مدل اتمی رادرفورد

مدل اتمی رادرفورد ؛ 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 اتمی رادفورد هنوز هم اساساً درست تلقی می‏ شود، ولی دانشمندان بعدها آن را اصلاح کردند.

وقتی رادرفورد با تبار زلاندنوی نظریه ی پرتوزایی خود را در سال ۱۹۰۲ اعلام داشت، استاد فیزیک در دانشگاه مک گیل کانادا بود: «پرتوزایی ناشی از تلاشی هسته، یعنی تجزیه ی 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 ۱۹۰۸ 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.

آزمایش شگفت انگیز

در سال ۱۹۰۹ 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 هسته ی مثبت بار هلیم است، مطالعه کنند. آنان یک ورقه نازک طلا را با ذرات پرسرعت آلفا متعلق به یک عنصر پرتوزا بمباران کردند. تقریباً تمام ذرات مستقیماً از ورقه ی طلا (که در حدود ۱۰۰۰ اتم ضخامت داشت) عبور کردند اما تقریباً یک اتم از هر ۲۰۰۰۰ 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. رادرفورد اظهار داشت که «درست مانند این گلوله‌‏ای ۳۸ سانتی‏متری به یک تکه دستمال کاغذی شلیک کنید و گلوله برگردد، اصلاً باورکردنی نبود». رادرفورد 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 اتم‏‌ های طلا برخورد نکرده و از ورقه طلا بدون مانعی گذشتند.

و در نتیجه

رادرفورد  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، هسته ی مرکزی و کوچک اتم را دور می‏‌زنند.» در خلال ۱۲ ماه، گایگر و مارسن آزمایش‏‌های بیشتری انجام دادند که ثابت می‏‌کرد مدل اتمی جدید واقعاً صحیح است. رادرفورد پس از اعلام نظریه ی اتمی خود در سال ۱۹۱۱، با لبخند گشاده‌‏ای به یکی از همکاران نزدیکش در مورد منتقدین خود گفت: «بعضی از آن‏ها حاضرند هزاران پوند بدهند تا آن را رد کنند.»
ورقه طلا وجود هسته ی اتمی را اثبات کرد. در این عکس 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 هسته ی طلا بر می گردند.