RUTHERFORD'UN ATOM MODELI: TARIH, DENEYLER, POSTÜLATLAR - FIZIKSEL - 2025

Rutherford atom modeli 1911 yılında Ernest Rutherford (1871-1937) keşfetti İngiliz fizikçi tarafından oluşturulan atomun açıklama olduğunda kendi adını alır ünlü saçılma deneyleri ile atom çekirdeği.

Maddenin en küçük bileşeni olarak atom (Yunanca "bölünmez") fikri, M.Ö. 300 civarında Antik Yunanistan'da doğmuş entelektüel bir yaratılıştı. Diğer pek çok Yunan kavramı gibi, atom kavramı da temel alınarak geliştirilmiştir. mantık ve argümantasyon, ancak deney değil.

Rutherford'un atom modeli

En önemli atomcu filozoflar Demokritos of Abdera (460 - 360), Epicurus of Samos (341 - 270 BC) ve Titus Lucretius (98 - 54 BC) idi. Yunanlılar, kendilerine göre maddeyi oluşturan dört elemente karşılık gelen dört farklı türde atom tasarladılar: hava, su, toprak ve ateş.

Daha sonra Aristoteles beşinci bir element ekleyecekti: diğer dört element tamamen karasal olduğu için yıldızları oluşturan eter.

Aristo'nun öğretmeni olduğu Büyük İskender'in fetihleri, inançlarını eski dünya çapında İspanya'dan Hindistan'a kadar genişletmiş ve böylece yüzyıllar boyunca atom fikri bilim dünyasında kendi yerini oluşturuyordu.

Atom artık bölünemez değil

Yunan filozoflarının maddenin yapısı hakkındaki fikirleri, John Dalton (1776-1844) adında bir İngiliz kimyager ve okul öğretmeni olan 1808'de deneylerinin sonuçlarını yayınlayana kadar yüzlerce yıldır geçerliydi.

Dalton, elementlerin atom adı verilen son derece küçük parçacıklardan oluştuğunu kabul etti. Ancak aynı elementin tüm atomlarının eşit olduğunu, aynı büyüklükte, aynı kütleye ve aynı kimyasal özelliklere sahip olduğunu, bu da onların kimyasal bir reaksiyon sırasında değişmeden kaldıklarını belirterek daha da ileri gitti.

Bu, bilimsel temelli ilk atom modelidir. Yunanlılar gibi Dalton da atomu bölünmez olarak görüyordu, bu nedenle yapıdan yoksundu. Ancak, Dalton'un dehası onu Fiziğin en büyük koruma ilkelerinden birini gözlemlemeye yönlendirdi:

• Kimyasal reaksiyonlarda atomlar ne yaratılır ne de yok edilir, sadece dağılımlarını değiştirirler.

Ve kimyasal bileşiklerin "bileşik atomlar" (moleküller) tarafından oluşturulma şeklini belirledi:

• Farklı elementlerin iki veya daha fazla atomu aynı bileşiği oluşturmak için birleştiğinde, bunu her zaman tanımlanmış ve sabit kütle oranlarında yaparlar.

19. yüzyıl, elektrik ve manyetizmanın büyük yüzyılıydı. Dalton'un yayınlarından birkaç yıl sonra, bazı deneylerin sonuçları bilim adamları arasında atomun bölünmezliği hakkında şüpheler uyandırdı.

Crookes tüp

Crookes tüpü, İngiliz kimyager ve meteorolog William Crookes (1832-1919) tarafından tasarlanan bir cihazdı. Crookes'un 1875 yılında gerçekleştirdiği deney, düşük basınçta gazla dolu bir tüpün içine biri katot diğeri anot adı verilen iki elektrot yerleştirmekten ibaretti.

İki elektrot arasında potansiyel bir fark oluşturarak, gaz, kullanılan gaza özgü bir renkle parladı. Bu gerçek, atom içinde belirli bir organizasyon olduğunu ve bu nedenle bölünmez olmadığını gösterdi.

Ayrıca, bu radyasyon, katodun önündeki cam tüpün duvarında zayıf bir floresan oluşturarak, tüpün içinde bulunan çapraz şekilli bir işaretin gölgesini kesmiştir.

