ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ RUTHERFORD

ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ RUTHERFORD 

ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ RUTHERFORD 

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Πρώτοι οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι ασχολήθηκαν με το πρόβλημα των συστατικών της ύλης.Ο Λεύκιππος και ο Δημόκριτος υποστήριζαν ότι η ύλη αποτελείται από πολύ μικρά σωματίδια,τα οποία δεν μπορούν να διαιρούνται απεριόριστα και γι' αυτό ονομάστηκαν άτομα (δηλαδή άτμητα).

Ο Λεύκιππος (5ος αιώνας π.Χ.)  ήταν Έλληνας φιλόσοφος του 5ου αι. π.Χ. από τα Άβδηρα ή την Μίλητο,εισηγητής της ατομικής θεωρίας,δάσκαλος του Δημόκριτου.Διατύπωσε πρώτος την υπόθεση ότι η ύλη αποτελείται από άτομα

 Διατύπωσαν λοιπόν μια φιλοσοφική θεωρία,για να ερμηνεύσουν τις ιδιότητες των υλικών σωμάτων.Υποστήριξαν ότι η ύλη αποτελείται από άτομα που διαφέρουν μεταξύ τους κατά το σχήμα και κατά το μέγεθος.Τα άτομα δε δημιουργούνται ούτε καταστρέφονται και επομένως είναι άφθαρτα και αιώνια.Τα άτομα είναι πάρα πολλά και βρίσκονται σε διαρκή κίνηση μέσα στο κενό.Τα διάφορα φυσικά φαινόμενα οφείλονται στην κίνηση των ατόμων.Ο σχηματισμός των υλικών σωμάτων οφείλεται στις ενώσεις των ατόμων με άλλα άτομα,ενώ αντίθετα η καταστροφή των σωμάτων οφείλεται στο διαχωρισμό των ατόμων.

Ο Δημόκριτος ο Αβδηρίτης (460π.X.-390π.X.) ήταν μεγάλος φιλόσοφος της αρχαίας Ελλάδας.Υιός του Ηγησιστράτου.Βασικός εκπρόσωπος της Αρχαίας Ελληνικής Ατομικής θεωρίας.Μαθητής του Λευκίππου στην σχολή στα Άβδηρα και του Αναξαγόρου

 Ο Επίκουρος επηρεάστηκε από τη θεωρία του Δημόκριτου.Ένα μέρος της θεωρίας αυτής βρίσκεται σε ένα ποίημα του Ρωμαίου ποιητή Λουκρήτιου,όπου περιγράφεται,με βάση τις ατομικές αντιλήψεις του Δημόκριτου,η πίεση που ασκούν τα αέρια,η διάχυση των οσμών και το σχήμα των κρυστάλλων.

 Η ατομική θεωρία του Δημόκριτου ήταν μία από τις φιλοσοφικές θεωρίες των αρχαίων Ελλήνων.Δεν υπήρχε καμία πειραματική παρατήρηση για την υποστήριξή της.Η θεωρία του Δημόκριτου καταπολεμήθηκε από τον Πλάτωνα,τον Αριστοτέλη και τους μαθητές τους και έπεσε σε αφάνεια μέχρι το 19ο αιώνα.
 Στις αρχές του 19ου αιώνα ο Dalton (Ντάλτον) επανέφερε την ατομική θεωρία,για να εξηγήσει τους νόμους της Χημείας που ανακάλυψε πειραματικά.
 Σημαντικό σταθμό στην εξέλιξη των επιστημονικών ιδεών για το άτομο αποτέλεσε η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από τον Thomson (Τόμσον) κατά το τέλος του 19ου αιώνα. 

Το μοντέλου του ατόμου Η2

 Η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου ως συστατικό του ατόμου έδειξε ότι το άτομο έχει εσωτερική δομή και επομένως δεν είναι άτμητο.Επειδή η ύλη είναι ηλεκτρικά ουδέτερη,κατέληξε στο συμπέρασμα ότι και τα άτομα της ύλης είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και επομένως το άτομο θα έχει ίσες ποσότητες θετικού και αρνητικού φορτίου. 

Το άτομο αποτελείται από μία πολύ μικρή περιοχή στην οποία είναι συγκεντρωμένο όλο το θετικό φορτίο και σχεδόν όλη η μάζα του ατόμου.Η περιοχή αυτή ονομάζεται πυρήνας

 Επίσης τα πειράματα έδειξαν ότι η μάζα του τμήματος που είναι θετικά φορτισμένο είναι μεγαλύτερη από τη μάζα των ηλεκτρονίων του ατόμου.

ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ THOMSON

 Το ερώτημα που τέθηκε στη συνέχεια ήταν:«πώς η μάζα και το φορτίο κατανέμονται στο εσωτερικό του ατόμου;» 

Το άτομο σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson

 Ο Thomson (Τόμσον) πρότεινε ένα πρότυπο σύμφωνα με το οποίο το άτομο αποτελείται από μια σφαίρα θετικού φορτίου,ομοιόμορφα κατανεμημένου,μέσα στο οποίο είναι ενσωματωμένα τα ηλεκτρόνια,όπως οι σταφίδες μέσα σε ένα σφαιρικό σταφιδόψωμο. 

ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ RUTHERFORD 

 Ο Rutherford (Ράδερφορντ) και οι μαθητές του πραγματοποίησαν τα πρώτα πειράματα,για να διερευνήσουν την εσωτερική δομή του ατόμου,τα αποτελέσματα των οποίων ήλθαν σε αντίθεση με το πρότυπο του Thomson.

