Rutherfordsches Atommodell
Physik
Basiswissen
Schwerer Kern, leichte Hülle: der Neuseeländer Ernest Rutherford gehörte am Vorabend des 1. Weltkrieges zu einer Reihe von Physikern, die die innere Struktur der neuentdeckten Atome untersuchten. Mit seinem berühmten Goldfolienversuch kam er zu der Erkenntnis, dass Atome einen schweren und elektrisch positiv geladenen Kern haben.
Kernaussagen des rutherfordschen Atommodells
- Die Masse des Atoms ist fast ganz im Kern vereinigt ✔
- Der Atomkern hat viel Masse und trägt eine positive Ladung ✔
- Die Elektronen haben wenige Masse und befinden sich weit vom Kern entfernt ✔
Die Grundlagen: Rutherfords Goldfolienversuch
Grundlage für das Atommodell von Rutherford war sein berühmter Goldfolienversuch: schwere Alphateilchen (positiv geladen) wurde senkrecht auf eine sehr dünne Goldfolie geschossen. Einige der Teilchen durchdrangen die Goldfolie und wurde auf der anderen Seite auf einem Leuchtschirm sichtbar gemacht. Rutherford konnte mathematisch zeigen, dass die Auftreffpunkte der Alphateilchen nicht dadurch erklärt werden konnten, dass die Teilchen auf dem Weg durch die Folie zufällig durch Kollision an elektrisch neutralen Atomen hin und her abgelenkt wurden. Lies mehr zum historischen Versuch im Artikel Rutherfordscher Streuversuch ↗
Das Rutherford-Atom ist kein Mini-Planetensystem
Zeichnungen des Atommodells von Rutherford erinnern oft an Skizzen des Sonnensystems: wie die Planeten die Sonne umkreisen, so umkreisen in dieser Analogie die Elektronen den Atomkern. Doch diese Bild trügt: „Kein Planetensystem, das den Gesetzen der Newtonschen Mechanik folgt, würde jemals nach dem Zusammenstoß mit einem anderen derartigen System in seine Ausgangskonfiguration zurückkehren. Aber ein Kohlenstoffatom zum Beispiel wird ein Kohlenstoffatom bleiben, auch nach dem Zusammenstoß mit andere Atomen oder nachdem es in einer chemischen Bindung mit andere Atomen in Wechselwirkung gestanden hat.“[3, Seite 8]. Diese verblüffende Eigenschaft der Atome bezeichnet man als Stabilität des Atoms. Die Stabilität des Atoms konnte auch Rutherford nicht erklären. Ein Erklärungsversuch ist erklärt im Artikel Bohrsches Atommodell ↗
Rutherfords Fragen an Atommodelle (1909)?
- Rutherford fasst den Stand der Erkenntnisse zum Atomaufbau zusammen.
- Dabei geht er vor allem auch auf offene Fragen ein und formuliert Forschungsziele.
- Unklar ist zum Beispiel: gibt es neutrale Masse im Atom?
- Kann man aus leichten Atomen schwere zusammensetzen?
- Der Text beinhaltet wenig Mathematik und ist gut lesbar.
- Deutsche Inhaltsangabe Visualizing the Atom => pdf ↗
Rutherfords über sein Atommodell (1914)
- Rutherford beschreibt den Goldfolienversuch in einer eigenen Veröffentlichung.
- Sie erschien im Jahr 1914 und beschreibt auch das resultierende Atommodell.
- Rutherford berechnet: wie werden Alpha-Teilchen vom Atomkern abgelenkt.
- Es wird erklärt, warum die Elektronen die Flugbahn nicht ablenken.
- Deutsche Inhaltsangabe The Structure of the Atom (Rutherford) ↗
Historischer Rahmen
- Europa stand am Ende einer sterbenden Epoche:
- Kolonialismus, Imperialismus und Nationalismus standen in Blüte.
- Technik und Naturwissenschaft feierten ständig neue Erfolge:
- Es flogen Zeppeline, es entstanden elektrische Straßenbahnen, ...
- das Telefon begann sich zu verbreiten und Einstein hatte seine Relativitätstheorie verfasst.
- Im Jahr 1912 sank der Luxusdampfer Titanic. 1914 sollte der erste Weltkrieg beginnen.
- Die Idee der Atombombe lag in der Luft, siehe auch The World Set Free ↗
Fußnoten
- [1] Rutherford, Ernest. (1909). Visualizing the Atom. http://doi.org/10.1038/scientificamerican09251909-202supp
- [2] Rutherford, Ernest, & Sir Ernest Rutherford, F. R. S. (1914). LVII. The structure of the atom. http://doi.org/10.1080/14786440308635117
- [3] Werner Heisenberg: Quantentheorie und Philosophie. Reclam Universal-Bibliothek. 1983. ISBN:3-15.009948-X.