مدل اتمی رادفورد

اتم از یک مغز یا هسته با چگالی بسیار زیاد و بار الکتریکی مثبت بسیار متمرکز تشکیل می‏شود. قسمت اعظم فضای اتم خالی است، و الکترون‏ها مانند سیارات به دور خورشید، هستۀ مرکزی کوچک آن را دور می‏زنند. اصولاً مدل رادفورد هنوز هم اساساً درست تلقی می‏شود، ولی دانشمندان بعدها آن را اصلاًح کردند.

وقتی رادفورد با تبار زلاندنوی نظریۀ پرتوزایی خود را در سال 1902 اعلام داشت، استاد فیزیک در دانشگاه مک گیل کانادا بود: «پرتوزایی ناشی از تلاشی هسته، یعنی تجزیۀ اتم به بخش‏های کوچک‏تر است. هر اتم پرتوزا سه نوع تابش ـ ذارت آلفا، ذرات بتا، و پرتو گاما ـ گسیل می‏کند و به عنصر جدیدی وا می‏پاشد». اگر چه این نظریه در ابتدا با دیرباوری و تردید گسترده‏ای روبرو شد (یکی از همکارانش با طعنه از او پرسید که چرا اتم‏های پرتوزا به «جنون خودکشی غیر قابل درمان» مبتلا می‏شوند)، اما در سال 1908 رادفورد جایزه نوبل در رشته شیمی را به خاطر کشف خود دریافت کرد. او با خوشحالی به دوستانش می‏گفت که سریع‏ترین تغییر شکلی که می‏شناسد، تغییر خود او از فیزیکدان به شیمی‏دان بوده است.
در سال 1909 رادفورد که اکنون در دانشگاه منچستر انگلستان مشغول به کار بود از همکارش هانس گاریگر، که بعدها شمارگر مشهور گایگر را اختراع کرد، و ارنست مارسدن، دانشجوی برجسته‏اش خواست تا پراکندگی ذرات آلفا را که هستۀ مثبت بار هلیم است، مطالعه کنند. آنان یک ورقه نازک طلا را با ذرات پرسرعت آلفا متعلق به یک عنصر پرتوزا بمباران کردند. آنان یک ورقه نازک طلا را با ذرات پرسرعت آلفا متعلق به یک عنصر تقریباً تمام ذرات مستقیماً از ورفۀ طلا (که در حدود 1000 اتم ضخامت داشت) عبور کردند اما تقریباً یک اتم از هر 20000 اتم برگشت. بنا بر محاسباتی مبتنی بر مدل اتمی تامسون اتنظار می‏رفت ذرات آلفای مثبت بار مستقیماً از ورقه طلا عبور کنند، همان‏طور که گلوله از ورقه کاغذ می‏گذارد.
نتیجه آزمایش رادفورد را شگفت زده کرد. رادفورد اظهار داشت که «درست مانند این گلوله‏ای 38 سانتی‏متری به یک تکه دستمال کاغذی شلیک کنید و گلوله برگردد، اصلاً باورکردنی نبود». رادفورد برای توضح این مشاهدات تجربی اظهار داشت که اتم‏های طلا بیشتر از فضای خالی تشکیل شده‏اند و تقریباً تمام جرم و بار مثبت در هستۀ کوچک آن قرار دارند. بیشتر ذرات آلفا به هستۀ اتم‏های طلا برخورد نکرده و از ورقه طلا بدون مانعی گذشتند.
رادفورد مدل جدیدی را برای اتم پیشنهاد کرد: «اتم یک مرکز یا هستۀ بسیار متراکم و بارهای مثبت متمرکز دارد. بیشتر اتم را فضای خالی تشکیل می‏دهد. و الکترون‏ها مانند سیارات حول خورشید، هستۀ مرکزی و کوچک اتم را دور می‏زنند.» در خلال 12 ماه، گایگر و مارسن آزمایش‏های بیشتری انجام دادند ثابت می‏کرد مدل اتمی جدید واقعاً صحیح است. رادفورد پس از اعلام نظریۀ اتمی خود در سال 1911، با لبخند گشاده‏ای به یکی از همکاران نزدیکش در مورد منتقاد خود گفت: «بعضی از آن‏ها حاضرند هزاران پوند بدهند تا آن را رد کنند.»
ورقه طلا وجود هستۀ اتمی را اثبات کرد. در این نمودار مشاهده می کنید که چگونه برخی ذرات الفا به طور مستقیم از ورقه طلا عبور می کنند، در حالی که برخی دیگر منحرف می شوند و یا پس از برخورد با هستۀ آن‏های طلا بر می گردند.

o گروه موضوعی ← علوم پایه
o نظریه پرداز ← ارنست رادفورد
o تاریخ ارایه ← 1911

انتشار این مطلب در:

ارنست رادفورد

مدل اتمی