Massa elektron beberapa ribu kali lebih kecil dari massa atom. Karena atom secara keseluruhan adalah netral, maka sebagian besar atom jatuh pada bagian yang bermuatan positif.

Untuk studi eksperimental distribusi muatan positif, dan karenanya massa di dalam atom, Rutherford mengusulkan pada tahun 1906 untuk menerapkan penyelidikan atom menggunakan α -partikel. Partikel-partikel ini muncul dari peluruhan radium dan beberapa elemen lainnya. Massa mereka sekitar 8000 kali massa elektron, dan muatan positif sama dalam modulus dengan dua kali muatan elektron. Ini tidak lain adalah atom helium yang terionisasi penuh. Kecepatan α -partikel sangat besar: 1/15 kecepatan cahaya.

Dengan partikel-partikel ini, Rutherford membombardir atom-atom unsur berat. Elektron, karena massanya yang kecil, tidak dapat mengubah lintasan secara nyata α -partikel, seperti kerikil beberapa puluh gram dalam tabrakan dengan mobil, tidak dapat mengubah kecepatannya secara nyata. Hamburan (mengubah arah gerakan) α -partikel hanya dapat menyebabkan bagian atom yang bermuatan positif. Jadi, dengan hamburan α -partikel dapat menentukan sifat distribusi muatan positif dan massa di dalam atom.

Persiapan radioaktif, seperti radium, ditempatkan di dalam silinder timah 1, di mana saluran sempit dibor. bundel α -partikel dari saluran jatuh pada foil tipis 2 dari bahan yang diteliti (emas, tembaga, dll.). Setelah berhamburan α -partikel jatuh pada layar tembus 3 yang dilapisi dengan seng sulfida. Tumbukan setiap partikel dengan layar disertai dengan kilatan cahaya (sintilasi), yang dapat diamati di mikroskop 4. Seluruh peralatan ditempatkan dalam wadah dari mana udara dievakuasi.

Dengan vakum yang baik di dalam perangkat, tanpa adanya foil, lingkaran terang muncul di layar, terdiri dari kilau yang disebabkan oleh sinar tipis α -partikel. Tapi ketika foil ditempatkan di jalur balok, α -partikel karena hamburan didistribusikan di layar dalam lingkaran area yang lebih besar. Memodifikasi pengaturan eksperimental, Rutherford mencoba mendeteksi penyimpangan α -partikel pada sudut yang besar. Tak disangka, ternyata jumlahnya sedikit α -partikel (sekitar satu dari dua ribu) menyimpang pada sudut yang lebih besar dari 90°. Kemudian, Rutherford mengakui bahwa, setelah menawari murid-muridnya percobaan untuk mengamati hamburan α -partikel pada sudut besar, dia sendiri tidak percaya pada hasil yang positif. "Ini hampir sama luar biasa," kata Rutherford, "seolah-olah Anda menembakkan proyektil 15 inci ke selembar kertas tipis, dan proyektil itu kembali kepada Anda dan mengenai Anda." Memang, tidak mungkin untuk memprediksi hasil ini berdasarkan model Thomson. Ketika didistribusikan ke seluruh atom, muatan positif tidak dapat menciptakan medan listrik yang cukup kuat yang mampu melemparkan partikel-a kembali. Gaya tolak maksimum ditentukan oleh hukum Coulomb:

dimana q - muatan α -partikel; q adalah muatan positif atom; r adalah jari-jarinya; k - koefisien proporsionalitas. Kuat medan listrik bola bermuatan seragam maksimum pada permukaan bola dan berkurang menjadi nol saat mendekati pusat. Oleh karena itu, semakin kecil jari-jari r, semakin besar gaya tolak α -partikel.

Menentukan ukuran inti atom. Rutherford menyadari itu α -partikel dapat terlempar kembali hanya jika muatan positif atom dan massanya terkonsentrasi di wilayah ruang yang sangat kecil. Jadi Rutherford muncul dengan gagasan inti atom - benda berukuran kecil, di mana hampir semua massa dan semua muatan positif atom terkonsentrasi.