Bu "katot ışınları" olarak bilinen gizemli bir radyasyondu, anoda düz bir hat üzerinde hareket ediyordu ve oldukça enerjikti, mekanik etkiler üretebiliyordu ve pozitif yüklü bir plakaya veya aynı zamanda mıknatıslar tarafından yönlendiriliyordu.

Elektronun keşfi

Crookes tüpünün içindeki radyasyon, negatif bir yük taşıdığı için dalga olamaz. Joseph John Thomson (1856 - 1940), 1887'de bu radyasyonun yükü ve kütlesi arasındaki ilişkiyi bulduğunda cevabı buldu ve her zaman aynı olduğunu buldu: 1.76 x 10 ¹¹ C / Kg., Gazdan bağımsız olarak tüp veya katodu yapmak için kullanılan malzeme içine alınır.

Thomson bu parçacıklara parçacıklar adını verdi. Kütlesini elektrik yüküne göre ölçerek, her bir cismin bir atomdan çok daha küçük olduğu sonucuna vardı. Bu nedenle, bunların bir parçası olmaları gerektiğini önerdi, böylece elektronu keşfetti.

İngiliz bilim adamı, şekli nedeniyle "erikli puding" takma adı verilen, içine noktalı bir küre çizerek atomun grafik modelini ilk çizen kişi oldu. Ancak bu keşif başka soruları da beraberinde getirdi:

• Madde nötr ise ve elektronun negatif bir yükü varsa: Atomun içinde elektronları nötralize eden pozitif yük nerede bulunur?
• Elektronun kütlesi atomunkinden azsa, atomun geri kalanı nelerden oluşur?
• Parçacıklar neden bu şekilde hep elektron elde edildi ve asla başka bir türden olmadı?

Rutherford saçılma deneyleri: atom çekirdeği ve proton

1898'de Rutherford, uranyumdan alfa ve beta adını verdiği iki tür radyasyon tespit etmişti.

Doğal radyoaktivite 1896'da Marie Curie tarafından keşfedilmişti. Alfa parçacıkları pozitif yüklüdür ve sadece helyum çekirdekleridir, ancak o zamanlar çekirdek kavramı henüz bilinmiyordu. Rutherford öğrenmek üzereydi.

Rutherford'un 1911'de Manchester Üniversitesi'nde Hans Geiger'in yardımıyla gerçekleştirdiği deneylerden biri, ince bir altın folyoyu, yükü pozitif olan alfa parçacıklarıyla bombardıman etmekten ibaretti. Altın folyonun etrafına, bombardımanın etkilerini görselleştirmelerine izin veren bir floresan ekran yerleştirdi.

Gözlemler

Floresan ekran üzerindeki etkileri inceleyen Rutherford ve asistanları şunu gözlemledi:

1. Alfa parçacıklarının çok yüksek bir yüzdesi, gözle görülür bir sapma olmaksızın tabakadan geçti.
2. Bazıları oldukça dik açılardan saptı
3. Ve çok azı tamamen geri döndü

Rutherford saçılma deneyleri. Kaynak: .

2. ve 3. gözlemler araştırmacıları şaşırttı ve ışınların saçılmasından sorumlu kişinin pozitif bir yüke sahip olması gerektiğini ve 1 numaralı gözlem sayesinde sorumlu kişinin alfa parçacıklarından çok daha küçük olduğunu varsaymalarına yol açtı. .

Rutherford bunun "sanki bir kağıda 15 inçlik bir deniz mermisi fırlattığını ve mermi geri sıçrayıp sana çarptığını" söyledi. Bu kesinlikle Thompson modeli ile açıklanamaz.

Rutherford, sonuçlarını klasik bakış açısıyla analiz ederek, atomun pozitif yükünün yoğunlaştığı ve ona nötrlüğünü veren atom çekirdeğinin varlığını keşfetmişti.

Rutherford saçılma deneylerine devam etti. 1918'de alfa parçacıkları için yeni hedef nitrojen gaz atomlarıydı.

Bu şekilde hidrojen çekirdeklerini tespit etti ve bu çekirdeklerin gelebileceği tek yerin nitrojenden geldiğini hemen anladı. Hidrojen çekirdeklerinin nitrojenin parçası olması nasıl mümkün oldu?

