Rutherfordsches Atommodell
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Elektronen: grün, Atomkern: rot
Das rutherfordsche Atommodell ist ein Atommodell, das 1911 von Ernest Rutherford aufgestellt wurde. Es korrigiert das thomsonsche Atommodell. Das bohrsche Atommodell baut auf dem rutherfordschen auf.
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[Bearbeiten] Entstehung
Vor dem rutherfordschen Streuversuch (1909) von Hans Geiger, Ernest Marsden und Ernest Rutherford war bekannt, dass Atome negativ geladene Elektronen und noch die gleiche Menge an positiver Ladung enthalten. Einen Erklärungsversuch für den Aufbau der Atome stellte das thomsonsche Atommodell dar. Demnach besteht das Atom aus einer gleichmäßig verteilten positiven Ladung und Elektronen, die sich darin bewegen. Der rutherfordsche Streuversuch zeigte, dass die positive Ladung und ein Großteil der Masse in einem Atomkern vereinigt ist und widerlegte damit dieses Atommodell.
[Bearbeiten] Der Versuch
Rutherfords Mitarbeiter (Geiger und Marsden) führten einen Versuch mit Strahlen durch. Als Strahlenquelle diente Radium, das sich in einem Bleiblock befand. Eine Bohrung ließ einen Strom von alpha-Teilchen austreten, der auf eine Goldfolie traf. Erwartungsgemäß durchdrang der allergrößte Teil der alpha-Teilchen die Folie ungehindert. Überraschend war, dass wenige Teilchen beim Durchfliegen der Metallschicht stark abgelenkt und einzelne sogar zurückgeworfen wurden, als ob sie auf ein massives Zentrum im inneren der Atome gestoßen wären! Dieses massive Zentrum im Inneren des Atoms bezeichnete Rutherford als Atomkern.
[Bearbeiten] Das Modell
Die positive Ladung und fast die gesamte Masse des Atoms liegen in einem kleinen Atomkern.
In vielen - alten wie aktuellen - Physikbüchern findet man die Behauptung, dass Rutherford die Elektronen auf Kreisbahnen um den Kern kreisen ließ. Diese Darstellung ist falsch. Wie Prof. Dr. Wilfried Kuhn in seinem Artikel "Die Entwicklungen der Atomvorstellungen - Teil 3" anhand der Originalschriften von Rutherford zeigt, ist bei Rutherford an keiner Stelle von kreisenden Elektronen die Rede. Stattdessen ist anhand Rutherfords Aufzeichnungen eindeutig nachvollziehbar, dass bei ihm die Hülle des Atoms aus einzelnen, homogen verteilten, negativen Ladungen besteht. Der Betrag der Summe dieser negativen Ladungen ist gleich dem Betrag der positiven Ladung des im Zentrum des Atoms liegenden Kerns. Die Gesamtladung des Atoms ist damit neutral. Da in Rutherfords Atommodell die Elektronen nicht kreisen, hat Rutherfords Atommodell auch kein Instabilitätsproblem: Kreisende Ladungen strahlen nämlich, da sie ständig beschleunigt sind, kontinuierlich Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung ab. Aufgrund dieses Energieverlustes müssten die Elektronen auf Spiralbahnen in den Kern stürzen. Mit diesem Problem musste sich Nils Bohr auseinander setzen, denn er war es, der das Atommodell Rutherfords weiterentwickelte und "die Elektronen kreisen ließ". Erwähnt sei noch, dass in der Sekundärliteratur im Zusammenhang mit Atommodellen häufig von einem "Planentenmodell" gesprochen wird. Als Planetenmodell darf also nicht mehr das Modell Rutherfords bezeichnet werden; diese Analogie ist auf das Atommodell Bohrs anzuwenden.
[Bearbeiten] Probleme
Ein Problem besteht in der Erklärung von Emission und Absorption von Energiequanten: Mit dem Modell von Rutherford kann keine Erklärung für die sog. SpektrallinienSpektralanalysen gegeben werden.
[Bearbeiten] Zitate
E. Rutherford nach seinem Goldfolienexperiment: "... es war beinahe so unglaublich, als wenn man mit einem 15-Zoll-Geschoss auf ein Stück Seidenpapier schießt und das Geschoss zurückkommt und einen selber trifft."
