atomok és arany

1911-ben Rutherford és munkatársai Hans Geiger és Ernest Marsden úttörő kísérleteket kezdeményeztek, amelyek teljesen megváltoztatták az atom elfogadott modelljét. Nagyon vékony aranyfóliát bombáztak gyorsan mozgó alfa-részecskékkel.

ábra \ (\PageIndex{2}\) (a) Rutherford aranyfólia kísérletének kísérleti beállítása: az alfa-részecskéket kibocsátó radioaktív elem egy vékony aranyfólia felé irányult, amelyet egy képernyő vett körül, amely lehetővé tette az elhajlott részecskék kimutatását. B) a plum pudding modell (top) szerint az összes alfa-részecskének át kellett volna haladnia az aranyfólián, alig vagy egyáltalán nem. Rutherford úgy találta, hogy az alfa-részecskék kis százalékát nagy szögben eltérítették, amit egy atom magyarázhat, amelynek középpontjában (alján) egy nagyon kicsi, sűrű, pozitív töltésű mag van.

Az elfogadott atommodell szerint, amelyben egy atom tömege és töltése egyenletesen oszlik el az atomon, a tudósok arra számítottak, hogy az összes alfa-részecske csak enyhe eltéréssel vagy egyáltalán nem halad át az aranyfólián. Meglepő módon, amint azt a \(\PageIndex{2}\) ábra mutatja (míg az alfa-részecskék többsége valóban nem volt védett ,nagyon kis százalék (8000 részecskéből körülbelül 1) Nagyon nagy szögben visszapattant az aranyfóliáról. Néhányan még átirányították vissza a forrás felé. Ezt a felfedezést semmilyen előzetes tudás nem készítette elő. Egy híres idézetben Rutherford felkiáltott, hogy ” mintha egy 15 hüvelykes héjat lőtt volna egy darab szövetre, és visszajött, és megütött volna.”

Rutherfordnak egy teljesen új atom modellt kellett kidolgoznia, hogy elmagyarázza eredményeit. Mivel az alfa-részecskék túlnyomó többsége áthaladt az aranyon, úgy érvelt, hogy az atom nagy része üres hely. Ezzel szemben az erősen eltérített részecskéknek rendkívül erős erőt kellett tapasztalniuk az atomon belül. Arra a következtetésre jutott, hogy az összes pozitív töltést és az atom tömegének nagy részét egy nagyon kis helyre kell koncentrálni az atom belsejében, amelyet atommagnak nevezett. A mag az atom apró, sűrű, központi magja, protonokból és neutronokból áll.

Rutherford atommodellje nukleáris modellként vált ismertté. A nukleáris atomban a protonok és neutronok, amelyek az atom szinte teljes tömegét alkotják, az atom középpontjában a magban helyezkednek el. Az elektronok a mag körül oszlanak el, és az atom térfogatának nagy részét elfoglalják. Érdemes hangsúlyozni, hogy mennyire kicsi a mag az atom többi részéhez képest. Ha fel tudnánk robbantani egy atomot, hogy akkora legyen, mint egy nagy profi futballstadion, a mag körülbelül akkora lenne, mint egy márvány.

Rutherford modellje fontos lépésnek bizonyult az atom teljes megértése felé. Azonban nem foglalkozott teljesen az elektronok természetével és azzal, hogy milyen módon foglalták el a mag körüli hatalmas teret. Rutherford 1908-ban kapta meg a kémiai Nobel-díjat. Sajnos Rutherford inkább a fizikai Nobel-díjat kapta volna, mert a fizikát a kémia felettinek tartotta. Véleménye szerint ” minden tudomány fizika vagy bélyeggyűjtés.”