Model planet atom, atau Model Rutherford, - model sejarah struktur atom, yang diusulkan oleh Ernest Rutherford sebagai hasil eksperimen dengan hamburan partikel alfa. Menurut model ini, atom terdiri dari inti kecil bermuatan positif, di mana hampir semua massa atom terkonsentrasi, di mana elektron bergerak, seperti halnya planet-planet bergerak mengelilingi matahari. Model planet atom sesuai dengan gagasan modern tentang struktur atom, dengan mempertimbangkan fakta bahwa gerakan elektron bersifat kuantum dan tidak dijelaskan oleh hukum mekanika klasik. Secara historis, model planet Rutherford menggantikan "model puding plum" Joseph John Thomson, yang mendalilkan bahwa elektron bermuatan negatif ditempatkan di dalam atom bermuatan positif.

Informasi pertama tentang kompleks struktur atom diperoleh dalam studi tentang proses aliran arus listrik melalui cairan. Pada tiga puluhan abad XIX. Eksperimen fisikawan terkemuka M. Faraday menyarankan bahwa listrik ada dalam bentuk muatan satuan yang terpisah.

Penemuan peluruhan spontan atom dari beberapa unsur, yang disebut radioaktivitas, merupakan bukti langsung dari kerumitan struktur atom. Pada tahun 1902, ilmuwan Inggris Ernest Rutherford dan Frederick Soddy membuktikan bahwa selama peluruhan radioaktif, atom uranium berubah menjadi dua atom - atom thorium dan atom helium. Ini berarti bahwa atom bukanlah partikel yang tidak dapat diubah dan tidak dapat dihancurkan.

Model atom Rutherford

Menyelidiki perjalanan berkas sempit partikel alfa melalui lapisan tipis materi, Rutherford menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa melewati kertas logam yang terdiri dari ribuan lapisan atom tanpa menyimpang dari arah aslinya, tanpa mengalami hamburan, seolah-olah ada tidak ada rintangan di jalan mereka, tidak ada rintangan. Namun, beberapa partikel dibelokkan pada sudut yang besar, setelah mengalami aksi gaya yang besar.

Berdasarkan hasil percobaan untuk mengamati hamburan partikel alfa dalam materi Rutherford mengusulkan model planet dari struktur atom. Menurut model ini struktur atom mirip dengan struktur tata surya. Di pusat setiap atom adalah inti bermuatan positif dengan radius 10 -10 m, seperti planet, mereka beredar elektron bermuatan negatif. Hampir semua massa terkonsentrasi di inti atom. Partikel alfa dapat melewati ribuan lapisan atom tanpa hamburan, karena sebagian besar ruang di dalam atom kosong, dan tumbukan dengan elektron ringan hampir tidak berpengaruh pada gerakan partikel alfa berat. Penghamburan partikel alfa terjadi pada tumbukan dengan inti atom.

Model atom Rutherford gagal menjelaskan semua sifat atom.

Menurut hukum fisika klasik, atom yang terdiri dari inti bermuatan positif dan elektron dalam orbit melingkar harus memancarkan gelombang elektromagnetik. Radiasi gelombang elektromagnetik harus mengarah pada penurunan energi potensial dalam sistem nukleus-elektron, ke penurunan bertahap dalam jari-jari orbit elektron dan jatuhnya elektron ke nukleus. Namun, atom biasanya tidak memancarkan gelombang elektromagnetik, elektron tidak jatuh pada inti atom, yaitu atom stabil.

Postulat kuantum dari N. Bohr

Menjelaskan kestabilan atom Niels Bohr mengusulkan untuk meninggalkan ide-ide dan hukum-hukum klasik yang biasa ketika menjelaskan sifat-sifat atom.

Sifat dasar atom menerima penjelasan kualitatif yang konsisten berdasarkan adopsi postulat kuantum N. Bohr.

1. Elektron berputar di sekitar nukleus hanya dalam orbit melingkar (stasioner) yang didefinisikan secara ketat.

2. Sistem atom hanya dapat berada dalam keadaan stasioner atau kuantum tertentu, yang masing-masing sesuai dengan energi tertentu E. Sebuah atom tidak memancarkan energi dalam keadaan stasioner.

Keadaan stasioner atom dengan jumlah energi minimum disebut negara bagian utama, semua keadaan lainnya disebut keadaan tereksitasi (kuantum). Dalam keadaan dasar, sebuah atom bisa sangat panjang, masa hidup atom dalam keadaan tereksitasi berlangsung 10 -9 -10 -7 detik.