Rutherford daha sonra atom numarası 1 olarak belirlenmiş bir element olan hidrojen çekirdeğinin temel bir parçacık olması gerektiğini öne sürdü. İlk olarak Yunanca bir kelime olan proton adını verdi. Böylece, atom çekirdeği ve protonun keşifleri bu parlak Yeni Zelandalı'dan kaynaklanmaktadır.

Rutherford'un atom modeli varsayımları

Yeni model, Thompson'dan çok farklıydı. Bunlar onun varsayımlarıydı:

• Atom, çok küçük olmasına rağmen atomun neredeyse tüm kütlesini içeren pozitif yüklü bir çekirdek içerir.
• Elektronlar atom çekirdeğini büyük mesafelerde ve dairesel veya eliptik yörüngelerde yörüngede bırakırlar.
• Atomun net yükü sıfırdır, çünkü elektronların yükleri çekirdekte bulunan pozitif yükü telafi eder.

Rutherford'un hesaplamaları, küresel bir şekle ve ^10-15 m kadar küçük bir yarıçapa sahip bir çekirdeğe işaret etti , atom yarıçapının değeri yaklaşık 100.000 kat daha büyüktü, çünkü çekirdekler nispeten uzaktadır: ^10-10 mertebesinde m.

Genç Ernest Rutherford. Kaynak: Bilinmiyor, 1939'da Rutherford'da yayınlandı: Rt. Hon. Lord Rutherford'un hayatı ve mektupları olmak, O. M

Bu, alfa parçacıklarının çoğunun neden tabakadan sorunsuz bir şekilde geçtiğini veya çok az sapmaya sahip olduğunu açıklar.

Günlük nesneler ölçeğinde görüldüğünde, Rutherford atomu bir beyzbol topu büyüklüğünde bir çekirdekten oluşacak, atom yarıçapı yaklaşık 8 km olacaktı, bu nedenle atom neredeyse her şeyi boş uzay olarak kabul edilebilir.

Minyatür bir güneş sistemine benzerliği sayesinde, "atomun gezegen modeli" olarak tanındı. Çekirdek ve elektronlar arasındaki elektrostatik çekim kuvveti, güneş ve gezegenler arasındaki yerçekimine benzer olacaktır.

Sınırlamalar

Ancak, bazı gözlemlenen gerçeklerle ilgili bazı anlaşmazlıklar vardı:

• Elektronun çekirdeğin etrafında yörüngede olduğu fikri kabul edilirse, elektronun çekirdekle çarpışana kadar sürekli olarak radyasyon yayması gerekir ve sonuçta atomun bir saniyeden kısa sürede yok olması gerekir. Neyse ki bu gerçekte olan şey değil.
• Dahası, belirli durumlarda atom, daha yüksek enerjili bir durumdan daha düşük enerjili olana geçişler olduğunda ve yalnızca bu frekanslar arasında geçişler olduğunda elektromanyetik radyasyonun belirli frekanslarını yayar, diğerleri değil. Enerjinin nicelleştirildiği gerçeği nasıl açıklanır?

Bu sınırlamalara rağmen, bugün gözlemlenen gerçeklerle uyumlu çok daha karmaşık modeller olduğundan, Rutherford'un atom modeli, öğrencinin atoma ve onu oluşturan parçacıklara başarılı bir ilk yaklaşıma sahip olması için hala yararlıdır.

Atomun bu modelinde, nötron, çekirdeğin başka bir bileşeni olan ve 1932'ye kadar keşfedilmemiş görünmüyor.

Rutherford'un gezegen modelini önermesinden kısa bir süre sonra, 1913'te Danimarkalı fizikçi Niels Bohr atomun neden yok olmadığını açıklamak için onu değiştirecekti ve biz hala bu hikayeyi anlatmak için buradayız.

İlgi makaleleri

Schrödinger'in atom modeli.

De Broglie atom modeli.

Chadwick'in atom modeli.

Heisenberg atom modeli.

Perrin'in atom modeli.

Thomson'ın atom modeli.

Dirac Jordan atom modeli.

Demokritos'un atom modeli.

Bohr'un atom modeli.

Dalton'un atom modeli.

Referanslar

1. Rex, A. 2011. Temel Fizik. Pearson. 618-621.
2. Zapata, F. 2007. Radyobiyoloji ve Radyolojik Koruma kürsüsü için sınıf notları. Venezuela Merkez Üniversitesi Halk Sağlığı Okulu.