Apa sebenarnya model atom Rutherford?
Saya baru-baru ini melakukan penelitian tentang "model Rutherford" dari atom. Saya menemukan bahwa tampaknya ada tiga kisah berbeda tentang teori Ernest Rutherford yang beredar online:
- Elektron bergerak secara acak di ruang sekitar inti. Seperti disini .
- Elektron mengorbit inti dalam cincin yang masing-masing mengandung banyak elektron. Model ini tampaknya identik dengan yang diajukan oleh fisikawan Jepang Hantaro Nagaoka ( Makalah ini berpendapat bahwa model Nagaoka telah banyak disalahartikan sebagai "Saturnus" padahal sebenarnya ia memiliki inti kecil dan memungkinkan kemungkinan cincin tidak terletak pada bidang yang sama .).
- Jumlah elektron dalam atom netral sama dengan nomor atomnya. Elektron mengorbit inti di sepanjang jalur soliter (atau dengan pasangan) seperti planet yang mengorbit matahari. Seperti disini . Model ini sangat mirip dengan model Bohr, kecuali model ini tidak memiliki persyaratan Bohr untuk orbit tetap dan diskrit. Itulah yang kebanyakan orang pikirkan ketika mendengar istilah tersebut dan sering kali secara anakronistik direpresentasikan sebagai memiliki fitur inti yang mengandung proton dan neutron yang terpisah, meskipun struktur inti belum ditentukan.
Manakah dari berikut ini yang merupakan "model Rutherford"? Apakah Rutherford mengusulkan ketiganya (atau sebagian darinya) pada titik yang berbeda dalam karirnya? Jika tidak, lalu mengapa dia diberi penghargaan untuk model / model yang tidak dia hasilkan?
Jawaban
"Model planet Rutherford" sebenarnya tidak ... apa pun, itu istilah umum yang samar-samar. Pemeriksaan makalah Rutherford tahun 1911 menunjukkan bahwa Rutherford tidak mengusulkan satu pun dari tiga versi OP. Apa yang dia usulkan, bahwa ada inti bermuatan positif, tidak membedakan di antara mereka. Dia berasumsi bahwa awan elektron itu bulat, tetapi itu tidak terbentuk di batu. Itu dia, dan dia tidak lebih spesifik dalam buku zat radioaktif dan radiasinya (1913) dua tahun kemudian. Tapi orang hampir tidak bisa mengharapkan akurasi historis dari potongan pop-sci longgar seperti yang ditautkan. Untuk penjelasan yang lebih akurat lihat Rutherford, Nagaoka, dan atom nuklir .
Sebagian besar makalah tahun 1911 dikhususkan untuk mengesampingkan model "puding plum" yang saat itu dominan dari Thomson. Distribusi terus menerus dari muatan positif ke seluruh atom tidak konsisten dengan eksperimen hamburan, dan Rutherford harus menyusutkannya ke inti pusat untuk menjelaskannya. Dia tidak banyak bicara tentang elektron karena pengaruhnya terhadap hamburan (di luar keseimbangan muatan) dapat diabaikan. Memang, dia bahkan tidak mengatakan dengan pasti bahwa inti atom bermuatan positif:
" Pertimbangkan atom yang mengandung muatan$±Ne$ di pusatnya dikelilingi oleh bidang elektrifikasi yang mengandung muatan $±Ne$ [NB dalam terbitan aslinya, tanda plus / minus kedua dibalik menjadi tanda minus / plus] yang diduga terdistribusi merata ke seluruh bidang radius $R$, $e$ adalah satuan dasar muatan, yang dalam makalah ini diambil sebagai $4.65\times10^{-10}$Unit ES. Kami akan menganggap bahwa untuk jarak kurang dari$10^{-12}$cm. muatan pusat dan muatan pada partikel alfa mungkin seharusnya terkonsentrasi pada suatu titik. Akan ditunjukkan bahwa deduksi utama dari teori ini tidak tergantung pada apakah muatan pusat seharusnya positif atau negatif. Untuk kenyamanan, tandanya akan dianggap positif. Pertanyaan tentang kestabilan atom yang diajukan tidak perlu dipertimbangkan pada tahap ini, karena ini jelas akan bergantung pada struktur kecil atom, dan pada gerakan bagian-bagian yang bermuatan penyusun. "
