Atomy a Zlata

V roce 1911 Rutherford a spolupracovníky Hans Geiger a Ernest Marsden zahájil sérii průkopnických experimentů, které by zcela změnit přijímaný model atomu. Bombardovali velmi tenké listy zlaté fólie rychle se pohybujícími alfa částicemi.

Obrázek \(\PageIndex{2}\) (A) experimentální nastavení pro Rutherford experiment zlaté fólie: radioaktivní prvek, který emitované alfa částice byly namířeny na tenký list zlaté fólie, který byl obklopen displej, který by umožnil detekci odrazil částice. (B) podle modelu švestkového pudinku (top) měly všechny alfa částice projít zlatou fólií s malým nebo žádným průhybem. Rutherford zjistil, že malé procento alfa částice byly odraženy ve velkém úhlu, což by mohlo být vysvětleno tím, že atom s velmi malé, husté, kladně nabitého jádra, v jeho středu (dole).

Podle přijaté atomic model, ve kterém atom je hmotnost a náboj je rovnoměrně rozložen v celém atomu, vědci očekávali, že všechny alfa částice by projít zlaté fólie s pouze mírné vychýlení nebo vůbec žádné. Překvapivě, jak je znázorněno na Obrázku \(\PageIndex{2}\) (zatímco většina alfa částic byly skutečně undeflected, velmi malé procento (cca 1: 8000 částic) odrazil od zlaté fólie na velmi velké úhly. Někteří byli dokonce přesměrováni zpět ke zdroji. Žádné předchozí znalosti je na tento objev nepřipravily. Ve slavném citátu Rutherford zvolal, že to bylo „jako byste vystřelili 15palcovou skořápku na kus tkáně a vrátila se a zasáhla vás.“

Rutherford potřeboval přijít se zcela novým modelem atomu, aby vysvětlil své výsledky. Protože drtivá většina alfa částic prošla zlatem, usoudil, že většina atomu je prázdný prostor. Naproti tomu částice, které byly vysoce vychýlené, musely zažít ohromně silnou sílu uvnitř atomu. Dospěl k závěru, že veškerý kladný náboj a většina hmoty atomu musí být soustředěna ve velmi malém prostoru v interiéru atomu, který nazval jádro. Jádro je malé, husté, centrální jádro atomu a skládá se z protonů a neutronů.

Rutherfordův atomový model se stal známým jako jaderný model. V jaderném atomu jsou protony a neutrony, které tvoří téměř veškerou hmotnost atomu, umístěny v jádru ve středu atomu. Elektrony jsou distribuovány kolem jádra a zabírají většinu objemu atomu. Stojí za to zdůraznit, jak malé je jádro ve srovnání se zbytkem atomu. Kdybychom mohli vyhodit do vzduchu atom velikosti velkého profesionálního fotbalového stadionu, jádro by bylo asi velikosti mramoru.

Rutherfordův model se ukázal jako důležitý krok k plnému pochopení atomu. Zcela se však nezabývala povahou elektronů a způsobem, jakým zabíraly obrovský prostor kolem jádra. Za tento a další poznatky získal Rutherford Nobelovu cenu za chemii v roce 1908. Rutherford by bohužel raději obdržel Nobelovu cenu za fyziku, protože považoval fyziku za lepší než chemii. Podle jeho názoru „veškerá věda je buď Fyzika, nebo sbírání známek.”