3. Emisi atau penyerapan energi hanya terjadi ketika sebuah atom berpindah dari satu keadaan diam ke keadaan diam lainnya. Energi kuantum radiasi elektromagnetik selama transisi dari keadaan stasioner dengan energi E m menjadi keadaan energi E n sama dengan perbedaan antara energi atom dalam dua keadaan kuantum:

E = E m – E n = hv,

di mana v adalah frekuensi radiasi, h\u003d 2ph \u003d 6,62 10 -34 J s.

Model kuantum struktur atom

Di masa depan, beberapa ketentuan teori N. Bohr ditambahkan dan dipikirkan kembali. Perubahan yang paling signifikan adalah pengenalan konsep awan elektron, yang menggantikan konsep elektron hanya sebagai partikel. Belakangan, teori Bohr digantikan oleh teori kuantum, yang memperhitungkan sifat gelombang elektron dan partikel elementer lain yang membentuk atom.

dasar teori modern tentang struktur atom adalah model planet, ditambah dan ditingkatkan. Menurut teori ini, inti atom terdiri dari proton (partikel bermuatan positif) dan neuron (partikel tidak bermuatan). Dan di sekitar nukleus, elektron (partikel bermuatan negatif) bergerak di sepanjang lintasan yang tidak terbatas.

Apakah Anda memiliki pertanyaan? Apakah Anda ingin tahu lebih banyak tentang model struktur atom?
Untuk mendapatkan bantuan tutor - daftar.
Pelajaran pertama gratis!

situs, dengan penyalinan materi secara penuh atau sebagian, tautan ke sumber diperlukan.

Pada tahun 1903, ilmuwan Inggris Thomson mengusulkan model atom, yang secara bercanda disebut "roti dengan kismis." Menurutnya, atom adalah bola dengan muatan positif seragam, di mana elektron bermuatan negatif diselingi seperti kismis.

Namun, studi lebih lanjut tentang atom menunjukkan bahwa teori ini tidak dapat dipertahankan. Dan beberapa tahun kemudian, fisikawan Inggris lainnya, Rutherford, melakukan serangkaian eksperimen. Berdasarkan hasil tersebut, ia membangun hipotesis tentang struktur atom, yang masih diakui di seluruh dunia.

Pengalaman Rutherford: usulan model atomnya

Dalam eksperimennya, Rutherford melewatkan seberkas partikel alfa melalui kertas emas tipis. Emas dipilih karena plastisitasnya, yang memungkinkan untuk membuat foil yang sangat tipis, hampir setebal satu lapis molekul. Di belakang foil adalah layar khusus yang diterangi ketika dibombardir oleh partikel alfa yang jatuh di atasnya. Menurut teori Thomson, partikel alfa seharusnya melewati foil tanpa hambatan, menyimpang sedikit ke samping. Namun, ternyata beberapa partikel berperilaku seperti ini, dan sebagian kecil memantul kembali, seperti menabrak sesuatu.

Artinya, ditemukan bahwa di dalam atom ada sesuatu yang padat dan kecil, dari mana partikel alfa dipantulkan. Saat itulah Rutherford mengusulkan model planet dari struktur atom. Model atom planet Rutherford menjelaskan hasil eksperimennya dan rekan-rekannya. Sampai hari ini, tidak ada model yang lebih baik telah diusulkan, meskipun beberapa aspek dari teori ini masih tidak sesuai dengan praktik di beberapa bidang sains yang sangat sempit. Tapi pada dasarnya, model planet dari atom adalah yang paling berguna dari semuanya. Apa model ini?

Model keplanetan dari struktur atom

Sesuai dengan namanya, atom disamakan dengan planet. Dalam hal ini, planet adalah inti atom. Dan elektron berputar mengelilingi inti pada jarak yang cukup jauh, seperti halnya satelit berputar mengelilingi planet. Hanya kecepatan rotasi elektron yang ratusan ribu kali lebih besar dari kecepatan rotasi satelit tercepat. Oleh karena itu, selama rotasinya, elektron seolah-olah menciptakan awan di atas permukaan nukleus. Dan muatan elektron yang ada menolak muatan yang sama yang dibentuk oleh elektron lain di sekitar inti lain. Oleh karena itu, atom-atom tidak "menempel", tetapi terletak pada jarak tertentu satu sama lain.

