Das Rutherford’sche Atommodell

Das Rutherford’sche Atommodell wurde 1911 vom Physiker Ernest Rutherford aufgestellt. Im Gegensatz zum bis dahin gültigen Thompson’schen Atommodell geht Rutherford davon aus, dass die positive Ladung und der Großteil der Masse im Atom in einem Kern konzentriert ist.

Der Streuversuch

Der entscheidende Versuch, der zur Entstehung des Rutherford’schen Atommodells führte war der Rutherford’sche Streuversuch: Dabei wird eine extrem dünne Goldfolie mit Alpha-Teilchen (zweifach positiv geladene Heliumkerne) bestrahlt. Nach dem Thompsonschen Atommodell müssten die Alpha-Teilchen die Goldfolie nahezu ungehindert durchdringen, Rutherford stellte jedoch fest, dass etwa 1 von 8000 Teilchen stark abgelenkt und ein sehr geringer Anteil sogar zurückgeworfen werden. Daraus schloss er, dass die positive Ladung und die Masse des Atoms in einem extrem komplakten Kern konzentriert ist. Die Streuung der Alpha-Teilchen wurde durch die zwischen Alpha-Teilchen und Atomkern wirkenden abstoßenden Coulomb-Kräfte erklärt.

Das Atommodell

Aus diesem Versuch konnte Rutherford die Verteilung der positiven Ladung und Masse im Goldatom berechnen. Dabei ergibt sich, dass die positive Ladung und nahezu die gesamte Masse in einem Atomkern konzentriert ist, dessen Radius in etwa im Verhältnis 1:10000 zum Atomradius steht:

formel_kernradius.gif

Die Elektronen, die die negative Ladung tragen umgeben den Kern, so dass das Atom nach außen hin neutral ist. Damit sie nicht auf Grund der anziehenden Coulomb-Kräfte zwischen dem Atomkern und den Elektronen in den Kern stürzen müssen sie in Bewegung sein. In der Modellvorstellung umkreisen den Kern, wie die Planeten die Sonne. Dabei gilt, dass die Zentripetalkraft gleich der Coulombkraft ist:

formel_kraftgleichgewicht.gif

Schwächen des Rutherford’schen Atommodells

Die erste Schwäche des Rutherford’schen Atommodells ist, dass die Stabilität der Atome nicht geklärt ist: ein Elektron, dass sich auf einer Kreisbahn bewegt ist ein beschleunigtes Elektron. Nach der klassischen Vorstellung sendet ein solches Elektron elektromagentische Strahlung aus, wodurch es Energie verliert; je niedriger aber die Energie des Elektrons ist, desto kleiner wird auch der Radius seiner Kreisbahn. Im Laufe der Zeit müssten die Elektronen also in den Kern stürzen.

Außerdem erklärt das Rutherford’sche Atommodell das Auftreten von Spektrallinien nicht: regt man gewisse Gase Energetisch an (z.B. durch Elektronenbeschuss), so wird Licht in einigen wenigen Wellenlängen abgestrahlt, die für das jeweilige Element charakteristisch sind. Daraus kann man schließen, dass die im Atom gebundenen Elektronen nur bestimmte diskrete Energiezustände annehmen können. Die Differenzen zwischen diesen Energieniveaus entsprechen den Energien der abgestrahlten Lichtquanten.

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Ein Kommentar zu Das Rutherford’sche Atommodell

  1. Brigitte Peterhoff-Anft sagt:

    Nach dem Thompschen Atommodell hätten die Alphateilchen die Goldfolie überhaupt nicht durchqueren können. Hier ist es genau gegensätzlich angegeben. Das könnte für Verwirrung sorgen, oder nicht!?

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