atomer och guld

1911 inledde Rutherford och medarbetare Hans Geiger och Ernest Marsden en serie banbrytande experiment som helt skulle förändra den accepterade modellen av atomen. De bombarderade mycket tunna ark guldfolie med snabbrörliga alfapartiklar.

figur \(\PageIndex{2}\) (A) den experimentella inställningen för Rutherfords guldfolieexperiment: ett radioaktivt element som emitterade alfapartiklar riktades mot ett tunt ark guldfolie som var omgiven av en skärm som skulle möjliggöra detektering av de avböjda partiklarna. (B) enligt plommonpuddingmodellen (top) borde alla alfapartiklarna ha passerat genom guldfolien med liten eller ingen avböjning. Rutherford fann att en liten andel alfapartiklar avböjdes i stora vinklar, vilket kunde förklaras av en atom med en mycket liten, tät, positivt laddad kärna i centrum (botten).enligt den accepterade atommodellen, där en atoms massa och laddning är jämnt fördelad över atomen, förväntade forskarna att alla alfapartiklarna skulle passera genom guldfolien med endast en liten avböjning eller ingen alls. Överraskande, som visas i Figur \(\PageIndex{2}\) (medan de flesta alfapartiklarna verkligen var odeflekterade, studsade en mycket liten procentandel (cirka 1 av 8000 partiklar) av guldfolien i mycket stora vinklar. Vissa omdirigerades till och med tillbaka mot källan. Inga förkunskaper hade förberett dem för denna upptäckt. I ett berömt citat utropade Rutherford att det var ”som om du hade avfyrat ett 15-tums skal på en bit vävnad och det kom tillbaka och slog dig.”

Rutherford behövde komma med en helt ny modell av atomen för att förklara hans resultat. Eftersom den stora majoriteten av alfapartiklarna hade passerat genom guldet, resonerade han att det mesta av atomen var tomt utrymme. Däremot måste partiklarna som var starkt avböjda ha upplevt en oerhört kraftfull kraft i atomen. Han drog slutsatsen att all den positiva laddningen och majoriteten av atomens massa måste koncentreras i ett mycket litet utrymme i atomens inre, som han kallade kärnan. Kärnan är den lilla, täta, centrala kärnan i atomen och består av protoner och neutroner.

Rutherfords atommodell blev känd som kärnmodellen. I kärnatomen är protoner och neutroner, som utgör nästan hela atomens massa, belägna i kärnan i atomens centrum. Elektronerna fördelas runt kärnan och upptar det mesta av atomens volym. Det är värt att betona hur liten kärnan jämförs med resten av atomen. Om vi kunde spränga en atom för att vara storleken på en stor professionell fotbollsstadion, skulle kärnan vara ungefär lika stor som en marmor.

Rutherfords modell visade sig vara ett viktigt steg mot en fullständig förståelse av atomen. Det tog emellertid inte helt upp elektronernas natur och hur de ockuperade det stora utrymmet runt kärnan. För denna och andra insikter tilldelades Rutherford Nobelpriset i kemi 1908. Tyvärr skulle Rutherford ha föredragit att få Nobelpriset i fysik eftersom han ansåg fysik överlägsen Kemi. Enligt hans åsikt, ” all vetenskap är antingen fysik eller frimärkssamling.”