Menjelang akhir Rutherford dengan senang hati mengutip "model Saturnus" Nagaoka (ia juga mengetahui model planet Perrin tahun 1901, yang disebutkan dalam buku tahun 1913). Tapi di sini sekali lagi dia tidak berkomitmen tentang bagaimana elektron didistribusikan di dalamnya, eksperimen tidak dapat menyelesaikan bahwa:
" Menarik untuk dicatat bahwa Nagaoka secara matematis telah mempertimbangkan sifat-sifat atom Saturnus yang ia anggap terdiri dari massa tarikan pusat yang dikelilingi oleh cincin elektron yang berputar. Ia menunjukkan bahwa sistem seperti itu stabil jika gaya tarikannya besar. Dari sudut pandang yang dipertimbangkan dalam makalahnya, kemungkinan defleksi besar secara praktis tidak akan berubah, apakah atom dianggap sebagai cakram atau bola. "
Komentar terakhir menyangkut satu-satunya perbedaan yang diduga antara "model Rutherford" dan Nagaoka. Bahwa Nagaoka berkomitmen pada sebuah cakram memang bisa diperdebatkan, tetapi kemudian Rutherford tidak benar-benar berkomitmen pada sebuah bola. Mengenai mengapa dia mendapat pujian, itu mirip dengan Newton yang dikreditkan untuk hukum kuadrat terbalik, yang banyak berspekulasi tentang sebelumnya. Model Nagaoka adalah spekulasi matematika, dan ada sejumlah model lain selain itu , termasuk model planet. Rutherford meyakinkan orang-orang bahwa sesuatu seperti itu nyata, setidaknya sejauh menyangkut inti.
Bohr dalam makalahnya tahun 1913 mengacu pada makalah tahun 1911 yang sama untuk "model Rutherford" dan menegaskan sikap ini. Seperti yang dapat dilihat dari komentarnya, yang penting hanyalah model itu nuklir, dan mendiskusikan apa yang dilakukan elektron di sana diperdebatkan karena versi apa pun itu secara klasik tidak stabil. Bertentangan dengan pendapat Rutherford tentang model Nagaoka, dan berbeda dengan model Thomson:
" Menurut teori ini, atom terdiri dari inti bermuatan positif dikelilingi oleh suatu sistem elektron terus bersama-sama oleh pasukan menarik dari genteng inti, total: negatif muatan elektron adalah sama dengan muatan positif inti Selanjutnya,. inti diasumsikan sebagai tempat duduk bagian penting dari massa atom, dan memiliki dimensi linier yang sangat kecil dibandingkan dengan dimensi linier seluruh atom. Jumlah elektron dalam sebuah atom disimpulkan kira-kira sama dengan setengahnya berat atom. Minat yang besar harus dikaitkan dengan model atom ini; karena, seperti yang telah ditunjukkan Rutherford, asumsi keberadaan inti, seperti yang dipertanyakan, tampaknya diperlukan untuk menjelaskan hasil eksperimen pada hamburan sudut besar$\alpha$ sinar.
... Perbedaan utama antara model atom yang dikemukakan oleh Thomson dan Rutherford adalah dalam keadaan bahwa gaya yang bekerja pada elektron dalam model atom Thomson memungkinkan konfigurasi dan gerakan tertentu dari elektron yang sistemnya berada di a keseimbangan stabil; konfigurasi seperti itu, bagaimanapun, tampaknya tidak ada untuk model atom kedua. "
Model Nagaokan diusulkan oleh Nagoaka dan yang menyebutnya model Saturnus. Dia mengusulkannya pada tahun 1904, melawan model 'puding prem' Thomsons. Mungkin lebih tepat disebut model planet.
Faktanya, Rutherford memuji Nagaoka dengan model dalam makalahnya tahun 1911 di mana dia menguraikan karya eksperimentalnya yang menunjukkan bahwa Nagaoka dibenarkan dalam deskripsi teoretisnya tentang struktur atom, sejauh yang diketahui saat itu.
Baik Nagoaka maupun Rutherford tidak menyebut model itu menurut nama mereka sendiri. Terserah orang-orang sezaman dan generasi selanjutnya untuk menetapkan kredit di mana kredit jatuh tempo.