מודלים קלאסיים למבנה האטום

ניסוי רתרפורד

בפרקים הקודמים הכרנו את מודל האטום של תומסון. מודל האטום של תומסון הציג אטום בעל מבנה כדורי המכיל מסה המפוזרת בו באופן אחיד ובעלת מטען חשמלי חיובי. בתוך המסה האחידה הזו מפוזרים באופן אקראי אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי.

מודל האטום של תומסון הצליח להסביר כיצד האטום נשאר ניטראלי, על אף שהוא מכיל אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי. כמו-כן נתן המודל הסבר ליציבות האטום, בכך שעל האלקטרונים הכלואים בו מופעלים כוחות שווים בעוצמתם מכל הכיוונים. גם את העובדה ששפופרת ריק המכילה גז מימן פולטת קרינה זוהרת בפריקת זרם חשמלי דרכה ידע המודל להסביר בכך שאלקטרונים מהזרם החשמלי מתנגשים באלקטרונים של האטום וגורמים להם להתנדנד תוך כדי פליטת הקרינה.

יחד עם זאת, הקהילה המדעית לא מיהרה להזדרז ולקבל את מודל האטום של תומסון כמוסכמה. ספק התעורר לגבי היכולת של אלקטרונים, שהינם בעלי מטען חשמלי שלילי, להימצא בתוך מסה הטעונה מטען חשמלי חיובי. המודל גם לא נתן הסבר לתופעת ספקטרום הפליטה הבדיד של אטומי גז מימן.

הרצון להוכיח או להפריך את מודל האטום של תומסון הניע את אנשי המדע בתקופתו להמשיך ולערוך ניסויים שונים בתחום זה. בסדרת ניסויים שנערכו תחת הדרכתו של רת'רפורד בין השנים 1908 ו- 1913 נורו חלקיקי קרינת אלפא לעבר דף זהב דקיק. לפי מודל האטום של תומסון מסת האטום של כל יסוד מפוזרת אחיד בכל נפח התחום שהוא תופס במרחב. לכן, קרינת חלקיקי אלפא שנורית לעבר דף זהב דקיק צפויה הייתה להיתקל בהתנגדות זהה בכל נקודה ונקודה.

מערך הניסוי של רת'רפורד

התוצאה הצפויה הייתה שהקרינה תחדור את הדף, תעבור מבעד לאטומים ותיקלט על דף צילום שמונח מאחוריו בתזוזה סטטיסטית קטנה בלבד של החלקיקים. בסוף הניסוי אכן נקלטו חלקיקי קרינת אלפא בתזוזות קטנות על דף הצילום. העובדה המפתיעה הייתה שגם בדף צילום שהונח מסביב לדף נקלטו בזויות שונות חלקיקים שהועפו הצידה. אפילו בזווית של 180 מעלות נקלטה כמות של חלקיקים. נראה היה שחלק קטן של החלקיקים התפזר כתוצאה מהתנגשות בנקודות קטנות של מסה גבוהה בתוך דף הזהב.

מפיזור אקראי (וקטן מבחינה כמותית) זה של החלקיקים הגיע רת'רפורד למסקנה שברוב המקרים האלקטרונים הנורים עוברים בצורה חלקה דרך האטומים ואילו בחלק קטן מאוד מהמקרים נוצרת התנגשות אלסטית בין החלקיקים ובין ריכוז חומר המטען החיובי של אטומי הדף. הפרדה שכזו בין רוב החלקיקים העוברים חלק דרך האטומים ובין חלקיקים הסובלים מהתנגשות שכזו תיתכן רק אם האטומים אינם ממלאים את הדף הדקיק בצורה מלאה ואחידה. אם אטומי הדף אינם ממלאים את הדף בצורה מלאה ואחידה, אז הרי שזה בגלל שמבנה האטומים עצמם אינו בצורה מלאה ואחידה.

לפי תוצאות הניסוי מסתמן שכאשר חלקיק מקרן החלקיקים פוגע בגרעין האטום נוצרת התנגשות אלסטית ביניהם והחלקיק מוסט ממסלולו בזווית אקראית בהתאם לזווית הפגיעה בשטח הפנים של גרעין האטום. מכיוון שגרעין האטום הוא קטן מאוד ביחס לגודל האטום נקבל שההסתברות לקבלת התנגשות אלסטית כזו היא נמוכה מאוד. הנחה זו תואמת את העובדה שהתקבלה מהניסוי שלפיה מספר החלקיקים שהוסטו לצדדים ואף אחורנית הוא קטן מאוד.

מכאן, רת'רפורד הציע מודל חדש למבנה האטום שאותו נציג בפרק הבא.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - קרינה וחומר | קרינה וחומר - מודלים קלאסיים למבנה האטום : ספקטרום הפליטה של אטום מימן | מודל האטום של דלטון | מודל האטום של תומסון | המטען הסגולי של האלקטרון | ניסוי מיליקן | ניסוי ראתרפורד | מודל האטום של רתרפורד | סיכום ]