Dan ketika kita berbicara tentang tumbukan partikel, yang kita maksudkan adalah mereka saling mendekat pada jarak yang cukup jauh dan ditolak oleh medan muatannya. Tidak ada kontak langsung. Partikel dalam materi umumnya sangat berjauhan. Jika dengan cara apa pun adalah mungkin untuk meledakkan bersama partikel-partikel benda apa pun, itu akan berkurang satu miliar kali lipat. Bumi akan menjadi lebih kecil dari sebuah apel. Jadi volume utama zat apa pun, kedengarannya aneh, ditempati oleh kekosongan di mana partikel bermuatan berada, ditahan pada jarak oleh gaya interaksi elektronik.

Mereka menjadi langkah penting dalam perkembangan fisika. Model Rutherford sangat penting. Atom sebagai suatu sistem dan partikel penyusunnya telah dipelajari lebih teliti dan rinci. Hal ini menyebabkan keberhasilan pengembangan ilmu seperti fisika nuklir.

Ide kuno tentang struktur materi

Asumsi bahwa benda-benda di sekitarnya terdiri dari partikel terkecil dibuat pada zaman kuno. Para pemikir pada waktu itu menggambarkan atom sebagai partikel terkecil dan tak terpisahkan dari zat apa pun. Mereka berpendapat bahwa tidak ada sesuatu pun di alam semesta yang lebih kecil dari atom. Pandangan seperti itu dipegang oleh para ilmuwan dan filsuf Yunani kuno yang hebat - Democritus, Lucretius, Epicurus. Hipotesis para pemikir ini saat ini disatukan dengan nama "atomisme kuno".

Pertunjukan abad pertengahan

Zaman kuno telah berlalu, dan pada Abad Pertengahan ada juga ilmuwan yang membuat berbagai asumsi tentang struktur zat. Namun, dominasi pandangan filosofis agama dan kekuatan gereja pada periode sejarah itu menghentikan segala upaya dan aspirasi pikiran manusia untuk kesimpulan dan penemuan ilmiah materialistis. Seperti yang Anda ketahui, Inkuisisi abad pertengahan berperilaku sangat tidak ramah dengan perwakilan dunia ilmiah saat itu. Masih harus dikatakan bahwa orang-orang yang berpikiran cemerlang pada waktu itu memiliki gagasan yang berasal dari zaman kuno tentang atom yang tidak dapat dibagi-bagi.

Penelitian di abad 18 dan 19

Abad ke-18 ditandai dengan penemuan-penemuan serius di bidang struktur dasar materi. Sebagian besar berkat upaya para ilmuwan seperti Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov dan Independen satu sama lain, mereka mampu membuktikan bahwa atom benar-benar ada. Tetapi pertanyaan tentang struktur internal mereka tetap terbuka. Akhir abad ke-18 ditandai oleh peristiwa penting dalam dunia ilmiah seperti penemuan sistem periodik unsur-unsur kimia oleh D. I. Mendeleev. Ini adalah terobosan yang benar-benar kuat pada waktu itu dan mengangkat tabir atas pemahaman bahwa semua atom memiliki sifat tunggal, bahwa mereka terkait satu sama lain. Kemudian, pada abad ke-19, langkah penting lain untuk mengungkap struktur atom adalah bukti bahwa salah satu dari mereka mengandung elektron. Karya para ilmuwan pada periode ini menyiapkan lahan subur untuk penemuan abad ke-20.

Eksperimen Thomson

Fisikawan Inggris John Thomson membuktikan pada tahun 1897 bahwa komposisi atom termasuk elektron dengan muatan negatif. Pada tahap ini, gagasan yang salah bahwa atom adalah batas kemampuan membagi zat apa pun akhirnya dihancurkan. Bagaimana Thomson berhasil membuktikan keberadaan elektron? Dalam eksperimennya, ilmuwan menempatkan elektroda dalam gas yang sangat murni dan mengalirkan arus listrik. Hasilnya adalah sinar katoda. Thomson hati-hati mempelajari fitur mereka dan menemukan bahwa mereka adalah aliran partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Ilmuwan mampu menghitung massa partikel-partikel ini dan muatannya. Dia juga menemukan bahwa mereka tidak dapat diubah menjadi partikel netral, karena muatan listrik adalah dasar sifatnya. Begitu pula Thomson dan pencipta model struktur atom pertama di dunia. Menurutnya, atom adalah sekelompok materi bermuatan positif, di mana elektron bermuatan negatif didistribusikan secara merata. Struktur ini menjelaskan kenetralan atom secara umum, karena muatan yang berlawanan saling menyeimbangkan. Eksperimen John Thomson menjadi sangat berharga untuk studi lebih lanjut tentang struktur atom. Namun, banyak pertanyaan tetap tidak terjawab.

