JJ Thomson:

Ο JJ Thomson πρότεινε τη δομή των ατόμων πολύ νωρίτερα από άλλους επιστήμονες. Σύμφωνα με τον ίδιο, τα άτομα έχουν σχήμα σφαίρας και η ακτίνα τους είναι κοντά στα 10-10 μέτρα με ομοιόμορφη κατανομή των θετικών φορτίων. Σε αυτή τη σφαίρα του ατόμου, τα ηλεκτρόνια είναι ενσωματωμένα και διατηρούν σταθερές ηλεκτροστατικές διαμορφώσεις.

Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια του μοντέλου Thomson έμοιαζαν με σταφίδες σε μια πουτίγκα, ονομάστηκε μοντέλο πουτίγκας δαμάσκηνου. Αυτό το μοντέλο εξηγεί ότι υπάρχει ομοιόμορφη κατανομή μάζας στα άτομα.

Με βάση τις παρατηρήσεις και τα συμπεράσματα του Rutherford, τα ατομικά μοντέλα είναι-

Υπάρχει μια μικρή περιοχή στα άτομα που περιβάλλεται πυκνά από θετική ενέργεια. Ο Ράδερφορντ ονόμασε αυτή την περιοχή τον πυρήνα του ατόμου.
Τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα με υψηλότερες ταχύτητες ακολουθώντας κυκλικές διαδρομές γνωστές ως τροχιές. Μπορούμε να αναφερθούμε στο ηλιακό σύστημα για περαιτέρω κατανόηση αυτού του μοντέλου καθώς αυτή η διάταξη μοιάζει με το ηλιακό σύστημα. Αν υποθέσουμε ότι ο πυρήνας είναι ο ήλιος, τα ηλεκτρόνια γίνονται οι πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο. Ως εκ τούτου, μπορούμε να ονομάσουμε αυτό το μοντέλο και πλανητικό μοντέλο.
Τα ηλεκτρόνια και ο πυρήνας συγκρατούνται μαζί με τη βοήθεια ηλεκτροστατικών δυνάμεων.

Τα αξιώματα του Ράδερφορντ για το ατομικό μοντέλο με βάση τον πειραματισμό του:

Ένα άτομο αποτελείται από θετικά φορτισμένα σωματίδια. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του θετικού φορτίου συγκεντρώνεται σε μια μικρή περιοχή που ονομάζεται πυρήνας του ατόμου. Το γεγονός ότι ο πυρήνας αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια βρέθηκε πολύ αργότερα.
Ο πυρήνας των ατόμων περιβάλλεται από πολλά αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται ηλεκτρόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα με ταχύτερους ρυθμούς σε κυκλικές τροχιές.
Τα άτομα είναι ουδέτερα. Δεν έχουν καθαρό φορτίο καθώς τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα και ο πυκνός πυρήνας είναι θετικά φορτισμένος. Μια ισχυρή ηλεκτροστατική δύναμη έλξης δρα σε αυτό για να το συγκρατήσει μαζί, και ως εκ τούτου είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.
Το μέγεθος του πυρήνα ενός ατόμου είναι πολύ μικρό σε σύγκριση με το πλήρες μέγεθος ενός ατόμου.

Περιορισμοί του ατομικού μοντέλου του Rutherford:

Το ατομικό μοντέλο του Ράδερφορντ έγινε αποδεκτό και πειραματικά επιτυχημένο, αλλά δεν μπορούσε να εξηγήσει ορισμένα σημαντικά πράγματα για τα άτομα.

Ας συζητήσουμε λεπτομερώς αυτά τα μειονεκτήματα του ατομικού μοντέλου του Rutherford-

Η θεωρία και το μοντέλο του δεν ήταν σε θέση να εξηγήσουν τη σταθερότητα των ατόμων. Σύμφωνα με την παρατήρηση του Rutherford, τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο κινούνται με υψηλότερες ταχύτητες γύρω από τον πυρήνα του σε κυκλικές τροχιές. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις παρατηρήσεις του Maxwell. Ο Maxwell εξήγησε ότι τα φορτισμένα σωματίδια στα άτομα επιταχύνονται και απελευθερώνουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Έτσι, τα ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου πρέπει να εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτά τα γεγονότα δεν εξηγούνται στο ατομικό μοντέλο του Rutherford.
Οι τροχιές που δημιουργούνται από τα ηλεκτρόνια θα συρρικνωθούν λόγω της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αυτές οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες έχουν ενέργεια λόγω της ηλεκτρονικής κίνησης. Ως αποτέλεσμα αυτού, οι τροχιές θα καταρρεύσουν στον πυρήνα. Και αν το συγκρίνουμε με τη θεωρία του Maxwell, τότε ο πυρήνας θα καταρρεύσει μέσα σε 10-8 δευτερόλεπτα. Και ως εκ τούτου, μπορούμε να πούμε ότι το μοντέλο του Rutherford δεν συμμορφώνεται με τη θεωρία του Maxwell και δεν εξηγεί τη σταθερότητα των ατόμων.
Το ατομικό μοντέλο του Ράδερφορντ δεν εξηγεί καμία διάταξη ηλεκτρονίων στην τροχιά και, ως εκ τούτου, παραμένει ατελές. Και αυτός μπορεί να είναι ένας από τους σημαντικότερους περιορισμούς του ατομικού μοντέλου του Rutherford.

Συμπέρασμα:

Αυτό το μοντέλο ήταν επιτυχές στην εξήγηση της φύσης της ουδετερότητας των ατόμων, αλλά οι προτάσεις του δεν ήταν σωστές όταν συνδυάστηκαν με μεταγενέστερα πειραματικά αποτελέσματα. Ωστόσο, ο Ράδερφορντ κατάφερε να εξηγήσει την αληθινή φύση των ατόμων και η θεωρία του έγινε αποδεκτή από όλους.

Ενώ υπάρχουν πολλοί περιορισμοί του ατομικού μοντέλου Rutherford, ο Rutherford ήταν επιτυχής στην εξήγηση της αληθινής φύσης των ατόμων και η θεωρία του έγινε αποδεκτή από όλους. Το ατομικό μοντέλο του Rutherford έδωσε για πρώτη φορά την ιδέα της δομής των ατόμων. Σημάδεψε τη βάση της κβαντικής μηχανικής. Το ατομικό μοντέλο Rutherford βοήθησε επίσης στην περαιτέρω ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής.