Elektronová konfigurace atomů
Přihlásit se
Elektronová konfigurace atomů (2/9) · 11:24

Rutherfordův experiment se zlatou fólií Povíme si, jak Rutherford přišel na existenci atomového jádra.

Navazuje na Atomy a prvky.
Tohle je citát fyzika, kterým okomentoval jeden ze svých výsledků. O svém experimentu řekl: "Bylo to jako kdybyste vystřelili kanónem na kousek ubrousku, a střela se vrátila a trefila vás." Tak se pojďme pobavit o jeho experimentu a o tom, co dělal. Rutherford se svého času intenzivně zabýval studiem radioaktivity. Byl přítelem Marie Curie a jejího manžela Pierra. Prováděl experimenty, ve kterých sledoval různé druhy radioaktivity. Konkrétně se zajímal o alfa částice, o kterých tehdy netušil mnoho. Nevěděl, jako již víme my, že jsou tvořeny z kladně nabitých (2+) heliových jader. To znamená, že máme dva protony v jádře, to protože je to helium, a také dva neutrony. A nejsou tam žádné elektrony, proto má náboj 2+. Takže co Rutherford udělal, vzal kousek radia a vložil jej do olověné krabičky. A krabička měla na jedné straně malou dírku, takže radioaktivní alfa částice mohly vyletovat z dírky ve směru, ve kterém chtěl. A potom střílel alfa částice na kousek zlaté folie, Na velmi tenký kousek zlaté folie. Chtěl vědět, jestli takto dokáže zjistit něco o struktuře atomu. Takže, když se vrátíme zpět k citátu, můžeme říct, že naše alfa částice, že alfa částice jsou kulky. Ty vylétávají z naší zbraně na alfa částice a zlatá folie je ubrousek. A máme tyhle dost těžké a masivní alfa částice, které na ni střílíme. Ale proč Rutherford očekával, že se to stane? Není úplně jasné, alespoň ne mně, proč byste si měli myslet, že tyhle alfa částice prostě projdou přímo skrz zlatou folii. Takže co Rutherford tehdy dělal bylo, že testoval pudinkový model atomu. Je to již pěkná řádka let, co vědci objevili, konkrétně J. J. Thomson, jiný fyzik, právě objevil elektrony. Takže věděli, že atom, že atom obsahuje tyhle částice, které jsou malé jsou opravdu malé, věděli, že jsou menší než jedno procento hmoty atomu vodíku, tedy o mnoho menší než atom. A věděli, že jsou záporně nabité, takže jim budu říkat elektrony. Protože dnes víme, že to jsou elektrony. A tak J. J. Thomson zjistil, že elektrony existují, podle svých výsledků, a navrhnul, na základě svých výsledků, že atom vypadá trochu jako švestkový pudink. A pokud nevíte, co je švestkový pudink, protože možná nejste Britové, nebo jenom nemáte rádi dezerty, můžete si představit, že to vypadá jako sušenka s kousky čokolády. Takže máme tyhle malé záporně nabité částice, které jsou uvnitř atomu, ale většina atomu je tvořena kladně nabitou polévkou. A to bylo důležité, protože atom jako celek musel být neutrální. Vědci věděli, že atomy jsou neutrální, takže tu muselo být něco, co by vyrušilo záporný náboj elektronu. Protože Rutherford začal s touhle představou, jak by mohly atomy zlata vypadat, ve skutečnosti tím matematicky předpověděl, jak se budou alfa částice chovat. A to co předpověděl bylo, že projdou přímo skrz. Můžete použít fyzikální rovnice, abyste se podívali na elektrické pole generované touto kladně nabitou polévkou, a ukázalo by se, že pole... ...protože náboj je rozložen po celém atomu... ...