penelitian Rutherford

Thomson menemukan keberadaan elektron, tetapi ia gagal menemukan partikel bermuatan positif dalam atom. mengoreksi kesalahpahaman ini pada tahun 1911. Selama percobaan, mempelajari aktivitas partikel alfa dalam gas, ia menemukan bahwa ada partikel bermuatan positif dalam atom. Rutherford melihat bahwa ketika sinar melewati gas atau melalui pelat logam tipis, sejumlah kecil partikel menyimpang tajam dari lintasan gerak. Mereka benar-benar terlempar ke belakang. Ilmuwan menduga bahwa perilaku ini disebabkan oleh tumbukan dengan partikel bermuatan positif. Eksperimen semacam itu memungkinkan fisikawan untuk membuat model struktur atom Rutherford.

model planet

Sekarang ide ilmuwan agak berbeda dari asumsi yang dibuat oleh John Thomson. Model atom mereka juga menjadi berbeda. memungkinkan dia untuk membuat teori yang sama sekali baru di bidang ini. Penemuan ilmuwan sangat penting untuk pengembangan fisika lebih lanjut. Model Rutherford menggambarkan atom sebagai inti yang terletak di pusat, dan elektron bergerak di sekitarnya. Inti memiliki muatan positif, dan elektron memiliki muatan negatif. Model atom Rutherford mengasumsikan rotasi elektron di sekitar nukleus di sepanjang lintasan tertentu - orbit. Penemuan ilmuwan membantu menjelaskan alasan penyimpangan partikel alfa dan menjadi pendorong pengembangan teori nuklir atom. Dalam model atom Rutherford, ada analogi dengan pergerakan planet-planet tata surya mengelilingi matahari. Ini adalah perbandingan yang sangat akurat dan jelas. Oleh karena itu, model Rutherford, di mana atom bergerak mengelilingi nukleus dalam suatu orbit, disebut planetary.

Karya Niels Bohr

Dua tahun kemudian, fisikawan Denmark Niels Bohr berusaha menggabungkan gagasan tentang struktur atom dengan sifat kuantum fluks cahaya. Model atom nuklir Rutherford diletakkan oleh ilmuwan sebagai dasar teori barunya. Menurut Bohr, atom berputar mengelilingi inti dalam orbit melingkar. Lintasan gerak seperti itu mengarah pada percepatan elektron. Selain itu, interaksi Coulomb partikel-partikel ini dengan pusat atom disertai dengan penciptaan dan konsumsi energi untuk mempertahankan medan elektromagnetik spasial yang timbul dari pergerakan elektron. Dalam kondisi seperti itu, partikel bermuatan negatif suatu hari nanti harus jatuh ke nukleus. Tetapi ini tidak terjadi, yang menunjukkan stabilitas atom yang lebih besar sebagai sistem. Niels Bohr menyadari bahwa hukum termodinamika klasik yang dijelaskan oleh persamaan Maxwell tidak bekerja dalam kondisi intraatomik. Oleh karena itu, ilmuwan menetapkan tugas untuk mendapatkan pola-pola baru yang akan berlaku di dunia partikel elementer.

