- là mô hình có hạt nhân và các electron chuyển động xung quanh hạt nhân.
Đặc điểm Mô hình nguyên tử Rutherford
Sau khi làm quen Mô hình nguyên tử của Thomson, được coi là các electron ở trong môi trường tích điện dương, một mô hình tiên tiến hơn được gọi là Mô hình nguyên tử Rutherford. Nhà khoa học phụ trách bước tiến mới này cho khoa học là Ernest Rutherford. Ông sinh ngày 20 tháng 1871 năm 19 và mất ngày 1937 tháng XNUMX năm XNUMX. Trong cuộc đời của mình, ông đã có nhiều đóng góp cho hóa học và thế giới khoa học nói chung.
Do đó, chúng tôi sẽ dành bài viết này để cho bạn biết mọi thứ bạn cần biết về mô hình nguyên tử của Rutherford.
Thí nghiệm lá vàng
Mô hình thomson cũ nói rằng các electron ở trong môi trường tích điện dương. Năm 1909, Ernest Rutherford, cùng với hai trợ lý tên là Geiger và Marsden, đã thực hiện một nghiên cứu được gọi là thí nghiệm Lá vàng, nơi họ có thể xác minh rằng Món "bánh pudding nho khô" nổi tiếng của Thomson đã sai. Và thí nghiệm mới này có thể chứng minh rằng nguyên tử có cấu trúc mang điện tích dương mạnh hay không. Thí nghiệm này hoặc có thể giúp thiết lập lại một số kết luận cuối cùng được trình bày dưới dạng mô hình nguyên tử của Rutherford vào năm 1911.
Thí nghiệm được gọi là Lá vàng không phải là duy nhất nhưng chúng được thực hiện từ năm 1909 đến năm 1913. Để làm được điều này, họ đã sử dụng các phòng thí nghiệm vật lý của Đại học Manchester. Những thí nghiệm này có tầm quan trọng lớn vì có thể đưa ra những kết luận mới từ kết quả của chúng, dẫn đến một mô hình nguyên tử mang tính cách mạng.
Thí nghiệm này bao gồm những điều sau đây: một tấm vàng mỏng chỉ dày 100nm phải bị bắn phá bằng một lượng lớn các hạt alpha. Các hạt alpha này là và các ion. Đó là, nguyên tử không có electron, vì vậy chúng chỉ có proton và neutron. Khi có neutron và proton, tổng điện tích của nguyên tử là dương. Thí nghiệm này chủ yếu có mục đích chứng thực liệu mô hình Thomson có đúng hay không. Nếu mô hình này đúng, các hạt alpha phải đi qua các nguyên tử vàng theo một đường thẳng.
Để nghiên cứu sự lệch hướng do các hạt alpha gây ra, một bộ lọc kẽm sulfua huỳnh quang phải được đặt xung quanh lá vàng ròng. Kết quả của thí nghiệm này là người ta quan sát thấy một số hạt có thể đi qua các nguyên tử vàng của tấm theo một đường thẳng. Tuy nhiên, một số hạt alpha này đã bị lệch theo các hướng ngẫu nhiên.
Với thực tế này, không thể chứng thực những gì mà các mô hình nguyên tử trước đó được coi là. Và chính các mô hình nguyên tử này đã chỉ ra rằng điện tích dương được phân bố đồng đều trong các nguyên tử và điều này sẽ làm cho nó dễ dàng vượt qua nó hơn vì điện tích của nó sẽ không quá mạnh tại một điểm nhất định.
Kết quả của thí nghiệm Lá vàng này hoàn toàn bất ngờ. Điều này khiến Rutherford nghĩ rằng nguyên tử có trung tâm mang điện tích dương mạnh tạo ra khi một hạt alpha cố gắng chuyển nó ra khỏi cấu trúc trung tâm. Để thiết lập một nguồn đáng tin cậy hơn, các hạt được xem xét với số lượng của những hạt đã được phản xạ và những hạt không được phản xạ. Nhờ sự chọn lọc các hạt này, người ta có thể xác định kích thước của hạt nhân so với quỹ đạo của các electron xung quanh nó. Cũng có thể kết luận rằng phần lớn không gian của nguyên tử là trống rỗng.
Có thể thấy, một số hạt alpha đã bị lệch bởi lá vàng. Một số chỉ bị lệch ở những góc rất nhỏ. Điều này giúp kết luận rằng điện tích dương trên nguyên tử không phân bố đều. Tức là điện tích dương nằm trên nguyên tử một cách tập trung trong một thể tích không gian rất nhỏ.
Rất ít hạt alpha trôi trở lại. Sự sai lệch này chỉ ra như sau các hạt cho biết có thể đã bật lại. Nhờ tất cả những cân nhắc mới này, mô hình nguyên tử của Rutherford có thể được thiết lập với những ý tưởng mới.
Mô hình nguyên tử Rutherford
Chúng ta sẽ nghiên cứu các nguyên tắc của mô hình nguyên tử của Rutherford là gì:
- Các hạt mang điện tích dương bên trong nguyên tử chúng được sắp xếp trong một khối lượng rất nhỏ nếu chúng ta so sánh nó với tổng khối lượng của nguyên tử nói trên.
- Hầu như tất cả khối lượng mà một nguyên tử có đều nằm trong khối lượng nhỏ được đề cập. Khối lượng bên trong này được gọi là hạt nhân.
- Các electron mang điện tích âm được tìm thấy quay xung quanh hạt nhân.
- Các electron đang quay với tốc độ cao khi chúng ở xung quanh hạt nhân và chúng chuyển động theo đường tròn. Những quỹ đạo này được gọi là quỹ đạo. Sau đó tôi sẽ chúng được gọi là obitan.