že toto pole je velmi slabé. A tak si myslel, že všechny částice prostě projdou skrz a pak, příležitostně, by jedna mohla být trochu vychýlena. Když máme kladně nabitý polévkovitý atom, záleží, kudy alfa částice projde, myslel, že byste mohli pozorovat malou odchylku, ale většinou by alfa částice měly projít přímo skrz. A myslím, že jsme začali se spoilerem, protože víme, že nezískal úplně to, co očekával. Takže co vlastně Rutherford viděl? No, střílel alfa částice na svůj ubrousek, a viděl, že většina částic prošla skrz, přesně jak předpokládal. Ve skutečnosti, skoro všechy částice prošli skrz. Viděl jich několik, které byly trochu odkloněny, trochu se odklonily ze své trasy, možná o jeden stupeň, tedy tak málo, aby to bylo možné poznat. A, pokud by nebyl zvědavým chemikem, možná bychom si stále mysleli, že takto vypadá atom. Naštěstí pro nás však byl Rutherford velmi pečlivým chemikem a napadlo ho, že by mohl zkusit detekovat, jestli se částice neodráží úplně někam jinam. Tedy neumístil detektor pouze sem, ale všude kolem té zlaté folie. Tedy skoro všude kolem, musel nechat dostatek prostoru pro vstupující alfa částice. Byl jen velmi pečlivý, jelikož zde neočekával žádné výsledky. Myslel si, že všechny částice proletí rovně. Ukázalo se však, že pro každou 1 alfa částici z 20 000, nebo pro podobně malou pravděpodobnost... ...že zhruba 1 alfa částice z 20 000 se odrazí od folie a vrátí se zpět. A to je neuvěřitelné. To vůbec nečekal. Jako by vystřelil do papírového kapesníčku. Myslím si, že nejdříve nevěděl, jak velkou věc právě vyzkoumal. Asi v tu chvíli nepomyslel na Nobelovu cenu. Jsem přesvědčená, že byl zpočátku zmatený a kontroloval výsledky tohoto experimentu. Poté jej opakoval a kontroloval, zda někde neudělal chybu. Až poté si uvědomil, že se opravdu stalo něco vyjímečného. Že opravdu jedna z 20 000 alfa částic toto v průměru opravu udělá. Co nám to ale říká? To znamená, že potřebujeme vytvořit lepší atomový model. Musíme vysvětlit, jaktože malý zlomek alfa částic se nám odráží zpět. Jak na to šel? Věděl, že v atomu musí být něco přítomno, co je velmi malé, ale zato hmotné a navíc kladně nabité. Maličké to musí být, jelikož do toho narazil jen tak malý zlomek alfa částic. Většina z nich ale šla skrz tu folii. Jak věděl, že to něco musí být hmotné a kladně nabité? No víme, že elektrony jsou velmi malé a většina alfa částic kolem nich prošla. Ať už tedy ta malá část alfa částic reagovala s čímkoli, musí to být velmi malé, ale zároveň poměrně těžké. Protože jinak by se částice neodrazily zpět. Takto vytvořil nový model atomu, který splňoval tyto požadavky. Předpověděl, že uvnitř je něco s těmito vlastnostmi, čemuž my dnes říkáme "jádro". Jádro je velmi malé. Rutheford byl navíc schopný zhruba vypočítat, jak velké je toto jádro. Vzhledem k tomu, že měl udaj o tom, kolik alfa částit do něj narazilo. Vypočítal, že má rozměr asi 1 lomeno 10 000 objemu celého atomu. Co tady máme dál? Máme tady tedy jádro, které je kladně nabité, maličké a hmotné. No a pak tam máme samozřejmě elektrony. A co je ve zbytku atomu? Na základě toho, co jsme si již řekli, většina objemu atomu je prázdný prostor. A to protože elektrony jsou velmi malé, a jádro zabírá pouze jednu desetitisícinu objemu, zbytek musí vyplňovat prázdno. To je těžko k uvěření. Tedy na základě tohoto, Rutherfordova modelu, je možné vysvětlit výsledky zadaného experimentu. Vysvětluje nám, proč většina alfa částic projde přímo skrz, a jednou za čas se alfa částice přiblíží velmi blízko k jádru a lehce se vychýlí. A ještě míň často se stane, že alfa částice přímo narazí na jádro a odrazí se pryč. A to proto, že je jádro opravdu velmi těžké a navíc kladně nabité. Proto nám odpuzuje kladně nabitou alfa částici. Rutheford tento model pojmenoval.. ...nebo možná spíš my mu tak teď říkáme.. ...planetární model atomu. On vypadá velmi podobně, jako se kreslí moderní obrázky atomu. Takto si atom většina lidí představí. Stále ještě nedopovídá na všechny otázky, jako například: co přesně dělají elektrony? Nebo: Kde přesně jsou? Nicméně, tento model Rutherford navrhl a ostatní vědci ho mohli dále zkoumat. Zanedlouho poté byly zodpovězeny i další otázky a model vylepšen.
video