Atom 모델 - Rutherford의 모델

원자의 구조를 설명하기 위해 제안 된 최초의 모델 중 하나는 J.J Thomson이 제안한 플럼 푸딩 모델이었습니다. 원자는 양전하의 균질 한 구체로 구성되어 있으며, 그 내부는 작은 음으로 하전 된 입자 (전자)입니다.

이 모델의 유효성을 테스트하기 위해 어니스트 러더 포드 (Ernest Rutherford)는 1911 년에 실험하여 양으로 하전 된 알파 입자로 금속 시트를 폭격하고 편향 패턴을 검사했습니다. 그런 다음 금 포일과 상호 작용 한 후이 입자의 경로를 연구하기 시작했습니다.

Rutherford는 그의 실험에서 방사성 공급원으로부터 얇은 금 (보통 100 nm 두께)으로 고 에너지의 알파 입자 스트림을 전도했다. 알파 입자로 인한 편차를 연구하기 위해, 그는이 얇은 금 포일 주위에 형광성 아연 황화물 스크린을 배치했습니다. Rutherford는 Thomson의 원자 모델과 모순되는 구체적인 관찰을했으며 Rutherford의 원자 모델이라는 새로운 모델을 제공했습니다.

Rutherford의 실험

원자의 태양 또는 핵 원자 또는 행성 모델로도 알려진 러더 포드의 원자 모델은 원자의 구조를 설명합니다. 뉴질랜드 출신의 물리학 자 어니스트 러더 포드 (Ernest Rutherford)는 전자가 원자 내에 어떻게 배열되는지 알고 싶어했습니다. 그는 이것에 대한 실험을 설계했습니다. 이 실험에서, 빠르게 움직이는 알파 입자는 얇은 금 포일에 떨어지도록 만들어졌습니다.

러더 포드가 원자 내에서 양수 및 음전하의 분포를 올바르게 설명하게 된 것은 중요한 실험입니다.

알파 입자 소스가 납 캐비티에 배치됩니다. 소스에 의해 방출 된 알파 입자는 납과 조명의 도움으로 좁은 빔에 시합된다. 시합 된 빔은 2.1 × 107m의 두께의 얇은 금 포일에 떨어질 수 있습니다. 산성 알파 입자는 아연 황화물 스크린 및 현미경으로 구성된 회전성 검출기를 통해 관찰되었다. 스크린을 치는 알파 입자는 섬광을 생성하며, 이는 입사 빔의 방향과 다른 각도로 관찰되고 계산 될 수 있습니다.

관찰

그래프는 산란 각도와 알파 입자 N ()의 수 사이에 표시됩니다.

(i) 대부분의 알파 입자는 금 포일을 똑바로 통과하거나 작은 각도를 통해 편향되는 것으로 밝혀졌으며 각도 분포가 고정되어 있습니다.

(ii) 매우 적은 알파 입자가 큰 각도를 통해 흩어져있는 것으로 밝혀졌습니다 (900 이상)

(iii) 8000 명 중 약 1 개 (약 1 개)의 알파 입자가 실질적으로 경로를 되찾았습니다.

(iv) 알파 입자는 드물게 변하지 않습니다. 즉, 1800의 각도를 통해 흩어져 있습니다.

결과

원자를 통과하지 않은 많은 알파 입자는 원자의 대부분이 내부에 속이 빈임을 나타냅니다.

작은 각도를 통한 알파 입자의 산란은 산란을 담당하는 원자의 위치가 또한 양전하를 가져야 함을 나타냅니다. 또한, 산란 된 알파 입자의 각도 분포를 고정시켰다. 따라서 원자의 중심에 양전하가 집중되어야한다는 것을 보여줍니다.

매우 적은 수의 알파 입자가 경로를 되찾았다. 원자의 양전하가 원자 중심의 매우 작은 공간에 집중되어 있음을 나타냅니다.

Rutherford의 유명한 알파 입자 산란 실험에 따르면 Rutherford의 알파 산란 실험 :

원자는 10-10m의 반경 구체로 간주 될 수 있습니다. 여기서 양전하의 전체와 거의 전체 질량은 원자 중심에서 매우 작은 영역에 집중되어 크기가 10-14m의 순서라고합니다.
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가능한 모든 반경의 원형 궤도에서 핵 주위에 회전하는 적절한 수의 전자. 전자와 핵 사이의 필요한 중심적 인력.
전체적으로 전기적으로 중립적입니다. 핵을 둘러싼 전자의 총 음전하는 핵의 총 양전하와 같습니다.