- Cả êlectron mang điện tích âm và hạt nhân của nguyên tử mang điện dương luôn được giữ với nhau nhờ lực hút tĩnh điện.
Sự chấp nhận và hạn chế của mô hình nguyên tử của Rutherford
Đúng như dự đoán, mô hình mới này đã hình dung ra một bức tranh toàn cảnh hoàn toàn mới về nguyên tử trong thế giới khoa học. Nhờ mô hình nguyên tử này, nhiều nhà khoa học sau này có thể nghiên cứu và xác định số lượng electron mà mỗi nguyên tố trong bảng tuần hoàn có. Ngoài ra, những khám phá mới có thể giúp giải thích hoạt động của nguyên tử một cách đơn giản nhất.
Tuy nhiên, mô hình này cũng có một số hạn chế và lỗi. Mặc dù đó là một bước đột phá trong thế giới vật lý, chúng không phải là một mô hình hoàn hảo hay hoàn chỉnh. Và đó là của theo định luật Newton và một khía cạnh quan trọng của định luật Maxwell, mô hình này không thể giải thích những điều nhất định:
- Ông không thể giải thích làm thế nào mà các điện tích âm lại có thể giữ lại với nhau trong hạt nhân. Theo xương chày điện tử, các điện tích dương phải đẩy nhau.
- Một mâu thuẫn khác là đối với các định luật cơ bản của điện động lực học. Nếu các electron mang điện tích dương được coi là quay xung quanh hạt nhân, chúng sẽ phát ra bức xạ điện từ. Khi phát ra bức xạ này, năng lượng bị tiêu hao để các electron bị sụp đổ trong hạt nhân. Do đó, mô hình nguyên tử có vân không thể giải thích được tính ổn định của nguyên tử.
Tôi hy vọng rằng với thông tin này, bạn có thể tìm hiểu thêm về mô hình nguyên tử của Rutherford.
Hành tinh nguyên tử, còn gọi là mẫu hành tinh nguyên tử hay mô hình nguyên tử Rutherford, là một mô hình về nguyên tử được nhà vật lý người New Zealand là Ernest Rutherford [1871–1937] đưa ra sau năm 1911.
Một mô tả về mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford dành cho nguyên tử lithi
Trong mẫu hành tinh nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương rất nhỏ bé, tập trung phần lớn khối lượng của nguyên tử ở trung tâm; còn các điện tử mang điện tích âm quay chung quanh hạt nhân trên các quỹ đạo giống như các hành tinh quay chung quanh Mặt Trời.
Trước năm 1911, nguyên tử được cho là có cấu trúc tuân theo mô hình mứt mận của J. J. Thomson, gồm các hạt tích điện dương đan xen với các electron, tạo thành một hỗn hợp tương tự như thành phần của mứt mận [Plum pudding model].
Năm 1909, theo sự chỉ đạo của Rutherford, Hans Geiger và Ernest Marsden tiến hành thí nghiệm, mà sau này gọi là thí nghiệm Rutherford, tại Đại học Manchester[1]. Họ chiếu dòng hạt alpha vào các lá vàng mỏng và đo số hạt alpha bị phản xạ, truyền qua và tán xạ. Họ khám phá ra một phần nhỏ các hạt alpha đã phản hồi lại.
Nếu cấu trúc nguyên tử có dạng như mô hình "mứt mận" thì sự phản hồi xảy ra rất yếu, do nguyên tử là môi trường trộn lẫn giữa điện tích âm [của điện tử] và điện tích dương [của proton], trung hòa điện tích và gần như không có lực tĩnh điện giữa nguyên tử và các hạt alpha.
Năm 1911, Rutherford giải thích kết quả thí nghiệm[2], với giả thiết rằng nguyên tử chứa một hạt nhân mang điện tích dương nhỏ bé trong lõi, với những điện tử mang điện tích âm khác chuyển động xung quanh nó trên những quỹ đạo khác nhau, ở giữa là những khoảng không. Khi đó, hạt alpha khi nằm bên ngoài nguyên tử không chịu lực Coulomb, nhưng khi đến gần hạt nhân mang điện dương trong lõi thì bị đẩy do hạt nhân và hạt alpha đều tích điện dương. Do lực Coulomb tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên hạt nhân cần có kích thước nhỏ để đạt lực đẩy lớn tại các khoảng cách nhỏ giữa hạt alpha và hạt nhân.
Mô hình nguyên tử của Rutherford là mô hình đầu tiên đề xuất một hạt nhân nhỏ bé nằm tại tâm của nguyên tử, có thể coi là sự khai sinh cho khái niệm hạt nhân nguyên tử. Sau khám phá này, việc nghiên cứu về nguyên tử được tách ra làm hai nhánh, vật lý hạt nhân nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử, và vật lý nguyên tử nghiên cứu cấu trúc của các electron bay quanh.
Tuy nhiên, mô hình Rutherford có cách nhìn cổ điển về các hạt electron bay trên quỹ đạo như các hành tinh bay quanh Mặt Trời; không thể giải thích được cấu trúc quỹ đạo của electron liên quan đến các quá trình hóa học; đặc biệt không giải thích được tại sao nguyên tử tồn tại cân bằng bền và electron không bị rơi vào trong hạt nhân. Mô hình này sau đó được thay thế bằng mô hình bán cổ điển của Niels Bohr vào năm 1913 và mô hình lượng tử về nguyên tử.
Dù cho nó không chính xác, mô hình nguyên tử Rutherford thường được dùng trong các minh họa trong các phương tiện thông tin đại chúng như là biểu tượng cho nguyên tử. Ví dụ như mô hình này được vẽ trên cờ của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế.
- Thí nghiệm Rutherford
- Nguyên tử
- Hạt nhân nguyên tử