Πείραμα του Rutherford.Σκέδαση σωματίων α από ένα λεπτό φύλλο χρυσού.Περίπου ένα στα 8000 σωμάτια αποκλίνει κατά γωνία μεγαλύτερη των 90°.Τα σωμάτια α είναι πυρήνες ηλίου

 Στα πειράματα αυτά μια δέσμη θετικά φορτισμένων σωματίων α κατευθύνεται σε λεπτό μεταλλικό φύλλο χρυσού (στόχος).

Ο Έρνεστ Ράδερφορντ,1ος Βαρώνος Ράδερφορντ του Νέλσον Μέλος του Τάγματος της Αξίας,Μέλος της Βασιλικής Εταιρείας (πήρε αργότερα τον τιμητικό τίτλο Βαρώνος Ράδερφορντ του Νέλσον) ήταν Νεοζηλανδός φυσικός και χημικός.Ο Έρνεστ Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι το άτομο έχει συγκεντρωμένο το θετικό φορτίο στο κέντρο του και το αρνητικό περιφερειακά

 Σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson,η δέσμη των σωματίων α δε θα πρέπει να αποκλίνει σημαντικά για τους εξής λόγους: 

α) Το ολικό ηλεκτρικό φορτίο του ατόμου είναι μηδέν και επομένως δεν ασκείται ηλεκτρική δύναμη στα σωμάτια α,όσο αυτά βρίσκονται στο εξωτερικό του ατόμου. 

Τα φορτία των σωμάτων που βρίσκονται στο εσωτερικό των ατόμων,ούτε δημιουργούνται,ούτε καταστρέφονται.Σε οποιαδήποτε διαδικασία,το ολικό φορτίο διατηρείται σταθερό

β) Επειδή το θετικό ηλεκτρικό φορτίο είναι ομοιόμορφα κατανεμημένο, δεν μπορεί να ασκεί σημαντική απωστική δύναμη στα σωμάτια α,όσο αυτά βρίσκονται στο εσωτερικό του ατόμου. 

Το ηλεκτρικό φορτίο κάθε φορτισμένου σώματος είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του ηλεκτρικού φορτίου του ηλεκτρονίου

γ) Η σύγκρουση των σωματίων α με  το ηλεκτρόνια δεν επηρεάζει σημαντικά την κίνησή τους,γιατί τα ηλεκτρόνια έχουν πολύ μικρότερη μάζα.Με τον ίδιο τρόπο δεν επηρεάζεται σημαντικά η κίνηση μιας βαριάς πέτρας μέσα στη βροχή. 

α) Τα σωμάτια α αποκλίνουν κατά μικρή γωνία σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson
β) Τα σωμάτια α αποκλίνουν κατά μεγάλη γωνία σύμφωνα με το πρότυπο τον Rutherford

 Ο Rutherford παρατήρησε ότι τα περισσότερα από τα σωμάτια α διέρχονται μέσα από το στόχο σχεδόν ανεπηρέαστα,σαν να κινούνται μέσα σε σχεδόν κενό χώρο.Αρκετά αποκλίνουν σε διάφορες γωνίες.

Το εργαστήριο του  Έρνεστ   Ράδερφορντ

 Λίγα όμως αποκλίνουν κατά 180°.Αυτό μπορεί να συμβεί μόνο,αν το θετικό φορτίο είναι συγκεντρωμένο σε μικρό χώρο,ώστε να ασκεί στα σωμάτια α μεγάλες απωστικές ηλεκτρικές δυνάμεις. 

Όταν ένα σώμα έχει αποβάλλει ηλεκτρόνια,έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων και έχει ολικό φορτίο θετικό

 Για να ερμηνεύσει ο Rutherford τις πειραματικές παρατηρήσεις του,πρότεινε ένα πρότυπο σύμφωνα με το οποίο: 

Όταν ένα σώμα έχει προσλάβει ηλεκτρόνια αποκτά πλεόνασμα ηλεκτρονίων,οπότε δεν είναι πια ηλεκτρικά ουδέτερο και αποκτά αρνητικό φορτίο

 Το άτομο αποτελείται από μία πολύ μικρή περιοχή στην οποία είναι συγκεντρωμένο όλο το θετικό φορτίο και σχεδόν όλη η μάζα του ατόμου.Η περιοχή αυτή ονομάζεται πυρήνας.Ο πυρήνας περιβάλλεται από ηλεκτρόνια.Τα ηλεκτρόνια πρέπει να κινούνται γύρω από τον πυρήνα σε κυκλικές τροχιές,όπως οι πλανήτες γύρω από τον  Ήλιο,γιατί,αν ήταν ακίνητα,θα  έπεφταν πάνω στον πυρήνα εξαιτίας της ηλεκτρικής έλξης που δέχονται από αυτόν.

Μοντέλο του Rutherford για το άτομο (πλανητικό μοντέλο)

 Το πρότυπο του Rutherford ονομάζεται και πλανητικό μοντέλο του ατόμου,γιατί αποτελεί μικρογραφία του ηλιακού πλανητικού συστήματος.Αποτελεί ένα μεγάλο βήμα,που πλησιάζει στην εικόνα του ατόμου όπως τη γνωρίζουμε σήμερα.
 Όμως το μοντέλο αυτό,όπως θα δούμε παρακάτω,παρουσιάζει ορισμένες σημαντικές αδυναμίες.