آزمایش صفحه طلا و مدل اتمی رادرفورد
آزمایش
رادرفورد که
آزمایش فویل
طلا یا آزمایش
گیگر- مارسدن
نیز نامیده می
شود، آزمایشی
بود که توسط
هانس گیگر (Hans
Geiger) و
ارنست مارسدن
(Ernest
Marsden) در
سال 1909 تحت نظر
ارنست
رادرفورد
انجام شد. در
آزمایش صفحه
طلای
رادرفورد
ذرات باردار و
سنگین 
كه همان
هسته های هلیم
هستند به سمت
یك صفحه ی طلای
نازك شلیک
شدند و مشاهده
شد كه تعداد
زیادی از ذرات
بدون
انحراف یا با
انحراف ناچیز
از صفحه طلا عبور
كردند. اما
ذرات آلفایی
نیز بودند كه
منحرف می شدند
و گاهی اوقات
زاویه انحراف (
زاویه مسیر
ورودی با مسیر
خروجی) حتی به 
نیز
می رسید.
همچنین
مشاهده شد كه
با افزایش زاویه
انحراف تعداد
ذرات آلفای
متناظر به شدت
كاهش می یابد.
شکل بعدی
نمایشی برای آزمایش
صفحه طلای رادرفورد
است.
توضیح شکل: آزمایش صفحه طلای رادرفورد
مدل
اتمی تامسون
با آزمایش
صفحه طلای
رادرفورد
سازگار نیست،
چرا كه در مدل
اتمی تامسون
شی ایء در اتم
وجود ندارد كه
بتواند ذره سنگین و
باردار را به
چنین شكلی
منحرف كند یا به
عبارتی به علت
پخش شدن
بارهای مثبت و
منفی در كنار
هم در اتم
تامسون ذره
آلفا تقریباً
در كلیه ی
فواصل از مركز
اتم تامسون،
اتم تامسون را
به صورت یك
ذره خنثی
مشاهده می كند
و بنابراین به
همدیگر نیروی
الکتریکی قابل
توجهی وارد
نخواهند كرد.
برای توجیه مشاهدات در آزمایش صفحه طلا مدل اتمی رادرفورد پیشنهاد شد كه در آن فرض می شود كل بار مثبت اتم در فضای خیلی كوچكی در مقایسه با اندازه اتم به نام هسته قرار دارند و الكترون ها به دور هسته در حال چرخش اند. دراین مدل فرض می شود قسمت عمده ای از فضای اتم فضای خالی است. شکل بعدی نمایشی برای اتم رادرفورد است.
توضیح شکل: مدل اتمی رادرفورد
بر
مبنای مدل
اتمی
رادرفورد
بیشتر ذرات
آلفا از فضای
خالی بین اتم
ها یا داخل
اتم ها كه دور از
هسته قرار
دارد عبور می
كنند و به علت
دور بودن از هسته
از طرف هسته
نیروی خاصی
احساس نمی
كنند. الكترون
ها نیز به علت
پخش بودن به
این ذرات آلفا
نیروی خاصی
وارد نمی كنند
و در نتیجه
بیشتر ذرات
آلفا بدون
انحراف یا با
انحراف ناچیز از
صفحه طلا عبور
می کنند. به
تبع وجود
دارند ذرات
آلفایی كه از
فاصله های
نزدیك به هسته
های اتم های
طلا عبور
كنند. تحت این
شرایط به علت
همنام بودن
بار ذرات و هسته
های طلا نیروی
دافعه ای به
ذرات آلفا وارد
می شود كه
منجر به
انحراف آنها
می شود. هر چه
یك ذره از
فاصله ی نزدیك
تری نسبت به
هسته عبور كند،
نیرو و انحراف
بیشتری را
تجربه خواهند
كرد. ذرات
آلفایی كه به
صورت رودررو
به هسته نزدیك
شوند در ابتدا
كند، سپس
متوقف و در
نهایت روی
مسیر آمده باز
می گردند و
زاویه انحراف
تجربه
می كنند.
بنابراین مدل
اتمی
رادرفورد
عبور بدون
انحراف اغلب
ذرات آلفا از
ورقه طلا و
امکان وجود زاویه
انحراف تا را می
توانست توجیه
کند. شکل بعدی
نحوه عبور ذرات
آلفا از اتم
رادرفورد را
نشان می دهد.
توضیح شکل: نحوه عبور ذرات آلفا از اتم رادرفورد
در
صورتی كه فرض
كنیم تعداد
ذرات عبوری
در واحد سطح
ثابت است،
تعداد ذرات 
ی
گذرنده از یك
فاصله ی دورتر
نسبت به هسته
برای گذر به
علت مساحت
بیشتر ممكن (
چون شعاع بیشتر
است) بیشتر از
تعداد ذرات گذرنده
از یك فاصله ی
نزدیكتر به
هسته است. پس
تعداد ذرات 
متناظر
با فواصل
نزدیكتر كه
منجر به
انحراف های
بیشتر می شود،
كمتر از تعداد
ذرات متناظر
با فواصل
دورتر و
انحراف های
كمتر خواهد
بود. بنابراین
مدل اتمی
رادرفورد
کاهش تعداد
ذرات آلفا با
افزایش زاویه
انحراف را
توجیه می کرد.
شکل بعدی را
در نظر
بگیرید.
توضیح شکل: یک مقایسه نمونه بین سطح امکان پذیر برای گذر با یک زاویه انحراف بزرگتر با سطح امکان پذیر برای گذر با یک زاویه انحراف کوچکتر
بنابر فیزیك كلاسیك الكترون كه در مدل اتمی رادرفورد یك ذره شتابدار است باید انرژی از دست بدهد و به تدریج به سمت هسته نزدیك شود تا نهایتاً به داخل هسته بیفتد. بنابراین اتم رادرفورد باید ناپایدار باشد، كه این با واقعیت مشاهده شده در مورد پایداری اتم ها در دنیای طبیعی ما متناقض است. همچنین مدل اتمی رادرفورد قادر به توجیه طیف های اتمی که بعدها خواهیم دید، نبود. به همین علت مدل اتمی رادرفورد نیز رد شد و به جای آن مدل اتمی بور پیشنهاد شد. قبل از بررسی مدل اتمی بور بایستی با ویژگی کوانتیده یا پیوسته بودن برای کمیت ها و همچنین امواج به ویژه امواج الکترومغناطیس آشنا شویم.
ارنست رادرفورد (30 August 1871- 19 October 1937)
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
**************************************************
سایت: www.youngchemist.com
مولف: محمد شاهی
نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com
**************************************************
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||