Postulat Bohr

Sebagian besar karena fakta bahwa model Rutherford ada, atom dan komponennya dipelajari dengan baik, Niels Bohr mampu mendekati penciptaan postulatnya. Yang pertama mengatakan bahwa atom memiliki energi yang tidak berubah, sementara elektron bergerak dalam orbit tanpa mengubah lintasannya. Menurut postulat kedua, ketika elektron bergerak dari satu orbit ke orbit lainnya, energi dilepaskan atau diserap. Ini sama dengan perbedaan antara energi keadaan atom sebelumnya dan selanjutnya. Dalam hal ini, jika elektron melompat ke orbit yang lebih dekat ke inti, maka radiasi terjadi dan sebaliknya. Terlepas dari kenyataan bahwa pergerakan elektron memiliki sedikit kemiripan dengan lintasan orbital yang terletak persis di dalam lingkaran, penemuan Bohr memberikan penjelasan yang sangat baik untuk keberadaan spektrum garis.Pada waktu yang hampir bersamaan, fisikawan Hertz dan Frank, yang tinggal di Jerman , menegaskan teori Niels Bohr tentang keberadaan stasioner, keadaan stabil atom dan kemungkinan mengubah nilai energi atom.

Kolaborasi dua ilmuwan

Ngomong-ngomong, Rutherford tidak dapat menentukan untuk waktu yang lama. Ilmuwan Marsden dan Geiger mencoba memeriksa ulang pernyataan Ernest Rutherford dan, sebagai hasil dari eksperimen dan perhitungan yang terperinci dan menyeluruh, sampai pada kesimpulan bahwa itu adalah nukleus. karakteristik yang paling penting dari atom, dan semua muatannya terkonsentrasi di dalamnya. Belakangan dibuktikan bahwa nilai muatan inti secara numerik sama dengan bilangan urut unsur dalam sistem periodik unsur D. I. Mendeleev. Menariknya, Niels Bohr segera bertemu Rutherford dan sepenuhnya setuju dengan pandangannya. Selanjutnya, para ilmuwan bekerja sama untuk waktu yang lama di laboratorium yang sama. Model Rutherford, atom sebagai suatu sistem yang terdiri dari partikel-partikel bermuatan elementer - semua ini dianggap adil oleh Niels Bohr dan mengesampingkan model elektroniknya selamanya. Kegiatan ilmiah bersama para ilmuwan sangat sukses dan membuahkan hasil. Masing-masing dari mereka mempelajari sifat-sifat partikel elementer dan membuat penemuan yang signifikan untuk sains. Kemudian, Rutherford menemukan dan membuktikan kemungkinan dekomposisi nuklir, tetapi ini adalah topik untuk artikel lain.

Rincian Kategori: Fisika atom dan inti atom Diposting pada 03/10/2016 18:27 Dilihat: 4106

Ilmuwan dan filsuf Yunani kuno dan India kuno percaya bahwa semua zat di sekitar kita terdiri dari partikel-partikel kecil yang tidak dapat membelah.

Mereka yakin bahwa tidak ada sesuatu pun di dunia ini yang lebih kecil dari partikel-partikel ini, yang mereka sebut atom . Dan memang, kemudian keberadaan atom dibuktikan oleh ilmuwan terkenal seperti Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov, John Dalton. Atom dianggap tidak dapat dibagi sampai akhir abad ke-19 - awal abad ke-20, ketika ternyata tidak demikian.

Penemuan elektron. Model atom Thomson

Joseph John Thomson

Pada tahun 1897, fisikawan Inggris Joseph John Thomson, mempelajari secara eksperimental perilaku sinar katoda dalam medan magnet dan listrik, menemukan bahwa sinar ini adalah aliran partikel bermuatan negatif. Kecepatan pergerakan partikel-partikel ini berada di bawah kecepatan cahaya. Oleh karena itu, mereka memiliki massa. Dari mana mereka berasal? Ilmuwan menyarankan bahwa partikel-partikel ini adalah bagian dari atom. Dia memanggil mereka sel darah . Kemudian mereka disebut elektron . Dengan demikian penemuan elektron mengakhiri teori tidak dapat dibagi-baginya atom.

Model atom Thomson

Thomson mengusulkan model elektronik pertama dari atom. Menurutnya, atom adalah bola, di dalamnya terdapat zat bermuatan, yang muatan positifnya didistribusikan secara merata ke seluruh volume. Dan dalam zat ini, seperti kismis dalam roti, elektron diselingi. Secara umum, atom bersifat netral secara listrik. Model ini disebut "model puding plum".

Namun model Thomson ternyata salah, yang dibuktikan oleh fisikawan Inggris Sir Ernest Rutherford.