Atom의 모델 - Rutherford의 모델은 원자의 원자 안정성과 선형 스펙트럼을 설명하지 못했습니다.

라듐 소스는 모든 방향으로 알파 입자를 방출합니다. 대부분의 알파 입자는 리드 블록에 흡수됩니다. 알파 광선의 얇은 연필 만 터널에서 나오고 금 포일에 떨어집니다. 금 원자는 알파 입자를 산란시킨다. 산란 된 알파 입자가 황화 아연으로 코팅 된 스크린에 떨어지면 플래시를 생성합니다. 이 플래시는 망원경을 통해 관찰됩니다.

러더 포드의 원자 모델의 가정

원자는 +vely 하전 입자로 구축되었습니다. 원자의 질량의 대부분은 매우 작은 영역에 집중되었다. 원자 의이 영역을 원자의 핵이라고합니다. 나중에 원자의 작고 조밀 한 핵은 중성자와 양성자로 지어 졌다는 것을 알게되었습니다.
원자의 핵은 전자라고 불리는 전하 입자로 둘러싸여 있습니다. 전자는 고정 된 원형 경로에서 매우 빠른 속도로 핵 주위에 회전합니다. 이 고정 된 원형 경로는 "궤도"라고합니다.
원자는 순 전하가 없거나 전자가 전하가 전하되고 밀도가 높은 핵이 +vely 하전되기 때문에 순전하가 없거나 전기적으로 중립적입니다. 강력한 정전기의 매력은 핵과 전자를 함께 유지합니다.
원자의 핵 크기는 원자의 총 크기에 비해 매우 작습니다.

Rutherford Atomic 모델의 한계 :

그의 실험 후 러더 포드는 행성의 원자 모델을 제안했다. 원자는이 모드에서 궤도 전자로 둘러싸인 양으로 하전 된 핵의 작지만 매우 농축 된 영역으로 구성됩니다. 그는 원자가 대부분 빈 공간이라고 올바르게 주장했다.

전자는 행성이 태양 주위에 궤도에 머무르는 것과 같은 방식으로 궤도에 머물러 있습니다.

결과적 으로이 모델은 정확했습니다.

핵 주위의 전자는 중심을 향해 지속적으로 가속됩니다. Lorentz에 따르면, 가속화 된 전하 입자는 지속적으로 에너지를 방출해야합니다. 따라서 원자에서도 회전 전자는 지속적으로 에너지를 방출해야합니다. 따라서 경로의 반경은 감소하며 궁극적으로 핵으로 떨어야합니다. 따라서 러더 포드 원자 모델은 원자의 안정성을 설명 할 수 없습니다.

충격 매개 변수

알파 입자가 핵 N에서 그리고 더 먼 거리에서 사고라고 가정하십시오. 핵 N을 통해, 그리고 알파 입자의 운동 방향과 평행 한 선을 정면 충돌 라인이라고합니다. 라인 AB 와이 라인 사이의 수직 거리를 충격 매개 변수라고합니다. b.

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실패한 이유

1. 개별 원자가 왜 개별 가시 광선 스펙트럼을 생성하는지 설명하지 못했습니다. Rutherford의 모델에 따르면 전자가 궤도에 가속 될 때 광범위한 주파수에 걸쳐 전자기 방사선을 생성해야합니다. 따라서 연속 광 스펙트럼을 생성해야합니다. 그러나 실험은 개별 원자가 개별 라인 스펙트럼을 생성한다는 것을 보여줍니다.

2. Rutherford의 모델에 따르면 전자는 원형 궤도에서 가속됩니다. Maxwell의 전자기 이론에 의해,이 전자는 빛의 형태로 에너지를 방출합니다. 따라서 전자의 운동 에너지가 감소하여 속도가 감소합니다. 속도가 감소함에 따라 전자는 궤도에 머무르고 핵으로 나선형으로 유지되지 않습니다. 이것은 원자가 일반적으로 안정적임을 의미합니다.

관찰

대부분의 빠르게 움직이는 알파 입자의 대부분은 금 포일을 똑바로 통과합니다.
일부 알파 입자는 호일에 의해 작은 각도에 의해 편향되었습니다.
놀랍게도 12000 개의 입자 중 하나는 반등하는 것처럼 보였습니다.

결론

많은 알파 입자가 실제로 편차가 없기 때문에 원자의 주요 부분은 빈 공간이라는 것을 의미합니다.

경로에서 입자가 거의 없어서 원자의 양전하가 공간이 거의 없음을 나타냅니다.

알파 입자의 역방향 산란은 대부분의 원자가 작은 부피의 원자에 집중되어 있음을 보여줍니다.