Pengalaman Rutherford

Ernest Rutherford

Bagaimana sebenarnya atom diatur? Rutherford memberikan jawaban atas pertanyaan ini setelah eksperimennya, yang dilakukan pada tahun 1909 bersama dengan fisikawan Jerman Hans Geiger dan fisikawan Selandia Baru Ernst Marsden.

Pengalaman Rutherford

Tujuan percobaan ini adalah untuk mempelajari atom dengan bantuan partikel alfa, sinar terfokus yang, terbang dengan kecepatan tinggi, diarahkan ke kertas emas tertipis. Di balik kertas timah itu ada layar bercahaya. Ketika partikel bertabrakan dengannya, kilatan muncul yang dapat diamati di bawah mikroskop.

Jika Thomson benar, dan atom terdiri dari awan elektron, maka partikel harus dengan mudah terbang melalui foil tanpa dibelokkan. Karena massa partikel alfa melebihi massa elektron sekitar 8000 kali, elektron tidak dapat bekerja padanya dan menyimpang lintasannya pada sudut yang besar, seperti halnya kerikil 10 g tidak dapat mengubah lintasan mobil yang bergerak.

Namun dalam praktiknya, semuanya ternyata berbeda. Sebagian besar partikel benar-benar terbang melalui foil, praktis tidak menyimpang atau menyimpang dengan sudut kecil. Tetapi beberapa partikel menyimpang cukup signifikan atau bahkan memantul kembali, seolah-olah ada semacam rintangan di jalurnya. Seperti yang dikatakan Rutherford sendiri, itu sama menakjubkannya dengan proyektil 15 inci yang memantul dari selembar kertas tisu.

Apa yang menyebabkan beberapa partikel alfa berubah arah begitu banyak? Ilmuwan menyarankan bahwa alasannya adalah bagian dari atom, terkonsentrasi dalam volume yang sangat kecil dan memiliki muatan positif. Dia memanggilnya inti atom.

Model atom planet Rutherford

Model atom Rutherford

Rutherford sampai pada kesimpulan bahwa atom terdiri dari inti padat bermuatan positif yang terletak di pusat atom dan elektron yang bermuatan negatif. Hampir semua massa atom terkonsentrasi di inti. Pada umumnya atom bersifat netral. Muatan positif inti sama dengan jumlah muatan negatif semua elektron dalam atom. Tetapi elektron tidak tertanam dalam inti, seperti dalam model Thomson, tetapi berputar mengelilinginya seperti planet-planet berputar mengelilingi matahari. Rotasi elektron terjadi di bawah aksi gaya Coulomb yang bekerja pada mereka dari nukleus. Kecepatan rotasi elektron sangat besar. Di atas permukaan inti, mereka membentuk semacam awan. Setiap atom memiliki awan elektronnya sendiri, bermuatan negatif. Untuk alasan ini, mereka tidak "bersatu", tetapi saling tolak.

Karena kemiripannya dengan tata surya, model Rutherford disebut planetary.

Mengapa atom ada

Namun, model atom Rutherford gagal menjelaskan mengapa atom begitu stabil. Memang, menurut hukum fisika klasik, sebuah elektron, yang berputar di orbit, bergerak dengan percepatan, oleh karena itu, ia memancarkan gelombang elektromagnetik dan kehilangan energi. Pada akhirnya, energi ini harus habis, dan elektron harus jatuh ke dalam inti. Jika ini masalahnya, atom hanya bisa ada selama 10 -8 s. Tapi mengapa ini tidak terjadi?

Alasan fenomena ini kemudian dijelaskan oleh fisikawan Denmark Niels Bohr. Dia menyarankan bahwa elektron dalam atom bergerak hanya dalam orbit tetap, yang disebut "orbit yang diizinkan". Berada di atasnya, mereka tidak memancarkan energi. Dan emisi atau penyerapan energi hanya terjadi ketika elektron bergerak dari satu orbit yang diizinkan ke orbit yang lain. Jika ini adalah transisi dari orbit yang jauh ke orbit yang lebih dekat ke inti, maka energi dipancarkan, dan sebaliknya. Radiasi terjadi dalam bagian-bagian, yang disebut kuanta.

Meskipun model yang dijelaskan oleh Rutherford tidak dapat menjelaskan stabilitas atom, model tersebut memungkinkan kemajuan yang signifikan dalam studi strukturnya.